光质对香果树种子萌发及幼苗生长影响的研究

肖志鹏 殷崇敏 郭连金* 吴原榕 胡金平 刘艳艳 钟友春 薛苹苹

(1.上饶师范学院生命科学学院，上饶 334001； 2.中南林业科技大学风景园林学院，长沙 410004)

濒危植物香果树(Emmenopteryshenryi)是我国特有的单属种植物，国家Ⅱ级重点保护植物，香果树为第四季冰川期孓遗种，对茜草科(Rubiaceae)系统发育、形态演化及中国植物地理区系的研究有重要作用[1]。用作药材，有温中和胃、降逆止呕的功效，药理活性研究表明其粗提物的正丁醇部位有一定的抗炎和抗肿瘤活性[2]。目前，多地(武夷山、大盘山、凤阳山、九龙山、松阳箬寮)香果树种群均表现为衰退种群[3～5]，亟待采取措施进行保护与恢复。

濒危植物走向濒危的根本原因在于生殖力、存活力、适应力低下等内在因素，生活史中存在脆弱环节是导致植物濒危的内在因素之一[6]。种子萌发及幼苗建植是许多植物个体生活史中最易受环境影响的环节。以往对香果树的研究表明，香果树土壤种子库中，约80%的种子在最初4个月中死亡，萌发当年10月份，存活幼苗数量仅占幼苗总数的3.86%，即种子向幼苗方向转化阶段，幼苗生长阶段的高死亡率限制了香果树种群的更新[7]。不同生境中光质组成不同，光质是一些植物种子萌发的关键[8]。香果树原生境中由树冠下至林窗，红光逐渐增多，香果树的种子萌发率及幼苗数量呈现出逐渐增加的趋势[9]，这种现象可能与光质有关。香果树种子产量大[10]，重量小(千粒重0.30～0.51 g)[11]，具翅，母树高达15 m[12]，有较强的扩散能力，能散落在光质不同的微生境中，同时，香果树种子小，营养物质储备少，外界环境对香果树种子萌发及幼苗生长有重要影响，因此，光质对香果树种子萌发及幼苗生长可能具有关键作用。

目前，环境因子影响香果树种子萌发及幼苗生长主要集中在光强及温度因子的响应[13～14]，光质影响香果树种子萌发及幼苗生长尚未有报道，为此，本文研究了不同光质对香果树种子萌发和幼苗生长的影响，以期了解香果树种子萌发及幼苗生长对不同光质的响应，为其种群恢复与保护提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

种子萌发中，供试种子于2016年10月采自福建省武夷山国家级自然保护区(27°33′～27°54′N，117°27′～117°51′E)，所得香果树种子千粒重为0.670 94±0.038 36 g，变异系数5.716 6%。

幼苗生长实验中，供试幼苗通过供试种子播种育苗，2018年4月播种，于自然光下培育，2018年6月初选取一致大小苗(苗龄60 d，苗高1.4±0.3 cm，地径1.3±0.2 mm)作为供试幼苗进行实验。

种子萌发及幼苗生长实验，光源均采用LED灯，所有光源均由东莞市鹏远光电科技有限公司提供。

1.2 实验方法

种子萌发实验及幼苗生长实验均在室内进行，对花盆进行严格遮光，仅使实验光源照射供试种子及幼苗；所有实验花盆规格一致，每盆置入1.0 kg香果树种群原生境土壤；实验前土壤充分消毒；花盆托盘内注入蒸馏水，靠渗透作用保持盆内土壤湿润，以避免浇水对遮光的影响。

种子萌发实验于2018年4月初开始，设置940、850、730、630、610、590、525和460 nm 8个光质处理，并设置自然光处理对照，共计9种处理。每个处理3次重复，每个重复50粒种子，匀置土壤表面。实验开始后每日观察(于夜间进行，光源为白色LED灯，光照强度约200 lux的弱光，每次观察控制在3 min内，预实验中结果表明此种情况下香果树种子未发现萌发。)种子是否露白，种子露白后每3 d观察一次种子萌发情况。种子露白即视为萌发，直至萌发率有6 d不再变化时实验结束，计算实验结束时的种子萌发率。

幼苗生长实验于2018年6月初开始，设置730、630、610、590、525和460 nm共计6个处理。每个处理栽植一致大小的幼苗30株。实验开始第30，60，90，120，150和180天时，从中随机选取3棵幼苗，烘干至恒重，利用电子天平(FA2204B)测定单株幼苗干重及幼苗根、茎、叶干重。

1.3 数据处理方法

萌发率(Germination precent)=萌发种子数/种子总数×100%

(1)

根重比(Root mass ratio,RMR)=全株根干重/全株植株干重

(2)

茎重比(Stem mass ratio,SMR)=全株茎干重/全株植株干重

(3)

叶重比(Leaf mass ratio,LMR)=全株叶干重/全株植株干重

(4)

相对质量增长速率(Relative grow rate,RGR)=测定期间前后两次植株生物量自然对数的增加量与时间的比

(5)

采用方差分析(ANOVA)和LSD多重检验(P<0.05)方法对不同处理下的幼苗生长情况参数进行分析，SPSS 19.0进行显著性分析(SPSSInc.Chicago,Illinois,USA)。Origin 8.5作图。

2 实验结果

2.1 光质对香果树种子萌发的影响

实验开始第5天发现种子露白，即5天时种子萌发，实验开始第11天后无种子萌发，故第11天时的萌发率为最终萌发率。

图1为不同光质下香果树种子的萌发率。由图1知，实验开始11 d时，940及850 nm下无种子萌发，730 nm处理下萌发率仅为1.33%。525 nm下香果树种子萌发率显著高于其他处理(P<0.05)，自然光下与630、590 nm下香果树种子最终萌发率无显著差异(P>0.05)。可见光光谱范围内，460及610 nm下香果树种子最终萌发率显著低于其他处理(P<0.05)。

图1 光质对香果树种子萌发的影响 同一时间香果树种子萌发率标注有不同字母，表示萌发率之间在0.05水平差异显著。Fig.1 Effects of light quality on the seed germination of E.henryi Different letters marked on the seed germination of E.henryi at the same time show a significant difference at 0.05 level.

2.2 光质对香果树幼苗干物质积累的影响

图2A为光质对单株香果树幼苗干重的影响。实验120～150 d气温降低，部分叶片脱落，120 d时未受降温影响。

由图2A知，实验期间，590、630和610 nm下香果树幼苗干重始终高于730、525和460 nm处理下。实验中观测到在实验开始120 d后，香果树幼苗开始落叶。120 d时，香果树幼苗干重590 nm>630 nm>610 nm>730 nm>525 nm>460 nm，120 d时，590 nm下香果树幼苗干重显著高于其他光质处理(P<0.05)，为96.7±9.7 mg，630 nm下幼苗干重仅次于590 nm处理下，仅为590 nm处理下的63.06%，460 nm下干重仅为590 nm下干重13.34%。实验180 d时实验结束，处理180 d时，香果树幼苗干重为590 nm>610 nm>630 nm>460 nm>730 nm>525 nm，此时460 nm下香果树幼苗干重达590 nm下的76.77%，并显著高于730及525 nm(P<0.05)。

图2B为光质对单株香果树幼苗相对质量增长速率的影响。由图2B知，30～90 d间630 nm下相对质量增长速率显著高于其他处理(P<0.05)；90～120 d间590 nm下相对质量增长速率显著高于其他处理(P<0.05)；120～150 d间及150～180 d间，460 nm下相对质量增长速率显著高于其他处理(P<0.05)。

图2 光质对香果树幼苗生长的影响 A.单株香果树幼苗干重；B.单株香果树幼苗相对质量增长速率 同一时间香果树幼苗干重值标注有不同字母，表示干重之间在0.05水平差异显著;同一时间香果树幼苗相对生长速率标有不同字母，表示相对生长速率在0.05水平差异显著。Fig.2 Effects of different light quality on growth of E.henryi seedling A. Dry mass value of single E.hernryi seeding；B. Relative growth rate of single E.hernryi seeding Different letters marked on the dry mass value of E.hernryi seedlings at the same time show a clear difference at 0.05 level，and different letters marked on the relative growth rate of E.hernryi seedlings at the same time show a clear difference at 0.05 level.

2.3 光质对光合产物分配的影响

图3为光质对香果树幼苗光合产物分配的影响。图3A为不同光质下香果树幼苗根干重，图3B为不同光质下香果树幼苗茎干重，图3C为不同光质下香果树幼苗叶干重。图3D为不同光质下香果树幼苗根重比，图3E为不同光质下香果树幼苗茎重比，图3F为不同光质下香果树幼苗叶重比。

由图3知，试验期间，香果树幼苗根重比最大值达0.53(460 nm)，最小值为0.08(630 nm)，茎重比最大值达0.45(630 nm)，最小值为0.08(525 nm)，叶重比最大值达0.80(610 nm)，最小值为0.29(610 nm)。

由图3知，实验30 d时，根重比在0.17～0.25，且处理间无显著差异(P>0.05)。实验150 d时，根重比最大为0.53(460 nm)，其次为0.34，最小值为0.10，460 nm下根重比显著高于其他处理(P<0.05)。实验30 d时，香果树幼苗茎重比即存在显著差异(P<0.05)，730 nm下显著高于其他处理(P<0.05)，30 d时茎重比最大为0.29(730 nm)，其次为0.15，最小为0.1。实验30 d时，各处理香果树叶重比在0.53～0.68，处理间无显著差异(P>0.05)。120 d后香果树开始落叶，实验120 d时，叶重比最大值达0.75(525 nm)，最小值为0.36。

3 讨论

3.1 香果树种子萌发对光质的响应

唐荣平等[15]对丽江山慈菇(Iphigeniaindices)种子萌发的研究表明，红光和黄光提高了萌发率，绿光和蓝光抑制了萌发。姜勇等[16]对紫茎泽兰(Eupatoriumadeuophorum)种子萌发的研究表明可见光中波长较长的光促进作用明显，波长较短的光促进效果显著降低。这表明不同植物种子的萌发对光质的响应不同。绿光通常被认为不影响种子萌发，Baskin等[17]认为绿光对植物种子萌发的作用取决于植物的种类，是否存在后熟作用及光的具体波段范围。陈永晟[18]对毛菍的研究表明，红光与绿光均能促进毛菍种子萌发及芽的伸长生长。

本研究中，525 nm光对香果树种子的萌发有显著促进作用，525 nm下萌发率显著高出其他处理(P<0.05)，而610 nm光，460 nm光抑制了香果树种子萌发(图1)，这与对丽江山慈菇及紫茎泽兰等的研究均有所不同，与陈永晟的研究结果相似。Baskin等的观点能解释本研究中525 nm光对香果树种子萌发的显著促进作用。香果树种子对不同光质的响应可能由其自身的生物学特性所致。

3.2 香果树幼苗生长对光质的响应

不同光质的生物学效应有明显差别，反映此效应最有说服力的指标是植株干重[19]。多数研究表明，红光、黄光对多种植物的幼苗生长有利，而绿光、蓝光则不利于植物幼苗干物质积累，如彩色甜椒(Capsicumfrutescensvar.grossum)、乌塌菜(Braassicacampestrisssp.chinensisvar.rosularis)、喜树(Camptothecaacuminata)、茶树(Camelliasinensis)等[20～23]均符合上述规律，本研究结果与之类似，幼苗干重方面，香果树幼苗在120 d时590 nm下幼苗干干重显著高于630和610 nm下，630和610 nm下显著高于730、525和460 nm下(P<0.05)。相对质量增长速率方面，30～90 d间630 nm下相对质量增长速率显著高于其他处理，90～120 d间590 nm下相对质量增长速率显著高于其他处理(P<0.05)，即630、610和590 nm对香果树幼苗早期的干物质积累有利。

同时，研究结果表明120 d时460 nm下香果树幼苗干重显著低于其他处理(P<0.05)，仅为590 nm下干重13.34%。而180 d时460 nm下香果树幼苗干重与其他处理无显著差异(P>0.05)，高于525及730 nm，并达590 nm下的76.77%。相对质量增长速率方面，120～180 d，460 nm下显著高于其他处理(P<0.05)。这表明生长一定时间后蓝光对香果树幼苗生长较红光、黄光更为有利，这可能与120 d后气温下降有关。

光合产物向各个器官的分配比例，在短、长时间尺度上对植物均有重要影响[24～26]。使用根重比(RMR)、茎重比(SMR)和叶重比(LMR)表示向根、茎、叶的光合产物分配量占光合产物总分配量的比例，能较好反映植物光合产物分配情况[27～28]。

本研究中，处理30 d后，730 nm下香果树幼苗茎重比即显著高于其他处理(P<0.05)，为0.29，次于730 nm的根重比仅为0.15(图3)，同时，实验中观测到730 nm下幼苗较其他处理有更大的节间距。冠下、林下光谱组成中远红光比例高[29～30]，远红光下香果树幼苗增加对茎的光合产物分配，这有利于香果树幼苗叶片到达适宜的光环境；根据功能平衡假说，为保证水分和养分的供应，植物受到水分和养分胁迫时将增加向根系的光合产物分配[31～32]。一些研究表明蓝光能促进气孔开放，增加蒸腾速率[33～34]，本研究中，实验150 d时，460 nm下根重比显著高于其他处理(P<0.05)，达0.53，同时期次于460 nm的光质处理下，根重比为0.34，最小为0.10(图3)。表明460 nm处理增加了香果树幼苗对根系的光合产物分配。这可能是蓝光下香果树幼苗处于水分胁迫状态导致的。

3.3 香果树种群保护与恢复对策

迁地保护中为提高香果树种子的萌发率，播种后可适当补加630或525 nm光。

590 nm处理在香果树幼苗生长前期对干物质积累最为有利。建议田间培育香果树幼苗，在当年生香果树幼苗落叶前，可适当补加590 nm光，提高香果树幼苗及小树的生长速率。有研究表明，香果树可能在有性繁殖失败时通过无性繁殖(根蘖繁殖)维持种群的延续[35～36]，460 nm光在香果树幼苗生长后期(当年生幼苗落叶后)较其他光质更有利幼苗干物质的积累，并对光合产物向根系分配的增加更为有利。蓝光可能对香果树小树、母树光合产物分配有类似影响，适当补加460 nm光或能促进香果树的无性繁殖。