不同光照和温度处理对杉木种子萌发的影响

李清源

(福建省清流国有林场，福建 三明 365300)

杉木(Cunninghamialanceolata)又称沙木,刺杉，为杉科杉木属植物,是我国特有的用材树种，主要分布于秦岭、淮河以南地区[1]。杉木用途众多，是山区绿化的重要树种；材质优良，供建筑、桥梁等使用，是重要的用材树；药用用途广，被称为万能之木。涩粒是杉木发芽率低的主要问题[2]，此外，杉木在同一林地上连续栽植，会导致林分生产力下降[3]，而这一问题的原因复杂，目前仍无法有效解决，但可以通过提高杉木种子的萌发率来缓解这一状况[4]。

种子萌发是植物生长更新的第一步[5]，植物生长过程中受很多复杂的环境因素影响，光照、温度是2个必不可少的条件[6-7]，树种适应普遍的光条件才能更好地进行自然更新，光质、光强、光周期对种子的萌发有不同程度的影响，最复杂的是光质[8]。不同植物有不同的适生地，除了土壤、水分等因素外，温度对种子的萌发机制也发挥着重要的作用。种子萌发时产生的水解酶、膜结合蛋白等受到温度的影响[9]，所以温度也是调控种子萌发的一个关键因素。

目前光强、光质对杉木种子萌发及生长已有相关研究，如：红光/远红光比值梯度处理[10-11]、不同光强处理(自然光强的100%，60%，40%，15%和5%)[6]，但这些研究并未对种子萌发蓝光处理条件进行研究。关于萌发过程中温度条件对杉木种子影响的研究很少，大多数集中于对种子高温、外源激素等预处理后观察种子萌发率的变化[5, 10, 12-16]。本次试验通过不同光质(红光、蓝光、白光)下不同光量[0，5，20 μmol/(m2·s)]以及不同温度(16，22，37 ℃)对杉木种子萌发率、发芽势、萌发指数影响的研究，探索提高杉木种子发芽率的条件，为提高杉木林分生产力提供一定理论参考依据。

1 材料和方法

1.1 种子预处理

杉木种子由福建省林业科学研究院提供，试验材料4 ℃条件保存。选取饱满度一致的种子，清水浸泡并用锡纸包裹，4 ℃春化24 h。选取吸水后沉降的杉木种子，0.5%高锰酸钾消毒30 min，并用清水冲洗。提前对滤纸及培养皿进行灭菌消毒，在培养皿内平铺2张无菌滤纸，然后将消毒后的种子平铺于滤纸上。共12个处理，每个处理设置重复3个，每个重复种子50粒。本次萌发试验在人工气候培养箱内进行。

1.2 试验方法

1.2.1 不同光照条件处理 设置红光、蓝光、白光3个光照处理条件，每个处理条件分别设置0，5，20 μmol/(m2·s) 3个梯度的光量，光照时间均为24 h，温度条件均为22 ℃。0 μmol/(m2·s)光量的试验对象用锡箔纸完全包裹后放入培养区。将预处理好的种子摆放进铺有滤纸的培养皿内并用纯水将滤纸浸湿至形成一层水膜，然后放入人工气候培养箱内培养，定期浇水以保证水分充足。

1.2.2 不同温度条件处理 以16，22，37 ℃为培养条件，将预处理好的种子摆放进铺有滤纸的培养皿内并用纯水将滤纸浸湿至形成一层水膜，并用锡箔纸完全包裹，即在黑暗条件下处理，然后放入人工气候培养箱内培养，定期浇水以保证水分充足。

1.3 测定项目

种子放置在培养皿后每天观察其发芽情况并统计数量，以种子破壳露白为统计标准，整个统计周期为20 d。种子萌发率(%)=萌发种子的数量/试验种子总数量×100[17]；萌发高峰期(d)：试验开始至萌发数量最高的天数[18]；萌发指数GI=ΣGi/Di，式中，Gi为时间i内的发芽数;Di为相应的发芽日数。GI值越大，表明萌发速度越快[19]；发芽势GE= 规定天数内发芽的种子数/试验种子总数量×100% (一般为试验周期最初的1/3期间内的种子发芽数占试验种子数的百分比为标准)。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel软件进行数据统计及整理，运用GraphPad Prism 8进行作图及数据分析，采用单因素方差分析(One-way ANOVA)进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同光照处理对种子萌发的影响

温度条件相同的情况下，白光发芽势高于其他2种处理。红光条件下，0 μmol/(m2·s)累计发芽28粒，5 μmol/(m2·s)累计发芽34粒，20 μmol/(m2·s)累计发芽39粒(见图1)。组内种子累计发芽粒数由高到低为20 μmol/(m2·s)>5 μmol/(m2·s)>0 μmol/(m2·s)，发芽率分别为0 μmol/(m2·s)的18.67%、5 μmol/(m2·s)的22.67%、20 μmol/(m2·s)的26%(见表1)。红光5 μmol/(m2·s)的萌发指数(2.33)高于红光20 μmol/(m2·s)的萌发指数(2.14)，红光0 μmol/(m2·s)的萌发指数最低(1.89)。7 d内红光0 μmol/(m2·s)的发芽势最高为10.67%，其次是红光20 μmol/(m2·s)，为4%(见表1)。蓝光条件下，0 μmol/(m2·s)累计发芽35粒，5 μmol/(m2·s)累计发芽31粒，20 μmol/(m2·s)累计发芽30粒(见图2)。20 μmol/(m2·s)的萌发率最低(20%)，0 μmol/(m2·s)的萌发率最高(23%)。萌发指数，蓝光20 μmol/(m2·s)>蓝光0 μmol/(m2·s)>蓝光5 μmol/(m2·s)。7 d内蓝光5 μmol/(m2·s)的发芽势最低(2%)，蓝光0 μmol/(m2·s)最高(8%)。白光处理中，0 μmol/(m2·s)累计发芽22粒，5 μmol/(m2·s)累计发芽39粒，20 μmol/(m2·s)累计发芽29粒(见图3)，萌发率分别为0 μmol/(m2·s)的14.67%，5 μmol/(m2·s)的26%，20 μmol/(m2·s)的19.33%(见表1)，0 μmol/(m2·s)和5 μmol/(m2·s)萌发率具有显著性差异(P<0.05)，白光5 μmol/(m2·s)和白光20 μmol/(m2·s)萌发率具有显著性差异(P<0.05)。萌发指数，白光5 μmol/(m2·s)>白光20 μmol/(m2·s)>白光0 μmol/(m2·s)(见表1)。7 d内白光5 μmol/(m2·s)的发芽势最高(14.67%)，白光0 μmol/(m2·s)最低(4%)。

图1 红光不同光量处理下杉木种子累计发芽粒数

图2 蓝光不同光量处理下杉木种子累计发芽粒数

图3 白光不同光量处理下杉木种子累计发芽粒数

2.2 不同温度处理对种子萌发的影响

图4 不同温度处理下杉木种子累计发芽粒数

在光照条件相同的情况下，22 ℃累计发芽40粒，16 ℃累计发芽2粒，37 ℃累计发芽3粒(见图4)。22 ℃的萌发率最高(26.67%)，37℃最低(2%)，22 ℃和16 ℃在P=0.05水平有显著性差异，22 ℃和37 ℃在P=0.05水平有显著性差异，16 ℃和37 ℃在P=0.05水平有显著性差异(见表1)，16 ℃种子萌发指数比对照(22 ℃)低49.28%。萌发指数，22 ℃>16 ℃>37 ℃，22 ℃和37 ℃之间具有显著性差异(P<0.05)，7 d内发芽势分别为14.67%(22 ℃)，2.67%(16 ℃)，2%(37 ℃)。

表1 不同处理条件下杉木种子的萌发率、发芽势、萌发指数

3 结论与讨论

红光越强，萌发率越高，说明红光对杉木种子萌发有一定促进作用；蓝光不同光量的处理下萌发率相差较小，对杉木种子的萌发无明显影响。但蓝光5 μmol/(m2·s)和20 μmol/(m2·s)在前5—7 d的萌发过程中萌发速度相比0 μmol/(m2·s)较慢，发芽高峰期有所延迟，表明蓝光对杉木种子在前期的萌发过程中会有一定抑制作用。白光5 μmol/(m2·s)萌发率、发芽势、发芽指数在所有处理中最高，说明白光条件下，杉木种子活力高，生活力强，发芽整齐，出苗一致，是杉木种子萌发的优良条件。主要原因可能是红光及白光在600 nm(红橙区域)范围内的光波能唤醒种子，促进种子的萌发[20]，蓝光在前期对萌发产生的抑制作用应该是与它抑制植物茎的生长有关[21]。与本试验结果有所不同的是，刘青青等[11]的试验表明红光对杉木种子的萌发有抑制作用，这可能是因为其试验条件为红光处理8 h，而本试验的设置为红光24 h持续光照所致。

光照条件均为黑暗的情况下，22 ℃萌发率最高，且第4天就进入萌发高峰期，高于其他处理。高温可能会破坏种子内部结构，对其生长有极显著抑制作用，这导致37 ℃条件下种子在第2天就丧失活力，停止发芽，这符合杉木不耐寒喜温暖，适应平均温度15—23 ℃的生长环境。16 ℃下种子萌发高峰期延迟且发芽率低于22 ℃发芽率，说明低温条件不利于杉木种子的发芽，这与方禄明[12]的研究相似。值得注意的是，在22 ℃条件下，种子停止萌发，8 d后又重新开始萌发，在进一步的研究试验中应加长试验周期就这一现象是否是偶然性进行探索。

基于光照、温度在种子萌发过程中的重要性，本研究在现有研究的基础上，增加了蓝光光质的处理条件，且设置了不同的光强进行对比。设置不同的温度条件，填补了温度在萌发过程中产生影响的空白。为提高杉木种子的萌发率，可增加光照中红光、白光的比例，减少蓝光的比例，保持22 ℃的萌发生长环境，以保证杉木种子顺利、高效的萌发，为提高杉木种子萌发率提供一定的理论参考依据。