壳聚糖对三种古地中海孑遗植物种子萌发的影响
2021-08-24卢玉婷高润宏内蒙古农业大学
卢玉婷 高润宏 内蒙古农业大学
沙冬青属豆科沙冬青属植物,是古地中海第三纪孑遗珍稀植物、亚洲荒漠区特有的濒危植物,也是我国西北干旱地区唯一的超旱生常绿阔叶灌木,为国家三级保护植物。沙冬青主要生于沙丘、河滩边台地及石质荒漠,常在山前阳坡、平原河床附近形成连续分布的群落,为良好的固沙物种,是集观赏、绿化以及蒙医药用为一体的重要的植物资源。
蒙古扁桃是蔷薇科李属的多年生木本植物,为亚洲中部戈壁地区特有的旱生植物,分布于我国的戈壁荒漠草原区,是国家三级保护植物。蒙古扁桃是干旱地区的景观植物和水土保持植物,有极大的生态价值。同时它还是重要的木本油料树种之一,具有较高的药用价值。
霸王为蒺藜科霸王属强旱生灌木,根系发达,在我国西北和内蒙古的草原化荒漠地区分布较为广泛,生长于干旱缺水、土壤贫瘠和盐渍化较重的严酷环境,是干旱荒山造林的先锋树种之一,对于保持土壤稳定、改善环境有非常重要的作用。霸王为中等饲用植物,在幼嫩时骆驼和羊喜食其枝叶。霸王的根为中药,干枯枝条可作烧柴。
这三种植物是西鄂尔多斯古地中海孑遗植物群落的主要物种。目前,针对这三种植物的形态特征、生理特性、生态习性、生态经济价值、引种繁殖及造林技术等方面都有深入细致的研究。但是,由于这三种植物种子的休眠特性及生存环境干旱少雨,自然状态下更新较困难。如何促进其更新,提高其天然分布区内困难立地条件下的森林覆盖率是当前需要突破的关键技术。种衣剂可以促进林木种子的发芽,也可增强林木育种田间抗虫性。壳聚糖是一种具有生物活性的高分子化合物,具有良好的成膜性、附着性和吸湿性,被用于种子包衣。壳聚糖能够打破柠条、泡果白刺等植物种子的休眠,提高种子活力。本文以壳聚糖为种衣剂,研究不同浓度壳聚糖对沙冬青、蒙古扁桃、霸王种子萌发的影响,以期为人工促进这三种古地中海孑遗植物的更新提供技术支持。
一、材料和方法
1.实验材料
实验中所用的沙冬青、蒙古扁桃、霸王种子均在2020年7月采集于西鄂尔多斯国家级自然保护区。待果实自然开裂后取出种子,去除杂质,置于冰箱保存备用。
表1 种子质量指标
2.实验方法
称取壳聚糖10 克放入烧杯,加入乙酸溶液5 毫升,再加入一定量蒸馏水搅拌,待壳聚糖完全溶解后,用10%碳酸氢钠溶液调节pH 值至6.5 左右,然后定容至500 毫升,即配成2%的壳聚糖溶液。取2%的壳聚糖溶液2.5 毫升、5 毫升、10 毫升、15 毫升、25 毫升、50 毫升和75 毫升分别定容至100 毫升,即为0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.50%、1.00%和1.50%的壳聚糖溶液。选取完好的种子,用10%的双氧水浸种10 分钟后,用蒸馏水多次冲洗。用配制的不同浓度的壳聚糖溶液浸种12 小时,以蒸馏水浸种处理为对照实验,置于25℃培养箱内进行发芽试验,每组50 粒,重复3 组,基质为滤纸。从培养次日开始记录发芽种子数量,直至连续5天不再有种子萌发。
3.测定指标
式中,Gt:在t日的发芽数
T:种子总数
Tn:日发芽种子数达到最高峰时正常发芽数
Dt:相应发芽天数
4.数据处理
基本数据分析和绘图采用Microsoft Excel 2010 软件,方差分析采用SPSS 23 软件进行单因素方差分析,显著性检验采用LSD 法,用一般线性模型对植物种类和处理方式的交互效应进行多因素方差分析。
二、结果与分析
1.壳聚糖处理对种子萌发过程的影响
不同浓度壳聚糖处理对三种植物种子萌发过程的影响如图1。
图1 壳聚糖对种子萌发过程的影响
沙冬青种子在不同浓度壳聚糖处理下于1~2天开始萌发,发芽高峰期在1~2 天,于11~16天结束萌发。开始萌发时间随着壳聚糖浓度的增加而推迟,结束萌发时间随着壳聚糖浓度增加而提前。与对照组相比,各处理种子萌发数均高于对照组,说明壳聚糖对沙冬青种子萌发具有促进作用。
蒙古扁桃种子在不同浓度壳聚糖处理下于1~3天开始萌发,发芽高峰期在3~4 天,于5~10 天结束萌发。开始萌发时间随着壳聚糖浓度的增加呈现先减少后增加的趋势,结束萌发时间随着壳聚糖浓度的增加先减少后增加再减少。与对照组相比,0.30%壳聚糖处理下种子萌发数明显高于对照组,说明适宜浓度壳聚糖对蒙古扁桃种子萌发具有促进作用。
霸王种子在不同浓度壳聚糖处理下于1~3 天开始萌发,发芽高峰期在1~3 天,于6~11 天结束萌发。开始萌发时间随着壳聚糖浓度增加而推迟,结束萌发时间随着壳聚糖浓度增加先减少后增加再减少。与对照组相比,0.05%、0.10%、0.20%和0.30%壳聚糖处理下种子萌发数明显高于对照组,说明适宜浓度壳聚糖对霸王种子萌发具有促进作用。
2.壳聚糖处理对种子萌发指标的影响
(1)壳聚糖处理对种子发芽率的影响
由表2可知,不同物种种子发芽率存在极显著差异(P<0.01),壳聚糖浓度对发芽率影响极显著(P<0.01),壳聚糖浓度和物种的交互作用对种子发芽率影响极显著(P<0.01)。由图2可知,沙冬青种子发芽率在壳聚糖浓度为1.00%时出现最大值,此时的发芽率为97%,较对照高14%。蒙古扁桃种子发芽率在壳聚糖浓度为0.30%时出现最大值,此时的发芽率为93%,较对照高12%。霸王种子发芽率在壳聚糖浓度为0.10%时出现最大值,此时的发芽率为85%,较对照高24%。
表2 物种和壳聚糖浓度对种子萌发特征指标影响的双因素方差分析(F 值)
图2 不同壳聚糖浓度下种子发芽率
(2)壳聚糖处理对种子发芽势的影响
由表2可知,不同物种种子发芽势存在极显著差异(P<0.01),壳聚糖浓度对发芽势影响极显著(P<0.01),壳聚糖浓度和物种的交互作用对种子发芽势影响极显著(P<0.01)。由图3可知,沙冬青种子的发芽势在壳聚糖浓度为1.00%时出现最大值为41.33%,较对照高25.33%。蒙古扁桃种子的发芽势在壳聚糖浓度为0.30%时出现最大值为82.00%,较对照高6.33%。霸王种子的发芽势在壳聚糖浓度为0.10%时出现最大值,此时的发芽势为51.33%,较对照高16.67%。
图3 不同壳聚糖浓度下沙冬青种子发芽势
(3)壳聚糖处理对种子发芽指数的影响
由表2可知,不同物种种子发芽指数存在极显著差异(P<0.01),壳聚糖浓度对发芽指数影响极显著(P<0.01),壳聚糖浓度和物种的交互作用对种子发芽指数影响极显著(P<0.01)。由图4可知,沙冬青种子发芽指数在壳聚糖浓度为1.00%时出现最大值,此时的发芽指数为16.57,较对照高2.29。蒙古扁桃种子发芽指数在壳聚糖浓度为0.30%时出现最大值,此时的发芽指数为8.79,较对照高0.40。霸王种子的发芽指数在壳聚糖浓度为0.10%时出现最大值,此时的发芽指数为30.04,较对照高18.23。
图4 不同壳聚糖浓度下种子发芽指数
(4)壳聚糖处理对种子平均发芽速率的影响
由表2可知,不同物种种子平均发芽速率存在极显著差异(P<0.01),壳聚糖浓度对平均发芽速率影响极显著(P<0.01),壳聚糖浓度和物种的交互作用对种子平均发芽速率影响极显著(P<0.01)。由图5可知,沙冬青种子平均发芽速率在壳聚糖浓度为1.00%时出现最大值,此时的平均发芽速率为2.84,较对照高1.02。蒙古扁桃种子平均发芽速率在壳聚糖浓度为0.30%时出现最大值,此时的平均发芽速率为3.39,较对照高0.46。霸王种子的平均发芽速率在壳聚糖浓度为0.10%时出现最大值,此时的平均发芽速率为4.39,较对照高2.15。
图5 不同壳聚糖浓度下种子平均发芽速率
三、结论与讨论
壳聚糖浓度、物种及两者的交互作用对种子发芽率、发芽势、发芽指数、平均发芽速率均有极显著影响(P<0.01)。最适宜沙冬青种子萌发的种衣剂为浓度1.00%的壳聚糖溶液,最适宜蒙古扁桃种子萌发的种衣剂为浓度0.30%的壳聚糖溶液,最适宜霸王种子萌发的种衣剂为浓度0.10%的壳聚糖溶液。沙冬青、蒙古扁桃和霸王种子的各项发芽指标随着壳聚糖浓度的增加均呈现先增加后减少的趋势,并且显著高于对照组,说明适宜浓度的壳聚糖对三种植物种子的萌发有促进作用。
不同林木种子所需的最佳壳聚糖浓度不一样,适宜浓度的壳聚糖处理不仅能提高种子的发芽率、发芽势、发芽指数和平均发芽速率,缩短发芽时间,增强萌发过程中α-淀粉酶、脱氢酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性,还能显著影响植物幼苗生理及生化特性,并且其较强的成膜性能够隔绝病原菌与细胞接触。适宜浓度壳聚糖可以提高白刺、柠条、沙棘、酸枣等种子萌发能力,这与我们的实验结果一致。壳聚糖可能通过影响种子中各种酶的含量,从而影响种子萌发。壳聚糖浓度过高会对三种植物种子的萌发产生抑制作用,可能由于高浓度的壳聚糖影响了种子的呼吸等生理活动,从而减少了种子萌发过程中的物质和能量供给。
因此,在生产实践中应选用浓度为1.00%、0.30%、0.10%的壳聚糖溶液分别作为沙冬青、蒙古扁桃、霸王种子的种衣剂,对促进这三种植物的种子萌发及干旱荒漠地区植被恢复具有积极作用。
壳聚糖溶液浸种实验