外源物质处理促进砂生槐种子萌发的效应分析

刘 莹，李 媛，刘 彬，普布次仁，王玉婷，杨桂娟，王军辉，麻文俊*

(1.中国林业科学研究院 林业研究所，国家林业局林木培育重点实验室，北京 100091；2.西北农林科技大学 林学院，陕西 杨陵 712100；3.中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004；4.西藏自治区林木科学研究院，西藏 拉萨 850000)

砂生槐(Sophoramoorcroftiana)又名“西藏狼牙刺”，为豆科槐属多年生矮灌木[1]，生长于海拔2 800～4 400 m的山坡和河漫滩砂质地，在雅鲁藏布江河谷的砂地及冲、洪积扇地，常大片分布[2]。是西藏特有种，也是半固定沙地上的先锋灌丛植物[3]。由于受生长条件的影响，砂生槐的根系发达，具有极强的抗旱、耐瘠薄、抗风沙等生态适应性和很好的防风固沙、保持水土的功能[4]，在维护高原生态方面起着重要的作用。不仅如此，砂生槐还具有较高的饲用和药用价值[5-6]。砂生槐有种子繁殖和根蘖繁殖两种繁殖方式，在没有根的流沙上主要靠种子繁殖固定沙面。但在自然条件下，砂生槐种子发芽率低，仅为10%左右，严重地制约了砂生槐植株的繁殖[7]。而且近年来流域内沙地逐渐扩大，植被退化严重[8]。研究表明[9-10]人类的粗放经营、管理不善及掠夺式利用，是引起植被退化的主导因素。郭其强[11]等提出在未来研究中,重点应该是在对现有资源的保护下,加强对砂生槐人工种群的扩繁和栽植面积的扩大。目前，对砂生槐种子萌发特性和幼苗生长的研究并不深入和完整。辛福梅[12]等研究发现砂生槐硬实率可达95%，作为典型的硬实种子，切破种皮和酸碱处理均能在很大程度上提高砂生槐种子的发芽率，但发芽率较其他豆科植物种子依旧较低，并且指出切破种皮往往会伤害种胚，强酸处理完种子之后的残留均在很大程度上限制其广泛使用。索朗德吉[13]等测定了砂生槐种子的硬实率，研究了发芽床，沸煮处理和消煮浸种处理等对砂生槐种子萌发的影响。目前为止，处理因素对种子萌发后幼苗生长的具体影响研究缺乏。选用了砂生槐3个群体的种子，调查测定了不同浓度梯度6-BA、GA3、H2SO4和不同温度蒸馏水处理下的萌发和生长指标，分析了4种处理对砂生槐种子萌发和幼苗胚芽、胚根生长的影响，旨在获得更适宜的砂生槐种子处理条件以提高其萌发率和生活力，并揭示处理对幼苗生长的影响，为植被重建和利用以及后续研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

砂生槐种子于2015年采自西藏自治区，共3个群体，采集点信息见表1。

表1 供试砂生槐3个群体来源信息Table 1 Source information of the three Sophora moorcroftiana population for the experiment

1.2 试验设计

以6-BA、H2SO4、GA3、蒸馏水的浓度或温度为处理因素，每种处理4次重复，每重复50粒种子。具体处理浓度和温度条件见表2。

表2 试验设计Table 2 Experimental design

1.3 试验方法

每个群体随机抽取3 200粒种子，分成64份，每份50粒，然后分别包入医用纱布，并标记。首先，用0.4%的高锰酸钾浸泡消毒30 min，然后用蒸馏水冲洗5次。冲洗干净后吸干水分备用。6-BA处理：用不同浓度的6-BA溶液浸泡砂生槐种子24 h；H2SO4处理：用不同浓度的H2SO4浸泡砂生槐种子60 min；GA3处理：用不同浓度的GA3浸泡砂生槐种子24 h；蒸馏水处理：用不同始温的蒸馏水水浸泡砂生槐种子24 h，12 h换1次水。各处理后用蒸馏水冲洗5次。

将处理过的砂生槐种子播于培养皿中，每个培养皿底部放滤纸2张，添加10 mL蒸馏水，浸湿滤纸，每天10:00补充水分，并观察记录不同处理下种子每天的发芽数量。当连续2 d没有新增发芽时结束实验，最终用直尺测量胚芽胚根长度和胚芽长度，并计算以下指标：

发芽率= 种子发芽数/供试种子数×100%

相对发芽率= 种子发芽率/对照发芽率×100%

发芽势= 发芽达到高峰期的种子发芽数/供试种子数×100%

发芽指数GI=∑(Gt/Dt)

式中，Gt为第t天发芽数，Dt为发芽的天数(t)。

活力指数VI=GI×L

式中，L为幼苗长度(cm)。

1.4 数据分析

运用Excel 2007和SPSS22.0进行数据整理与分析，并用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同外源物质处理对发芽特性的影响

2.1.1 发芽率 方差分析结果表明，4种外源物质处理之间，H2SO4处理对发芽率的提高效果最好，与GA3、6-BA、温度处理下的发芽率差异极显著(F=25.275，P<0.01)，GA3、6-BA、温度处理之间的发芽率无显著差异，且对发芽率的影响无明显规律性(图1)。3个群体之间，群体5的发芽率显著高于群体1和群体3(F=6.750，P<0.05)，群体1和3无显著差异，在对照处理下群体1、群体3、群体5的发芽率分别为2%、2%、8%。不同浓度H2SO4处理下，除对照和60%的处理无显著差异外，其他浓度处理之间差异均极显著，3个群体的发芽率随着处理浓度的升高而增大，在处理浓度为98%时均达到最大值，群体1、群体3、群体5的发芽率分别为58%、39.33%、50.67%。在GA3处理下(图1B)，群体1和5的发芽率均在处理浓度为600 mg/L时最大，为3.33%和12%，群体3的发芽率在浓度为200 mg/L时最大，为4%。6-BA处理下(图1C)，群体1和群体3的发芽率在浓度为100 mg/L时最大，为2.67%和5.33%，群体5在对照(0 mg/L)处理下发芽率最高。在不同水温浸种处理下(图1D)，群体1和群体3的发芽率随着温度的升高而提升，分别在80℃和100℃时达最大值，为6%和10%，群体5则在对照(25℃)处理下发芽率最高。

2.1.2 发芽始期 不同处理下种子发芽始期如图2所示，群体1、群体3、群体5在对照处理下发芽始期分别为4、6、3 d。4种外源物质适当的浓度均可使发芽始期提前，但不同处理和群体间差异较大。

注：不同小写字母a、b、c、e表示同种化学处理下平均值显著差异(P<0.05)；不同的大写字母A、B、C、D为图片顺序标注。

图2 不同外源物质处理对发芽初始时间的影响Fig.2 Effects of different treatments on the germinationinitial time

在GA3处理下，3个群体的发芽始期均出现了不同程度提前，群体1和群体3发芽始期分别在处理浓度为600 mg/L和200 mg/L最早，较对照提前了1.5 d和4 d，群体5在GA3浓度为400 mg/L和600 mg/L时发芽最早，较对照提前了0.76 d。在不同水温浸种处理下，群体1和群体3发芽始期均不同程度提前，在100℃时达最早，分别较对照提前了1.33 d和3 d，群体5发芽始期基本不变。在6-BA处理下，群体1的发芽始期推后或不变；群体3的发芽始期不同程度提前，在浓度为50 mg/L时最早发芽，较对照提前了2.5 d，群体5在浓度为200 mg/L时发芽始期最早，较对照提前了0.5 d。在不同浓度H2SO4处理下，群体1发的芽始期在浓度为80%和98%时最早，较对照均提前了1 d；群体3的发芽始期随着浓度的增大而不断提前，当H2SO4的浓度为98%时最早发芽，较对照提前了3 d；群体5的始发芽始期在不同浓度下无明显变化。

2.1.3 发芽势、GI、VI 本文通过发芽势、GI、VI等来评估不同外源物质处理对砂生槐种子萌发整齐程度、萌发能力和芽苗生长的整齐健壮程度的影响。由表3可知，对比所有处理，群体1和群体3在浓度为98%的H2SO4处理下3项指标均达最大值，分别为51.3%、28.73、994.95和35.3%、19.12、658.93，较对照提高了33.4～73.3倍和21.5～50.4倍；群体5在浓度为80%的H2SO4处理下指标最大，发芽势、GI、VI分别为44.7%、26.31、902.1，较对照提高了8.3～9.5倍。除H2SO4外，其他外源物质处理随着浓度提高或温度升高3项指标无明显的规律性变化。不同浓度GA3处理对3个群体的发芽势、GI、VI均有一定程度的提高，群体1、群体3、群体5的3项指标分别在GA3浓度为400、200、600 mg/L达最大值，群体1较对照提高3.5～5.7倍，群体3较对照可提升5.6～8.5倍，群体5较对照提升2倍左右。不同水温浸种处理对群体1和群体3的3项指标均有所提升，分别在80℃和100℃时达指标最大值，群体1较对照提高3～5倍，群体3较对照可提升6.7～13.3倍，群体5的指标值只在处理温度为80℃时得到了提升，VI值较对照提升了2.4倍，其他指标提升幅度不明显。群体1、群体3、群体5分别在6-BA浓度为100、200、200 mg/L时3项指标达最大值，群体1、群体3和群体5的3项指标提升幅度分别为1.6～2.8、2.2～5.7倍和1.03～1.48倍，群体5的提升幅度最小。

2.2 不同外源物质处理对幼苗生长的影响

由表4可知，在对照处理下，群体所有外源物质处理下群体1和群体3的胚芽和胚根长度均低于对照。在GA3处理下，群体1的胚芽和胚根长度在处理浓度为200 mg/L时最低，分别为对照的54.8%和35.9%，群体3的长度在处理浓度为400 mg/L时最低，为对照的62.1%和25.6%。在不同水温处理下，群体1和群体3的胚芽和胚根长度均在处理温度为100℃时最低，群体1为对照的52.9%和32.2%，群体3为对照的78.8%和59.6%。在6-BA处理下，群体1和群体3的胚芽和胚根长度均在处理浓度为200 mg/L时最低，群体1为对照的32.3%和19.6%，群体3为对照的68.5%和34%。在H2SO4处理下，群体1的胚芽和胚根长度在处理浓度为98%时最低，为对照的55.6%和32.2%，群体3在处理浓度为80%时达到最低值，为对照长度的72.4%和42.1%。群体5在GA3处理下的胚芽和胚根长度均高于对照，在处理浓度为400 mg/L时最长(43.7 mm，26.4 mm)，为对照的1.28倍和1.54倍。群体5在不同水温处理下，胚芽和胚根长度在80℃浸种处理下达最大值(69.5 mm，18.7 mm)，为对照的2.03倍和1.09倍，但在100℃时长度值达温度处理最低值，为对照长度的84.8%和67.2%。群体5在6-BA处理下的胚芽和胚根长度均低于对照，在处理浓度为200 mg/L时最低，为对照长度的90.3%和62.6%。群体5在H2SO4处理下的胚芽和胚根长度在处理浓度为60%时最长(34.3 mm，18.7 mm)，在处理浓度为98%时最低，为对照的96.8%和88.9%。

表3 不同外源物质处理下砂生槐不同群体的发芽特性Table 3 Germination characteristics of different populations of S.moorcroftiana under different treatments

注：不同小写字母a、b、c、e表示同种化学处理下平均值显著差异(P<0.05)。表4同。

表4 不同外源物质处理对砂生槐胚芽和胚根长度的影响Table 4 Effects of Different Treatments on S.moorcroftiana germ and radicle length

2.3 最佳促萌条件的选择

在种子萌发率和出苗能力上来看，H2SO4处理明显优于其他3种处理，是最有效的处理方法。对发芽率、发芽始期、发芽势、GI、VI等指标的最优处理浓度进行综合分析，群体1和群体3最佳促萌处理为浓度为98%的H2SO4浸种60 min，群体5的最佳处理为浓度为80%的H2SO4浸种60 min。其他3种外源物质处理也均对种子萌发有所裨益，在GA3处理下，群体1、群体3、群体5的最优处理分别为600、200、600 mg/L浓度的GA3浸种24 h。在6-BA处理下，群体1和群体3的最优处理皆为100 mg/L浸种24 h。在不同水温浸种处理下，群体1和群体3的最优处理分别为用80℃和100℃初始水温浸种24 h(12 h换1次水)。6-BA和温度处理会使群体5的发芽率低于对照，此2种外源物质处理不适用于群体5。

3 结论与讨论

研究指出在固定沙地边缘砂生槐主要靠种子繁殖固定沙面，稳定沙地中砂生槐的繁殖主要靠根蘖繁殖，即在沙地上，砂生槐是发生于种子繁殖，发展于根蘖繁殖[8]。为使其能更好地发挥价值，进行植被重建，对其种子萌发特性的研究是很有必要的。试验结果表明，同一群体在同一外源物质不同浓度或温度处理下，其发芽率、发芽始期、发芽势、发芽指数、活力指数和胚芽、胚根长度等指标的变化趋势并不完全一致的。如群体5在浓度为98%的H2SO4处理下发芽率略高于在80%的H2SO4处理，但其发芽势、GI、VI及胚芽、胚根长度均较低。试验中存在高发芽率的处理下出现长势不齐、长势弱等情况，而有的处理发芽率并不是最高的，但种子发芽的整齐程度、活力及幼苗生长情况却是最佳的。找寻更优的砂生槐促萌技术就是为优质苗木的培育提供技术和理论支撑，王文娟[14]等研究了不同沙埋深度下砂生槐种子萌发率和出苗率，以生物量来表示幼苗的生长情况，杜坤[15]等对砂生槐不同种源的种子、幼苗性状进行了系统分析。本文从萌发能力、生长状况方面进行综合评价，获得的最佳促萌处理为高浓度H2SO4处理，群体1和群体3最佳促萌处理为98%的H2SO4，可使发芽率从2%提升至50%左右，发芽势、GI、VI提高22～73倍，发芽时间提前；群体5的最佳处理为80%的H2SO4，可使发芽率从8%提升至48%，可使发芽势、GI、VI提高8～9.5倍。适宜的温度和激素处理对种子的萌发也有一定的作用，总体上对砂生槐的萌发和生长的促进作用较弱。关于浓H2SO4的显著效果，林少敏[7]提出砂生槐种子的休眠由种皮障碍所致，而强酸强碱可销蚀种皮，使种皮厚度变小，从而提高萌发能力。

结果表明，群体5的萌发性状整体上要优于群体1和群体3。在对照条件下，群体5的发芽始期要早于群体1和群体3，且发芽率、发芽势、GI、VI均大于群体1和群体3，各指标可达群体1和群体3的3.5～6.7倍，但在外源物质的处理下，各项指标按提升幅度排序为群体1>群体3>群体5，在98%的硫酸处理下群体1 的各项指标超过群体5达到最大。不同处理下群体5的胚芽、胚根长度亦有别于群体1和群体3，由表4的分析发现胚芽和胚根长度缩短程度按大小顺序为群体1>群体3>群体5。即群体5对高温和激素以及酸处理的耐受能力大于群体1和3，而群体1对外源物质有更大的敏感性，各项指标提升幅度最大。这种差异是来自于遗传变异还是海拔等环境的影响，有待于进一步研究。但总体而言，对种子进行过高浓度的激素、酸处理和高温度水处理会对发芽后幼苗的生长产生负面影响，这与张胜提出的浓硫酸处理的缺陷一致[16]，因此，不能盲目追求发芽率的提高，要依据需求合理选择适宜的促萌技术，以期达到最优效果。

砂生槐有防风固沙、保持水土等重要的生态作用，并且具有较高的饲用和营养价值。由于不同群体的萌发能力具有显著差异，所以探究提高砂生槐种子萌发和芽苗生长能力的方法具有重要的现实意义。而本研究所设置的浓度或温度梯度具有较大跨度，因此，还需进一步探索不同处理条件的交互效应，从而切实提高促萌技术的实用性。