大字杜鹃种子萌发特性研究

史春凤，陈春霞，辛 娣，韦云飞

(吉林农业科技学院，吉林 吉林 132101)

大字杜鹃(RhododendronschlippenbachiiMaxim.)为杜鹃花科杜鹃花属落叶灌木，分布于朝鲜、日本、俄罗斯(远东地区)，中国辽宁、内蒙古、吉林省南部也有少数分布。大字杜鹃秋叶红色，花大呈广钟形，粉红色，稀白色，观赏价值极高[1-4]。大字杜鹃自然分布区域狭窄，野生植株移栽成活率低，且种子不易获得[4]。由于常年被滥掘乱挖，野生种群面积急剧减少[2,3]，《吉林省野生动植物保护管理暂行条例》将其定为省级一类重点保护植物，周繇等[5]建议列为东北地区珍稀濒危植物。笔者在调查野生资源的过程中发现其受环境因素影响结实不稳定，且种子自然条件下发芽率低。

如何保护大字杜鹃野生资源是目前函待解决的问题，关于其播种育苗相关报道极少[2]。杜鹃种子含有内在抑制物，萌发率较低[6]。杜鹃花属种类数量庞大，各种杜鹃生物特性相差较远。研究表明，GA3能促进马缨杜鹃、太白杜鹃、毛毡杜鹃等多种杜鹃种子萌发[7-11]，且不同杜鹃种子萌发适宜温度不同[11-13]。本试验以种源地辽宁省凤城的大字杜鹃野生植株种子为供试材料，对种子萌发特性进行研究，观察种子的形态，测定种子的千粒重、种子活力、吸水率，研究不同GA3浓度、GA3浸种时间及不同培养温度对大字杜鹃种子萌发的影响，为大字杜鹃播种繁育提供科学依据，为其有效保护和持续利用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的大字杜鹃果实于2018年8月采自辽宁省凤城野生植株，果实晒干后脱粒、净种、干燥，种子装入牛皮纸袋内常温保存。

1.2 试验方法

1.2.1种子形态指标测定

1) 种子形态。随机选择种子50粒，在体式显微镜下观测种子的形态、颜色。种子长度测定用数显游标卡尺(精度0.01 mm) ，重复3 次，取平均值。

2) 种子千粒重。采用四分法随机取干净种子100粒，电子天平(精度0.000 1 g) 称量，重复5次，取平均值，计算千粒重。

1.2.2种子活力及种子吸水量测定

1) 种子活力。氯化三苯基四氮唑法( TTC法) 测定大字杜鹃种胚的活力。将蒸馏水浸泡12 h的种子纵切，选100粒浸泡于40 ℃的0.1%的TTC溶液中12 h，取出观察记录，种胚染色程度深的视为有活力种子，重复3次，取平均值。

2) 种子吸水率。饱满种子100粒置于装有蒸馏水烧杯中， 25 ℃光照培养箱(GZP-750 S，中国上海精宏有限公司)中吸胀，1 h后取出，滤纸吸水后称重，种子质量记为m1，以此类推，每隔1 h记录1次，直至种子质量基本恒定，得到m2，m3…m15。重复3 次，取平均值，绘制种子吸水曲线。

注：A比例尺为1∶1 000(单位：μm)；B比例尺为1∶500(单位：μm)。图1 大字杜鹃种子形态图

1.2.3种子萌发试验

设置GA3浓度、GA3浸种时间、发芽温度为影响因子的单因素实验和L9(33)正交实验。单因素试验：①GA3溶液400 mg·L-1，浸种时间分别为2、4、6、8、10、12 h，发芽温度25 ℃；②GA3溶液分别为200、300、400、500、600、700 mg·L-1，浸种4 h，发芽温度25 ℃；③400 mg·L-1GA3溶液浸种4 h，发芽温度分别为23、25、28、30、33 ℃。不同GA3浓度、不同GA3浸种时间、不同培养温度L9(33)正交试验如表1。

表1 种子萌发正交试验

种子萌发采用培养皿滤纸法。用0.1%KMnO4溶液浸泡30 min，蒸馏水冲洗后GA3溶液浸种，蒸馏水冲洗4次后，种子摆放在滤纸上，培养皿置于光照培养箱(同上)中暗培养。以胚根突破种皮即作为种子萌发的标准，当供试种子连续5 d无萌发时视为萌发结束。每处理100粒，重复3次。萌发结束后，计算发芽率、发芽势、发芽指数。本试验发芽启动时间快，发芽持续时间短，时间没有作为测试指标。

发芽率(%)=(种子发芽总数/供试种子总数)×100%；

发芽势(%)=(萌发始3 d内萌发种子数/供试种子总数)×100%；(本试验中大字杜鹃萌发始3 d内发芽种子数达到最高峰)

发芽指数(GI)=∑Gt/Dt，其中Gt为每日发芽数，Dt为当天的发芽日数，∑为总和。

1.3 数据统计

采用SPSS 17.0软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 种子形态指标

大字杜鹃种子卵状椭圆形，体式显微镜下观察，如图1，类似于不规则的三棱锥、水滴形状、长条状、米粒形等，偶见扁平状。种子棕色，细长，种脐端平，合点端圆，种皮薄且粗糙，无毛，有棱角。种子长0.72～1.02 mm，宽0.31～0.42 mm，千粒重为(0.341 2±0.000 5)g，属小粒种子。

2.2 种子活力及吸水特性

大字杜鹃种子的活力值为95.56%；种子吸水量变化如图2，2～4 h种子迅速吸水，后吸水逐渐减缓，9 h种子重量增加15.42%，基本达到饱和状态，不再吸水，可知大字杜鹃种皮透水性良好。

图2 大字杜鹃种子吸水曲线图

2.3 种子萌发试验

2.3.1不同GA3浸种时间对大字杜鹃种子萌发的影响

浸种时间的长短关系到GA3能否浸入种子内部。由图3可知，浸种2 h种子发芽率最低，为66.67%，但随着GA3浸种时间的增加，发芽率呈先增后减的趋势，说明GA3浸种对大字杜鹃种子发芽有促进作用。其中，2 h与4 h处理组间差异不显著(p>0.05)，与6、8、10、12 h处理组间差异极显著(p<0.01)，而6、8、10、12 h处理组间没有明显差异性，组间内6～12 h对大字杜鹃种子发芽率作用较明显，10 h发芽率高达89.35%，说明GA3浸入种子内的量逐随着种子吸水量的增加而增加，与上述种子吸水达到饱和时间基本吻合。

如图4，浸种2 h的种子发芽势最低，且极显著于其他处理。4 h与12 h处理组间没有显著差异性，4 h与6、8、10 h处理组间差异显著，而6、8、10 h各处理组间没有显著差异性(p>0.05)。综上所述，GA3浸种时间对大字杜鹃种子发芽势有促进作用，6、8、10 h处理对种子发芽势的影响较突出，2 h和4 h种子发芽势不高，与种子吸收量GA3少有关。

注：小写字母表示差异显著(p<0.05)。下同。 图3 不同GA3浸种时间对大字杜鹃种子发芽率的影响

图4 不同GA3浸种时间对大字杜鹃种子发芽势的影响

由图5可知，浸种2 h与组间其他处理差异极显著，而4、6、8、10、12 h各处理组间没有显著差异。其中，8 h处理下的大字杜鹃种子发芽指数最高，达69.96，GA3浸种时间对大字杜鹃种子发芽指数的影响呈先增后减的趋势，说明浸种时间越接近8 h，对大字杜鹃种子发芽指数的促进作用越大。

图5 GA3 不同浸种时间对大字杜鹃种子发芽指数的影响

杨鹏等[11]研究表明，发芽势和发芽指数能更深层次地表现种子活力。因此在温度为25 ℃，GA3浓度为400 mg·L-1的条件下，适合大字杜鹃种子萌发的GA3浸种时间为6～10 h。

2.3.2不同GA3浓度对大字杜鹃种子萌发的影响

由图6可知，200 mg·L-1GA3浓度处理下的大字杜鹃种子发芽率最低，为66.67%。200 mg·L-1与300 mg·L-1处理组间差异显著，400、500、600、700 mg·L-1各处理组间差异均极显著于200 mg·L-1，而除了200 mg·L-1外，其余各处理组间均没有显著差异性。其中，发芽率最高的是在500 mg·L-1处理下的大字杜鹃种子，达到90.67%，GA3浓度对大字杜鹃种子发芽率的影响呈先增后减的趋势，说明GA3浓度越接近500 mg·L-1，越有利于种子萌发。

图6 不同GA3浓度对大字杜鹃种子发芽率的影响

GA3浓度的高低涉及到GA3对大字杜鹃种子的作用大小，由图7可知，500 mg·L-1GA3处理下的种子发芽势最大，达77.33%，200 mg·L-1处理下的发芽势最低，仅44.00%，且极显著低于400、500、600、700 mg·L-1各处理下的种子发芽势。300 mg·L-1与400、500、700 mg·L-1各处理组间差异显著，而400、500、600、700 mg·L-1各处理间没有显著差异性。从上述分析可以得出，200、300 mg·L-1GA3对大字杜鹃种子发芽势没有明显影响，400～700 mg·L-1组间内对大字杜鹃种子发芽势有较明显的影响，其中500 mg·L-1处理尤为突出。

图7 不同GA3浓度对大字杜鹃种子发芽势的影响

由图8可知，种子发芽指数呈先增后减的趋势，其中200 mg·L-1处理下的发芽指数最低，仅42.85，极显著低于其他各处理组。300 mg·L-1与700 mg·L-1处理组间差异不显著，与400、500、600 mg·L-1差异显著，而400、500、600 mg·L-1各处理组间差异不显著。综上可知，300 mg·L-1和700 mg·L-1处理下发芽指数较低，500 mg·L-1处理下发芽指数最高，达73.67，对大字杜鹃种子萌发指数的影响尤为突出。

图8 不同GA3浓度对大字杜鹃种子发芽指数的影响

综上所述，最适合大字杜鹃种子萌发的GA3浓度为500 mg·L-1，温度为25 ℃，浸种时间为4 h。

2.3.3不同培养温度对大字杜鹃种子萌发的影响

温度是影响植物种子萌发的重要环境因素，温度过高或过低均不利于种子发芽。由图9可知，当温度为28 ℃时，大字杜鹃种子发芽率最高，达到93.33%，与其它各处理组相比差异极显著。此外，25 ℃与30 ℃处理组间差异没有显著性，23 ℃与33 ℃处理组间差异也没有显著性，而25 ℃、30 ℃与23 ℃、33 ℃之间相比则表现极为显著。从上述分析可知，23 ℃处理不利于大字杜鹃种子萌发，33 ℃处理下温度过高，使种子内部生理变化过快，储藏物被氧化分解，释放出大量能量，导致种子发芽率降低[10]。25 ℃、28 ℃、30 ℃处理下大字杜鹃种子发芽率较高，均超过85%，而28 ℃最适合大字杜鹃种子的萌发。

图9 不同温度对大字杜鹃种子发芽率的影响

由图10可知，23 ℃处理下大字杜鹃种子发芽势最低，仅49.33%，与其它各处理组相比差异极显著。25、28、30、33 ℃各处理组间没有显著差异性。从分析可知，23 ℃不利于大字杜鹃种子的萌发，王靖靖等[13]研究表明，温度太低，酶活性过低不足以催化各种代谢反应进行，其它温度处理对大字杜鹃的发芽势没有明显区别。

图10 不同温度对大字杜鹃种子发芽势的影响

在图11中，23 ℃处理下的大字杜鹃种子发芽状况最差，发芽指数仅51.27，且与其它各组内处理相比差异极显著，而25 ℃、28 ℃、30 ℃、33 ℃各处理组间没有显著差异性。从分析可知，23 ℃不利于大字杜鹃种子的萌发，其它温度处理对大字杜鹃的种子发芽指数的影响没有明显区别。

图11 不同温度对大字杜鹃种子发芽指数的影响

综上所述，温度对大字杜鹃种子发芽势和发芽指数的影响，没有温度对大字杜鹃种子发芽率的影响突出，说明发芽率是测试温度对大字杜鹃种子萌发的影响的有力指标。因此，在GA3浸种时间为4 h，GA3浓度为400 mg·L-1的条件下，28 ℃为最佳萌发温度。

2.3.4GA3浓度、GA3浸种时间、温度对种子萌发影响正交试验结果与分析

由表2可知，处理A3B2C1的种子发芽势最高，达84.67%，发芽指数也是最高，为78.63，虽然发芽率比处理A1B3C2低3.33%，但是发芽势比A1B3C2高4.67%，且差异明显，说明A3B2C1种子发芽整齐度高于其他处理。因此，确定最佳组合为处理A3B2C1，即适合大字杜鹃种子萌发的最佳组合条件为：GA3浸种时间10 h+GA3浓度500 mg·L-1+温度25 ℃。

表2 GA3浓度、GA3浸种时间、温度对种子萌发影响正交试验

3 结论与讨论

本研究表明，大字杜鹃种子属于小粒种子；野生大字杜鹃成熟种子种胚无无生理后熟现象且具有较高的活力；大字杜鹃种皮薄且透水性良好。通过萌发温度、GA3浓度及浸种时间对大字杜鹃种子萌发综合作用研究，表明大字杜鹃种子最佳萌发控制组合为500 mg·L-1的GA3溶液中浸泡10 h，在温度为25 ℃的条件下培养，种子的萌发情况是最佳的。

本研究采用光照培养箱培养皿滤纸法进行种子发芽试验，发现大字杜鹃种子4 d即可发芽，发芽持续时间7 d左右，发芽持续时间明显短于李华等[2]研究的17 d，说明大字杜鹃种子种皮或内部具有萌发抑制物质，且GA3溶液浸泡处理对大字杜鹃种子的萌发有促进作用，但抑制物质存在部位及抑制物质组分有待于进一步研究。

本研究以温度为25 ℃，GA3浓度400 mg·L-1为不变量，得出最适合大字杜鹃种子萌发的GA3浸种时间为6～10 h，报道中浸种时间为固定时间[6-10]；在温度为25 ℃，GA3浸种时间为4 h的条件下，最适合大字杜鹃种子萌发的GA3浓度为500 mg·L-1，随着赤霉素浓度的提高，大字杜鹃的发芽率、发芽势、发芽指数呈先增后降的趋势，与毛毡杜鹃、毛棉杜鹃、黄杯杜鹃、大萼杜鹃、秀雅杜鹃的结果近似[7-10]；将GA3浸种时间控制在4 h，GA3浓度控制在400 mg·L-1的条件下，最适合大字杜鹃种子萌发的温度为28 ℃，大萼杜鹃、杜鹃花温度最适宜温度为25 ℃[7,12]，而黄杯杜鹃适宜温度为15 ℃[7]。

通过正交试验表明，大字杜鹃种子于GA3500mg·L-1中浸种10 h，培养温度25 ℃，种子的萌发情况最佳。在单因素试验中，28 ℃为种子最佳发芽温度，正交试验中25 ℃是最佳温度，萌发试验中不仅要考虑发芽率、发芽势等指标，同时要综合考虑各个因子间的交互作用，温度的升高能缩短浸泡时间，同时温度的升高能提高吸收GA3的量。因此，推测适宜发芽温度高是自然条件下发芽率低的原因之一。实践生产中可采用正交试验的数据进行催芽处理，从而提高种子利用率。本研究具有一定局限性，土壤水分、光照等因子对大字杜鹃种子萌发的影响仍有待进深入研究，从而解决大字杜鹃播种繁殖问题。