珍稀濒危植物剑阁柏木种子的发芽特征研究

吴敬陈

（四川大学 生命科学学院，四川 成都 610065）

0 引言

剑阁柏木（Cupressus chengianavar.jiangeensis(N.Zhao) Silba）是一种极为罕见的针叶树，据考证，目前仅存一株，生长在中国四川省广元市剑阁县翠云廊，树龄超过500 年。剑阁柏木是《濒危物种红色名录》确定的极度濒危物种，我国特有，省级重点保护野生植物[1]。剑阁柏木是柏科（Cupressaceae）柏木属（CupressusLinn.）常绿高大乔木，目前的生长状况欠佳，树干中空顶部开裂还受病虫害侵扰，当地的古柏保护管理局已经对它进行了钢丝网加固，并定期清除病虫害。从现场实地考察中发现，剑阁柏木由于树龄过大结实能力降低，以及立地周围存在较强的人为干扰等原因几乎完全丧失了自然更新能力。已有的针对剑阁柏木进行的种子育苗研究都局限于简单将种子播种到土壤中[2-3]，并没有对影响其种子萌发的环境因素进行探索。鉴于剑阁柏木种子的稀缺性且成熟期野外环境不利于其萌发，对其种子萌发的适宜条件进行探究是迫切且必要的。在影响种子萌发的环境因素中，温度是重要因素之一[4-5]，对种子发芽率和发芽速度有着重要影响[6-7]，在一定的温度范围内，种子随着温度的升高萌发进程加快，但是温度过高也会使一些生理活性物质（如酶）变性从而影响种子萌发[8]。光照是影响种子萌发的另一个重要因素，种子萌发过程中对光的感应能够保障种子在合适的条件萌发，因而光照的有无会对种子萌发产生影响[9]。本文主要研究了剑阁柏木种子在不同温度、光照等因子影响下的发芽基本特征，得出适宜其种子发芽的条件，为剑阁柏木的种子繁殖提理论和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

剑阁柏木种子采集的时间为2018 年10～11 月，来源于四川省翠云廊古柏自然保护区。剑阁柏木生长地位于剑门山深丘地带，地理坐标为32°9’N、105°32’E，海拔高度为822.9 m，坡向为西偏北32.2°，坡度为15°。

1.2 种子干燥处理

采用硅胶室温干燥法制备不同含水率的剑阁柏木种子。将种子置于网袋中，埋入充分干燥的硅胶中，种子∶硅胶=1∶5（用量比），室温下密封干燥，定时称重，以获得不同含水率的剑阁柏木种子。剑阁柏木种子的初始含水率为12.55%，用称重法测得3 种不同档次含水率的剑阁柏木种子分别为10.38%、8.43%、6.57%。其计算公式为：

式中，M1为干燥前重量（g）；M2为干燥后重量（g），n 为初始含水率（%）。

1.3 种子发芽试验

1.3.1 实验方法与测定指标

在种子发芽试验中，各种条件下的试验均设置3 个重复，每个重复随机选取50 粒种子。在发芽实验开始前，将种子用1%的次氯酸钠溶液浸泡20 min，然后用去离子洗净，再在3 层滤纸为发芽床的培养皿中将种子均匀铺开，加入少量去离子水保持培养皿内湿度，加盖并及时补充水分，最后将培养皿放入恒温光照培养箱中进行发芽实验。发芽实验过程中，当种子胚根明显露白1 mm 时视为发芽，将发芽种子移除，每天定时观察种子发芽情况，记录发芽数以及对应的发芽天数。

种子发芽实验观察记录完成后，分别计算发芽率、发芽势、T50（达到50%发芽率的天数），公式如下：

式中，N 为发芽种子总数；Nm 为发芽出现日起，七天内发芽种子数，D 为种子总数。

种子发芽试验采用不同含水率（12.55%、10.38%、8.43%、6.57%）的剑阁柏木种子，以岷江柏木种子（含水率6.84%）为对照组（已有的分类学研究推论剑阁柏木是岷江柏木的姊妹种[1]，所以将岷江柏木种子作对比探究），探究干燥过程对剑阁柏木种子发芽力的影响以及对比剑阁柏木种子与岷江柏木种子发芽特征的差异。

1.3.2 温度影响实验

研究不同温度梯度下种子发芽的基本特征，对比种子各发芽指标因温度变化造成的差异，探究适宜种子发芽的温度条件。在人工光照条件下，设置10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃四个温度梯度。实验方法与1.3.1 的内容相同。

1.3.3 光照影响实验

研究同一温度梯度下，不同光照条件对种子发芽能力和发芽过程的影响。试验设置10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃四个不同的温度梯度，设定全黑暗和人工光照（光照12 h/黑暗12 h，光照强度为2000 xl）两种不同的光照条件。实验方法同1.3.1 内容。

1.4 数据处理

采用 Microsoft Office Excel 对数据进行处理，利用SPSS19.0 软件对处理后的数据进行方差分析和相关分析。

2 结果与分析

2.1 不同温度和含水率处理对种子发芽情况的影响

2.1.1 不同温度和含水率对发芽率的影响

不同温度和不同含水率对剑阁柏木种子发芽率的影响如表1 所示。横向观察表1，发现剑阁柏木种子在试验设置的温度梯度范围内均有发芽现象出现，但同一含水率种子在不同温度下的发芽率间存在差异。可以得出：剑阁柏木种子在15 ℃、20 ℃、25 ℃条件下的发芽率没有显著差异，但在10 ℃条件下剑阁柏木种子的发芽率显著（P ＜0.05）低于20 ℃条件下，表明较低的温度不利于剑阁柏木种子的发芽。而在适宜的发芽温度范围15～25 ℃内，剑阁柏木种子最高的发芽率18.7 %出现在20 ℃条件下。纵向观察表1 中不同含水率对种子发芽率的差异性影响可以看出，在同一的发芽温度下，不同含水率的剑阁柏木种子的发芽率差异不显著。进一步纵向对比发芽率的数值发现，经过干燥的三种含水率（10.38%、8.43%、6.57%）种子在发芽率的表现上整体略高于初始含水率（12.55%）种子。再纵向对比表中对照组岷江柏木种子（含水率6.84%）与不同含水率剑阁柏木种子间的发芽率差异，可见均存在显著差异（P ＜0.05）。

表1 不同温度下不同含水率剑阁柏木种子发芽率的差异①

2.1.2 不同温度和含水率对发芽势的影响

不同温度和不同含水率对剑阁柏木种子发芽势的影响如表2 所示。横向观察表2，对比同一含水率种子在不同温度下的发芽势同样可以发现，剑阁柏木种子在15 ℃、20 ℃、25 ℃条件下的发芽势没有显著差异，但20 ℃条件下种子的发芽势显著（P＜0.05）强于10 ℃条件下。说明在低环境温度下，种子的发芽势更低，表明种子活力受到了低温的抑制，而最强的发芽势13.3%出现在25 ℃条件下。纵向观察表2 中不同含水率对种子发芽势的差异性影响可得，对照组岷江柏木种子（含水率6.84%）的发芽势显著（P ＜0.05）高于不同含水率剑阁柏木种子，但不同含水率的剑阁柏木种子的发芽势差异不显著。但进一步对比可以发现，干燥过后（10.38%、8.43%、6.57%）种子在发芽势数值上的表现略高于初始含水率（12.55%）种子。

表2 不同温度下不同含水率剑阁柏木种子发芽势的差异

2.1.3 不同温度和含水率对T50的影响

不同温度和不同含水率对剑阁柏木种子T50的影响如表3 所示。横向观察表3 中同一含水率种子的T50在各温度下的差异性，10 ℃条件下剑阁柏木种子的T50显著（P ＜0.05）大于其他三个温度，且当剑阁柏木种子含水率为12.55%时，15 ℃条件下的T50显著大于20 ℃和25 ℃。由此可见，低温下种子的T50指标更大，表明低温导致种子的发芽速度放缓，整体的发芽周期变长，而最小的指标11.7 d 出现在20 ℃条件下。纵向观察表3 中不同含水率对种子的T50差异性影响可以看出，不同含水率剑阁柏木种子的T50差异不显著。但进一步对比可以发现，经过干燥的种子（10.38 %、8.43 %、6.57 %）在T50数值上的表现略高于初始含水率（12.55 %）种子。在对照组岷江柏种子和不同含水率剑阁柏木种子的对比中可以发现，除20 ℃条件下对照组岷江柏木种子（6.84 %）与含水率6.57 %剑阁柏木种子在T50指标上差异不显著外，其余温度下均存在显著差异（P ＜0.05）。

表3 不同温度下不同含水率剑阁柏木种子T50 的差异

2.2 不同光照处理对种子发芽情况的影响

不同光照条件下剑阁柏木种子发芽特征指标的差异性如表4 所示。由于剑阁柏木种子在全黑暗条件下的发芽没有规律性，存在较长的发芽准备期，且发芽现象无连续性，不具备统计其发芽势和T50指标的条件，因此，本试验只对全黑暗和人工光照条件下种子的发芽率这一指标进行了统计和差异性分析。观察表4 可以看出，在同一发芽温度下，剑阁柏木种子在全黑暗和人工光照两种条件下的发芽率表现出了显著的差异性（P ＜0.05）；而对照组岷江柏木种子（6.84%）在两种光照条件下都能正常发芽，发芽率不存在显著差异。与之相反，剑阁柏木种子发芽对光照需求极高，在全黑暗条件下，发芽温度较低时个别平行试验组的种子始终没有出现发芽现象，而发芽温度较高时种子的发芽表现更好。进一步对比表4 中的试验结果数据可得，在全黑暗条件下剑阁柏木种子发芽率最高仅为6%，远低于人工光照条件下最高的发芽率18.7%。

表4 不同光照条件下剑阁柏木种子发芽率的差异

3 结论与讨论

为了探究剑阁柏木种子发芽的最适温度，试验设置了10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃四个温度梯度，选取了发芽率、发芽势、T50来判断种子在不同温度下的发芽能力强弱，通过分析得出15～25 ℃是剑阁柏木种子的适宜发芽温度范围。在此温度范围内，观察发现剑阁柏木种子的发芽周期为25 天左右：一周左右是发芽准备期，种子基本不发芽；而后开始出现种子发芽现象，接下来直到第20 天左右是发芽的对数期，在这期间种子发芽百分数达到了最终发芽率的80% 以上；之后进入了种子发芽的末期，在此期间种子发芽速度放缓，相同时间内出现的发芽数明显少于对数期；直到25 天以后，种子的发芽现象基本停止。当发芽温度较低时，在10 ℃条件下，剑阁柏木种子的整个发芽周期更长，种子发芽准备期也增加，这主要因为较低的环境温度抑制了种子的活力，致使其种子的发芽速度放缓，最终的发芽率也明显低于其他温度。在适宜发芽温度范围15～25 ℃内，通过对不同温度下各指标的差异显著性分析发现，20 ℃下剑阁柏木种子的发芽率最高为18.7%，T50最小为11.7 d。由此可以推论，在试验设定的温度梯度中，20 ℃是剑阁柏木种子的最适发芽温度。

不同含水率对种子发芽特征影响的实验结果显示，干燥处理对剑阁柏木种子的发芽特征指标影响不显著，但干燥过后的剑阁柏木种子可能具备稍高的发芽潜力。这可能是由于剑阁柏木种子在干燥脱水过程中发生了一系列生理生化反应，促使其种子由发育成熟过渡到待萌发的静止状态，其种子的发芽潜力在此过程中得到了一定程度的增强[11]。因此，今后在收集剑阁柏木种子进行种子育苗试验时，可以适当地对种子进行干燥处理，从而提高其种子发芽率。然而，相较于对照组岷江柏木种子，不同含水率剑阁柏木种子在三个发芽特征指标上均表现更差，说明剑阁柏木种子发芽能力更弱。这可能是由于剑阁柏木树龄过大结实能力变弱，其种子在发育期间营养供给受到限制，最终导致种子质量变差。

为了研究光照这一因素对于剑阁柏木种子发芽的影响，试验设置了人工光照和全黑暗两种光照条件。对比剑阁柏木种子在这两种光照条件下的最终发芽率发现，全黑暗条件下的种子发芽率极显著（P＜0.01）小于人工光照条件下的发芽率。由此可以推论，剑阁柏木的种子是一种需光发芽种子，如果掉落在草丛中，很可能会因为没有充足的光照而无法萌发。同样对比岷江柏木种子在两种光照条件下的发芽情况发现，其种子没有显著差异，但全黑暗条件下种子的发芽周期长于人工光照条件下。

4 结语

在对剑阁柏木种子发芽特征的研究中，通过设置不同的发芽影响因子，观察剑阁柏木种子在不同发芽条件下的发芽表现，从而对比分析得出剑阁柏木种子的最适发芽条件为：环境温度为20 ℃，同时给予充足的光照，可以适当干燥以提高发芽潜力。与已有的剑阁柏木育苗研究相同，本研究在发芽试验过程也发现剑阁柏木种子整体发芽能力较弱，对于其种子繁殖来说是不利因素。因此，在本研究得出剑阁柏木种子适宜的萌发条件后，今后可以进一步尝试以吸湿回干、渗透压调节或物化处理等方式引发种子，探究能否通过这些处理方法提高剑阁柏木种子的发芽能力。

注释：

①表格中差异比较中都是以岷江柏木作对照，下文不再标注。

②结果=（平均值±S.D.），表中大写字母不同表示列向差异显著达到5%水平，小写字母不同表示行向差异显著达到5%水平。下表同，不再标注。