濒危植物落叶木莲种子萌发及幼苗生长

宁小娥, 宁祖林

(1.中国科学院华南植物园, 广州 510650; 2.广西职业技术学院, 南宁 530226)

落叶木莲(ManglietiadeciduaQ.Y.Zhang)隶属木兰科(Magnoliaceae)木莲属落叶乔木,自然分布于我国江西省宜春市明月山国家森林公园和湖南省永顺县朗溪国家级自然保护区,是我国特有的珍稀濒危植物[1-2],2021年被列为国家二级重点保护野生植物。落叶木莲树干挺拔、树姿优美,枝叶浓密,花芳香艳丽,是优良的庭院观赏树、行道树及材用树种,具有较高的科研、观赏和材用价值。因其自然群居遗传多样性低、人为破坏和当地毛竹林入侵及天然更新不良等因素导致种群数量下降而加剧其濒危速度[3-5]。目前,有关落叶木莲的研究主要集中在生物学[6]、生态学[7-8]、遗传学[9-10]、木材学[11]、天然产物化合物[12-13]及优良家系选择[14]等方面,而外源激素对落叶木莲种子萌发的影响研究尚未见报道。

落叶木莲种子在自然条件下萌发率低,林下罕见天然更新幼苗,为提高种子发芽率,提高落叶木莲种子育苗效率。试验采用不同浓度赤霉素和不同砂藏时间对落叶木莲种子萌发及幼苗生长进行研究,以期筛选出理想的种子萌发条件,为落叶木莲种苗扩大繁殖提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

落叶木莲种子由江西省宜春市林业科学研究所提供,于2020年9月25日采自宜春市袁州区洪江镇落叶木莲试验地(114°23′9.28″E,27°37′34.41″N)。种子采收后置于阴凉处晾干,并去掉外种皮和中种皮,于2020年10月11日将种子进行砂藏备用。供试植株均由中国科学院华南植物园珍稀濒危植物引种繁育中心提供,苗龄约4个月。

1.2 试验设计

采用培养皿萌发试验,供试培养皿采用消毒灭菌的一次性培养皿。选取饱满、大小一致的种子,用0.5%的高锰酸钾溶液消毒5 min,蒸馏水冲洗,去除漂浮的种子,晾干称量其百粒重后备用。试验设计2个不同砂藏时间,分别为45 d和160 d,3个赤霉素浓度分别为100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L,以清水为空白对照,种子均浸泡24 h。培养皿底部铺一层薄薄的湿沙,将浸泡后的种子置入培养皿,砂藏45 d的种子(每皿放30粒),砂藏160 d的种子(每皿放30粒),再将湿沙盖在种子上面,每处理重复3次。沙子用0.5%的高锰酸钾进行消毒。培养皿放置于人工气候培养箱中培养,白天培养条件为:光照4 800 lx,25 ℃,湿度80%,12 h/d;夜间培养条件为:20 ℃,湿度80%,12 h/d。每天09:00时记录种子萌发情况,以胚根露出沙表面记录为发芽。连续7 d无种子萌发记为试验结束。

供试植株均选择生长一致的健康植株,土壤为V腐殖土∶V蛭石=3∶1的混合土,正常管理植株,每个月初固定测量5株植株生长指标。

1.3 试验指标及测定

1.3.1种子萌发指标计算

发芽率/%=(催芽期内发芽种子数/供试种子数)×100%;

发芽势/%=(发芽高峰期发芽的种子数/供试种子数)×100%;

发芽时滞/d=第1粒种子萌发所需要的天数-试验开始时间;

发芽历时/d=最后1粒种子萌发所需的天数-第一粒种子萌发天数;

T50/d=每个试验组种子萌发至半数所需的天数。

1.3.2植株生长指标测定

用精确度为0.1 mm的电子游标卡尺测量植株的地径;用卷尺测量株高。

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 不同浓度赤霉素对落叶木莲种子萌发的影响

由表1可知,与对照组(蒸馏水处理)相比较,用 100 mg/L赤霉素处理种子,能明显促进种子的萌发,其发芽率达到98.33%,差异达极显著水平,但与200 mg/L和300 mg/L赤霉素浸种处理的发芽率之间差异不显著;对照组发芽时滞最长,为16.67 d,与100 mg/L赤霉素浸种处理时的发芽时滞存在显著差异,与其他处理差异不显著,发芽时滞较空白对照均有所缩短,发芽时滞最短的为100 mg/L赤霉素浸泡处理组(15 d);处理组与对照组相比,发芽历时差异不显著,为7～11 d,且随赤霉素浓度的增加发芽历时缩短;空白对照的发芽势为26.6%,与100～300 mg/L赤霉素处理的发芽势差异达极显著水平,但3个浓度处理之间的发芽势差异不显著。对照组的T50为23.33 d,与处理组的T50为19 d均存在显著差异,3个赤霉素处理组的T50差异不显著。说明赤霉素对落叶木莲种子萌发有促进作用,其中萌发指标较好的是赤霉素浓度为100 mg/L的浸种处理。

表1 不同浓度赤霉素对落叶木莲种子萌发的影响Table 1 Effects of different concentrations of gibberellin on seed germination of Manglietia decidua

2.2 不同砂藏时间对落叶木莲种子萌发的影响

由表2可知,砂藏45 d处理,发芽率均非常低,仅为12.22%,发芽时滞为18 d,整个发芽过程所需要时间很长,发芽历时达到37.67 d,且发芽势仅为10%,种子发芽粒数未达到种子试验数半数;砂藏160 d处理,发芽率显著提高到98.33%,发芽时滞较砂藏45 d处理缩短3 d,发芽历时仅为8.67 d,发芽势增加到78.33%,发芽率达到种子试验数半数的时间为19 d。试验结果显示,砂藏45 d的种子整体萌发效果不好,可能种子还处于休眠状态,砂藏160 d的种子明显比砂藏45 d的种子萌发效果好,发芽率和发芽势得到大幅提升,极大缩短了发芽历时,发芽粒数均达到半数以上。说明砂藏160 d极大促进落叶木莲种子的萌发。

表2 砂藏时间对落叶木莲种子萌发的影响Table 2 Effects of different sand storage time on seed germination of Manglietia decidua

2.3 相关性分析

从图1可以得出,赤霉素与发芽率、发芽势呈正相关,与发芽时滞、发芽历时及T50呈负相关,但差异均不显著。砂藏时间与发芽率、发芽势及T50呈显著正相关,它们之间差异显著,砂藏时间与发芽历时呈显著负相关,与发芽时滞呈负相关,但差异不显著。

注:Corr为相关系数,GA为赤霉素,Sst为砂藏时间,Gr为发芽率,Gtd为发芽时滞,Gd为发芽历时,Gp为发芽势,“+”表示存在显著性差异。图1 赤霉素及砂藏与萌发指标相关性分析Fig.1 Correlation analysis between gibberellin sandstorage and germination indexes

2.4 株高生长规律

如图2所示,从3—9月落叶木莲植株高度一直在增长,3—6月株高约以3月株高量2倍的速度增长,从7.4 cm增长到29.26 cm,6—7月株高剧增,从29.26 cm增长到46.02 cm,株高增长量达16.76 cm,7—9月株高增长逐渐减慢,9月之后株高几乎停滞生长,进入休眠期。株高月净增长量在3—5月呈增长的趋势,在6—11月呈减少的趋势,其中5月和6月株高月净增长量最大,分别为5.76 cm、10.25 cm,与其他月份间有很大的差异,从8月开始株高月增长量迅速减少,9月之后落叶木莲株高月净增长量几乎为零。对株高及株高月净增长量进行拟合性分析,结果表明,株高拟合方程为y=5.704 5x-4.399 6,R2为0.851 6;株高月净增长量拟合方程为y=-0.844 3x+9.323 7,R2为0.451 9。对株高及其净增长量进行显著性检验,株高间存在差异显著,株高净增长量间有差异极显著。

图2 落叶木莲株高生长动态Fig.2 Plant height growth dynamics of Manglietia decidua

2.5 地径生长规律

由图3可知,从3—12月落叶木莲地径共增长10.92 mm,其中3—6月地径共增长4.69 mm;6—8月地径共增长5.28 mm;9—12月地径变化很小,仅从13.69 mm增长至13.99 mm。3—11月落叶木莲地径月净增长量呈先增加后减小的趋势。其中地径月净增长量最大为4—7月,变化范围为1.48～2.75 mm,8月之后地径月净增长量骤减,地径月净增长量最大仅为0.64 mm,11月仅为0.01 mm,12月后地径基本停滞生长。对地径及地径月净增长量进行拟合性分析,结果表明,地径拟合方程为y=1.371 8x-0.279 6,R2=0.902 1;地径月净增长量拟合方程为y=-0.248 2x+2.947 2,R2=0.396 9。对地径及其净增长量进行显著性检验,地径间差异不显著,地径净增长量间差异极显著性。

图3 落叶木莲地径生长动态Fig.3 Ground diameter growth dynamics of Manglietia decidua

2.6 幼苗生长指标与环境因子相关性分析

由图4可知,2021年广州月降雨量排前3位的分别是6月、8月及5月,平均降雨量分别为404.1 mm、277.5 mm及189.9 mm;降雨量最少的是1月,仅有1.5 mm,其次是11月(17.1 mm)。由此可知,广州降雨量最多的季节为夏季和秋季。由气温变化趋势可知,在广州1—4月气温逐渐回暖,5月平均气温达到29.1 ℃,月平均气温最高的月份是5—9月,接近30 ℃,极高温度达38 ℃,极低气温为20 ℃,从10月开始持续降温,月平均气温最低的是12月,仅有16.4 ℃。日照变化较大,日照时间较长的是夏季和秋季,这2个季节中6月、8月日照时间降低,可能是降雨导致的,冬季日照呈现下降的趋势,冬末初春日照时间有增加的趋势,3月日照时间骤降,4月后日照时间逐渐增大。

图4 广州市2021年3—12月降雨量、日照累计量及平均气温变化Fig.4 Variation of rainfall, accumulated sunshine and average temperature in Guangzhou from March to December in 2021

由表3相关性分析结果可知,株高月净增长量与地径月净增长量呈高度相关性,株高月净增长量与月日照间呈显著负相关,株高月净增长量与月降雨量呈显著相关(r=0.591),与月平均气温呈正相关(r=0.261)。地径月净增长量与月降雨量、月平均气温间呈正相关,相关系数均小于0.5,地径月净增长量与月日照间呈负相关(r=-0.111),指标间在统计学上均未达显著水平。月降雨量与月平均气温间呈显著正相关(r=0.600),与月日照间呈负相关(r=-0.042),指标间差异均不显著。月平均气温与月日照间呈显著正相关。

表3 落叶木莲生长指标与环境因子的相关性分析Table 3 correlation analysis between growth indexes and environmental factors of Manglietia decidua

3 讨论与结论

休眠是植物种子对不良环境的适应[15],可分为初级休眠和次级休眠,初级休眠是指在母体就存在的原发性先天休眠或原发性条件失眠,次级休眠是指在后天条件下被诱导回休眠的状态[16]。赤霉素对杜鹃(RhododendronsimsiiPlanch.)种子、葱(AlliumfistulosumL.)等萌发过程中有提高种子发芽率,缩短种子萌发时间的作用,在玉米萌发过程中对根的生长有显著的促进作用[17-19]。高春智等[20]研究发现,赤霉素浓度为200 mg/L处理樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolicaLitv.)种子的萌发效果最好,能有效打破种子的休眠。本研究采用赤霉素浸种处理,发现赤霉素浓度为100 mg/L时落叶木莲种子发芽率和发芽势最高,发芽时滞最短,有一定的打破落叶木莲种子休眠的作用。

在冬季和早春温度较低,种子难以萌发,经过低温砂藏,到春天温度波动大,有利于打破种子休眠,促进种子萌发[21-22]。低温层积可提高落叶木莲种子的抗逆性,以12月为分界线,12月之前处于休眠期,12月之后打破休眠[23]。本试验分别用12月之前砂藏了45 d和12月之后砂藏了160 d的种子进行试验,发现砂藏160 d的种子发芽率和发芽势均明显高于砂藏45 d的试验组,发芽历时也明显缩短。该结果与赤霉素和低温砂藏能有效打破白玉兰(MagnoliaalbaDC.)种子休眠[24]的结果是一致的。可能是在低温砂藏过程中调节了落叶木莲种子内源激素,从而导致种子打破休眠。

研究落叶木莲幼苗的生长规律,有利于在幼苗生长旺盛期加强水肥管理,为苗木提供良好的生长条件,促进生长。于志民等[25]研究表明,樟科樟属的猴樟(CinnamomumbodinieriH. Lév.)生长呈慢-快-慢的趋势,将苗期生长分为渐增期、速增期和缓增期。李豪喆等[26]发现,不同原茎产量亚麻(LinumusitatissimumL.)生长趋势呈“S”型曲线。徐绍清等[27]在加拿大一枝黄花(SolidagocanadensisL.)的生长规律上也发现了呈“S”型。说明在植物一年的生长期中普遍存在“S”型生长曲线的规律,这与落叶木莲的生长规律较为一致。在春夏两季气候适宜,落叶木莲生长迅速,其株高、基径和叶片数增加量较秋季多。在苗期管理中应在初春施肥,保证植物在增长旺盛期养分充足。

综上所述,赤霉素和砂藏处理对落叶木莲种子萌发都起到一定的促进作用,在落叶木莲育种过程中进行低温砂藏是很有必要的,用赤霉素等外源激素进行刺激有利于种子的萌发。在落叶木莲育苗过程中应在早春施肥,提供植株生长所需的养分。本试验为落叶木莲繁育提供一定的试验数据,但是也存在局限性,试验砂藏时间间隔较长,在砂藏过程中哪些激素的变化导致落叶木莲打破休眠,如何改变遗传多样性低等问题还需要更进一步研究。