全 文 :2015年11月 防 护 林 科 技 Nov.,2015
第11期(总146期) Protection Forest Science and Technology No.11(Sum No.146)
文章编号:1005-5215(2015)11-0016-04
收稿日期:2015-08-26
基金项目:甘肃省科技支撑计划(1304NKCK128)
作者简介:杨帆(1988-),男,甘肃武威人,大学,从事林
木育种研究,Email:kangj07@lzu.edu.cn
通讯作者:郭星,Email:gslnwddj@163.com
濒危植物大果青杄种子形态及萌发特性研究
杨帆,郭星,李兴明,魏海龙,齐瑞,闫倩倩,丁光武,侯亚莉
(白龙江林业管理局林业科学研究所,甘肃 兰州730070)
摘 要 对甘肃白龙江林区生长的濒危植物大果青杄种子的形态和萌发特性进行了研究,结果表明:不同海拔和
不同年龄的大果青杄种子千粒质量、空壳率、含水量、生活力、长、宽及直径等差异显著。不同年龄树木种子形态和
部分萌发指标之间存在多样性;而且树木年龄越大,空壳率随之减少,生活力减少的幅度更大。在常温(20℃)下,
经蒸馏水浸种,浓硫酸催芽的种子的发芽率为0;而42年的大果青杄种子经200mg L-1赤霉素(GA 3)处理24h
后,在14d内发芽率达到70%,且发芽整齐。大果青杄种子的休眠属综合休眠,且种皮透性并不是导致大果青杄
种子休眠的主要原因。
关键词 濒危植物;大果青杄;种子;形态特性;萌发特性
中图分类号:S751.3 文献标识码:A doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2015.11.006
Seed Morphological and Germination Characters of Endangered Plant Picea neoveitchi
Yang Fan,Guo Xing,Li Xingming,Wei Hailong,Qi Rui,Yan Qianqian,Ding Guangwu,Hou Yali
(Research Institute of Forestry,Bailongjiang Forestry Management Bureau,Lanzhou 730070,China)
Abstract The seed morphological and germination characters of endangered plant Picea neoveitchii were studied in
Bailongjiang forest region of Gansu Province.Result shows that the thousand seed weight,shel ratio,water content
of seed,percentage of undeveloped seed,viability,length,width and diameter of seed have significant differences at
different attitudes and ages of tree.Seed morphology and parts of germination indexes of trees with different ages
have diversity.The bigger the ages of tree is,the lower the percentage of shel ratio is and the even greater the re-
duce range of viability is.The seed germination rate is 0by soaking in distiled water at the temperature(20°C);the
germination rate of 42-year-old Picea neoveitchii seeds reach 70% within 14dwhile treated with 200mg L-1 GA3
for 24h;the seeds germinated more trimly.Picea neoveitchii seeds belong to combined dormancy.The permeability
of seed coat is not the main reason for the seed dormancy of Picea neoveitchii.
Key words endangered plant;Picea neoveitchii;seeds;morphological characteristics;germination characteristics
大果青杄(Picea neoveitchii Mast.)隶属于裸
子植物松科 (Pinaceae)云杉属 (Picea)常绿乔
木[1,2],我国特有树种,是国家二级重点保护野生植
物和国家二级保护珍贵树种[3],同时也是国家二级
珍稀濒危保护植物[4],被列入中国珍稀濒危植物红
皮书。大果青杄在我国仅分布于湖北西部、陕西秦
岭北坡户县及南部、甘肃天水及白龙江流域海拔
1 300~2 000m的地区[4],种群数量稀少,亟待保
护。大果青杄对生境条件要求比较严格,通常只生
于自然植被保存比较完整的山谷沟底或山坡下部及
半阴坡岩石缝隙中,其生长地带比较阴湿,空气湿度
很高,腐殖质深厚,土壤酸性至微酸性[5]。近年来,
由于过度砍伐和人为干扰,大面积的大果青杄纯林
基本已经消失,剩余残存种群的生存和生长状况遭
受严重威胁,濒临灭绝。
近年来,虽然大果青杄的濒危情况已经逐渐引
起了许多学者的关注,但是相关的研究主要集中在
大果青扦的残存地理分布、群落特性和种群动态研
究[5-7]、谱系地理学研究[8]、播种育苗技术[9]、起源
与物种形态[3]、珍稀树种资源及其价值探讨[10]、保
护现状及保护策略[11]等方面,对大果青杄种子形态
和萌发特征等方面研究很少。此外,由于大果青杄
存在种子产量低、种质差、种子生活力和发芽率低等
问题,由此导致林下幼苗少,这些因素导致大果青杄
生活周期中出现了从种子到幼苗转化率较低的脆弱
环节,最终成为大果青杄种群缺乏后继资源而导致
物种濒危的主要因素。
本文通过对白龙江林区采集的四种区域生长的
大果青杄种子形态和萌发特性进行试验研究,试图
打破大果青杄种子的休眠,揭示其萌发所必备的条
件,旨在为大果青杄种群大面积繁殖提供理论依据
和技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试种子于2014年9月在甘肃省白龙江林业
管理局舟曲林场采集,种子除杂后于-4℃冰箱中
保存备用,采种地点见表1。
表1大果青杄种子采集地点概况
树龄/a 采样地 坡向 地形
地理位置
经度 纬度 海拔/m
42 茶岗林场 半阳 山坡 104°21′27″ 33°34′52″ 1 830
300 角绕村 半阴 平底 104°22′23″ 33°34′24.3″ 1 764
51 强娃山庄 半阳 山坡 104°20′09.8″ 33°33′08.6″ 1 738
116 沙子坪 半阳 山坡 104°23′16″ 33°34′09.7″ 1 721
1.2 种子特性测定
1.2.1 种子大小(长、宽度、直径)、千粒重、饱满度
的测定 随机取出籽粒饱满的4种大果青杄种子各
30粒,用游标卡尺分别测量种子长、宽及直径;千粒
质量采取百粒法(四分法),随机各抽取净种子100
粒称质量,重复4次,结果的加权平均值×10即得
种子千粒质量;随机抽取100粒种子,计算出种子的
空壳率。
1.2.2 种子含水量的测定 取一定量样品称质量,
将样品放在(105±2)℃烘箱中烘18h。取出后称
重,以3次重复平均值为最终含水量。种子含水量
(%)=(样品烘前重量-样品烘后重量)/样品烘前
重量×100%。
1.2.3 种子生活力的测定 采用四唑染色法测定
种子的生活力。设计3个重复,每个重复50粒种
子。先把种子浸泡于20-30℃的水中4d,然后取
胚在25℃条件下用四唑染色24h,染完色后根据种
胚的着色程度和部位,按国际种子检验规程上的标
准鉴定种子的生活力。
1.3 种子萌发处理
1.3.1 浓硫酸处理 用浓硫酸分别酸蚀大果青杄
种子2、5、10、15、20min,用清水冲洗3次,置于酒
精中消毒1min,再用蒸馏冲洗5次,最后用蒸馏水
浸泡48h。处理完成后放入双层滤纸的培养皿中,
放入恒温箱中萌发;培养条件是:温度20℃,光照
强度24μmolm
-2 s-1,湿度75%;以清水浸种为
对照 。每皿50粒,3组重复。逐日统计发芽率。种
子萌发过程中,以胚根生出种皮1mm为标准,记录
种子萌发的个数,连续2周内不再有种子萌发为萌
发结束。算出种子的发芽率及发芽势。
1.3.2 赤霉素处理 抽取饱满的种子,以未用
GA3浸泡的种子为对照,设置50、100、200、250、300
mgL-15个浓度的GA3处理,浸泡24h,放置于双
层滤纸的培养皿中萌发(以清水浸种为对照),培养
条件和测定指标与浓硫酸处理相同。
1.4 数据处理
试验所得形态(千粒质量、空壳率、含水量、生活
力、长、宽及直径等)用SPSS 13.0软件进行单因素
方差统计分析;发芽率和发芽势用SPSS 13.0软件
进行双因素方差统计分析;所有数据用Excel制图。
2 结果与分析
2.1 不同采集地大果青杄种子形态差异分析
由表2和表3可知,4个采种地的大果青杄种
子千粒质量介于18.05~29.83g,其中42树龄的种
子千粒质量最大,为29.83g,树木年龄越小,千粒质
量越大;种子空壳率普遍都很高,介于86.67%~
66.33%,其中42树龄和51年树龄的种子空壳率最
高,分别达86.67%和85.27%,树种年龄越大,空壳
率越低;种子含水量和生活力的变化与千粒质量的
变化趋势相一致。种子长度介于9.09~6.68mm,
宽度介于5.27~3.4mm,种子长宽比在1.96~
1.70的范围内;直径介于2.15~4.22mm。其中,
116年龄的种子长度和宽度均最大,为9.40和5.27
mm;而300年龄的种子长宽比最大,为1.96;42树
龄的种子的直径最大,为4.22mm。
表2 大果青杄种子千粒质量、空壳率、含水量及生活力
树龄/a 千粒质量/g 空壳率/% 含水量/% 生活力/%
42 29.83±3.12a 86.67±4.12a 14.25±1.33a 71.33±3.08a
300 18.05±1.86c 66.33±5.33c 7.31±0.61cd 44.27±2.29c
51 21.68±0.94bc 85.27±4.03a 12.56±1.07ab 64.38±3.56b
116 23.23±1.91b 73.25±8.25b 8.16±0.73c 30.67±2.14d
注:不同字母代表差异显著,P<0.05,下同
表3 大果青杄种子长度、宽度、长宽比及直径
树龄/a 长度/mm 宽度/mm 长宽比 直径/mm
42 9.09±0.61a 4.94±0.34ab 1.87±0.17ab 4.22±0.29a
300 6.68±0.38c 3.4±0.29c 1.96±0.28a 2.15±0.20c
51 7.84±0.57b 4.63±0.40b 1.70±0.20ab 3.21±0.24b
116 9.40±0.52a 5.27±0.48a 1.79±0.29ab 3.89±0.33ab
2.2 不同浓度浓硫酸酸蚀处理对不同采种地大果
青杄种子萌发的影响
将大果青杄种子用不同浓度的浓硫酸处理后,
清水冲洗,酒精中消毒,在用蒸馏水浸泡48h后,放
71 第11期 杨帆 等 濒危植物大果青杄种子形态及萌发特性研究
入恒温箱中萌发。14d后,和清水浸种为对照相
比,不同浓硫酸处理后的大果青杄种子均未发芽。
2.3 不同浓度GA3处理对不同采集地大果青杄种
子萌发的影响
不同年龄树木与赤霉素浓度对种子萌发特性的
双因素方差分析表明:GA3浓度和树龄对种子的发
芽率、发芽势及发芽速率的影响均极显著(P<
0.05);GA3浓度和年龄的交互作用对发芽率、发
芽势及发芽速率的影响均极显著(P<0.05)(表
4),其中200mgL-1的GA3处理和42年龄的大果
青杄种子发芽率和发芽势达到最大,分别为0.70和
0.33,其次是100mg L-1的 GA3处理和42年树
龄、200mgL-1的GA3处理和51年树龄和250mg
L-1的GA3处理和42年树龄的大果青杄种子发芽
率和发芽势次之,分别为0.542和0.28、0.55和
0.23、0.592和0.19;50mgL-1的GA3处理和300
年树龄和50mg L-1的GA3处理和116年树龄的
大果青杄种子发芽率和发芽势最小,分别为0.075和
0.03、0.05和0.07。
表4 大果青杄种子发芽率和发芽势
浓度(C)×树龄(Y) 发芽率 发芽势
C1×Y1 0.175±0.025g 0.10±0.043d
C1×Y2 0.075±0.025i 0.03±0.014e
C1×Y3 0.15±0.043gh 0.07±0.038de
C1×Y4 0.05±0.025i 0.07±0.01de
C2×Y1 0.542±0.038b 0.28±0.05ab
C2×Y2 0.225±0.03f 0.08±0.038de
C2×Y3 0.40±0.02d 0.18±0.05bc
C2×Y4 0.117±0.04h 0.115±0.096
C3×Y1 0.70±0.05a 0.33±0.066a
C3×Y2 0.425±0.066cd 0.13±0.043cd
C3×Y3 0.55±0.025b 0.23±0.025b
C3×Y4 0.283±0.018ef 0.08±0.025de
C4×Y1 0.592±0.080b 0.19±0.038bc
C4×Y2 0.317±0.038e 0.08±0.00de
C4×Y3 0.417±0.014cd 0.28±0.025ab
C4×Y4 0.233±0.038f 0.04±0.014e
C5×Y1 0.458±0.036c 0.13±0.025cd
C5×Y2 0.25±0.025f 0.03±0.014e
C5×Y3 0.325±0.025e 0.15±0025c
C5×Y4 0.183±0.038g 0.07±0.029de
P-Value
C(%) 1.6E-21 3.21E-11
Y(%) 1.33E-21 1.18E-16
C×Y(%) 0.000132 6.93E-06
注:C1-C5分别表示50、100、200、250、300mg L-15个 GA3
处理浓度;Y1-Y4表示42,300,51和116年的4个树木年龄;C×Y
表示不同浓度GA3和不同树龄之间的交互作用。
3 讨论与结论
种子是下一代新生植株的开始,无论从结构上
还是生理上已做好了传播的准备[12]。然而,为了适
应不良环境条件以及季节变化,植物种子经常会出
现发育暂停或生命隐蔽的现象。种子休眠是指具有
生活力的种子在适宜(水分、温度和氧气)萌发条件
下仍不能正常萌发的现象[13]。种子休眠在植物中
普遍存在,且具两面性,一方面它是一种有益的生物
学特性,可以使种子避开不良环境条件,适时萌发;
而另一方面在科学研究和农林牧业生产过程中,常
需要破除种子的休眠,此时种子休眠就成为人类生
产实践过程中的障碍[14]。我们的前期调查表明,大
果青杄种子具有强休眠、低萌发率的特性,致使其苗
木的繁殖困难,从而限制了人们对这种资源植物的
开发和利用。结果表明,不同海拔和不同年龄的大
果青杄种子千粒重、空壳率、含水量、生活力、长、宽
及直径等差异显著(表2和表3)。树木的年龄对种
子的千粒重、含水量、长宽比、生活力等影响显著,说
明不同年龄树木种子形态和部分萌发指标之间存在
多样性。而且树龄越大,空壳率虽然也减少,但是生
活力减少的幅度更大(表2和表3)。目前,破除种
子休眠的方法大体分为物理、化学和生物三类。本
研究表明,浓 H2SO4处理并没有显著打破大果青杄
种子的休眠,因此,排除了种皮不透水、不透气、机械
限制及存在萌发抑制物等导致大果青杄种子休眠的
可能[15]。
赤霉素(GA)在种子发芽中起着重要的作用。
GA能诱导产生水解酶,使种子中的贮藏物质从大
分子水解为小分子,如淀粉水解为糖,蛋白质水解为
氨基酸,从而为胚生长所用,进而促进种子的萌
发[16,12]。此外,外源 GA 的加入能提高胚的生长
势,促进种子萌发障碍组织的降解,从而有效破除种
子休眠[17]。我们的研究表明:不同树龄林木与赤霉
素浓度对大果青杄种子的发芽率及发芽势的影响均
极显著(P<0.05);GA3浓度和年龄的交互作用对
发芽率、发芽势及发芽速率的影响均极显著(P<
0.05)(表4),其中200mg L-1的 GA3处理和42
年树龄的大果青杄种子发芽率和发芽势达到最大,
100mgL-1的GA3处理和42年树龄、200mgL-1
的GA3处理和51年树龄和250mgL-1的GA3处
理和42年树龄的大果青杄种子发芽率和发芽势次
之,50mgL-1的GA3处理和300年树龄和50mg
L-1的GA3处理和116年树龄的大果青杄种子发
芽率和发芽势最小(表4)。值得注意的是,大果青
杄种子发芽率随着赤霉素的浓度增加而增长,当赤
霉素的浓度达到200mg.L-1时,种子的萌发率和发
芽势达到最大值;但是,种子发芽率随着树木年龄的
增大而减低,树木年龄越大,种子发芽率和发芽势越
81 防 护 林 科 技 2015年
小,当树木年龄为42年时,种子的发芽率达到最大
值(表4)。本研究结果表明,200mgL-1的GA3处
理42年树龄的大果青杄种子使其种子的发芽率达
到70%,此研究结果可应用于大果青杄的苗木培
育,提升其育苗技术水平,从而使这种具有重要生态
和经济价值的资源植物能被人类充分利用。然而,
在本研究中,尽管200mgL-1的GA3处理42年树
龄的大果青杄林木种子使其发芽率达到了70%,但
其余30%的种子仍处于休眠状态,这表明大果青杄
种子休眠属综合休眠,且种皮透性并不是导致大果
青杄种子休眠的主要原因,大果青杄种子的萌发和
休眠机理还需要进一步研究。
参考文献:
[1]中国树木志编辑委员会.中国林木志(第1卷)[M].北京:中国
林业出版社,1983:221
[2]中国科学院植物研究所.中国高等植树国鉴(第一册)[M].北
京:科学出版社,2001:209
[3]戴振伦,李洪喜,程传宏,等.独特的大果青杄群落吸引国际保
护组织关注[J].北京林业大学学报,2010,32(2):247-250
[4]国家环境保护局,中国科学院植物所研究所.中国珍稀濒危保护
植树名录(第一册)[M].北京:科学出版社,1987
[5]王明亮,张德顺,达良俊.濒危植物大果青扦的残存分布、群落
特性和种群动态研究[D].华东师范大学硕士学位论文,2010
[6]王明亮,张德顺,马其侠,等.濒危植物大果青扦地理分布和群落
特性研究[J].安徽农业科学,2010,38(22):12040-12043,
12075
[7]蔡靖,杨秀萍,姜在民.周至国家级自然保护区重点保护野生植
物的研究[J].西北林学院学报,2002,17(3):63-66
[8]胡盼,陈发菊,王军辉.大果青扦的谱系地理学研究[D].三峡
大学硕士学位论文,2012
[9]丁骞,付作霖.大果青播种育苗技术[J].甘肃林业科技,2006,
31(2):39-41
[10]曹福安,程文全.小陇山林区珍稀树种资源及其价值探讨[J].
甘肃科技,2008,24(17):163-166
[11]Zhang D S,Kim Y S,Mike M,et al.The conservation status
and conservation strategy of Picea neoveitchii[J].China Popu-
lation Resources and Environment,2006,4(3):58-64
[12]Bewley J D.Seed germination and dormancy[J].Plant Cel,
1997,9:1055-1066
[13]Norton C R.Seed technology aspects of woody ornamental seed
germination[J].Acta Horticulturae,1987,202:23-34
[14]鱼小军,王彦荣,曾彦军,等.温度和水分对无芒隐子草和条叶
车前种子萌发的影响[J].生态学报,2004,24(5):883-887
[15]Adkins S W,Belairs S M,Loch D S.Seed dormancy mecha-
nisms in warm season grass species[J].Euphytica,2002,126:
13-20
[16]Bewley J D,Black M.Seeds:Physiology of development and
germination[M].New York:Plenum Press,1994
[17]Finch-Savage W E,Leubner-Metzger G.Seed dormancy and
the control of germination[J].New Phytologist,2006,171
(3):501-523
(上接第15页)
PPO是一种呼吸酶,高的PPO活性可以增强
呼吸作用,并抑制插条的衰老死亡,使插条保持活跃
的生理状态,有利于不定根的形成。五裂茶藨子插
条的对照和处理PPO均为上升-下降-上升-下
降的双峰变化趋势。愈伤组织形成初期酶活性上升
利于愈伤组织的形成,42d后正值不定根形成期,
此时PPO活性又开始上升,可能与促进不定根的形
成有关。同时发现,经过GGR处理的插条PPO明
显高于对照,这可能与生长调节剂可以促进酶的活
性有关。而对没作任何处理的五裂茶藨子和狭果茶
藨子插条的研究发现PPO活性呈上升-下降-上
升的趋势,只有一个高峰,且五裂茶藨子PPO的活
性明显低于狭果茶藨子,这可能与五裂茶藨子本身
含有较低的PPO活性有关,也进一步说明狭果茶藨
子比五裂茶藨子易于生根的原因。
插条扦插生根与酶有密切的关系。扦插生根过
程中,五裂茶藨子对照与处理在愈伤组织和根的诱
导期都呈现升高趋势,而在愈伤组织大量形成和根
伸出时均呈下降。然而没作任何处理的五裂茶藨子
和狭果茶藨子只有在大量愈伤组织形成时出现下
降。同样,五裂茶藨子和狭果茶藨子插条的PPO活
性在扦插中期呈现下降趋势,在后期趋于明显上升。
在整个扦插期,狭果茶藨子酶的活性均大于五裂茶
藨子酶的活性。
参考文献:
[1]李耀阶.青海木本植物志[M].西宁:青海人民出版社,1987:223
-237
[2]修荆昌,赵伟光,张辉.长白山区茶藨子属资源及其开发利用
[J].吉林农业大学学报,2002,24(5):75-77
[3]田贺,张志东,李亚东.茶藨子属植物果实营养成分分析[J].吉
林农业大学学报,2009,31(5):621-623
[4]洪学知.东北野生可食植物[M].北京:中国林业出版社,1991:
253-254
[5]江德森,牛佳牧,肖艳.吉林省长白山林区天然绿色食品资源产
业化开发及模式研究[J].中国林副特产,2004(1):5-9
[6]袁凤莲.茶藨子茶的药理作用及加工[J].新疆林业,2011(2):42
[7]张桂兰.茶藨子中总黄酮的测定[J].食品科学,2007,21(18):
506-508
[8]花文廷.杂环化学[M].北京:北京大学出版社,1991:434-444
[9]石任兵,李祥.中药化学[M].北京:科学出版社,2005:240
[10]霍俊伟,李著花,秦栋.黑穗醋栗营养成分和保健功能及产业发
展前景[J].东北农业大学学报,2011,2(42):139-144
[11]刘玉梅,孙振国.东北茶藨子的分布调查[J].林业勘查设计,
2006(3):71-73
[12]Haissig B E.Influence of auxin and auxin synergists on adven-
titious root primordium in initiation and development [J].
NewZealand J For Sci,1974,4:311-323
[13]Bouillenne R,Bouilenne-Walrand M.Auxineset bouturages
[C].Proc 14Int Hort Cong,1955
[14]宋金耀,刘永军,宋刚.几个常见树种扦插生根过程中POD、
IAAO活性及酚含量的变化[J].江苏农业科学,2007(6):115
-118
[15]黄卓烈,林韶湘,谭绍满.桉树等植物吲哚乙酸氧化酶活性变化
与插条生根的比较研究[J].林业科学研究,1995,5(9):511-
516
[16]曹帮华,扈红军,张大鹏,等.桑树硬枝扦插生根能力及其生根
关联酶活性的研究[J].蚕业科学,2008,34(1):96-100
91 第11期 杨帆 等 濒危植物大果青杄种子形态及萌发特性研究