不同消毒剂对木棉种子萌发和幼苗生长的影响

高雨灵，尹啟令，李天雪，周 甜，杨 蓉，褚洪龙

(1. 曲靖师范学院 云南高原生物资源保护与利用研究中心， 云南 曲靖 655011；2. 瑞丽农场管理委员会， 云南 德宏 678600)

木棉(BombaxceibaL.)隶属锦葵科(Malvaceae)木棉属(Bombax)，是热带、南亚热带典型的指示性落叶植物，广泛分布于亚洲、非洲和澳大利亚[1]，在我国的云南、贵州、广西、广东等省区亚热带地区均有分布[2]。木棉具有重要的经济价值，其纤维、木材、花、皮、叶、根、种籽等均可利用，有广泛的工业、药用、食用和观赏价值[1,3]。最新研究表明，木棉籽油是良好的生物柴油原料，拥有潜在巨大的能源开发利用价值[4]。木棉除了具有很高的经济价值外，还具有巨大的生态学价值。据报道，木棉是优良的市政绿化树种，能够降低城市空气污染[5]。在以干热为显著特点的干热河谷地区，木棉是当地群落的优势种或常见种[6]，反映其对当地气候具有良好的适应性，具有优良的逆境生存能力[7]。我国木棉分布的干热河谷主要位于西南横断山区及其东部毗邻区，包括云南、四川、广西、贵州等地，大部分分布在云南境内，尤其是四大江河(元江、怒江、金沙江、澜沧江)的下部河谷[8]。该地区光热资源丰富，气候炎热少雨，水土流失严重，生态十分脆弱，寒、旱、风、虫、草、火等自然灾害特别突出，土地石漠化严重[9,10]。在该区域通过推广木棉种植可以取得生态、经济和社会效益的有效统一[1,11]。目前，木棉基因组测序已经完成[12]，关于木棉的相关研究正在蓬勃发展[12～15]。

自然条件下，木棉种子霉变率极高，达到了54.0%[7]。在实验室中，我们发现在木棉种子催芽的过程中极易被污染，种子萌发率和幼苗成活率极低。本研究以木棉种子为材料，在排除外来污染源的条件下探讨6种消毒剂对木棉种子消毒效果、萌发和幼苗生长的影响，旨在找出适合木棉种子消毒的方法。

1 材料与方法

1.1 实验材料

木棉(B.ceibaL.)种子，采自云南保山怒江坝(N 24°55′31.97″，E 98°52′36.57″)。

用无菌水按照下面浓度配制6种消毒剂(配制器皿高压高温灭菌处理)：NaClO(有效氯含量为10%)；H2O2(30%，w/v)；CuSO4(1%，w/v)；HgCl2(0.1%, w/v)；KMnO4(0.3%, w/v)；多菌灵(50%可湿性粉剂500倍液)。

培养基质：将琼脂粉和蒸馏水按照15g∶1L配比加热融化后配制成水琼脂，每个组培瓶加入30 mL水琼脂，于高压蒸汽灭菌锅121℃灭菌30 min。

1.2 消毒处理

超净工作台中，将木棉种子(300粒)用上述消毒液消毒30 min；无菌水清洗3次，每次清洗3 min，清洗后用无菌吸水纸吸干种子表面残留的无菌水。将消毒后的木棉种子接种到含有30 mL水琼脂(15 g·L-1)的组培瓶中，每瓶10粒，种子均匀分散于组培瓶中，每个处理30瓶；以无菌水按上述流程处理的种子作为对照。置于组培间(22～27℃，光/暗周期为14 h/10h)培养。

1.3 指标测定

培养过程中每24 h观察、记录并统计种子的污染率、萌发率和发芽指数。种子萌发以胚根长出1 mm为标准。污染率和发芽率的计算公式如下：污染率(%)=污染种子数/供试种子数×100%；发芽率(%)=发芽种子数/供试种子数×100%；萌发指数GI=∑(Gt/Dt)(Gt为第t日的萌发数，Dt为相应的萌发日数)。持续观察12 d，并在第14天统计幼苗死亡率，幼苗死亡率(%)=死亡幼苗数/发芽种子数×100%。每个处理随机选取10株幼苗，用直尺测定株高和主根长，用电子天平称量幼苗的鲜重，并计数根的分叉数。

1.4 数据分析

所有数据采用SPSS19.0(IBM，Chicago，USA)分析，用单因子方差分析(One．Way ANOVA)不同处理间污染率、萌发率、萌发指数和幼苗生长指标的差异性，用Prism 7.0(GraphPad Software，CA，USA)绘图。

2 结果与分析

2.1 不同消毒剂的消毒效果

由图1可以看出随着培养时间的增加，木棉种子的污染率也随之增加，但不同消毒处理间有显著性差异(P<0.05)(表1)。尽管培养后期，木棉种子污染率都达到了80%以上，但是1.0% CuSO4、0.1% HgCl2和多菌灵消毒处理的木棉种子污染率低于对照组，尤其是培养到第2、3、4天时，NaClO、KMnO4和对照组处理木棉种子污染率急剧增加，而1.0% CuSO4、0.1% HgCl2和多菌灵消毒处理的木棉种子污染率显著低于对照组(表1，图1)。说明1.0% CuSO4、0.1% HgCl2和多菌灵消毒效果优于其他处理。

表1 不同消毒处理木棉种子污染情况方差分析

注：表内数据表示为：Mean±SD，同一行不同小写字母表示存在显著性差异。*： 0.01≤p<0.05；**：0.01≤p<0.001；p<0.001

图1 不同消毒剂的消毒效果比较

2.2 不同消毒剂对种子萌发的影响

不同消毒处理对种子萌发率分析表明，HgCl2消毒剂处理的木棉种子萌发率最高，且在培养第9天后显著高于对照和其他处理(图2)。培养12 d，不同种子消毒处理木棉种子发芽率由高到低排序分别为：HgCl2>CuSO4>多菌灵>CK=KMnO4>H2O2>NaClO；各处理种子发芽率分别为：41%，33.3%，32.7%，31%，31%，30%和26.3%。种子发芽指数分析表明，HgCl2、CuSO4和多菌灵消毒处理的种子发芽指数显著高于对照组和其他处理(图3)。

图2 不同消毒剂处理木棉种子萌发率

图3 不同消毒处理木棉种子发芽指数

2.3 不同消毒剂对幼苗生长的影响

单因素方差分析表明不同消毒剂处理木棉种子对木棉苗的苗高、株重、根长和根分叉数都有显著性影响(图4)。与对照组相比，除HgCl2和KMnO4种子消毒处理的木棉幼苗外，其他消毒剂种子处理木棉苗均显著低于对照组木棉苗的株高(图4)。H2O2种子消毒处理的木棉幼苗根长、苗重都显著小于对照组，其他种子消毒处理的木棉幼苗根长、苗重与对照组处理没有显著性差异(图4)。HgCl2和NaClO种子消毒处理的木棉幼苗根的分叉数显著高于KMnO4、H2O2和CuSO4幼苗根分叉数，但各消毒处理木棉幼苗根分叉数与对照组没有显著性差异(图4)。

图4 不同消毒处理木棉苗高、根长、苗重和根分叉数单因素方差分析

不同种子消毒处理间木棉苗的死亡率单因素方差分析表明，不同种子消毒处理间木棉苗的死亡率存在显著性差异。其中HgCl2,、多菌灵处理和对照组幼苗死亡率显著低于CuSO4、H2O2、NaClO和KMnO4处理(图5)。

图5 不同消毒处理木棉苗的死亡率单因素方差分析

3 讨论

大量研究表明，不同物种的种子适用的表面消毒剂不同。李忠光和龚明(2011)用CuSO4、H2O2、NaClO和HgCl2四种化学消毒剂对小桐子种子进行表面消毒，发现CuSO4消毒不仅效果好，而且还可以提高种子的发芽率、发芽指数和脂肪酶活性[16]。刘晓红等(2014)分别用1.0% CuSO4、10% NaClO、0.1% KMnO4和1%福尔马林溶液对野韭种子进行消毒处理，结果表明，用10% NaClO消毒的种子的发芽指数和累积发芽率最高，而用0.1% KMnO4消毒处理的种子带菌率最小[17]。周峰等(2009)分别用H2O2、NaClO和HgCl2对毕氏海蓬子种子进行表面消毒，发现HgCl2消毒效果最好，这与我们的研究结果一致[18]。但张玉等(2010)用NaClO、HgCl2和H2O2三种不同消毒剂对饲草菊苣种子萌发和生长的影响，结果表明0.1% HgCl2对普那菊苣生长抑制作用最明显，10% H2O2消毒效果最好[19]。梁明勤和臧新(2010)用NaClO和HgCl2对香椿种子进行表面消毒，发现用HgCl2消毒的种子，其发芽率仅为9.54%，而用NaClO消毒的种子，其发芽率高达81.55%[20]。这可能是不同植物种子对HgCl2的耐受性不同所致。

我们探讨了不同消毒剂对木棉种子表面消毒效果以及其对木棉种子萌发和幼苗生长的影响，结果显示不同消毒剂对木棉种子消毒后其种子萌发率、萌发指数、幼苗生长指标都有显著性影响。在充分排除外来污染源的条件下，我们发现木棉种子在培养过程中仍极易遭受杂菌污染(表1，图1)，这可能是木棉种子自身携带的污染源。且有研究表明自然条件下，木棉种子霉变率达到了54.0%[7]，而我们的试验结果也表明在培养后期各处理木棉种子污染率都达到90%以上，这可能是因为在无菌状态下，没有土壤微生物的竞争拮抗作用，木棉种子自身携带的微生物更容易增殖生长[21]。并且我们发现，木棉种子在萌发过程中会分泌大量多糖类物质，这为微生物的增殖提供了养料，更加促进了杂菌的孳生。尽管在污染状态下有些种子仍能够萌发，但是木棉幼苗极易死亡(图5)。不同消毒剂处理木棉种子，能够显著影响木棉种子的萌发率和后期木棉苗的生长状况(图4)。根据消毒效果看，尽管CuSO4、HgCl2和多菌灵三种处理在培养前期都能够有效降低木棉种子的污染率(图1)，提高了木棉种子的发芽指数(图3)，但是CuSO4种子消毒处理的木棉苗死亡率显著高于对照组。只有HgCl2种子消毒处理提高了木棉种子的萌发率，并且幼苗死亡率低于对照处理。从不同消毒剂对幼苗生长指标上看，H2O2种子消毒处理的木棉幼苗根长、苗重都显著小于对照组，HgCl2其他种子消毒处理的木棉幼苗根长、苗重与对照组处理没有显著性差异(图4)。与对照组相比，除HgCl2和KMnO4种子消毒处理的木棉幼苗外，其他消毒剂种子处理木棉苗均显著低于对照组木棉苗的株高(图4)。HgCl2和NaClO种子消毒处理的木棉幼苗根的分叉数显著高于KMnO4、H2O2和CuSO4幼苗根分叉数，但各消毒处理木棉幼苗根分叉数与对照组没有显著性差异。因此笔者试验认为0.1% HgCl2是木棉种子的优良消毒剂。