丁文文, 郭 松, 張 銳, 包建平, 郭 龍

(1.塔里木大學(xué)園藝與林學(xué)學(xué)院, 新疆 阿拉爾 843300;2.新疆兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 新疆 阿拉爾 843300;3.南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室, 新疆 阿拉爾 843300;4.新疆兵團(tuán)第一師阿拉爾市三團(tuán)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心, 新疆 阿克蘇 843000)

核桃(JuglansregiaL.)系胡桃科(Juglandaceae)核桃屬(Juglans)具有較高適應(yīng)性的落葉果樹,位列世界著名的四大干果(核桃、扁桃、腰果、榛子)之首[1-2]。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì),到2020年我國核桃產(chǎn)量已達(dá)480萬t,共20個省(區(qū)、市)的一千余個縣栽培核桃,云南、新疆、四川、陜西和山西等省區(qū)核桃產(chǎn)量較高,合計(jì)占全國核桃產(chǎn)量的77%[3]。新疆核桃栽培歷史悠久,在首批國家級核桃良種選育過程中,絕大部分選自新疆核桃或父母本為新疆核桃[4]。隨著南疆核桃產(chǎn)區(qū)的不斷擴(kuò)大,逐步形成了以阿克蘇、和田和喀什南疆三地州核桃種植區(qū),三地核桃種植面積為33.17萬hm2,年產(chǎn)值100.7億元,面積、產(chǎn)值均居全疆果樹種植第二位[5-7]。目前新疆成為我國核桃種植大省區(qū),已建成以“溫185”和“新新2號”品種為主的全國最大薄皮核桃產(chǎn)區(qū),成為發(fā)展特色林果業(yè)帶動經(jīng)濟(jì)增長的新動力[8-9]。

目前,我國的核桃產(chǎn)業(yè)正進(jìn)入快速發(fā)展期,培育良好的苗木技術(shù)已成為核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一[10]。賈彩霞[11]研究發(fā)現(xiàn),核桃干藏種子的果殼和種仁均含有一定量的內(nèi)源抑制物質(zhì),不利于種子的萌發(fā),因此,在播種前需要經(jīng)過一定的預(yù)處理打破休眠。植物激素作為植物體內(nèi)的信號分子,在種子休眠和萌發(fā)的調(diào)控機(jī)理[12]、調(diào)節(jié)幼苗生長[13]等方面具有重要作用,在打破文冠果、青蒿、杉木、翅堿等種子休眠方面廣泛應(yīng)用,起到調(diào)節(jié)和穩(wěn)定植物生理周期的作用,對提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義[14]。尤其是GA3、NAA和IAA等植物生長促進(jìn)型激素在植物萌芽期對種子的萌發(fā)和種胚的發(fā)育具有顯著促進(jìn)作用[15-16]。目前,有學(xué)者以GA3、IBA、NAA、6-BA等植物激素處理核桃種子,結(jié)果表明,經(jīng)激素處理有利于打破種子休眠、提高萌發(fā)率和促進(jìn)種子幼苗生長等[17-19],但將浸種前種子進(jìn)行去殼預(yù)處理以促進(jìn)發(fā)芽、縮短發(fā)芽周期等相關(guān)研究鮮見報(bào)道,鑒于此,本研究對核桃干果種子進(jìn)行預(yù)處理,即設(shè)置不同種子狀態(tài)(帶殼核桃種子及去殼核桃種子),結(jié)合不同濃度GA3和NAA浸種處理,探究其對“溫185”核桃種子萌發(fā)及幼苗生長的影響,以期尋求提高核桃發(fā)芽率和加快苗期生長的有效途徑,進(jìn)而為激素處理在核桃種子萌發(fā)過程中的應(yīng)用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

采集的核桃樹位于新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣核桃林場,溫宿縣位于托木爾峰南,鄰接塔里木盆地,晝長夜短且溫差較大,是典型的暖溫帶大陸性氣候。年日照時長2 850 h,陽光輻射充足,年均氣溫10.1 ℃,無霜期185 d,年降水量65 mm,氣候干旱,適宜核桃生長[20]。實(shí)驗(yàn)于2021年8月至次年2月在塔里木大學(xué)園藝試驗(yàn)站節(jié)能型日光溫室內(nèi)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

供試種子于核桃果實(shí)完全成熟期,采自新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣的核桃林場,品種為“溫185”。所用植物激素:GA3(≥90%,北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)),NAA(≥99%,上海源葉生物有限公司生產(chǎn))。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1種子預(yù)處理

選取種仁飽滿、無霉無蟲,且單果重大于等于12 g的干果作為實(shí)驗(yàn)材料,自然晾干。實(shí)驗(yàn)材料分干果核桃果實(shí)(以下稱帶殼種子)和核桃種子(以下稱為去殼種子),去殼種子用核桃夾子把核桃夾出環(huán)形裂口,去除果殼取出種子。GA3、NAA分別設(shè)50、150、250、350、450 mg/L等5個濃度,以清水處理為對照(ck),20粒種子為一個處理,重復(fù)3次。

1.3.2浸種催芽處理

將備好的試驗(yàn)材料在室溫(20±2)℃環(huán)境中浸泡,以清水處理為ck。

1) 帶殼種子:不同濃度GA3、NAA水溶液浸泡7 d。

2) 去殼種子:不同濃度GA3、NAA水溶液浸泡24 h。種子完成浸泡后清水洗凈,放在濕潤的發(fā)芽盒內(nèi),置于30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽處理,每日觀察種子發(fā)芽情況,及時清除腐爛霉變種子,7 d后進(jìn)行播種。

1.3.3播 種

核桃種子催芽處理后用無菌水沖洗,2021年10月將種子播入營養(yǎng)缽(基質(zhì)比例園土∶草炭土∶蛭石=2∶1∶1,用0.5%高錳酸鉀溶液澆透,置于陰涼處2 d備用)。播后澆透水用薄膜覆蓋,每日觀測種子發(fā)芽情況。

1.4 數(shù)據(jù)處理

播種前統(tǒng)計(jì)種子萌芽數(shù),播種30 d后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率、爛種率,播種90 d后,對種子的生長情況進(jìn)行觀測,每處理隨機(jī)選取10株幼苗,測定苗高、主根長、須根數(shù)、葉片數(shù)和腋芽數(shù)等生長指標(biāo)。

萌芽率/%=(催芽后種子露白數(shù)/供試種子數(shù))×100%;

發(fā)芽率/%=(發(fā)芽總粒數(shù)/供試種子數(shù))×100%;

爛種率/%=[(害蟲數(shù)+腐爛數(shù))/供試種子數(shù)]×100%。

用DPS 7.05軟件對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析,選取LSD多重比較進(jìn)行方差分析(p<0.05);用Origin 2021軟件作圖,Excel 2019軟件制表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對核桃種子發(fā)芽的影響

2.1.1不同處理對核桃種子萌芽率的影響

該試驗(yàn)萌芽率于播種前統(tǒng)計(jì),此時萌芽率表現(xiàn)出種子內(nèi)部生理活動對激素處理的應(yīng)答反應(yīng)。由圖1可知,不同種子狀態(tài)(帶殼核桃和去殼種子)在GA3和NAA處理下,萌芽率隨濃度增加總體呈先升后降的趨勢,且各處理顯著高于ck。當(dāng)GA3濃度為150 mg/L和450 mg/L處理時,去殼種子萌芽率較帶殼種子存在顯著差異,而NAA在250～450 mg/L處理間,去殼種子萌芽率較帶殼種子存在顯著差異,其余處理不同種子狀態(tài)間不存在顯著差異。

由圖1可以看出,GA3不同濃度的促進(jìn)效果350 mg/L>250 mg/L>150 mg/L>450 mg/L>50 mg/L,各處理均顯著高于ck(p<0.05)。帶殼種子和去殼種子萌芽率最高分別達(dá)79.39%和86.03%。當(dāng)NAA濃度為250 mg/L時帶殼種子和去殼種子的萌芽率達(dá)到最高,分別達(dá)76.32%和84.47%,分別較ck提高了25.53%和25.50%。其次,帶殼種子的較優(yōu)處理為150 mg/L的NAA(達(dá)72.98%),去殼種子的較優(yōu)處理為350 mg/L的NAA(達(dá)82.96%),與最優(yōu)處理無顯著差異(p>0.05)。綜上可知,GA3、NAA對核桃種子萌發(fā)均具有促進(jìn)作用,但隨濃度增加其促進(jìn)作用逐漸減弱,而去殼種子處理較帶殼種子處理更有利于提高種子萌芽率。

注:圖中不同小寫字母表示同一激素下不同濃度的差異顯著性(p<0.05),不同大寫字母表示同一濃度下不同種子狀態(tài)的差異顯著;圖中誤差線為標(biāo)準(zhǔn)誤。下同。圖1 不同處理對“溫185”核桃種子萌芽率的影響Fig.1 Effect of different treatments on seed germination rate of Wen 185 Juglans regia L.

2.1.2不同處理對核桃種子發(fā)芽率的影響

由圖2可知,不同狀態(tài)的核桃種子在GA3和NAA處理下,發(fā)芽率隨濃度增加總體呈先升后降的趨勢。除ck外,其余各處理在帶殼種子和去殼種子處理間均無顯著差異(p>0.05)。

圖2 不同處理對“溫185”核桃種子發(fā)芽率的影響Fig.2 Effect of different treatments on seed germination rate of Wen 185 Juglans regia L.

不同狀態(tài)種子,用不同濃度GA3處理與ck均存在顯著差異(p<0.05)。GA3在50～350 mg/L處理下發(fā)芽率逐漸達(dá)到最高,帶殼種子和去殼種子分別為91.49%和93.06%,當(dāng)濃度超過350 mg/L時發(fā)芽率開始降低。GA3處理梯度下,僅有濃度450 mg/L時帶殼種子發(fā)芽率優(yōu)于去殼種子,兩處理相差6.75%。250 mg/L的NAA處理下發(fā)芽率達(dá)到最高,帶殼種子和去殼種子分別為89.82%和91.40%。NAA處理時,帶殼種子在50～450 mg/L處理發(fā)芽率顯著高于ck,而去殼種子處理僅在150～350 mg/L處理的發(fā)芽率顯著高于ck(p<0.05),可見NAA對去殼種子發(fā)芽率有促進(jìn)作用的濃度集中在250 mg/L左右。結(jié)果表明,去殼種子處理優(yōu)于帶殼種子,GA3和NAA隨濃度增加能顯著提升種子發(fā)芽率,且GA3處理的促進(jìn)效果優(yōu)于NAA處理。

2.1.3不同處理對核桃種子壞種率的影響

由圖3可知,不同種子狀態(tài)下隨濃度增加,GA3處理的壞種率總體呈下降趨勢,而NAA處理總體呈先下降后略有升高趨勢,帶殼種子和去殼種子的壞種率無顯著差異(p>0.05)。

圖3 不同處理對“溫185”核桃種子壞種率的影響Fig.3 Effect of different treatments on rotten seed rate of Wen 185 Juglans regia L.

不同GA3濃度處理下,去殼種子壞種率均高于帶殼種子。GA3處理在150～450 mg/L時壞種率逐漸降低,且顯著低于ck(p<0.05),帶殼種子和去殼種子分別為3.33%和5.09%。與ck相比,帶殼種子GA3濃度由低到高壞種率依次降低了1.75、5.00、6.47、8.51、10.26個百分點(diǎn);去殼種子GA3質(zhì)量濃度由低到高壞種率依次降低了2.12、5.73、9.14、7.49、10.99個百分點(diǎn)。不同種子狀態(tài)下,250 mg/L的NAA處理時壞種率達(dá)到最低,與ck差異顯著(p<0.05),較ck分別降低了6.84%和7.49%。50 mg/L和350 mg/L的NAA處理時,帶殼種子與ck相比無顯著差異(p>0.05),其他各處理壞種率與ck相比差異顯著(p<0.05)。350 mg/L的NAA處理下,帶殼種子壞種率高于去殼種子。綜上可知,帶殼種子壞種率普遍低于去殼種子,GA3在種子萌發(fā)過程中濃度越高壞種率越低,而NAA對壞種率的影響不穩(wěn)定,說明GA3能夠減少壞種的發(fā)生。

表1 不同種子狀態(tài)及激素處理對核桃幼苗生長的影響Table 1 Effects of different seed states and hormone treatments on seedling growth

表2 影響幼苗生長指標(biāo)因素的主次順序與最優(yōu)水平Table 2 The primary and secondary order and optimal level of factors affecting seedling growth indexes

2.2 不同處理對核桃幼苗生長的影響

由表1可知,不同種子狀態(tài)和激素處理對核桃幼苗的苗高、主根長、須根、葉片數(shù)和腋芽的影響不同。分析比較不同種子狀態(tài)下,不同GA3、NAA濃度處理對生長指標(biāo)的影響程度、主次順序以及各指標(biāo)的最優(yōu)水平,如表2所示,幼苗苗高、葉片數(shù)和腋芽數(shù)受種子是否帶殼影響較大,R值分別為7.51、6.30和1.50,最優(yōu)處理水平下,苗高達(dá)到21.55 cm,葉片數(shù)達(dá)到17.40片,腋芽數(shù)達(dá)到3.10個。而幼苗的主根長和須根受NAA影響較大,最優(yōu)處理濃度為350 mg/L,主根長和須根數(shù)分別達(dá)到11.40 cm和22.4條。由此可知,GA3和NAA處理后,對核桃種子幼苗的生長起到了不同的促進(jìn)效果,GA3對幼苗生長的地上部指標(biāo)影響較大,NAA對幼苗生長的地下部指標(biāo)影響較大。

2.3 核桃幼苗各項(xiàng)生長指標(biāo)相關(guān)性分析

苗高、葉片和腋芽屬于幼苗的地上部分,而主根和須根屬于幼苗的地下部分。由表3可知,“溫185”核桃幼苗各生長指標(biāo)均為正相關(guān),其苗高與葉片數(shù)和腋芽的生長呈極顯著正相關(guān)(r>0.707 9),與主根長和須根數(shù)無顯著相關(guān)性(r<0.576 0);主根長與須根數(shù)生長呈極顯著正相關(guān)(r>0.707 9),與葉片數(shù)和腋芽無顯著相關(guān)性(r<0.576 0);須根數(shù)與葉片數(shù)和腋芽之間也無顯著相關(guān)性(r<0.576 0);葉片數(shù)與腋芽的生長呈極顯著相關(guān)關(guān)系(r>0.707 9)。結(jié)果表明,核桃幼苗在生長過程中,地上部分各指標(biāo)間存在顯著性正相關(guān),地下部分各指標(biāo)間存在顯著性正相關(guān),地上與地下部分相關(guān)性不明顯。

表3 幼苗生長指標(biāo)相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of growth indexes of seedlings

3 討 論

3.1 預(yù)處理方式對種子萌發(fā)的影響

植物生長調(diào)節(jié)劑是一種與植物內(nèi)源激素相似,有生理生化效應(yīng)的人工合成物質(zhì)[21-22],在種子的萌發(fā)過程中,植物激素可以打破種子的休眠狀態(tài),加快細(xì)胞分裂的速度,為種子的萌發(fā)創(chuàng)造良好的條件。外源激素不僅對植物生長發(fā)育具有調(diào)控作用,還對植物種子萌發(fā)起到促進(jìn)或抑制的作用[23-24]。

研究發(fā)現(xiàn),100～1 600 mg/L的GA3浸泡去殼核桃種子,發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)呈先增后減趨勢,當(dāng)濃度為200 mg/L時處理效果最優(yōu),但種子總體反應(yīng)亦不敏感[25]。本試驗(yàn)進(jìn)行帶殼種子與去殼種子預(yù)處理,發(fā)現(xiàn)不同狀態(tài)種子的萌芽率和發(fā)芽率與ck相比,隨濃度增加均存在顯著差異,但去殼種子總體優(yōu)于帶殼種子,這一結(jié)果與湯王外等[26]研究帶殼及去殼金鐵鎖種子的萌發(fā)試驗(yàn),去殼種子能顯著提高發(fā)芽率的結(jié)果一致。所以適當(dāng)?shù)臋C(jī)械破損在種子發(fā)芽過程中,更有利于種子進(jìn)行吸脹作用,以提前結(jié)束種子休眠,促進(jìn)種子內(nèi)部物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化。

3.2 不同植物激素處理對種子萌發(fā)的影響

種子萌發(fā)期和幼苗期是植物最為敏感的兩個時期[27],在本研究中不同植物激素處理與ck相比,對種子的萌芽率、發(fā)芽率及幼苗生長均有提升,但不同激素促進(jìn)效果不同。這與高煥章等[17]用不同植物生長調(diào)節(jié)劑水溶液浸泡建始核桃種子,其發(fā)芽率和幼苗指標(biāo)均表現(xiàn)出差異的結(jié)果一致。王巍[18]研究不同濃度赤霉素對核桃種子萌發(fā)及幼苗生長的影響,發(fā)現(xiàn)不同濃度赤霉素的作用部位不同。李俊南等[19]對薄殼山核桃種子研究發(fā)現(xiàn),GA3處理發(fā)芽率表現(xiàn)為先上升后下降再上升的趨勢,濃度最大時(250 mg/L)發(fā)芽率最高(達(dá)90%),幼苗生長過程中,地上部和地下部粗生長受GA3影響較大。向亮等[28]對翅堿蓬種子的研究結(jié)果表明,高濃度激素溶液影響內(nèi)部生理活動,從而對種子的萌發(fā)促進(jìn)作用逐漸減弱,甚至產(chǎn)生抑制作用。說明植物激素的適用對象廣泛,低濃度激素處理有利于種子萌發(fā)及幼苗生長,而高于一定濃度則會產(chǎn)生抑制作用。

GA3可以解除種子休眠,使種胚周圍的組織軟化,有利于胚芽突破種皮促進(jìn)種胚的生長[29]。本實(shí)驗(yàn)中,GA3處理不同狀態(tài)的核桃種子,發(fā)芽率表現(xiàn)為隨濃度增加先升高趨于穩(wěn)定后下降,在GA3濃度為250～350 mg/L時發(fā)芽率較優(yōu),幼苗的地上生長指標(biāo)受影響也較大,且變化趨勢與發(fā)芽率相似,這與廖建良等[30]對青蒿種子萌發(fā)的研究發(fā)現(xiàn),種子發(fā)芽率隨GA3濃度升高逐漸降低的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相悖。袁芳等[31]對喜馬拉雅紫茉莉種子研究發(fā)現(xiàn),NAA處理不利于其萌發(fā)。李韋瑤等[32]研究發(fā)現(xiàn),50～800 mg/L的NAA處理對山韭種子的萌發(fā)有抑制作用,且隨NAA濃度的增加,山韭種子的發(fā)芽和形態(tài)指標(biāo)均呈下降趨勢。有研究表明,NAA可以促進(jìn)細(xì)胞分裂和組織分化,誘導(dǎo)形成不定根,也能影響細(xì)胞分裂、細(xì)胞伸長和分化,促進(jìn)種子發(fā)芽和不定根、側(cè)芽的形成[33]。本研究中,NAA較ck顯著提高萌發(fā)率,但超過250 mg/L則產(chǎn)生抑制作用,對于幼苗的生長指標(biāo),實(shí)驗(yàn)認(rèn)為,中低質(zhì)量濃度的NAA有利于主根和須根的生長且隨濃度變化對地下部影響較大。植物激素具有微量高效的作用,而且作用效果與施用方法和施用物質(zhì)量以及施用種子種類有一定的關(guān)系,不同種子對不同植物生長調(diào)節(jié)劑的敏感程度不同,使得該激素在不同的材料上表現(xiàn)出較大的差異性。

3.3 核桃種子幼苗生理指標(biāo)的綜合分析

植物激素在改善種子萌發(fā)和幼苗發(fā)育上具有積極作用,不同種子狀態(tài)及浸種處理對苗高生長指標(biāo)影響不同。由主次順序發(fā)現(xiàn),激素種類對苗高、腋芽及須根指標(biāo)影響較大,GA3處理的苗高和腋芽優(yōu)于NAA處理,而主根長和須根數(shù)NAA處理優(yōu)于GA3處理;主根長與葉片數(shù)受種子狀態(tài)影響較大,去殼處理優(yōu)于帶殼處理。李俊南等[28]研究GA3和NAA處理薄殼山核桃種子發(fā)現(xiàn),最優(yōu)處理苗高為15.1 cm,葉數(shù)為5片,主根長達(dá)15.65 cm,須根數(shù)達(dá)51.8條,而本試驗(yàn)中苗高最高達(dá)21.55 cm、葉片數(shù)達(dá)17.4片、主根長和須根數(shù)分別為11.4 cm和22.4條。差異可能來自實(shí)驗(yàn)浸種催芽溫度(30 ℃)影響,適宜高溫時幼苗生長速度加快,而地下部指標(biāo)較低,推測是種子播種在營養(yǎng)缽內(nèi),生長受到一定抑制,也與不同人員對指標(biāo)統(tǒng)計(jì)方法不同有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)以GA3和NAA浸種處理,雖較ck有明顯提升,但同濃度不同激素間差異不明顯,為明確不同植物激素對核桃種子發(fā)芽和幼苗的相互作用,可減小濃度梯度,增加地上與地下指標(biāo)統(tǒng)計(jì)等做進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

本研究對不同狀態(tài)“溫185”核桃種子在不同植物激素浸種處理下種子萌發(fā)和幼苗生長進(jìn)行初步探究,發(fā)現(xiàn)去殼種子處理優(yōu)于帶殼種子處理,GA3和NAA在適宜條件下對核桃種子萌發(fā)率、發(fā)芽率均有顯著促進(jìn)作用,爛種率隨濃度增加有所降低。GA3浸種幼苗苗高、葉片數(shù)、腋芽的生長效果優(yōu)于NAA浸種效果,可顯著提高種子萌發(fā)的各項(xiàng)指標(biāo)并有效促進(jìn)植株地上部分生物量的積累,而NAA對地下部的影響優(yōu)于GA3處理,可促進(jìn)植物根系生長、誘導(dǎo)形成不定根。綜合“溫185”核桃種子發(fā)芽情況及形態(tài)指標(biāo)得出,兩種激素的最適浸種濃度為GA3350 mg/L和NAA 250 mg/L。