紫椴种子解除休眠及催芽育苗方法的研究

韩友志

(辽宁省林业科学研究院,沈阳 110032)

紫椴(Tiliaamurensis)为椴树属落叶乔木,分布在我国东北和华北地区,瑞典、挪威、加拿大、冰岛、朝鲜、俄罗斯远东地区也有分布。紫椴为优良用材树种,是国家Ⅱ级保护植物,也是重要的蜜源、药用和绿化树种[1-2]。

紫椴种子属综合性休眠类型[2-5,9-10],种皮结构致密[3-6],存在抑制物质[4-8]。国内外很多学者开展紫椴种子播种前酸蚀、擦伤或热水浸泡等处理,而后用低温或变温层积[2-5,10-12],也有应用激素和化学物质处理紫椴种子进行解除休眠的研究[2-3,13-14]。在紫椴种子解除休眠研究方面,邹学忠等[4]认为,处理种子先暖温(10～15℃)30d,再低温(0～4℃)120d,场圃发芽率达43.5%；赵玉慧等[15]认为,先暖温(18～20℃)50d,再低温((3～7℃)50d,发芽率达61.9%；杨顺等[16]认为,(25～26℃)60d,(0～4℃)90d,发芽率达60%；罗丽芬等[3]对紫椴进行去果皮+酸蚀(98%浓硫酸)20～25 min+激素处理48h+低温层积(4～7℃)20～25d,场圃发芽率可达60%以上；郑金辉等[14]认为,用30%NaOH浸种1.5h,先室温(10～15℃)15d,再低温(3～5℃)60d,发芽率可达71.67%。

本研究进行了不同浸种方法、GA3应用和不同层积催芽的综合处理方法,旨在探寻实用性强、便于推广应用的解除紫椴种子休眠技术。以期通过本研究,探究提高紫椴出苗率的技术方法,使幼苗出苗齐而壮,苗木质量好,为生产实践提供科学依据。

1 试验地概况

试验地设在辽宁省清原县英额门镇苗圃地,地理坐标为42°10′N,125°05′E,海拔为312m。温带大陆性季风气候,年均气温为5.2℃,年降水量为700～1 200mm[17]。试验苗圃地土壤为中性沙壤土。土壤主要理化指标分析结果如表1所示。

表1 圃地土壤理化指标分析Tab.1 Analysis of physical and chemical indexes of nursery soil

2 材料与方法

2.1 试验材料

2017年9月下旬,采种选取本溪市桓仁县30a生以上优良母树进行采种,地理坐标为41°23′～41°49′N,124°43′～124°58′E,海拔为490.69m～593.58m。当紫椴果实由绿逐渐变成深褐色时,及时用竹杆将小果枝打落采集,过晚会导致果实散落。机械去除果皮后,选取饱满的紫椴种子于阴凉通风处风干,种子含水量≤12～10%为宜。风干后种子在通风干燥处贮藏,并注意避光。随机取样挑选饱满的种子为试验材料,按3次重复测定紫椴种子品质指标,紫椴种子品质及采样地理坐标如表2所示。

表2 紫椴种子品质及采样地理位置Tab.2 Seed quality and sampling location of Tilia amurensis

2.2 试验方法

先将紫椴种子用0.5%的KMnO4溶液消毒1h,后用清水冲洗干净待用。本试验采用浓H2SO4浸种和用温水(40℃)浸种两种方法处理。试验应用赤霉素(GA3)进行浸种处理,浓度均为100mg/L(以下用GA3表示)。每个处理随机选取700粒种子,抽取30粒饱满种子,3次重复。将种子放在垫有两层滤纸的培养皿中,置于恒温培养箱中进行催芽处理,温度为25℃,处理时间为25d,注意保湿,进行发芽试验。再抽取200粒饱满种子,3次重复,每个处理1m2,进行圃地播种育苗出苗率试验。

1)方法一:用浓H2SO4浸种。4月初,用浓H2SO4浸种30min,用清水洗净,常温水浸泡24h,充分吸水。再用GA3浸种处理24h,以未用GA3浸种处理的种子为对照。4月10日,经GA3处理过的种子和对照种子分别与湿度60%的河沙按体积比(1∶3)拌匀后,各装入3个窗纱网袋中。GA3浸种处理的与对照的各取1袋,按3种方法层积处理:①窖藏(0～4℃,30d),②室内(13～18℃,30d),③高低变温(室内13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)。处理过程注意种沙保湿。5月10日左右,取出直接进行圃地播种。

2)方法二:用温水(40℃)浸种。12月初,温水(40℃)浸种7d,每天换水1次,使种子吸水充足。再用GA3浸种处理24h,以未用GA3浸种处理的种子为对照。12月10日,GA3处理过的种子和对照种子分别与湿度60%的河沙按体积比(1∶3)拌匀后,各装入3个窗纱网袋中。GA3浸种处理的与对照的各取1袋,按3种方法层积处理:①窖藏(-2～2℃,150d),②高低变温(室内13～18℃,30d；窖藏-2～2℃,120d),③室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)。未冷冻的种沙注意保湿。5月10日左右,取出直接圃地播种。

2.3 数据处理及统计分析

种子发芽率和出苗率、地径、苗高初步计算采用Excel 2003处理,采用DPS 11.50进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 不同处理方法对紫椴种子发芽率和出苗率的影响

不同浸种方法、GA3应用和不同层积催芽方法对紫椴种子发芽率和出苗率的影响如表3所示。从表3可以看出,在采用浓H2SO4(30min)浸种的各个处理中,H2SO4(30min)+GA3+高低变温(室内13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)处理紫椴种子发芽率和出苗率最高,分别为78.8%和71.6%；H2SO4(30min)+GA3+窖藏(0～4℃,30d)处理紫椴种子发芽率和出苗率居第二位,分别为60.5%和55.8%,明显好于其他处理。而在采用温水(7d)浸种的各个处理中,温水(7d)+GA3+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)处理紫椴种子发芽率和出苗率最高,分别为84.7%和79.5%；温水(7d)+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)处理紫椴种子发芽率和出苗率居第二位,分别为79.4%和73.6%。在整个试验中,温水(7d)+GA3+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)处理解除紫椴种子休眠效果最好。从试验结果可以看出,相同试验条件下,采用GA3和对照未采用GA3浸种处理差异非常显著,说明采用GA3浸种对紫椴种子解除休眠效果明显。

在紫椴种子解除休眠处理过程中,用温水浸种,采用GA3浸种处理的种子发芽率和出苗率大小顺序:室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)>高低变温(室内13～18℃,30d；窖藏-2～2℃,120d)>窖藏(-2～2℃,150d)；与用温水浸种,对照未采用GA3浸种的处理,其种子发芽率和出苗率大小顺序是一致的。而用浓H2SO4浸种,采用GA3浸种处理的种子发芽率和出苗率大小顺序:高低变温(室内13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)>窖藏(0～4℃,30d)>室内(13～18℃,30d)；与用浓H2SO4浸种,对照未采用GA3浸种的处理,其种子发芽率和出苗率大小顺序也是一致的。结合表3试验数据可以看出,用温水浸种,先室内高温,再室外冷冻,最后低温窖藏的效果最好；用温水或浓H2SO4浸种处理的,高低变温处理的效果次之,窖藏低温处理的效果再次；而用浓H2SO4浸种处理,室内高温处理的效果最差。

在P<0.01和P<0.05水平进行方差分析,并结合具体试验数据综合分析,结果表明:

1)H2SO4(30min)+窖藏(0～4℃,30d)和H2SO4(30min)+GA3+室内(13～18℃,30d)处理间差异不显著,说明相同温度条件下,用H2SO4浸种窖藏和用GA3浸种室温各30d,对紫椴解除休眠效果不理想。

2)H2SO4(30min)+GA3+窖藏(0～4℃,30d)和温水(7d)+GA3+高低变温(13～18℃,30d；-2～2℃,120d)处理间差异不显著,说明两种处理对紫椴种子解除休眠达到同一水平,而另一种30d的处理,H2SO4(30min)+GA3+高低变温(室内13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)种子发芽率和出苗率达到78.8%和71.6%,生产中结合生产实际可以用来短期解除紫椴种子休眠。

3)温水(7d)+高低变温(室内13～18℃,30d；窖藏-2～2℃,120d)与温水(7d)+GA3+窖藏(-2～2℃,150d)处理间差异亦不显著,说明两种处理方式对紫椴种子解除休眠具有影响且达到同一水平,而其余处理间差异明显。

4)温水(7d)+GA3+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)种子发芽率和出苗率达到84.7%和79.5%,明显好于其他处理,与其他处理呈极显著差异。

5)从出全苗天数分析,同等条件下,采用GA3浸种处理的出苗天数短于对照未采用GA3浸种的处理,差异显著。采用温水(7d)+GA3+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)处理出苗天数最短,为25d,且出苗整而齐。

表3 不同处理方法对紫椴种子发芽率 出苗率和出全苗时间的影响Tab.3 Effect of different treatment methods on germination rate、 emergence rate and emergence time of Tilia amurensis seeds

注:同列不同大写字母表示差异显著(P<0.01),同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

3.2 不同处理方法对紫椴1a生苗木质量的影响

选取4个紫椴种子解除休眠效果较好的处理,调查1a生苗木质量情况(表4)。4个不同处理平均苗高和平均地径大小顺序为:[温水(7d)+GA3+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)](0.55m,0.56cm)>[温水(7d)+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)](0.54m,0.55cm)>[H2SO4(30min)+GA3+高低变温(室内13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)](0.48m,0.52cm)>[H2SO4(30min)+GA3+窖藏(0～4℃,30d)](0.47m,0.51cm)。温水(7d)+GA3+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)处理1a生苗根系生长情况最好,主根长25.5cm,侧根26条。

4个不同处理中,H2SO4(30min)+GA3+高低变温(室内13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)和H2SO4(30min)+GA3+窖藏(0～4℃,30d)处理间差异不显著；温水(7d)+GA3+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)和温水(7d)+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)处理间差异不显著；而浓H2SO4(30min)浸种的两个处理与温水(7d)的两个处理差异显著。

表4 不同处理对1a生苗木质量的影响Tab.4 Effects of different treatments on the quality of one year old seedlings

注:表中数值为平均值±标准误；同列不同大写字母表示差异显著(P<0.01),同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

4 结论与讨论

本研究表明,采用温水(7d)+GA3+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)的综合处理方法发芽率达到84.7%,出苗率达到79.5%,出全苗天数为25d,远高于其他催芽处理。而温水(7d)+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)的发芽率和出苗率分别为79.4%和73.6%。在温水(7d)浸种的各处理中,采用GA3浸种紫椴种子发芽率和出苗率均好于未采用GA3浸种处理的紫椴种子,在浓H2SO4(30min)浸种的各处理中,采用GA3浸种种子发芽率和出苗率同样好于未采用GA3浸种处理的紫椴种子。说明GA3(100mg/L,24h)浸种对紫椴种子解除休眠具有促进作用,这与其他学者的研究是一致的[2-3,13]。

H2SO4(30min)+室内(13～18℃,30d)处理发芽率和出苗率分别为11.3%和7.2%,这与罗丽芬等[3]认为去果皮后酸蚀种皮(30min),再18℃层积37d后能使种子达到10.3%的发芽率一致,说明30d亦不足以完全解除紫椴种子休眠。而H2SO4(30min)+窖藏(0～4℃,30d)和H2SO4(30min)+高低变温(室内13～18℃,10d；窖藏0～4℃,20d)均好于H2SO4(30min)+室内(13～18℃,30d)处理,这与王海南[18]认为浓H2SO4(30min)浸种的种子在层积过程中容易发生腐烂的现象相一致。研究表明,在室温(13～18℃,30d)的条件下种子更易于腐烂进而影响发芽率。

研究表明,紫椴种子属于综合性休眠类型,通常采用GA3结合层积处理的催芽方法[2-3,13]。层积能让种子种皮中的抑制物质因为湿度、低温等外界因子而逐渐消失,种皮透性也得到了增强,而且能逐渐解除对胚的机械障碍[23]。前期暖温有利于种子萌发所需的各种酶的活化和合成,后期低温有利于贮藏物质水解伴随而来的能量或热量的释放[24]。在变温条件下种子发芽时,一个时期置于高温下,生化过程和呼吸作用旺盛,贮藏的物质大量转化为可溶物质,而另一个时期移于低温,则呼吸作用减退,可溶物质主要用于胚的生长[25]。本研究采用GA3结合高低温和变温冷冻2种层积方法进行种子催芽处理,结果表明:采用GA3+层积处理的种子,发芽率和出苗率显著高于未采用GA3浸种处理的紫椴种子(P<0.01和P<0.05)；温水(7d)+GA3+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)处理的紫椴种子发芽率和出苗率最高,达到84.7%和79.5%;而未采用GA3浸种处理的温水(7d)+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)处理的紫椴种子发芽率和出苗率分别达到79.4%和73.6%,也达到满意效果。说明,采取有效的层积处理方式和达到一定处理天数也能有效解除紫椴种子休眠。

GA3通过诱导水解酶弱化阻碍组织如胚乳或种皮,诱导种子库的活化,促进胚的增长[19]。休眠种子需要层积的原因可能为种子胚在成熟时休眠或未发育完全,而通过暖温或低温层积则可以使其完成胚的生长及萌发[20-21]。南方红豆杉种子利用“25～5℃”这种“暖温层积低温层积”处理种子,可以显著地消除种子内的萌发抑制物质,促进胚的生长,解除休眠促进萌发[22]。在研究不同处理对1a生苗木质量的影响时,温水(7d)浸种的两个处理均显著高于浓H2SO4(30min)浸种的两个处理(P<0.01和P<0.05),这不仅与GA3诱导促进胚增长有关,也和温水(7d)浸种后,均采用13～18℃,30d处理能有效促进胚发育有关,这些处理方法使苗高和地径生长具有优势。

综上所述,紫椴种子解除休眠的综合处理方法:温水(7d)+GA3+室内(13～18℃,30d)+室外冷冻(60d)+窖藏(-2～2℃,60d)为最佳组合,发芽率和出苗率为84.7%和79.5%,出苗整而齐(25d出全苗),苗木质量好。生产上可以结合实际情况,采取不同时间段和不同催芽处理组合进行紫椴种子播种育苗的种子催芽处理方式。