14 种川西北高山野生功能性草本花卉植物种子萌发特性

杨马进，黄文娟，李 臻，唐霄铧，韩菊兰，叶昌华

(四川省农业特色植物研究院，四川 内江 641200)

川西北地区位于四川盆地西部边缘地带，地处青藏高原东麓，包含阿坝州、甘孜州等地区，区域内地形复杂，高山、峡谷、高原、湿地、沙地等地貌交错，东西、南北海拔高差跨度大，河流水系资源丰富，气候多样，植被垂直变化明显[1]。境内植被以针阔混交林、针叶林、草甸植物为主，其中野生草本花卉植物更是绚丽多姿，种类繁多，资源量丰富，许多种类不仅有较高观赏价值，还具潜在药用及食用等功能，蕴含较大研究潜力和开发价值，但大多数资源尚待开发。

为了能在自然界中维持种群繁衍、降低种间个体竞争以及抵抗外界恶劣环境[2—4]，大多数植物种子具有休眠现象[5]，这在野生高山草本花卉植物中体现得更为明显。种子休眠多由自身内源因素和外源因素导致[6—8]，各自休眠机理不同，除种子自身因素外，外界水分、温度、光照、盐分、土壤等自然因素也对种子休眠的诱导、维持及解除有较大影响[9]。休眠特性使得野生植物种子自然萌发率偏低，因此解除种子休眠是野生花卉植物种子繁育首要解决问题之一[10]。目前，破除野生花卉植物种子休眠的方法有大量研究，常规手段主要有水浸种[11—12]、激素处理[13—16]、层积[17]、物理损伤破皮[18]及多种方式复合处理[19—20]等。此外，诸如超声波处理[21]、真菌诱导[22]、辐射处理[23—24]等现代生物技术亦逐渐应用于野生花卉植物种子繁育研究。

本研究以川西北14 种兼具观赏、药用价值的特色草本花卉植物种子为试材，采用不同储藏方式及不同种子处理方式[25—27]，开展川西北高山野生草本花卉种子资源异地保存模式和低海拔种子繁育技术研究，探究气候差异较大的条件下高山野生功能性草本花卉植物在平原地区人工培育的可行性，以期为当地自然保护区后期实现返育、优选本土功能性植物种类提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试种子材料采集于四川西北部的卧龙自然保护区–巴朗山–四姑娘山风景区沿线区域。该区域海拔相差5000 m 以上，冬季大部分区域积雪覆盖，夏季凉爽，年均相对湿度达70%以上。种子采集时间为2021 年9 月中下旬，每种植物采集10 株以上成熟植株，充分混合后取样[28]。共采集8 科10 属14种功能性草本花卉植物种子(表1)。

表1 14 种川西北高山野生功能性草本花卉植物种子采集信息Table 1 Seed collection information of 14 wild functional ornamental herbaceous species

1.2 方法

1.2.1 储藏方式

将14 种植物种子分为两部分，一部分不储藏直接进行萌发实验；一部分装入牛皮纸袋内分别储藏于3 种环境(表2)，并于2021 年12 月底储藏。储藏地点为四川省成都市郫都区友爱镇清溪村(30°48′37.9″N，103°49′34.7″E，海拔610 m)，当地属亚热带季风性湿润气候，冬季温和多雨，年均温16 ℃，年度极端最高温35.3 ℃、极端最低温–4 ℃，年均降水量979.4 mm，年均日照1014 h。2022 年3月底，将不同储藏条件下的各种子材料取出整理，筛掉霉变种子，并清洗杂质以待用。

表2 种子储藏方式设置Table 2 Seed storage methods

1.2.2 种子萌发前处理

种子萌发前用蒸馏水冲洗3 次后晾干，然后采用物理和化学试剂方法进行处理，每处理选择30 粒饱满的种子，3 次重复，设置对照组(CK 组)，未储藏种子处理时间为2021 年11 月，储藏种子处理时间为2022 年4 月。实验设置如表3。

表3 14 种草本花卉植物种子处理方式设置Table 3 Seed treatments of 14 wild functional ornamental herbaceous species

1.2.3 种子萌发实验

种子萌发实验分别于2021 年11 月(未储藏种子)和2022 年4 月(储藏种子)开始，采用培养皿作为容器，内部以1 层滤纸+1 层无纺布作为发芽床。萌发前处理过的种子用蒸馏水冲洗3 次，清除表面残留物，晾干后用0.8% NaClO 浸泡消毒10 min，再用蒸馏水清洗3 次，吸干表面水分后均匀放置于培养皿发芽床上。蒸馏水喷洒发芽床，使其充分湿润接触种子，加盖后平放至光照培养箱，培养箱环境：18 h 光照+8 h 黑暗，恒温20 ℃，光照强度1500 lx。每个培养皿30 粒种子，每处理3 次重复。萌发期间保持发芽床湿润，每天统计种子萌发数，以种子露白为发芽统计标准，计算各处理的发芽率、萌发进程(萌发时滞、萌发高峰期和萌发持续时间)。萌发时滞为第1 粒种子萌发所需天数；萌发高峰期为萌发实验开始至种子日萌发数达到最高所需天数；萌发持续时间为实验开始至萌发结束所需总天数。

发芽率(%)=统计结束时萌发种子数/供试种子总数×100%；

1.3 数据统计分析

采用SPSS、Excel 软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 处理方式对未储藏种子发芽的影响

如表4 所示，14 种草本植物未储藏种子发芽率不同处理方式间存在一定的差异，表明物理或化学试剂处理方法对其萌发有影响。综合来看，宝兴百合Liliumduchartrei、钟花报春Primulasikkimensis、倒提壶Cynoglossumamabile、长梗紫菀Aster dolichopodus、偏翅唐松草Thalictrumdelavayi、银莲花Anemonecathayensis等6种植物种子整体萌发率较高(＞50%)，其CK 组也具有较高的发芽率。宝兴百合、倒提壶、银莲花、长梗紫菀、桃儿七Sinopodophyllumhexandrum、甘青铁线莲Clematis tangutica等6 种植物种子CK 组发芽率高，其他处理方式对其萌发无明显促进作用，表明6 种植物种子自然成熟度较高。除雪山报春Primulanivalis、草玉梅Anemonerivularis外，物理损伤和硫酸侵蚀对其他种子萌发具有明显抑制作用，特别是酸侵蚀下14 种植物种子发芽率均为0；培养过程中物理损伤处理的种子霉变程度最高。清水浸种对钟花报春、雪山报春、偏翅唐松草等3 种植物种子发芽具有促进作用，对其他11 种植物效果不明显或有轻微抑制作用；GA3溶液浸种对全缘叶绿绒蒿Meconopsisintegrifolia、总状绿绒蒿Meconopsisracemosa、雪山报春、长花铁线莲Clematisrehderiana等4 种植物种子发芽促进作用明显，对其他10 种植物效果不明显。

表4 不同萌发前处理的14 种草本花卉植物未储藏种子发芽率比较Table 4 Multiple comparison of germination rate of 14 wild functional ornamental herbaceous species seeds without storage

14 种植物种子的萌发时滞、萌发高峰期、萌发持续时间见表5。未储藏条件下，清水浸种和GA3溶液浸种能明显缩短多数植物种子的萌发进程时间，使多数植物种子萌发更加整齐。GA3溶液浸种效果最为明显，相较对照组缩短了宝兴百合、桃儿七、草玉梅等8 种植物萌发开始时间，缩短了宝兴百合、桃儿七、总状绿绒蒿等8 种植物进入萌发高峰时间，缩短了宝兴百合、桃儿七、钟花报春等8种植物萌发持续时间，但推迟了长梗紫菀、偏翅唐松草进入萌发高峰时间，也延长了偏翅唐松草、草玉梅、银莲花萌发持续时间。清水浸种较对照组缩短了宝兴百合、桃儿七、草玉梅等7 种植物萌发开始时间，使宝兴百合、桃儿七、总状绿绒蒿等6 种植物提前进入萌发高峰期，缩短了宝兴百合、桃儿七、甘青铁线莲等6 种植物萌发持续时间，但推迟了倒提壶萌发开始时间、偏翅唐松草进入萌发高峰时间，也延长了偏翅唐松草、银莲花、雪山报春等4 种植物萌发持续周期。物理损伤对钟花报春、桃儿七的整个种子萌发进程起促进作用，对偏翅唐松草起延迟作用，对其他植物种子萌发阶段影响不一。

表5 不同萌发前处理的14 种草本花卉植物未储藏种子萌发进程Table 5 Germination process of 14 wild functional ornamental herbaceous species seeds without storage

2.2 储藏方式对种子发芽的影响

14 种高山草本花卉种子经过5 种储藏方式储藏3 个月后，采用5 种处理方式进行处理，开展萌发实验，并对结果运用双因素方差分析，发芽率多重比较结果见表6。萌发进程见表7～表9。

表6 储藏方式及萌发前处理对14 种草本花卉植物种子发芽率的影响Table 6 Effects of storage methods and different germination treatments on germination rates of 14 wild functional ornamental herbaceous species

表7 不同储藏方式不同种子处理条件下14 种草本花卉植物种子萌发时滞Table 7 Initiation time of seed germination by different storage methods and different seed treatments of 14 wild functional ornamental herbaceous species

表8 不同储藏方式不同种子处理条件下14 种草本花卉植物种子萌发高峰期Table 8 Seed germination peak time by different storage methods and different seed treatments of 14 wild functional ornamental herbaceous species

2.2.1 储藏方式对种子发芽率的影响

多重比较结果显示，低海拔地区室外干燥通风环境、低温环境和沙藏环境储藏对14 种高山草本植物种子发芽率影响明显。整体来看，对比未储藏种子CK 组萌发率，宝兴百合(除室外通风沙藏种子)、总状绿绒蒿、钟花报春等8 种植物经过3 种环境储藏后CK 组种子活力不同程度降低，平均萌发率下降，以宝兴百合、长梗紫菀和偏翅唐松草降幅最大；全缘叶绿绒蒿、雪山报春、桃儿七等6 种植物储藏后CK 组种子平均萌发率则上升。对比3 种储藏环境下各处理方式的平均种子萌发率，室外常温干燥环境储藏种子发芽率整体偏低，低温环境和沙藏环境下的种子活力更高，具有更高的发芽率，以沙藏环境储藏效果最佳。具体而言，比较同种储藏环境下不同种子处理方式平均发芽率，除甘青铁线莲、甘西鼠尾草Salviaprzewalskii外，其他12 种植物室外干燥通风条件下储藏的种子平均发芽率明显低于其他4 种储藏方式，这可能是由于相较于其野生环境，低海拔地区冬季温度偏高，干燥缺水，种子整体活力降低所致；低温环境下，宝兴百合、偏翅唐松草、草玉梅等9 种植物种子更耐低温储藏，其中–5 ℃比3 ℃储藏种子发芽率更高，表现出更好的抗寒性；沙藏环境下，全缘叶绿绒蒿、总状绿绒蒿、草玉梅等9 种植物种子3 ℃沙藏的发芽率高于室外通风沙藏处理，表明低温层积更适宜大部分高山草本花卉种子储藏。

2.2.2 储藏方式对种子萌发进程的影响

由表7～表9 可知，低温环境和沙藏环境储藏方式有助于缩短多数植物种子萌发进程，以沙藏环境储藏效果最好，表明层积更有助于缩短多数高山花卉植物种子萌发进程。沙藏方式下，宝兴百合、桃儿七等8 种植物种子在3 ℃低温下整体萌发开始时间最早，且更早进入萌发高峰期，整体萌发持续时间最短；偏翅唐松草、银莲花、倒提壶等4 种植物种子则在室外常温沙藏下萌发时滞最短；干燥低温环境下储藏的种子萌发进程介于室外常温跟沙藏储藏之间，其中除银莲花、长梗紫菀在–5 ℃和3℃条件下进程相差小外，宝兴百合、偏翅唐松草、桃儿七等7 种植物种子在–5 ℃条件下储藏后反而萌发进程最短，表现出更强的抗寒特性；室外常温环境下储藏的种子整体萌发进程时间最长，但全缘叶绿绒蒿、钟花报春例外，两者在该条件下储藏后反而发芽开始时间、萌发高峰期和萌发持续时间最短，说明这两种植物种子在低海拔地区室外储藏后种子间的活力差异大，虽然萌发进程更快但发芽率最低。

2.3 不同萌发前处理对种子发芽的影响

2.3.1 处理方式对种子发芽率的影响

由表6 可知，不同物理及化学试剂处理对14 种高山草本植物种子的发芽率影响明显。对比同处理下不同储藏环境的平均发芽率，各植物种子CK 组发芽率整体较高，其中偏翅唐松草、长花铁线莲CK处理发芽率最高，总状绿绒蒿最低；清水浸种对14种植物种子影响不一，较CK 组表现出抑制跟促进两个相反的影响，宝兴百合、偏翅唐松草、全缘叶绿绒蒿等10 种植物种子清水浸种后发芽率低于CK组，以偏翅唐松草、钟花报春、长花铁线莲等4 种为代表；两种外源激素浸种显著影响种子萌发，GA3溶液浸种处理整体促进发芽，6-BA 处理呈相反效果，宝兴百合、全缘叶绿绒蒿、桃儿七等9 种植物种子在GA3溶液浸种下整体发芽率最高，偏翅唐松草、全缘叶绿绒蒿、总状绿绒蒿等7 种植物种子在6-BA 溶液浸种下整体发芽率最低，表现出明显的抑制作用；超声波处理下，仅3 种植物种子发芽率高于CK 组，其他11 种植物稍低于或等于CK 组，整体影响不明显。

2.3.2 处理方式对种子萌发进程的影响

由表7～9 可知，多数植物种子储藏后经GA3溶液浸种、超声波震荡和清水浸种后萌发进程缩短，GA3溶液浸种效果最好，缩短时间最明显，6-BA 溶液浸种效果则相反。对比CK 组，宝兴百合、全缘叶绿绒蒿、桃儿七等11 种植物种子经GA3溶液浸种后整体萌发开始时间、萌发高峰期，萌发持续时间均最短，全缘叶绿绒蒿、总状绿绒蒿提前最明显；超声波震荡后，宝兴百合、全缘叶绿绒蒿、桃儿七等11 种植物种子萌发进程亦有不等时间缩短，长花铁线莲和甘西鼠尾草缩短时间最长，整体效果介于GA3溶液浸种跟CK 组之间；清水和6-BA 溶液浸种对供试种子萌发进程有不等的缩短或延长效果，清水浸种处理能缩短宝兴百合、全缘叶绿绒蒿、钟花报春等9 种植物种子萌发进程，以长花铁线莲缩短时间最长，6-BA 溶液浸种延长了偏翅唐松草、全缘叶绿绒蒿、桃儿七等10 种植物种子萌发进程，以偏翅唐松草、全缘叶绿绒蒿、草玉梅等延长时间最长。

3 结论与讨论

3.1 不同储藏方式对高山草本花卉种子萌发的影响

川西北卧龙自然保护区-巴朗山-四姑娘山风景区一带地域采集的14 种高山功能性草本花卉植物中，全缘叶绿绒蒿、长花铁线莲、总状绿绒蒿、雪山报春等4 种植物未储藏的CK 组种子发芽率低于10%，宝兴百合、钟花报春、倒提壶等6 种植物种子自然环境下成熟度较高，未储藏的CK 组种子发芽率均超过50%，宝兴百合、倒提壶、银莲花超过90%，表明该6 种植物自然条件下种群繁育较稳定，适应性更强，种子不需经过生理后熟，在合适的环境下有较高的发芽率。不同方式储藏对14 种植物种子萌发影响明显，其中宝兴百合、长梗紫菀、偏翅唐松草等8 种植物种子储藏后活力有不同程度降低，表现出平均发芽率降低的现象，整体以室外干燥通风环境储藏下降最为明显，这可能是由于较其原生境，低海拔下室外环境温度较高，种子呼吸作用变强，营养物质消耗增加所致；全缘叶绿绒蒿、雪山报春、桃儿七等其他6 种植物种子储藏后活力增加，发芽率明显升高，整体以低温3 ℃沙藏效果最好，表明此次供试材料中有近一半种类的种子需经过储藏让种子生理后熟以提高萌发能力。对比未储藏种子，经储藏的种子萌发进程时间因储藏方式不同表现出延长和缩短相反的现象，其中室外干燥通风环境储藏延长进程时间最为明显，延长8 种植物萌发时滞、7 种植物萌发高峰期、5 种植物萌发持续时间，低温3 ℃沙藏储藏缩短萌发进程时间最为明显，缩短12 种植物萌发时滞、9 种植物萌发高峰期、12 种植物萌发持续时间。

3.2 不同处理方式对高山草本花卉种子萌发的影响

物理损伤、硫酸侵蚀、超声波震荡及清水、GA3、6-BA 浸种处理对14 种高山草本花卉植物种子萌发影响明显。物理损伤和硫酸侵蚀极易破坏种子表皮及内部结构，但损伤程度较难控制，过度处理将极大降低种子发芽率，且易使种子在萌发过程中霉变，不宜用于种皮不够厚实的种子。清水浸种对未储藏和储藏后的多数植物种子萌发有不同程度抑制作用，可能是14 种植物中多数植物种子自身含水率较高，24 h 清水浸种反而使其吸水过度饱和，降低发芽率，可考虑缩短浸泡时间加以改善。GA3溶液浸种仅能一定程度提高7 种植物未储藏种子发芽率，却能显著提高9 种植物储藏的种子发芽率，表明储藏后的植物种子对GA3反应更为敏感，这可能是一部分种子储藏后休眠程度加深，对外源激素诱导需求升高所致；与GA3相反，6-BA 溶液浸种显著降低7 种高山草本花卉种子的发芽率，这可能是浓度跟时长选择不合理所致；超声波震荡对14 种植物种子多数发芽整体影响较小，发芽率稍低于或等于对照组，表明此次供试高山草本高山花卉种子对超声波敏感度低，但后期可通过增加频率和时长进一步实验以观测效果。14 种植物种子萌发进程显示，GA3溶液浸种和清水浸种均能缩短多数未储藏(8 种)和储藏后(11 种)种子的萌发进程，超声波震荡处理能缩短多数储藏后(11 种)种子的萌发进程，表现出使植物种子萌发更加整齐，萌发周期变短，以GA3溶液浸种效果最为明显；6-BA 溶液浸种则明显延长储藏后(10 种)多数植物种子的萌发进程，令发芽时间推迟，周期变长，且已发芽的种子后续根系发育缓慢，幼苗生长不健康，加大了后续移苗的风险；物理损伤和硫酸侵蚀对种子结构产生一定破坏，对14种植物种子在各个萌发阶段影响不一，且该处理下萌发的种子长势弱，易感染病害，成活率低。

3.3 高山草本花卉植物在低海拔育种的可行性

高山草本花卉植物在低海拔地区育种面临两大难题：一是因与原生境气候环境差异大种子难萌发，二是种子萌发后幼苗不适应环境存活率低。基于此，在低海拔地区育种时通常采用技术手段破除种子休眠并营造适宜的生存环境，但相应成本较高，这时需要综合选择适应性较强、功能价值较高的植物种类来开展育种工作。综合后期幼苗生长观测结果，此次供试材料中倒提壶、银莲花、甘西鼠尾草、草玉梅、长梗紫菀等5 种植物幼苗在成都平原地区自然环境下生长较好，能适应夏季高温天气，表现出了较强的适应性，潜力较大；两种报春花属植物以及宝兴百合虽然发芽率高，但因种子小、营养物质欠缺、生理机制等因素导致幼苗发育不佳，移苗至自然环境后极易死亡，存活率极低；两种绿绒蒿属植物和两种铁线莲属植物整体发芽率低，移苗后存活率极低，特别是两种绿绒蒿种子出现胚根后便不再发育，未形成幼苗；而桃儿七在培养皿中发芽率高且长出了健壮的肉质根，但移苗至自然环境后，其根系在土壤中却没有继续发育，地上部分假活，后期变黄枯萎，可能是由于温度不适宜导致。

在14 种川西北高山野生功能性草本花卉植物中，种子较大的宝兴百合、倒提壶、偏翅唐松草、银莲花，种子较小的钟花报春、长梗紫菀种子于自然环境下成熟度较高且休眠程度不深，在未储藏且不经任何处理条件下整体萌发率已超过50%，表现出较强的活力，但经过90 d 储藏后种子活力反而降低，而全缘叶绿绒蒿、雪山报春、桃儿七等6 种植物则需要经过一段时间储藏后才能更好萌发，表明高山草本花卉植物中一些分布地域海拔较广泛的种类其种子活力偏高，可以选择秋季直播的形式进行育种，且本实验后续结果也证明，秋季移栽的幼苗来年生长更加健壮。而对一些自然条件下萌发较低的种类可选择低温沙藏进行储藏，保持种子活力和加快种子成熟，然后选择赤霉素溶液进行浸种处理，解除种子休眠状态，提高发芽率。此外，也可采用清水浸种、超声波震荡处理用于缩短整个萌发周期，提高发芽整齐度及健壮度。