喀斯特特有植物地枫皮种子萌发及幼苗生长发育特性研究

刘宝玉，唐 辉，王满莲，梁惠凌，文香英，邓成华

(1.广西植物研究所，广西植物功能物质研究与利用重点实验室，广西 桂林 541006；2.中国科学院华南植物园，广州 510650；3.国际植物保护联盟(BGCI)中国办公室，广州 510650)

地枫皮(IllicicumdifengpiK.I.B.et K.I.M)为八角科八角属灌木或小乔木，通常高2～3 m，也可长成高6～7 m的小乔木。其主要分布区域为广西天峨县、都安县、马山县、靖西县的喀斯特石山，为广西喀斯特石山特有药用植物，在治疗跌打损伤和风湿关节痛等方面疗效显著[1-2]。地枫皮由于生境脆弱、分布区域狭窄，野生资源量少，繁殖能力弱，正常开花结果比较困难；再加上产地民众为了获取收益，常年对野生地枫皮无节制的乱采滥挖，导致其资源数量逐渐减少，现在地枫皮已处于濒危状态，被列入国家第一批珍稀濒危植物[3]。植物生长过程中最脆弱的时期是幼苗期，这一时期的生长状况将会影响种群未来的发展壮大[4]。种子萌发是植物幼苗生长的前提，不仅受遗传特性影响，还与环境因素有关；植物幼苗地上部和地下部的生长情况则关系到苗木生产的数量与质量[5]。因此，深入研究地枫皮种子的萌发和幼苗生长发育特性，提高种子发芽率和幼苗生长量，对地枫皮种质资源保护以及喀斯特植被恢复和生态化种植均具有实际意义。

目前，对地枫皮的抗旱性[6-7]及光合生理特性[8]等方面研究较多，关于其种子萌发和幼苗生长特性的研究较少。本试验通过对地枫皮从种子到幼苗的年生长动态进行研究，观察并记录幼苗的地径、株高和根长等性状的变化规律，从而深入了解种子萌发特性和种苗生长发育的规律，探究种子和幼苗繁育的有效方式，提高地枫皮幼苗的出苗率，为地枫皮的人工繁殖栽培及育种生产奠定理论基础，也为其在喀斯特植被恢复中的应用和推广提供理论指导。

1 材料与方法

所有观测试验均在广西壮族自治区桂林市雁山区广西植物研究所内的实验室及特色经济植物良种繁育圃内完成，试验基地地理坐标为东经110°18′，北纬25°04′，海拔175 m，是亚热带季风气候区。年平均无霜期300 d，年平均降雨量1 949.5 mm，年平均气温23.5 ℃，年平均日照时数1 680 h，年平均相对湿度为82%。

1.1 材 料

地枫皮种子采自广西百色市靖西县境内野生植株，并沙藏于广西植物研究所特色经济植物良种繁育圃内。

1.2 种子萌发特性测定

2017年3月1日，将沙藏地枫皮种子洗净后用0.1% KMnO4溶液消毒15 min，再将其播于垫有两层滤纸的培养皿中，滤纸用蒸馏水浸湿，每皿30粒，重复3次，加盖保湿。培养皿置于室温条件下培养。实验过程中为保持培养皿内湿度恒定，需每天补充蒸馏水。种子萌发的标志为胚根长度达到种子长度的1/2。每天08：00时统计一次发芽情况，并记录发芽数。当连续4 d不再有种子发芽时作为发芽结束期。具体测定项目如下：

发芽率(%)=(正常发芽种子粒数/供试种子总粒数)×100%；

发芽势(%)=(第26至35天内发芽的种子数/供试种子总数)×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt)；

平均发芽天数=∑(dn)/∑n；

式中，Gt为在发芽后t日的发芽数，Dt为相应的发芽天数。d为开始实验之日起的天数，n为相应各天正常发芽粒数。

1.3 幼苗生长特性测定

2017年5月20日，将子叶期地枫皮幼苗定植于装填有石灰岩腐殖土的塑料营养袋。2017年6月1日，测定子叶末期地枫皮幼苗的地上部形态特征，并调查展叶抽梢情况。2017年11月1日至2018年5月1日，测定地枫皮幼苗第3次展叶抽梢期的株高、地径和冠宽生长动态。5月2日，随机选取长势较好的一年生地枫皮幼苗，用水洗净根系泥土后，对其主根长、主根粗、一级侧根平均长度与粗度进行测量，其株高、地径和冠宽则以5月1日的测量结果为准。之后将地枫皮幼苗分成叶、根和茎三部分，于80 ℃烘箱烘至恒重，用1/1000天平分别称量其干重，并计算根冠比(根干重/茎叶干重)。用Sigma Plot 9.0(SPSS Inc,USA)软件绘图。

2018年8月26日，取新鲜成熟叶片，避开主脉部分用直径1 cm的打孔器进行取样，用于光合色素含量测定。打6片圆片放入25 mL棕色容量瓶中，加95%乙醇定容至刻度，加塞，置暗处48 h后，以95%乙醇为空白对照，在波长665 nm、649 nm、470 nm下测定吸光度值，并根据吸光度计算光合色素含量。

2018年9月5日，再次对地枫皮幼苗的株高、地径和冠宽进行测量。

2 结果与分析

2.1 地枫皮种子萌发特征

从发芽置床起，以5 d为1个时间段绘制种子的发芽曲线(图1)，可以清楚地观察地枫皮种子发芽过程。地枫皮种子在置床后第20天开始发芽，发芽持续时间长达35 d，其中在第25～30天发芽种子数最多。

地枫皮种子萌发特征指数见表1，其发芽率较高达80.77%，发芽势较低，仅34.62%，平均发芽天数较长，达28.6 d，发芽指数较低，其值为22.66。说明地枫皮种子发芽率高但出苗不整齐。

表1 地枫皮种子萌发特征Table 1 Characteristics of seed germination of I.difengpi

2.2 地枫皮幼苗生长发育规律

地枫皮为双子叶植物，于3月中旬，气温20 ℃左右时种子开始萌发，子叶期2个月左右，子叶期末株高可达3.56 cm，地径2.13 mm，子叶长2.53 cm，子叶宽1.6 cm(表2)。幼苗每2个月左右萌生一次枝梢，一年可萌生3次梢。2017年11月1日至2018年5月1日，属于地枫皮幼苗第3次展叶抽梢期，对该时期的幼苗生长发育动态进行观测(图2)，结果显示，11月1日至12月1日，气温均在10～20 ℃之间，地枫皮种子苗的株高、基径和冠宽都有一定幅度的增长；12月1日至3月2日，气温一般在10 ℃以下，地枫皮种子苗的株高增长缓慢，基径和冠宽基本停止增长；3月2日以后，气温开始回升，地枫皮种子苗的株高、基径和冠宽均迅速增长，尤其是4月1日以后，增长更加迅速，至5月1日，第3次抽梢结束，叶片完全展开，此时种子苗的株高、基径和冠宽分别达到了9.06 cm、3.78 mm和16.75 cm。该时间段内影响幼苗生长的主要因素为气温，当气温高于20 ℃时幼苗生长最为迅速，反之则随气温的降低幼苗生长减缓甚至停滞。

表2 地枫皮幼苗年生长发育规律Table 2 Rule of annual growth and development of I.difengpi seedlings

2.3 地枫皮幼苗年生长量

2018年5月2日对地枫皮幼苗的主根长、主根粗、一级侧根平均长与侧根粗进行测量(表3)，株高、地径、冠宽则以5月1日测量结果为准。结果显示，经过一年的生长，苗高达到9.06 cm，地径为3.78 mm，冠宽16.75 cm，叶片数9.6片，主根长为14.95 cm，主根粗2.75 mm，平均侧根长10.90 cm，平均侧根粗2.11 mm，平均根数4.3条。说明幼苗的地下部分长度大于地上部分高度。

表3 地枫皮幼苗年生长量Table 3 Annual growth of I.difengpi seedlings

2.4 地枫皮幼苗年生物量

如表4所示，经过一年的生长，地枫皮幼苗鲜重达11.76 g，干重达2.00 g，地上和地下部分干质量所占比例不同，地下部分干质量所占比例为12.5%，地上部分干质量所占比例为87.5%，根冠比为1∶7。可见地枫皮幼苗的地上部分生物量远大于地下部分，生产中应采取相应措施予以调节从而增大根冠比，使幼苗后期更加茁壮成长。地枫皮种子苗尚未木质化，根、茎和叶的含水量差别不大，均高达80%左右，其中叶含水量稍大于茎，茎含水量稍大于根。

表4 地枫皮幼苗年生物量Table 4 Annual biomass of I.difengpi seedlings

2.5 地枫皮幼苗光合色素含量

高等植物中叶绿素主要有叶绿素a和叶绿素b，其在光合作用中能将光能转化为化学能，并贮存于有机物中，因此叶片中叶绿素含量的高低是反映植物光合能力的一个重要指标。叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱存在差异，其叶绿素a/b值又可作为判定植物耐阴性的指标。为此对地枫皮幼苗中光合色素含量进行了测定，结果(表5)显示，地枫皮叶幼苗中叶绿素和类胡萝卜素含量分别为5.37 mg·dm-2和0.81 mg·dm-2，比值为6.63；叶绿素中绿素 a和叶绿素 b含量分别为3.93 mg·dm-2和1.44 mg·dm-2，叶绿素 a/b值为2.73。说明地枫皮幼苗的叶绿素含量高，叶绿素 a/b值低，具有一定的耐阴性。

表5 地枫皮幼苗光合色素含量Table 5 Photosynthetic pigment content of I.difengpi seedlings

2.6 地枫皮幼苗后期生长状态

2018年9月5日，对一年后的地枫皮幼苗的苗高、地径和冠宽进行测量，结果(表6)显示，与5月2日的测量结果相比，幼苗除了苗高略有增长外，地径和冠宽出现“负增长”现象。出现这一现象的原因可能是由于种子苗开始木质化，植株水分减少造成的。

表6 地枫皮幼苗5月份和9月份生长状态比较Table 6 Comparison of growth state of I.difengpiseedlings in May and September

3 讨 论

种子萌发启动时间、发芽率、发芽势和发芽指数是衡量种子萌发能力和活力水平的重要指标[9]。其中发芽率和发芽势反映了种子质量的优劣，发芽率高、发芽势强，说明种子出苗率高且整齐，因此农业生产上常常以此来计算用种量。发芽指数反映了种子的活力，发芽指数越高，种子活力越强，其发芽日数越少。种子萌发是植物体生活史中重要的阶段，直接影响到植物体后期的生长发育和形态建成，因此种子能够迅速整齐地萌发是产量与质量形成的基础[10]。本研究中地枫皮种子在置床后第20天开始发芽，发芽持续时间长达35 d，平均发芽天数28.6 d。其发芽率较高，达80.77%，但发芽势和发芽指数较低，仅分别为34.62%和22.66，说明地枫皮种子发芽启动时间和持续时间长，出苗率高但不整齐。因此，在引种选育时，应综合各项指标，以利于培育出优质壮苗，为人工栽培奠定基础。

植物幼苗的生长是植物生命周期中极为关键的时期。幼苗生长特性测定不仅可以评定种子生活力，而且利用幼苗的一些特点可预测成年植株的生长状态，为培育出优良的品种打下基础[11]。地枫皮种子于3月中旬，气温20 ℃左右时开始萌发，子叶期2个月左右，子叶期末，株高可达3.56 cm，地径2.13 mm，子叶长2.53 cm，子叶宽1.6 cm。每2个月左右萌生一次枝梢，一年可萌生3次梢，第3次梢于次年5月1日左右抽梢结束，叶片完全展开。在这个过程中，当气温在10～20 ℃之间时，幼苗的株高、地径和冠宽生长速度减缓；当气温进一步下降达到10 ℃以下时，幼苗的株高、基径和冠宽的生长几乎处于停滞状态。其原因是低温条件不利于幼苗同化产物的积累，这与高瑞如[12]等研究温度对盐节木幼苗早期生长的影响得出的结论相似。

根冠比是指植物根系生物量与地上部分生物量的比值，其大小不仅反映了植物地下部分与地上部分的相关性，还反映了植物分配给地下部分光合产物的比例，是群落的重要参数之一[13]。研究中，地枫皮幼苗的根冠比较低，为1∶7。其原因可能是试验过程中所用的土壤基质为石灰岩腐殖土，其养分丰富，氮素含量高，再加上试验过程中水分供给充足，这与地枫皮的原生环境石灰岩山顶的干旱、贫瘠正好相反，因此供试苗木地上部的生长要优于地下部的生长。这也提醒在今后地枫皮育苗中要注意控水、控肥，使其根冠比增大，从而更有利于其在喀斯特生境稳定生长。经过一年的生长，幼苗全株鲜重11.76 g，干重2.00 g，含水量为83.0%，说明此时地枫皮种子苗尚未木质化。与子叶末期相比，株高净生长量为5.5 cm，占全年生长量的60.71%；基径净生长量为1.65 cm，占全年生长量的43.65%，说明地枫皮一年生种子苗的株高生长主要是在子叶期之后，而地径生长主要是在子叶期。李帆[5]在研究蓝花楹幼苗生长特性时发现，在第一年的生长中，不同基质栽培的幼苗均表现为地下部分长度大于地上部分高度，而在生长两年后地上部的增长显著超过了地下部的增长，因此认为蓝花楹幼苗在形态建成过程中，地上部和地下部的生长是交替同时进行的，当地下部完成某一时期的生长后，生长中心就会转移至地上部，此时同化产物的运输方向将转向地上部，进行地上部的生长。本研究对一年生地枫皮幼苗的苗高和根长进行测定，结果显示幼苗的根长大于苗高，这说明地枫皮幼苗在形态建成过程中，优先进行地下部分生长，但其地上部和地下部生长如何交替进行，以及生长中心的转移还有待进一步试验验证。

植物中叶绿素b所占比例越高，其对叶绿素a最大吸收波段的红光和蓝光之间波长区域的光吸收能力越强，因此常用叶绿素a/b值作为植物判定耐阴性的指标，一般而言叶绿素含量高，叶绿素a/b值小的植物，耐阴性较强[14-15]。地枫皮种子苗的叶绿素/类胡萝卜素和叶绿素 a/b的值分别为6.63和2.73，其叶绿素含量高，叶绿素a/b值小，耐阴性较强。生产上可以根据地枫皮种子苗叶绿素在其光合色素中所占比例，以及叶绿素a/b值的大小对一年生幼苗进行适当遮荫处理，从而提高其幼苗的成活率，移栽前则可通过炼苗的方式对其相关比值再次进行调节，使其移植后对喀斯特地区的不良环境能够迅速地适应。

在研究过程中还发现，地枫皮幼苗的株高和冠宽于2018年9月5日所测得的数据较2018年5月1日的略低，原因很可能是由于此时幼苗抽梢已结束，苗高生长大幅减缓，而幼苗植株开始出现木质化，其体内水分减少，从而导致幼苗出现萎缩现象。这一现象在李淑芳等[16]研究美国山核桃一年生播种苗的年生长节律中也有出现，当一年生播种苗进入生长末期，苗木充分木质化，其苗高净生长量便出现负值。在苗木繁育过程中供水供肥应选择在苗木出现木质化之前的快速生长时期，以促进苗木的生长；苗木开始木质化后则应减少或停止供水供肥以促进苗木的木质化。