外源激素和基质对滇油杉种子发芽的影响

王姝茜，李莲芳，刘 畅，姜若超，黄孝杰，合金鑫，李俞鑫

（西南林业大学，昆明 650224）

0 引言

滇油杉(Keteleeria evelyniana)为松科(Pinaceae)油杉属常绿乔木，其主要分布于云南及四川西南部，垂直分布于海拔1400～2500 m之间[1-2]。滇油杉对环境的适应性强且树干高大通直，材质优良、耐腐，是分布区理想的造林和用材树种[3]。目前，滇油杉多呈零星分布且人工林极少，种子产量及萌发率低，天然更新幼苗生长缓慢，且由于人为砍伐以及自然环境等综合因素，其资源日渐匮乏[4]。已有滇油杉的研究主要在遗传分类、化学成分和病虫害防治等方面[5-7]，滇油杉种子发芽的研究鲜少从资料中查及。

松科植物幼苗属子叶出土类，其种子萌发通常胚根先突破种皮，然后胚根向下生长、胚轴迅速伸长，将子叶带离种壳推出地面，子叶出土后变为绿色，进行光合作用为进一步生长发育提供能量，胚根、胚芽则相继发育为地下的根系和地上茎叶器官[8]。麻建强等[9]采用正交设计对江南油杉(K.cyclolepis)种子开展苗木培育实验，根据锯木屑:泥炭:炭化谷壳体积比7:1:2为基质并施配缓释肥3 kg/m3装入5 cm×10 cm无纺布容器的苗木生长最优（地径、苗高和高径比分别为0.261 cm、18.83 cm和72.23）；谢伟玲[10]研究不同温度、光照和储藏条件对黄枝油杉(K.calcarea)种子发芽的影响，25℃周期性光照(3000 lx，12 h/d)和4℃低温储藏的种子发芽最优。油杉属种子发芽的研究查及文献较少，且未查及发芽特性的相关文献。

植物激素是调节种子萌发的关键因子，其对打破种子休眠、促进种子萌发具有重要作用[11-12]，外源激素处理种子具有与植物激素相同的功能。赤霉素(3-gibberellin，GA3)、吲哚丁酸(indoly-butyric acid，IBA)和吲哚乙酸(3-indoleacetic acid，IAA)属植物外源激素，其多用于植物种子发芽中浸种[13-14]。张凤银等[15]和张薇等[16]分别研究不同浓度的GA3浸种，发现GA3浸种对苦瓜(Momordica charantia)和云南松(Pinus yunnanensis)种子发芽均有促进作用；廖建良等[17]研究植物生长调节剂对五指毛桃(Ficus simplicissima)种子发芽的影响，发现0.20 g/L IBA溶液浸种可有效促进其种子发芽；李杨涛等[18]采用U15*(58)均匀设计对思茅松(P.kesiyavar.langbianensis)种子开展发芽实验，发现0.15 g/L IBA溶液浸种可加速种子发芽并提高种子的发芽率、发芽势和发芽指数；陈文龙等[19]研究不同外源激素对茄子(Solanum melongena)种子发芽的影响，结果显示，1.5 mg/L IAA浸种对其种子发芽具有一定的促进作用；刘生财等[20]以花叶苋菜(Amaranthus tricolor)种子为材料，研究不同浓度IAA对种子发芽的影响，0.5 mg/L IAA有利于提高种子的发芽率和发芽势。

良好的基质有利于保持适宜水分和提供营养物质，从而影响种子发芽[21]。熊月明等[22]以80%品氏基质+20%蛭石和40%品氏基质+20%草木灰+20%泥炭土+20%蛭石作为基质进行番木瓜(Carica papaya)种子发芽实验，基质可显著缩短其平均发芽时间，提高发芽率(P＜0.05)；秦爱丽[23]的实验指出，疏松、保水和透气的苗木培育基质是影响崖柏(Thuja sutchuenensis)发芽率的重要原因。基于已有文献，本研究采用L9(34)正交设计开展激素种类、浓度和基质3个因素的不同水平及其组合对滇油杉种子发芽影响的实验，了解其对滇油杉种子发芽的影响，旨在为该树种的苗木培育提供种子发芽的相关资料。

1 材料与方法

1.1 实验地点

实验在云南省昆明市西南林业大学林学院森林培育实验室完成。昆明位于102°45'41′′E、25°04'00′′N，海拔约1890 m，属亚热带季风气候；年平均气温15℃，绝对最高温31.5℃，绝对最低温-5℃，年均降水量995.3 mm，年平均相对湿度约68%[21]。

1.2 实验材料

滇油杉种子于2019年采集于昆明市宜良县国有花园林场，颗粒饱满，无病虫害。种子晾干净种后，于4℃的冰箱中冷藏，其千粒重66.55 g。播种时种子已冷藏6个月。

壤土来源于西南林业大学林学院苗圃，珍珠岩和锯末为商业购买；IBA、IAA和GA3为分析纯粉剂，其先配制为10 g/L的母液，再按实验设计分别配制为所需浓度的溶液。

1.3 实验设计

实验包括激素种类(A)及其浓度(B)和基质(C)3个因素，每因素3个水平（表1）。根据实验的因素水平，采用L9(34)正交设计开展实验实施（表2）。

表1 实验的因素水平表

表2 L9(34)正交实验设计表

实验共10个处理组合，采用上口径直径×下口径直径×高为16 cm×13 cm×12 cm塑料盒播种，每处理组合播种1盒（100粒），3次重复，共30盒（3000粒）。

1.4 实验方法

播种前5天对基质采用0.5%的高锰酸钾溶液分别消毒，于室外暴晒晾干后，按实验设计分装入容器中。播种前1天挑选大小一致且饱满的种子，用纱布包裹浸泡于0.5%的高锰酸钾溶液中消毒0.5 h，清水冲洗干净，于黑暗条件下浸种8 h后播种。播种时将种子摆放在基质表面并覆盖一薄层相同的基质（微微露出种子）。发芽期间浇水保持基质湿润并用保鲜膜覆盖保湿，保鲜膜戳小孔以便透气。

从发芽之日开始，每日记录种子发芽粒数，进行发芽指标计算。

式中，n为测定时间内正常发芽的种子数，N为置床的种子数，N0为日发芽种子数达到最高峰时正常发芽的种子数总和，Ni为第i日发芽粒数，Gt为第t天正常发芽的种子数，Dt为Gt相应发芽的天数[24]。

采用Excel和SPSS 22.0对数据进行整理和分析。为满足方差分析的齐性要求，如果有数据≤30%或≥70%，先进行反正弦变换后再进行方差分析。处理组合和因素水平间呈现显著或极显著的差异，则采用邓肯氏(Duncan’s)法[25]进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 滇油杉种子的发芽特性和苗木形成

滇油杉种子发芽后，其茎叶发育与已有研究的松类树种不同，其种子吸水，胚根突破种皮后缓慢伸长，胚根生长至一定长度后，胚轴在种壳不脱落前提下伸长（图1A），种壳不脱落，于胚轴顶端萌发1株新芽（图1B）；新芽发育出针叶，形成茎叶，逐渐生长成为苗木（图1C），即滇油杉种子播种形成的苗木，因其种壳不脱落，胚芽未继续发育成为茎干，故其为萌蘖的无性苗木。基于此，滇油杉在无特殊培育前提下，其苗木无真正意义上的实生苗。滇油杉苗木出现萌蘖的现象，也许是其种子胚乳较小，贮存的养分有限，养分主要供给优先生长的根系，导致胚轴伸长和茎干生长时剩余养分较少；同时，其种子含油量较高，外种皮、内种皮和胚乳部分粘黏性极强，在幼苗根系未充分生长发育阶段，其对养分的吸收能力有限，胚乳剩余养分和能量不足以保证子叶和胚芽与种壳分离导致其通过分蘖萌发新芽形成萌蘖的无性苗木。

图1 滇油杉种子的发芽特性

2.2 种子发芽过程

滇油杉种子播种后第18天开始发芽（以胚轴上端萌发新芽时记为种子发芽，图1），第37天时发芽结束，发芽延续期19天，27天后发芽急剧下降；除对照外，处理组合均在播种后的20～25天出现发芽小高峰，此期间发芽率为4.0%～9.0%，对照的发芽高峰期相对延迟；处理组合4、9分别在24、27天出现第二次发芽小高峰（图2），即在室内条件下，滇油杉种子发芽延续期相对较短，发芽整齐；外源激素浸种，加速种子发芽。

图2 滇油杉种子的发芽过程

2.3 发芽率和发芽势分析

处理组合的平均发芽率和发芽势分别为18.7%～56.0%和8.3%～27.0%，对照分别为13.3%和11.0%；处理组合间发芽势无显著性差异发芽率具有极显著差异(P=0.000001＜0.01)，其中处理组合2～5、7、9的发芽率极显著地高于其余处理和对照，外源激素浸种的发芽率均高于对照，除处理组合1外，其余处理组合的发芽势亦高于对照的（表3），表明外源激素浸种与基质不同组合提高滇油杉种子发芽率和发芽势，0.30 g/L IBA浸种播于锯末发芽率最高，即透气保湿的基质与适宜浓度的IBA浸种有益于提高滇油杉种子发芽，生产实践中培育滇油杉苗木，选择基质和激素浸种极为重要。

表3 滇油杉种子发芽指标

极差值大小即为因素对指标的影响程度。由表4可知，影响滇油杉种子发芽率和发芽势的主导因子是基质（因素C）；因素水平间，IBA(36.8%)和IAA(40.7%)浸种的发芽率显著高于GA3的(28.2%，P=0.047＜0.05)，播种于锯末(49.7%)和壤土的(36.1%)极显著高于珍珠岩(19.9%，P=0.0000000254＜0.01)，即IBA和IAA浸种播种于透气保水的锯末和壤土中，有益于滇油杉种子发芽并提高发芽率；发芽势仅基质间呈现显著差异(P=0.042＜0.05)，与发芽率一致，播种于锯末和壤土的种子，其发芽势显著高于珍珠岩，揭示IBA或IAA浸种结合疏松透气和保水的基质有益于滇油杉种子发芽。

表4 因素水平间发芽性状的极差分析

发芽率的理论优水平组合为A2B2C2（0.30 g/L IAA浸种播于锯末基质），发芽势的理论优水平组合则为A1B2C2（0.30 g/L IBA浸种播于锯末基质），实际发芽率和发芽势最高的与发芽势的理论优水平组合相一致（表4），揭示提高发芽率和发芽势的外源激素略有差异，即IAA和IBA分别提高滇油杉种子发芽率和发芽势，为同时提高这2个指标，需要进一步开展这2个外源激素共同浸种的多因素实验。

2.4 平均发芽时间和发芽指数分析

处理组合的平均发芽时间和发芽指数分别为3.3～6.7天和7.0～18.1粒/天，对照的分别为9.0天和2.7粒/天；其中，处理组合1、3、5、7、8的平均发芽时间极显著快于其余处理组合和对照，外源激素浸种的平均发芽时间均快于对照(P=0.002＜0.01)，发芽指数亦极显著高于对照(P=0.008＜0.01)；处理组合3和5的发芽率、发芽势、平均发芽时间和发芽指数均为最优（表3）。以上结果表明，适宜基质、激素及其浸种浓度的组合可有效缩短滇油杉种子的发芽过程，并且提高种子发芽率和发芽势。

影响滇油杉种子平均发芽时间和发芽指数的主导因子与发芽率和发芽势相同；因素水平间，浸种浓度为0.15 g/L（4.46天）的平均发芽时间显著快于0.30 g/L（5.61天）和0.45 g/L（6.12天，P=0.041＜0.05），播种于壤土（4.65天）和珍珠岩（5.08天）的平均发芽时间亦显著快于锯末（6.46天，P=0.023＜0.05）；与发芽率一致，播种于锯末和壤土的种子，其发芽指数极显著高于珍珠岩(P=0.008＜0.01)，即浸种溶液浓度为0.15 g/L播种于壤土和珍珠岩中，有益于加速滇油杉种子发芽，同时透气保水的基质提高发芽指数。因此，滇油杉苗木培育的发芽采用疏松的壤土结合外源激素IBA浸种可实现提高种子发芽率的目的。

表4显示，平均发芽时间的理论优水平组合为A1B1C3，即0.15 g/L IBA浸种播于壤土，与实际平均发芽时间最短的处理组合A1B1C1除基质不同外，其余2个因素的水平完全一致（表3），可能由于珍珠岩的孔隙较大，更有利于种子发芽过程中胚根的伸长且数据记录过程中由于珍珠岩色白、疏松，较壤土和锯末更易观察到种子的发芽过程；发芽指数的理论优水平组合为A2B1C2，即0.15 g/L IAA浸种播于锯末中，与实际最高的处理组合A2B1C2一致，但不利于种子发芽。以上结果表明，低浓度的溶液浸种显著缩短滇油杉种子的平均发芽时间，但其不利于种子发芽，保水和疏松透气的基质有益于滇油杉种子发芽。综合发芽率、发芽势和发芽过程及时间，0.45 g/L IBA或0.30 g/L IAA浸种播于壤土的发芽最优，可用于生产实践。

3 结论

笔者采用L9(34)正交设计对滇油杉开展激素种类及其浓度和基质的不同水平及其处理组合的种子发芽实验。滇油杉种子播种18天开始发芽，发芽延续19天，属发芽时间较短类；其发芽过程中，种壳不脱落，子叶枯死于种壳内，故苗木为萌蘖苗。实验处理组合的平均发芽率、发芽势、发芽时间和发芽指数分别为18.7%～56.0%、8.3%～27.0%、3.3～6.7天和7.0～18.1粒/天，除发芽势外，均优于对照的13.3%、9.0天和2.7粒/天；处理组合间4个指标除发芽势无显著性差异外，其余均呈现显著或极显著性差异（P＜0.05或P＜0.01）。基质是影响4个指标的主导因子。锯末和壤土极显著和显著地提高种子发芽率、发芽指数和发芽势，珍珠岩则显著地加速种子发芽（P＜0.05或P＜0.01）；综合发芽率、发芽势、平均发芽时间和发芽指数，0.45 g/L IBA或0.30 g/L IAA浸种播于壤土的发芽最优。

4 讨论

油杉属苗木培育方面的研究较少，文献亦无苗木发育特征方面的报道[26-27]。本研究发现，滇油杉种子发芽时，胚芽和子叶未从种皮中脱离而枯死于种皮内，其幼苗的地上器官从胚轴顶端伸长的茎干处萌蘖形成，因此，为无性萌蘖苗。此现象是否为油杉属的共同特征，有待对同属树种开展种子发芽的研究。

适宜浓度的植物外源激素浸种有利于种子发芽[11]。闫艳华等[28]研究外源激素溶液浸泡曼陀罗(Datura stramonium)种子，随IAA浸种浓度5～25 mg/L的变化，种子发芽率和发芽势逐渐提高且均优于对照；初丛相等[29]采用IAA浸种处理珍珠绣线菊种子(Spiraea thunbergii)，浓度为10 mg/L时，对种子发芽有明显促进作用；陈文龙等[19]和刘生财等[20]分别研究IAA溶液浸种对茄子和花叶苋菜种子发芽，结果与以上文献类似。本研究中IAA浸种的种子发芽率极显著高于对照，且浓度为0.30 g/L时发芽最优，与上述文献一致，即适宜浓度的IAA溶液浸种有益于种子发芽是共同规律，但不同植物或树种浸种的最佳浓度不同，生产实践中，采用IAA溶液浸种，有必要针对不同树种开展最佳浓度的实验，采用最佳浓度的溶液浸种，以达到促进种子发芽的目的。

余春和等[30]研究IBA和GA3溶液分别浸泡光皮桦种子(Betula luminifera)，10、30、50 mg/L的IBA浸种，促进其发芽；肖杰等[31]亦采用单因素实验设计开展IBA和GA3浸泡紫薇(Lagerstroemia indica)种子的实验，结果显示，10 mg/L IBA及20～100 mg/L GA3均显著地提高种子相关指标(P＜0.05)；张凤银等[15]和张薇等[16]分别研究GA3浸种对苦瓜和云南松种子发芽，廖建良等[17]和李杨涛等[18]分别研究IBA浸种对五指毛桃和思茅松种子发芽，结果均与上述文献类似。本研究IBA溶液(0.15、0.30、0.45 g/L)浸种的种子发芽指标均极显著高于对照，与上述研究结果类似；然而，也有与文献不相同之处，即本研究相对较低浓度的IBA溶液浸种，缩短发芽时间与文献不同，是否因树种的种子结构和生物学特性不同有关，有待进一步实验研究。本研究的GA3溶液(0.15、0.30、0.45 g/L)浸种均可提高滇油杉种子的发芽率，但较IBA和IAA浸种的略低，与已有文献的不同，这是实验因素的交互作用还是因树种不同导致的，有待进一步研究。

基质的水、气和热等条件是影响种子发芽的关键因素，适宜的基质是植物种子发芽的必要条件[22]。彭思华等[21]以河沙、锯末和森林土:炭渣体积比3:2作为基质进行滇青冈种子发芽的实验，森林土:炭渣极显著地提高其种子发芽指标(P＜0.01)；梁波[32]开展江南油杉不同基质苗木培育的研究，腐殖土:珍珠岩体积比3:1的处理种子发芽指标最优，即基质保水和透气性等是种子发芽的必要条件。本实验中，基质是影响滇油杉种子发芽的主导因子，锯末和壤土极显著和显著地提高种子除平均发芽时间外的指标（P＜0.05或P＜0.01），这与上述研究结果一致，揭示基质保水透气对种子发芽的重要性和共同规律。

本研究虽然采用L9(34)正交设计开展实验，但因水平的选择和排列，处理组合形成基质与某种外源激素及其浓度的组合，3种外源激素未构成共同应用于统一处理组合的现象，因此，构成外源激素为单一类型的实验，也许2种或2种以上外源激素对滇油杉种子发芽的作用与此不相同，建议在今后的实验中开展多种激素共同处理其种子的实验。