不同处理对四川牡丹种子萌发的影响

彭俊生，谭利平，曾琬晴，王雪鳗，庞鑫，彭培好*

(1.四川农业大学风景园林学院，四川 成都 611130；2.成都理工大学旅游与城乡规划学院，四川 成都 610059)

四川牡丹(P.decomposita)隶属芍药科(Paeoniaceae)芍药属(Paeonia)落叶灌木，作为中国特有的野生牡丹种质资源，因其花大而艳丽，叶型优美，根皮可入药，具有极高的观赏、药用、经济价值和开发潜力[1]。现存野生四川牡丹分布区狭窄，主要分布于四川省岷江流域及大渡河流域的理县、马尔康县、金川县、小金县、丹巴县和康定县域内[2-3]。自然状态下的四川牡丹种子萌发困难，加之人为采挖严重，生境退化，目前已处于濒危状态，被列入《国家重点保护野生植物名录(第二批)》(讨论稿)[1]。

目前，对于四川牡丹的研究主要集中于分类学[4-6]、遗传学[7-9]、生理学[3,10-19]和生态学[20-21]等方面，但对四川牡丹种子萌发的研究鲜有报道。本研究模拟马尔康县(原种源地)野生四川牡丹种子萌发所需的适宜温度，分析了不同基质和GA3浓度及其交互作用对四川牡丹种子萌发的影响，旨在为四川牡丹种群扩繁和保护研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验在成都市成都理工大学园林实习基地进行(E104°08′20.49″，N30°40′43.74″)，海拔511 m。生根试验时间为：2018年9月13日～2018年11月23日；发芽试验时间为：2018年11月24日～2019年3月26日，萌发过程持续190 d。

1.2 试验材料

试验所用四川牡丹种子于2018年8月采自四川省马尔康县脚木足乡(E102°01′，N31°59′)四川牡丹居群。将采集到的种子用水选法清洗干净，浸泡1 h，去除上浮的杂质、瘪粒及坏粒，选取籽实饱满的600粒种子备用。

1.3 试验方法

1.3.1 生根试验

将试验种子用0.5%KMnO4溶液浸泡2 h消毒，再用蒸馏水洗净，分别放入3组土壤基质中(细沙、椰糠、草炭土∶蛭石∶珍珠岩=1∶1∶1)，如表1所示，基质均经过高温灭菌，将每组基质的四川牡丹种子进行5种不同GA3浓度(0、50、100、150、200 mg/L)处理，放入烧杯浸泡48 h，每处理40粒种子。将处理后的种子置于实验室内(平均温度14.7±0.1℃，平均湿度67.3±1.7%)，保持基质湿润，每7 d观察一次，生根过程持续70 d，对种皮破裂起始天数、生根起始天数、生根历期(第一粒种子和最后一粒种子生根时间差)、主根长度、生根率(生根种子数/供试种子数×100%)、生根速率(Σ100Ri/nTi，式中，n表示每一种处理所用的种子数，Ri表示Ti天生根的种子数)、侧根生长率(生长侧根种子数/供试种子数×100%)、霉烂率(霉烂种子数/供试种子数×100%)进行统计。以胚根伸出种皮0.5 cm视为种子生根[22]。

表1 不同基质土壤pH值

1.3.2 发芽试验

选取已生根的四川牡丹种子，分为主根长度≤60 mm和主根长度>60 mm两组，每组种子分别放入3种不同基质(细沙、细沙∶黄壤=1∶1、草炭土∶蛭石∶珍珠岩=1∶1∶1)中，每种基质内的种子进行5种GA3浓度(0、50、100、150 mg/L) 催芽处理，每处理10粒种子，置于室外培养发芽，记录每日温湿度(平均温度11.8±0.5℃，平均湿度71.2±2.0%)。以胚芽出土0.5 cm视为种子发芽，每7 d观察一次，发芽过程持续120 d，记录初萌期(播种和第一粒种子出土萌发的时间差)，计算发芽率和发芽速率。其中发芽率=发芽种子数/供试种子数×100%，发芽速率=(Σ100Ri/nTi式中：n表示每一种处理所用的种子数，Gi表示Ti天发芽的种子数)。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2013和SPSS 19.0进行数据统计与分析，采用SigmaPlot 12.5进行图件绘制。

2 结果与分析

2.1 不同基质和GA3浓度对四川牡丹生根的影响

2.1.1 同一基质条件下，不同GA3浓度对四川牡丹

生根的影响

单因素方差分析表明(表2)，GA3浓度对所有8项生根参数均有极显著影响(P<0.01)。由表3可知，S1条件下，用100和200 mg/L GA3处理，四川牡丹生根率均达到100.0%，但200 mg/L GA3处理种子，生根速率最大(0.10 d-1)；S2条件下，用150 mg/L GA3处理，四川牡丹生根率最高(97.5%)，生根速率最大(0.09 d-1)；S3条件下，用100 mg/L GA3处理，四川牡丹生根率最高(97.5%)，生根速率最大(0.08 d-1)。由表3可知，与对照组相比，GA3处理显著提高了四川牡丹种子平均生根率，随着GA3浓度的增加，四川牡丹平均生根率呈现先升高后降低的趋势，当GA3浓度为150 mg/L时，达到最高(95.8%)。

2.1.2 同一GA3浓度条件下，不同基质对四川牡丹

生根的影响

单因素方差分析表明(表2)，基质对四川牡丹种皮破裂起始天数和不同主根长度所占比例影响极显著。由表3可知，对照组中，3种基质条件下的四川牡丹种子均未生根；对于G1浓度，S3条件下的四川牡丹种子生根率最高(90.0%)，生根速率最大(0.07 d-1)；对于G2浓度，S1条件下的四川牡丹种子生根率最高(100.0%)，生根速率最大(0.08 d-1)；对于G3浓度，S1和S2条件下的四川牡丹种子生根率和生根速率均达到最大值，分别为97.5%、0.09 d-1；对于G4浓度，S1条件下的四川牡丹种子生根率最高(100.0%)，生根速率最大(0.10 d-1)。

2.1.3 不同基质和GA3浓度对四川牡丹生根的影响

双因素方差分析表明(表2)，基质和GA3浓度的交互作用显著四川牡丹生根速率、不同根长所占比例，对种皮破裂起始天数和生根率的影响达到显著水平(P<0.05)；3种基质条件下的四川牡丹种子中，对照组均未生根，不同浓度GA3处理的四川牡丹种子，生根起始时间均为14 d(图1-a，1-b，1-c)；其中，在细沙土壤中，用200 mg/L GA3处理，生根历期最短(21 d)，生根速率最大(0.10 d-1)，生根率最高(100.0%)。

表2 不同基质和GA3浓度对四川牡丹生根参数的影响方差分析

注：＊＊表示不同处理差异达到0.01水平；＊表示不同处理差异达到0.05水平；L1表示主根长度≤60 mm，L2表示主根长度>60 mm。下同。

表3 不同基质和GA3浓度对四川牡丹生根率和生根速率的影响

不同基质和GA3浓度处理对四川牡丹主根长度的影响极显著(表2)。由图2可知，同一GA3浓度条件下，S2条件下的四川牡丹种子，主根长度显著低于其余两种基质条件下的种子主根长度；观察期内，S3G2处理的四川牡丹种子，主根长度最长(78.4 mm)，其次依次为S3G3(76.2 mm)、S1G3(71.9 mm)、S1G4(70.7 mm)。

结合种子生根的各项参数，当用200 mg/L GA3处理四川牡丹种子，种于细沙土壤中，四川牡丹生根历期最短(21 d)，生根速度最快，生根率最高(100.0%)，是最佳的生根组合。

2.2 不同处理对四川牡丹发芽的影响

将已生根的四川牡丹种子分为主根长度≤60 mm和>60 mm两组根长区间，分别统计四川牡丹在不同基质和GA3浓度条件下的发芽参数，得出以下结论：不同根长区间、基质和GA3浓度显著影响四川牡丹种子发芽(表4，表5)。

图1 基质和GA3浓度的交互作用对四川牡丹累积生根率的影响Fig.1 Effects of interaction between substrate and GA3 concentration on cumulative rooting percentage of P. decomposit

2.2.1 同一基质条件下，不同GA3浓度对四川牡丹发芽的影响

GA3浓度对四川牡丹初萌期和发芽率有极显著影响(表4)。由表5可知，S1条件下，当主根长度>60 mm时，用150 mg/L GA3处理，四川牡丹初萌期最短(43 d)，发芽率最高(90.9%)，发芽速率最大(2.56 d-1)；S2’条件下，当主根长度>60mm时，用50 mg/L GA3处理，发芽率最高(93.3%)，发芽速率最大(5.16 d-1)，初萌期为44 d；S3条件下，当主根长度>60 mm时，用150 mg/L GA3处理，四川牡丹初萌期最短(51 d)，发芽率最高(90.0%)，发芽速率最大(2.11 d-1)。由表5可知，与对照组相比，不同GA3浓度处理显著缩短四川牡丹平均初萌期，提高四川牡丹平均发芽率和平均发芽速率，当GA3浓度为50 mg/L时，平均发芽率最高(63.0%)，平均发芽速率最大(1.93 d-1)。

2.2.2 同一GA3浓度条件下，不同基质对四川牡

丹发芽的影响

单因素方差分析表明，基质极显著影响四川牡丹初萌期和发芽速率(表4)。由表5可知，对照组中，当主根长度>60 mm时，S2’条件下的四川牡丹种子初萌期最短(59 d)，发芽率最高(66.7%)，发芽速率最大(2.47 d-1)；对于G1浓度，当主根长度>60 mm时，S2’条件下的四川牡丹种子初萌期最短(44 d)，发芽率最高(93.3%)，发芽速率最大(5.16 d-1)；对于G2浓度，当主根长度>60 mm时，S2’条件下的四川牡丹种子初萌期最短(27 d)，发芽速率最大(5.16 d-1)，发芽率达到80.0%；对于G3浓度，当主根长度>60 mm时，S2’条件下的四川牡丹种子初萌期最短(27 d)，发芽速率最大(3.22 d-1)，发芽率达到77.8%。

2.2.3 不同基质、不同GA3浓度对四川牡丹发芽

的影响

双因素方差分析表明，基质和根长区间的交互作用对发芽率和发芽速率有极显著影响(表4，图3)。同一基质条件下，主根长度>60 mm的四川牡丹发芽率和发芽速率显著大于主根长度≤60 mm的四川牡丹发芽率和发芽速率(图3-a，图3-b)；当主根长度>60 mm时，S2’条件的四川牡丹种子，发芽速率最大(4.00 d-1)，发芽速度最快，发芽率达到79.0%(图3-a，图3-b)。基质和GA3浓度的交互作用对发芽速率有显著影响(表4，图3-c)，同一GA3浓度条件下，S2’基质中的四川牡丹种子发芽速率显著高于其余两种基质，当GA3浓度为100 mg/L时，发芽速率最大(2.88 d-1)。

图2 基质和GA3浓度的交互作用对四川牡丹主根长度的影响Fig. 2 Effects of interaction between substrate and GA3 concentration on the main root length of P. decomposit

三因素方差分析表明(表4)，根长区间、基质和GA3浓度的交互作用对发芽参数均无显著影响，只有当主根长度>60 mm时，GA3处理才能有效缩短初萌期，提高发芽率(表5)。综上，选用主根长度>60 mm的四川牡丹种子，种于细沙：黄壤=1：1土壤中，并用50 mg/L浓度的GA3处理，四川牡丹发芽率最高(93.3%)，发芽速率最大(5.16 d-1)，发芽速度最快，是最佳的发芽组合。

3 结论与讨论

种子繁殖是四川牡丹唯一的繁殖方式。四川牡丹种子内部含有内源抑制物，需经过一定时间的层积处理才能生根，且生根后的种子具有上胚轴休眠特性，这也是造成四川牡丹种子在自然条件下萌发困难的重要因素[8,12-14]。

表4 不同基质和GA3浓度对四川牡丹发芽影响的方差分析

3.1 不同基质和GA3浓度对四川牡丹生根的影响

生根阶段中，四川牡丹经过一定时间的细沙层积处理后，种子提前生根，可见四川牡丹生根需经过一段时间的沙藏处理，才能快速生根，这与景新明[11]、周晓慧[19]等人的研究结果一致。与对照组相比，GA3处理显著提高了四川牡丹生根率，随着GA3浓度的增加，四川牡丹种子生根时间提前，原因可能是GA3处理增加了四川牡丹种胚内部的可溶性糖和淀粉的含量，为四川牡丹上胚轴的萌发提供了必要的营养物质[23]。细沙土壤中，用200 mg/L GA3处理可明显加快生根速度，生根历期为21 d，生根率达到100.0%。草炭土∶蛭石∶珍珠岩=1∶1∶1基质中，用100 mg/L GA3处理，可使四川牡丹主根增长，原因可能是该基质保水性和透水性均较好，且草炭土容重较小，pH呈微酸性(表1)，可为四川牡丹主根生长提供必要的有机质[24]。在pH值较低(pH=5.8)的椰糠土壤中，四川牡丹的主根受到腐蚀，造成根尖腐烂，主根长度明显低于其余两种基质条件下的四川牡丹主根长度，可见四川牡丹生根所需的土壤pH值不宜过低，否则会造成主根腐烂，进而影响主根生长。综上，基质和GA3的共同作用可促进四川牡丹提前生根，提高生根率，有效促进主根生长。

表5 不同基质和GA3浓度对四川牡丹发芽参数的影响

图3 不同处理对四川牡丹发芽率、发芽速率的影响Fig. 3 Effects of different treatments on germination percentage and germination rate of P. decomposit

3.2 不同处理对四川牡丹种子发芽的影响

发芽阶段中，不同根长区间、基质和GA3浓度处理可有效打破四川牡丹上胚轴休眠，缩短初萌期，提高发芽速率和发芽率，促进种子发芽。同一根长区间和GA3浓度条件下，细沙∶黄壤=1∶1基质中的四川牡丹种子初萌期最短，发芽率最高，发芽速度最快，原因可能是该基质与四川牡丹原种源地土壤(山地黄壤)理化性质相近，质地粘重，排水良好，利于快速发芽[25]。同一根长区间和基质条件下，GA3处理可使四川牡丹初萌期提前，有效提高四川牡丹发芽率，加快发芽速度，可见GA3处理对于四川牡丹发芽有一定的促进作用，原因可能是GA3处理能降低四川牡丹种子内部生长抑制物质，利于种子内源激素GA在四川牡丹种胚内的累积，进而有利于打破四川牡丹种子休眠，促进其发芽[23]。周晓慧等[19]研究发现，GA3处理显著提高四川牡丹发芽率，缩短初萌期；当年生的四川牡丹种子，当主根长度>30 mm时，用100 mg/L GA3处理，置于4℃恒温条件下，发芽率最高(81.3%)。本研究发现，当主根长度>60 mm时，种于细沙∶黄壤=1∶1土壤中，用50 mg/L浓度的GA3溶液处理，置于室外条件下，四川牡丹发芽率可达到93.3%，发芽速率为5.16 d-1，发芽历期为102 d。原因可能是试验条件(基质和试验温度)不一致。自然状态下马尔康县野生四川牡丹3～4月开始萌发，该时段2000～2019年的平均最低温度为1.5℃，平均最高温度为18.5℃，温度数据来源于马尔康县气象站(E102°14′，N31°54′)，海拔为2 666 m。本研究中四川牡丹发芽阶段的平均温度为11.8℃，介于自然状态下四川牡丹发芽所需的温度范围。

综合分析表明，在农业规模化生产中，为进一步节约生产成本，加快育苗效率，保障四川牡丹存活率的基础上，其萌发的优化条件为：生根阶段将四川牡丹种子置于200 mg/L GA3溶液中浸泡48 h，放入细沙中，四川牡丹生根速度最快，生根历期最短(21 d)，生根率达到100.0%；发芽阶段选取主根长度>60 mm的四川牡丹种子，种于细沙∶黄壤=1∶1中，并用50 mg/L GA3处理，四川牡丹发芽率最高(93.3%)，发芽速率最大(5.16 d-1)。

可见，基质和GA3处理有效提高四川牡丹生根率和发芽率，加快生长速度，促进种子萌发。近年来由于祭祀、放牧、水电站建设等人为干扰，四川牡丹生境遭到严重破坏，加之自然条件下发芽率低、生长缓慢(自然状态下萌发生根需6～7个月)，四川牡丹已处于濒危状态[11]。因此，开展对四川牡丹的种苗繁育研究，为进一步开展极小种群物种四川牡丹野外回归研究、扩大种群数量和促进园林推广具有重要的实践意义。