不同外源激素处理对榕属植物种子萌发和幼苗生长的影响

张 颖, 官云芳, 向建英, 张 媛

(1.西南林业大学生物多样性保护学院, 昆明 650224;2.西南林业大学云南生物多样性研究院, 昆明 650224)

桑科(Moraceae)榕属(Ficus)植物是国际上公认的热带雨林中的一类关键植物类群[1],在热带雨林中,一年四季均可挂果的榕属植物为热带地区的鸟类、兽类、昆虫等动物提供了重要的食物来源,同时也为多种寄生和附生植物提供了栖息与生存空间,榕属植物在维持热带雨林生态系统稳定性中发挥着不可替代的作用[2]。同时,榕属植物在云南、福建、广东、海南、四川等省也被作为行道树种广泛种植,是重要的园林观赏植物,也是重要的食用、药用植物[3]。近年来,随着榕属植物的生态价值和应用价值逐渐被发掘,榕属植物也受到研究人员越来越多的关注。

目前,榕树栽培主要依赖播种实现幼苗扦插或嫁接繁殖,但较低的发芽率和成苗率成为影响榕树栽培成功率的重要因素[4],当前针对外源激素对榕树种子萌发和幼苗生长的研究较少。随着农业技术的不断发展,施加多种手段以提高作物产量和种子萌发率在农林生产中被广泛利用,如控温控湿[5]、使用化学物质[6]、外施植物激素[7-9]等,其中,使用激素浸种是高效的促生产手段之一。种子萌发需要诸多不同的因素相互协调和相互作用[10],在一些植物上,施用少量激素就可能影响植物的生长繁殖[11]。种子培育的常用外源激素主要有生长素(IAA)、赤霉素(GA)、细胞分裂素(6-BA)、乙烯(ETH)和油菜素甾醇(BR)等[12]。其中,生长素可通过影响细胞周期来调控植物种子的萌发[13],赤霉素能增强种胚活力,从而打破休眠[14]。细胞分裂素能促进植物多种组织的分化和生长,并可与植物生长素协同作用[12]。已有学者就不同植物激素对种子萌发和幼苗生长开展了一系列研究,例如:研究发现赤霉素能够显著提高柴胡种子的发芽势、发芽率[15],外施细胞分裂素可提高小麦种子萌发率[16],高浓度的生长素会抑制拟南芥的种子萌发,而低浓度则促进种子萌发和幼苗生长[17-18]。本研究以两种榕属植物为对象,探明3种外源激素对两种不同繁殖模式的榕属植物种子萌发和幼苗生长的影响,对比研究两种植物对不同激素的响应差异,为榕属植物的保护、育种,以及园林绿化树种的选择提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试种子为垂叶榕(FicusbenjaminaL.) 及对叶榕(FicushispidaL.) 的雌果,均采自云南省西双版纳州勐腊县勐仑镇中国科学院西双版纳热带植物园及其周边地区。选取垂叶榕和对叶榕雌树各3株,进行跟踪观察,待榕果发育至成熟期后进行采摘,每种采集10个果,剥取果内成熟、饱满、无病虫害的种子,混合后进行清洗晾干。两种榕属植物的属性见表1[19]。

表1 两种榕属植物的特征Table1 Characteristics of two Ficus plants

1.2 试验方法

将备用的种子用0.1% HgCl2溶液浸泡灭菌10 min,随后用纯水冲洗5～6次。IAA、GA及6-BA均设置5个浓度梯度,分别为0(ck),10,20,40,80 mg/L。每种处理浸种时间均为24 h,浸种溶液含量25 mL。浸种结束后用纯水冲洗种子3～5次。之后将每个处理的种子10粒一组均匀放置于灭菌处理培养皿中(直径120 mm),每种激素每个浓度梯度下设置3个重复,故每种种子在每个处理下共30粒种子,每种植物种子共450粒。皿内垫有用超纯水浸湿的1 cm脱脂棉花和灭菌滤纸,滤纸需充分湿润但水不可浸出。将设置好的处理放至赛福PRX-350C人工气候箱中培养,每日光照时间为12 h,温度为30 ℃,湿度80%。持续培养直至种子不再生长,在此期间需每日查看滤纸的湿润情况,如需补充水分则在滤纸上喷洒一定量的蒸馏水以保证滤纸湿润。

1.3 测定指标与计算公式

每天观察并记录种子萌发情况,萌发标准为胚根长度达2 mm。每周测量一次发芽种子的根长、茎长(宝工PD-151电子游标卡尺),以及幼苗的根系数量。种子萌发及幼苗生长指标计算公式如下:

发芽率/%=(正常发芽的种子数/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%;

发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt);

活力指数(VI)=GI×Gx;

平均萌发时间=(A1T1+A2T2+…+AnTn)/(A1+A2+…+An),

式中,Gt为某日的发芽数,Dt为与Gt对应的发芽天数,Gx为苗的平均长度,An为培养第n天发芽数;Tn为相应发芽天数。

1.4 数据处理

使用Excel2019软件完成数据记录和整理,采用SPSS26.0软件进行统计分析。采用卡方检验分析激素对种子发芽的影响,采用单因素方差分析(ANOVA)中的新复极差法(Duncan’s法)分析激素对幼苗生长的影响,使用Origin2019软件绘图。

2 结果与分析

2.1 3种外源激素对榕树种子发芽率、发芽势和发芽指数的影响

IAA对垂叶榕种子发芽率具有显著的促进作用,在40 mg/L浓度下,垂叶榕种子萌发显著增加,发芽率可达95%,其发芽势随着IAA浓度的升高呈下降趋势,发芽指数则随IAA浓度的升高出现先增后降的变化,发芽指数在浓度为20 mg/L下最大;而对叶榕种子的发芽率在IAA的5个浓度梯度下无显著差异,发芽势和发芽指数对IAA的浓度响应不显著(图1a,图1d)。

图1 3种外源激素对两种榕树种子发芽率、发芽势和发芽指数的影响Fig.1 Effects of three exogenous hormones on germination rate, germination potential and germination index of two varieties of Ficus seeds

GA对两种榕树种子的萌发率未表现出显著的促进作用,随着GA浓度的增加,垂叶榕的萌发率和发芽势呈下降趋势,但在10 mg/L浓度下,GA显著增加垂叶榕的发芽指数。不同浓度的GA对对叶榕的发芽势和发芽指数均无显著影响,高浓度的GA对对叶榕种子萌发具有一定的抑制效应(图1b,图1e)。

6-BA对垂叶榕的发芽率和发芽势的影响不显著,但在20 mg/L浓度下,6-BA显著增加垂叶榕的发芽指数。在6-BA处理下,对叶榕种子的发芽率、发芽势和发芽指数随着6-BA浓度的升高呈下降趋势,对照组的发芽率、发芽势和发芽指数均最高(图1c,图1f)。

试验结果表明,3种激素对两种榕属植物种子的萌发指标存在影响,但影响程度不同,3种激素对对叶榕萌发影响较小,而对垂叶榕的影响相对较大。对叶榕的萌发率在40%～60%之间,在经GA处理后最高可达70%左右,而垂叶榕的整体萌发率较高,一般可达80%以上,在经IAA处理后可达90%以上。

2.2 3种外源激素对榕树种子平均萌发时间、活力指数的影响

3种激素均可在一定程度上缩短垂叶榕种子的萌发时间,特定浓度下能够提高种子活力,缩短萌发时间。IAA在20 mg/L浓度下,垂叶榕种子的平均萌发时间由13 d缩短为9 d,但继续提高IAA浓度,萌发时间又开始延长,在80 mg/L处理下甚至高于ck处理的萌发时间,说明高浓度的IAA对垂叶榕种子萌发有抑制作用。而GA和6-BA均是在低浓度(10 mg/L)时可以缩短种子的萌发时间,而当浓度继续增加时,垂叶榕的萌发时间延长或基本不变。3种激素除了改变垂叶榕的平均萌发时间外,一定浓度的激素还可以提高种子的活力指数,IAA、GA和6-BA分别在20 mg/L、10 mg/L和10 mg/L浓度下活力指数有显著提升。结果表明,当垂叶榕活力指数提高时,其种子萌发时间相应缩短(图2a～图2c)。

图2 3种外源激素对两种榕树种子平均萌发时间、活力指数的影响Fig.2 Effects of three exogenous hormones on average germination time and vigor index of two varieties of Ficus seeds

在对叶榕上,3种激素对萌发时间和活力指数的影响相较于垂叶榕更小。IAA对对叶榕的平均萌发时间无显著影响,GA浓度为10 mg/L时,对叶榕萌发时间由21 d缩短为19 d,但差异不显著,6-BA在4个浓度梯度下均未能显著缩短对叶榕的萌发时间。3种激素处理下,对叶榕种子的活力指数与对照组相比,无显著变化(图2d～图2f)。

2.3 3种外源激素对榕树种子根长、茎长及根系数量的影响

3种激素对垂叶榕的根长和茎长的促进效应并不显著,在高浓度下(80 mg/L),3种激素对垂叶榕的根长存在抑制效应,根长显著缩短,垂叶榕的茎长在3种激素的4个浓度梯度下差异均不显著。但3种激素在10 mg/L、20 mg/L和40 mg/L这3组浓度梯度下,均能够显著增加垂叶榕的根系数量,但当激素浓度过高时,根系数量又下降至与对照组相似或小于对照组的水平(图3a～图3c)。

图3 3种外源激素对两种榕树种子根长、茎长及根系数量的影响Fig.3 Effects of three exogenous hormones on root length, stem length and root number of two varieties of Ficus seeds

对照组和3种激素处理下的对叶榕的茎长和根长显著小于垂叶榕,但幼苗对激素的响应呈现出与垂叶榕类似的结果:3种激素的不同浓度对对叶榕的茎长和根长的影响均不显著,但IAA与GA能够显著增加对叶榕的根系数量,6-BA对对叶榕根系数量的改变不显著(图3d～图3f)。

3 讨 论

植物外源激素浸种是调节植物生长发育及代谢的一个重要手段[20],其质量浓度及施用方法的不同均会影响植物的生长发育进程[21]。IAA、GA、6-BA对榕树种子萌发和幼苗生长都具有一定的促进效应,但不同激素对榕树种子萌发和幼苗生长的促进效应不同,同一激素的不同浓度也对不同榕树种子萌发和幼苗生长的影响存在差异。IAA能够提高榕树种子的发芽率、发芽势、发芽指数以及活力指数,同时还能缩短发芽时间,且较低浓度就能实现促进效应,这与IAA对其他植物种子萌发的促进效应结果基本一致[22],但IAA对两种榕树幼苗生长的影响存在差异。从两种榕树的发芽势结果推测,IAA对垂叶榕种子的活力及萌发的整齐度具有抑制效应。低浓度的GA对垂叶榕种子萌发具有促进作用,这一结果与Garcia等[23]的结果一致。而对叶榕种子萌发的促进效应则需要高浓度GA来实现,且促进效应不明显。低浓度的6-BA会促进垂叶榕种子萌发,对叶榕种子萌发则随着6-BA浓度的升高而呈现明显的抑制效应,仅在10～20 mg/L的6-BA影响下,对叶榕种子的萌发数值有小幅度的上升,这可能与种子内部ABA的含量及相关细胞感应6-BA的敏感性高低有关[24]。IAA、GA、6-BA对榕树幼苗生长的促进效应并不明显。仅10 mg/L GA和20 mg/L IAA处理的根长比对照组长。且在低浓度的6-BA作用下,榕树幼苗根长数值有小幅度上升,随着浓度逐渐升高,其根长逐渐缩短。这可能与6-BA和ABA的拮抗作用有关[25]。而不同榕树幼苗茎长对不同激素浸种的响应存在种间差异,可能与不同榕树幼苗茎细胞对IAA、6-BA和GA的敏感程度有关。与此同时,这3种激素可明显促进榕树幼苗根系数量。一般来说,植物根系数量越多、根越长,则分布得越深越广,植物根系固土能力就越强,根系数量特征和结构特征对植物根系固土有着重要影响[26]。这3种外源激素的施用可以通过促进榕树幼苗根系数量,提高榕树幼苗生长,从而提高其成活率。本研究发现,激素对两种榕属植物根系数量存在显著影响,进一步运用植物生理学手段研究不同榕属植物根系生长对不同激素的响应机制,将是一个有意义的研究方向。

本研究表明,垂叶榕种子和幼苗的生长发育情况与对叶榕存在较大差异,可能是对叶榕的生境一般为阴湿的沟谷地区,而垂叶榕喜生长于相对高温、郁闭度低的林区[19]。温度、光照可能是影响两种榕树种子萌发和幼苗生长情况差异显著的原因[27-28],对垂叶榕种子进行周期性光照处理后萌发得到促进,同时光照与激素存在交叠作用,两种榕树在同一光照强度和相同激素处理下,生长情况存在差异,也可能与自身光敏性差异有关[29],但不同榕属植物对光照时间和光照强度的响应差异需要进一步验证。在外界实验处理一致时,两种榕树种子萌发情况仍存在差异,可能两种榕树种子的胚乳发育进程不一致,或是对叶榕种子较垂叶榕种子休眠期长,从而导致两种榕树种子萌发和幼苗生长的差异[5,30]。实验过程中,发现雌雄同株的垂叶榕种子上无凝胶状物质覆盖,雌雄异株的对叶榕种子表面覆盖了黏滑的胶状物,利用淘洗、水冲等手段该物质仍不易去除,推测该胶状物在未经鸟类等食果动物消化道处理时[31],可能会阻碍对叶榕种子突破种皮的束缚[32],使得对叶榕种子的发芽率显著低于垂叶榕种子。总体来看,垂叶榕较对叶榕具有更高的发芽率,在本次实验设置条件下,种子萌发和幼苗生长对激素的响应也更为显著,作为园林绿化树种进行种植时,可能具有更高的栽培成功率。

本实验对比研究了3种外源激素的不同浓度处理对两种榕树种子萌发和幼苗生长的影响,为今后在更大范围内开展激素对榕属植物影响研究提供了参考,同时也可为榕属植物的繁殖和利用提供科学依据。