張永坤， 張珊珊

(1.勐海縣林業(yè)和草原局技術(shù)推廣服務(wù)中心， 云南 勐海 666200； 2.云南省林業(yè)和草原科學(xué)院, 云南省森林植物培育與開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 云南 昆明 650201； 3.云南省林業(yè)和草原科學(xué)院, 國(guó)家林業(yè)和草原局云南珍稀瀕特森林植物保護(hù)和繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 云南 昆明 650201)

種子萌發(fā)及幼苗形成是植物生命周期的關(guān)鍵時(shí)期，也是更新過程中最容易受到外界環(huán)境影響且最為敏感脆弱的時(shí)期[1]。種子萌發(fā)作為森林天然更新的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，極易受水分因子的影響[2-5]，進(jìn)而影響到植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。隨著全球氣候變暖，干旱問題越來越突出[6]，很多生境因?yàn)闃O度干燥和缺水，從而抑制了種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)[7-9]。聚乙二醇(PEG)常被用來作為誘導(dǎo)劑模擬干旱脅迫，研究干旱導(dǎo)致的水分缺失對(duì)植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響[10-12]。已有研究表明，PEG可抑制多種植物的種子萌發(fā)，且隨著濃度的增加，抑制程度隨之加劇[13-15]。而水楊酸(Salicylic acid， SA)作為一種可提高環(huán)境脅迫下種子萌發(fā)率、促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)及調(diào)節(jié)植物體內(nèi)各種抗逆性生理生化指標(biāo)的外源性物質(zhì)[16-17]，在水分脅迫條件下可穩(wěn)定細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)活性氧代謝等生理活動(dòng)，進(jìn)而增強(qiáng)抗逆性[18]。

八蕊單室茱萸(Mastixiaeuonymoides)為單室茱萸科(Mastixiaceae)單室茱萸屬(Mastixia)落葉大喬木，主要分布在云南熱區(qū)西雙版納和普洱[19]。該種分布區(qū)域狹窄，種群數(shù)量稀少，為云南省特有的極小種群野生植物[20]，是極具開發(fā)前景的珍稀用材樹種[21]。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，八蕊單室茱萸現(xiàn)存10個(gè)天然種群，所有保存植株生長(zhǎng)良好，但林下更新的幼苗極少，天然更新困難[22]。要解決八蕊單室茱萸種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)困難問題，找到關(guān)鍵限制生態(tài)因子尤為重要。本研究以八蕊單室茱萸種子為試驗(yàn)材料，設(shè)置不同濃度的SA溶液浸種處理以及不同濃度的PEG 6000溶液模擬不同程度的干旱脅迫，研究SA溶液浸種對(duì)干旱脅迫下八蕊單室茱萸種子萌發(fā)及早期幼苗生長(zhǎng)的影響，旨在了解其種子萌發(fā)和早期幼苗生長(zhǎng)對(duì)干旱的響應(yīng)，為給種群恢復(fù)與重建提供抗旱性較強(qiáng)的種苗提供科技支撐。

1 試驗(yàn)地概況

八蕊單室茱萸種子采集地位于云南省勐?？h西定鄉(xiāng)暖和村的天然林，海拔1450～1850m。該天然林位于熱帶山地中山雨林中，土壤類型主要為紅壤和黃紅壤。整個(gè)試驗(yàn)于云南省林科院國(guó)家林草局云南珍稀瀕特森林植物保護(hù)和繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

云南省林科院和勐海縣林草局研究團(tuán)隊(duì)于2019年11月采集八蕊單室茱萸種子并帶到云南省林科院的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室后，去除肉質(zhì)外果皮，洗凈堅(jiān)硬內(nèi)果皮，挑選籽粒飽滿、大小一致的八蕊單室茱萸種子，先用10%濃度的H2O2對(duì)種子表面消毒20 min，然后用蒸餾水沖洗5～6次，晾干備用。試驗(yàn)用基質(zhì)采用過2 mm篩的石英砂，在次氯酸鈉中浸泡細(xì)砂24 h，自來水反復(fù)沖洗干凈后于121 ℃高壓滅菌鍋固體滅菌60 min，烘干備用。試驗(yàn)處理所用PEG 6000購(gòu)自上海生工生物工程股份有限公司，粉末狀，易溶于水；SA為天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所生產(chǎn)。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為雙因子試驗(yàn)。其中，SA溶液濃度設(shè)置3個(gè)水平，即0、0.50和0.75 g·L-1；PEG 6000溶液濃度為4個(gè)水平，即0、10%、15%、20%。每處理6個(gè)重復(fù)，共用72個(gè)培養(yǎng)皿。

2.2.2 試驗(yàn)安排

將SA溶液用去離子水配置成濃度分別為0、0.50和0.75 g·L-1的處理液，再將之前表面已消毒的八蕊單室茱萸種子分別浸泡于不同濃度的SA溶液處理液中48 h。浸種后用蒸餾水沖洗干凈備用。每個(gè)處理各取30粒種子均勻擺放在墊有2層濾紙的直徑為9 cm的玻璃培養(yǎng)皿內(nèi)，每一培養(yǎng)皿內(nèi)加入不同濃度的PEG 6000溶液10 mL，以模擬不同程度的干旱脅迫。該試驗(yàn)在上海博迅BIC-400人工氣候箱中進(jìn)行。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)置培養(yǎng)條件為光照12h、黑暗12 h、溫度(25±1)℃、濕度(75±0.8)%。每天定時(shí)向每個(gè)培養(yǎng)皿加無菌水5mL，以保證培養(yǎng)皿內(nèi)濕潤(rùn)。整個(gè)試驗(yàn)期限為30d(2020年3月1日至30日)，在試驗(yàn)期間觀測(cè)記錄種子萌發(fā)情況，直至數(shù)據(jù)無變化后停止觀測(cè)。

種子萌發(fā)試驗(yàn)結(jié)束后，將每個(gè)處理中長(zhǎng)勢(shì)一致的5株幼苗轉(zhuǎn)移到塑料盆缽，規(guī)格為10 cm ×7 cm(直徑×高度)，每個(gè)盆缽提前裝入500 g之前滅菌備用的石英砂。將所有盆缽轉(zhuǎn)移到光照培養(yǎng)箱中，光周期設(shè)置為16 h光照與8 h黑暗，溫度設(shè)置為光照下25 ℃、黑暗18 ℃，培養(yǎng)箱中相對(duì)濕度為90%。每7 d澆1次Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，維持植物正常生長(zhǎng)。移苗1個(gè)月后，收獲全部植株幼苗，分地上部分和地下部分測(cè)定其干重。

2.2.3 指標(biāo)測(cè)定和計(jì)算方法

(1)發(fā)芽指標(biāo)計(jì)算

種子開始萌發(fā)后，每天測(cè)定種子的萌發(fā)數(shù)(種子萌發(fā)以胚根突破種皮為標(biāo)準(zhǔn))。

種子萌發(fā)率=(試驗(yàn)終期正常萌發(fā)的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%

(1)

種子發(fā)芽勢(shì)=(種子發(fā)芽數(shù)達(dá)到高峰時(shí)的正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%

(2)

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)

(3)

式中：Gt表示第t天種子的發(fā)芽數(shù)，Dt表示相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

(2)生物量測(cè)定

將地上部分和地下部分分別采樣，放入烘箱115 ℃殺青30 min后，65 ℃烘48 h至恒定質(zhì)量，稱重，單位為mg。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)分析均采用SPSS 17.0軟件完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 SA溶液和PEG 6000溶液處理對(duì)八蕊單室茱萸種子萌發(fā)和早期幼苗生長(zhǎng)的影響

SA溶液浸種處理和PEG 6000溶液模擬的干旱脅迫分別對(duì)八蕊單室茱萸種子萌發(fā)和早期幼苗生長(zhǎng)的影響顯著，其交互作用對(duì)種子萌發(fā)率和早期幼苗地上部分干重的影響都是顯著的，但對(duì)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和地下部分干重均無顯著影響。相關(guān)方差分析見表1。

表1 八蕊單室茱萸種子萌發(fā)率及早期幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的方差分析Tab.1 Significant level of effects of factors and factor interactions on variables based on two-way ANOVA變量自由度萌發(fā)率發(fā)芽勢(shì)發(fā)芽指數(shù)地上部分干重地下部分干重PEG 6000溶液濃度3?(F=285.467)?(F=27.580)?(F=20.538)?(F=156.149)?(F=61.936)SA溶液濃度2?(F=83.899)?(F=14.928)?(F=5.152)?(F=27.395)?(F=5.243)PEG 6000溶液濃度×SA溶液濃度6?(F=2.997)ns(F=1.313)ns(F=1.438)??(F=3.756)ns(F=1.075) 注: ?表示在0.05水平上差異顯著;??表示在0.01水平上差異顯著;ns表示差異不顯著。

從表2可知，PEG 6000溶液濃度為0%時(shí)，隨著SA溶液處理濃度的增加，八蕊單室茱萸種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)都呈先升后降的變化。其中，SA溶液濃度為0.50 g·L-1時(shí)，效果最佳，說明較低濃度SA溶液浸種能有效促進(jìn)種子萌發(fā)，而高濃度SA溶液則對(duì)種子萌發(fā)有抑制作用。生物量卻表現(xiàn)出不一致的情況，其中地上部分干重隨著SA濃度的提高而顯著降低，但是在SA濃度為0和0.50 g·L-1兩者間的差異不顯著，而地下部分干重在3個(gè)不同的SA處理間無顯著差異。

八蕊單室茱萸種子在受到干旱脅迫時(shí)，無論種子是否經(jīng)過SA溶液浸種處理，種子萌發(fā)和早期幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的值均隨著PEG 6000溶液濃度的增加而顯著下降(P<0.05)。當(dāng)PEG濃度為10%時(shí)，隨著SA濃度的增加，八蕊單室茱萸種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，早期幼苗地上部分干重和地下部分干重都在SA濃度為0.50 g·L-1時(shí)達(dá)到最大值，而在0.50 g·L-1和0.75 g·L-1兩種SA濃度處理間差異不顯著；當(dāng)PEG濃度為15%時(shí)，隨著SA濃度的增加，除了發(fā)芽指數(shù)外，其余指標(biāo)的變化趨勢(shì)與 PEG濃度為10%時(shí)的一致；當(dāng)PEG濃度為20%時(shí)，八蕊單室茱萸種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)及早期幼苗地上部分干重和地下部分干重的值都在SA濃度為0.50 g·L-1時(shí)最高，其次為0.75 g·L-1的SA處理下的值，而在SA濃度為0 g·L-1時(shí)幼苗因干旱脅迫而全部死亡。

表2 SA溶液浸種處理對(duì)干旱脅迫下八蕊單室茱萸種子萌發(fā)和早期幼苗生長(zhǎng)的影響Tab.2 Effects of seed soaking with salicylic acid on seed germination and early seedling growth of Mastixia euonymoidesSA溶液濃度/(g·L-1)PEG 6000溶液濃度/%萌發(fā)率/%發(fā)芽勢(shì)/%發(fā)芽指數(shù)地上部分干重/mg地下部分干重/mg067.78±1.92 Ba67.78±5.09 Ba7.63±2.16 Ba70.33±10.12 Aa34.33±7.02 Aa01048.89±5.09 Bb48.89±3.85 Bb5.83±2.58 Bb43.33±4.16 Bb24.67±4.73 Bb1528.89±1.92 Bc28.89±5.09 Bc5.08±1.09 Ab31.33±6.66 Bc14.67±3.51 Bc200.00±0.00 Cd0.00±0.00 Cd0.00±0.00 Cc0.00±0.00 Cd0.00±0.00 Cd082.22±1.92 Aa82.22±5.09 Aa9.20±1.73 Aa77.33±6.66 Aa38.67±8.33 Aa0.51064.44±8.39 Ab64.44±6.67 Ab7.70±1.17 Ab62.33±3.51 Ab29.00±4.36 Ab1552.22±1.92 Ac52.22±5.09 Ac5.00±2.22 Ac42.67±4.04 Ac18.67±2.52 Ac2031.11±1.92 Ad31.11±6.94 Ad3.96±1.00 Ad26.33±8.39 Ad11.33±4.04 Ad063.33±6.67 Ba63.33±6.94 Ba6.33±1.53 Ba58.00±4.00 Ba35.00±6.24 Aa0.751051.11±5.09 Bb51.11±3.33 Bb4.67±2.08 Bb47.00±6.24 Bb22.33±5.86 Bb1531.11±3.85 Bc31.11±5.09 Bc2.81±1.05 Bc38.67±1.15 Bc11.67±1.53 Bc2011.11±5.09 Bd11.11±1.92 Bd1.79±0.26 Bd13.33±3.51 Bd9.23±2.85 Bc 注: 不同大寫字母表示同一個(gè)干旱水平不同SA溶液濃度之間差異顯著(P<0.05);不同小寫字母表示同一種SA溶液處理水平不同PEG 6000溶液濃度之間差異顯著(P<0.05)。

3.2 二元線性回歸模型

基于表2的數(shù)據(jù)，分別選取各測(cè)量指標(biāo)作為因變量，SA溶液濃度和PEG 6000溶液濃度作為自變量進(jìn)行二元線性回歸分析。基于SA溶液濃度和PEG 6000溶液濃度建立的二元回歸分析見表3。由表3可知，建立的所有回歸模型的回歸效果極顯著，且回歸模型的各項(xiàng)回歸系數(shù)及對(duì)回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)表明各項(xiàng)系數(shù)均極顯著。

表3 基于SA溶液濃度和PEG 6000溶液濃度建立的二元回歸分析模型Tab.3 Established two dimensional regression analysis model based on concentration of salicylic acid and PEG 6000模型模型顯著性方程相關(guān)性常量萌發(fā)率/%SA溶液濃度/(g·L-1)0.000y=71.635+0.122×x1-0.867×x20.875PEG 6000溶液濃度/%常量發(fā)芽勢(shì)/%SA溶液濃度/(g·L-1)0.000y=28.749+0.141×x1-0.734×x20.748PEG 6000溶液濃度/%常量發(fā)芽指數(shù)SA溶液濃度/(g·L-1)0.000y=8.150+0.530×x1-0.754×x20.756PEG 6000溶液濃度/%常量地上部分干重/mgSA溶液濃度/(g·L-1)0.000y=68.975+0.112×x1-0.878×x20.885PEG 6000溶液濃度/%常量地下部分干重/mgSA溶液濃度/(g·L-1)0.000y=36.019+0.780×x1-0.895×x20.899PEG6000溶液濃度/%

4 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)階段是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要階段，是植物成長(zhǎng)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是極為脆弱的階段[23]。種子在萌發(fā)的過程中，往往會(huì)受到外界環(huán)境的影響[24]，干旱脅迫作為影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因子，是影響森林天然更新過程中種子萌發(fā)的重要生態(tài)因子之一[25-26]。PEG 6000溶液模擬的干旱脅迫可顯著影響植物的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)[27-28]。本研究表明，PEG 6000溶液模擬的不同程度的干旱脅迫都顯著抑制了八蕊單室茱萸的種子萌發(fā)和早期幼苗生長(zhǎng)，且隨著PEG 6000溶液濃度的提高，各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)均顯著下降。

適宜濃度的SA溶液處理可促進(jìn)植物的種子萌發(fā)，過高濃度的SA溶液處理反而對(duì)種子萌發(fā)有抑制作用[29]。已有研究表明，極小種群野生植物云南藍(lán)果樹(Nyssayunnanensis)種子經(jīng)適當(dāng)濃度的SA溶液處理后，其種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)都得到了顯著提高[27-28]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，八蕊單室茱萸種子經(jīng)不同濃度SA溶液浸種處理后，其種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)情況表現(xiàn)出同樣的變化趨勢(shì)；隨著SA溶液濃度的升高，八蕊單室茱萸種子萌發(fā)和生物量指標(biāo)均先升高后下降，并在濃度為0.50 g·L-1時(shí)表現(xiàn)最優(yōu)。因此，適當(dāng)濃度的SA溶液可促進(jìn)八蕊單室茱萸的種子萌發(fā)。

SA溶液處理還可增強(qiáng)種子的耐逆境能力[30-32]。有研究發(fā)現(xiàn)，在干旱條件下，種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均會(huì)降低[33]，持續(xù)高強(qiáng)度的干旱脅迫還會(huì)顯著地抑制幼苗的生長(zhǎng)[34]。本研究表明，八蕊單室茱萸的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)都在干旱脅迫剛剛發(fā)生時(shí)便顯著受到抑制，一定程度上證實(shí)了八蕊單室茱萸對(duì)水分脅迫的耐受性比較差。SA溶液濃度為0時(shí)，隨著PEG 6000溶液脅迫濃度的增加，八蕊單室茱萸種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和生物量都呈顯著下降趨勢(shì)。SA溶液浸種處理后，在不同程度干旱脅迫條件下，八蕊單室茱萸種子萌發(fā)和生物量指標(biāo)都比未經(jīng)過SA溶液處理下的要高，且各指標(biāo)值均隨SA溶液濃度的增加而先升后降。可見，八蕊單室茱萸對(duì)干旱脅迫環(huán)境的耐受性較差，SA溶液的浸種處理可緩解干旱脅迫對(duì)其的影響，一定程度上增強(qiáng)其抗旱能力。

總之，八蕊單室茱萸對(duì)水分要求較高，抗旱能力較差，但是SA溶液浸種處理可一定程度上緩解干旱脅迫對(duì)八蕊單室茱萸種子萌發(fā)和早期幼苗生長(zhǎng)的影響。建議育苗前先對(duì)其進(jìn)行0.50 g·L-1的SA溶液浸種處理。本研究可為八蕊單室茱萸的育苗提供一定的科學(xué)依據(jù)，為下一步開展重引入和種群恢復(fù)重建培育抗旱能力較強(qiáng)的苗木提供一定的科技支撐。