毛竹种子萌发及无菌水培技术研究

黄孝风 ，钟秋蔚 ，邹 娜*

（江西农业大学 a. 园林与艺术学院；b. 江西省竹子种质资源与利用重点实验室，江西 南昌 330045）

毛竹（Phyllostachys edulis）又名楠竹，隶属禾本科竹亚科刚竹属，生长快、产量高、适应性强、材质好、用途广，是我国面积最大、分布最广、经济价值最高的竹种之一［1-3］。毛竹主要分布在长江以南，以湖南、安徽、福建、江西、浙江等省份的分布面积最广［4］。毛竹的开花周期长且难以预测，终身开花一次并在种子发育成熟后死亡，一旦毛竹成片开花，就会造成大面积的竹林死亡［5］。由于其自身的生物学特性，长期以来人们一直沿用埋鞭等无性繁殖的方式发展竹林，通过无性繁殖可以将选出的优良无性系进行扩大繁殖，获得最大的遗传增益［6］。但挖苗、种植都费工费力，而且消耗竹材，成本高、效率低，严重地制约了毛竹林面积和产业的发展［7-8］。而毛竹种子育苗投资少、成本低，远低于母竹造林，起运栽植方便，造林成活率高，为开花竹林的更新及引种提供了新的途径和技术［9-10］。

毛竹种子无休眠，成熟后即能发芽，可随采随播。目前室内播种多采用滤纸法萌发种子，但在实验条件下，毛竹种子在滤纸上发芽率不高；并且在滤纸上发芽时，霉菌容易扩散，而霉菌感染种子后，会影响种子进一步萌发成苗，使得毛竹实生苗培育的研究和应用受到了很大的限制［9-11］。研究［8］发现，切去种子大部分胚乳，可减少或消除污染所造成的影响，但种子胚乳保留量少，其萌发的幼苗长势普遍较弱。另外，将毛竹种子在培养基中发芽时，发芽率可达到80%，显著高于滤纸上的发芽率，但需要相应的设备，技术上要求比较高。

无土栽培指不用天然土壤，以水、草炭、蛭石等介质作为植物根系的基质，利用含有植物生长发育所必需元素的营养液来提供营养，植物根系直接生长在营养液中，使植物能够正常地完成整个生命周期的种植技术［12-14］。无土栽培技术由于可以人为控制营养液中的盐分、养分、溶解氧、酸碱度和温度等环境，在蔬菜、花卉苗木栽培中得到了广泛的应用［15］。无土栽培根据栽培介质不同分为水培、雾（气）培和基质栽培。水培是指植物根系直接与营养液接触，而不使用基质的栽培方法。但水培的技术要求比较高，在营养液循环的设施中和高温高湿的环境条件下，病菌更易快速繁殖而侵染植物，甚至长出绿藻，成为水培试验的一大难题［16］。在本次试验中，通过剥皮、浸种、消毒处理以及播种方式的对比研究，探索适用于生产和研究的毛竹种子萌发方式；同时，在水培条件下通过不同水质及通气处理的研究，探索适宜的幼苗生长条件，为毛竹生产和研究提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为毛竹种子，采自广西桂林灌阳县洞井乡，千粒重约30 g。

1.2 试验方法

1.2.1 种子浸种催芽、去皮、消毒与播种 毛竹种子在40 ℃温水中浸泡过夜，去掉或保留颖果果皮；不消毒或用75% 酒精浸泡5 ～ 10 s，再用不同浓度的 NaClO 溶液剧烈振荡浸泡10 ～ 20 min，最后用去离子水冲洗6 ～8 遍；播在铺有灭菌滤纸的培养皿、铺有灭菌脱脂棉及纱布的一次性餐盒或装有蛭石的花盆中。试验设6 个处理，每个处理3 个重复，每种器皿播种30 粒种子。其中，以对毛竹种子不处理，直接播入蛭石为对照。

1.2.2 毛竹无菌水培体系的建立 将在蛭石中萌发生长1 个月、大小基本一致的毛竹幼苗，用自来水冲洗根部，将附着的蛭石等冲洗干净，切除1/2 根系，转入不同水质（无菌水、自来水、双滤水）和通气条件（不通气、加滤嘴单过滤、加滤盘单过滤、加滤嘴滤盘双过滤）的处理中进行水培试验。每隔一天更换一次水。研究不同水质和通气处理对毛竹水培污染的影响，试验设8 个处理，每个处理4 个重复，每个重复5 株苗。

1.2.3 毛竹水培幼苗生长 在上述研究的基础上，探讨不同水质（无菌水、自来水、双滤水）及通气处理（加滤盘单过滤）对毛竹水培苗生长的影响。营养液每隔一天更换一次，试验设6 个处理，每个处理3 个重复，每个重复8 株苗。

1.3 生长条件

培养箱的培养条件为：白天温度（25 ± 1）℃，晚上温度（18 ± 1）℃，光照时间16 h/d，光照强度2 000 Lx，湿度70%。播种后每天观察种子发芽及污染情况，及时补充水分。毛竹实生苗转入水培体系后待苗长出新根，转入水培营养液，并且由1/4 浓度过度到1/2 浓度再到全营养液，每个浓度处理4 d，至全营养液后加氮（4 mmol/L NH4NO3）处理。营养液基本成分同文献［17］。所有处理营养液的pH 值调节在4.0 左右。

1.4 测定项目及方法

播种第2 天开始记录种子污染情况，计算种子污染率。播种28 d 统计毛竹种子发芽率和污染率。发芽率= 28 d 时的出苗数/供试种子总数× 100%；污染率= 污染数/接种数× 100%。水培幼苗在每次换水时观察污染情况，第12 天统计各处理中通气管、水面、盆底和幼苗根部污染情况，并统计幼苗生长各指标（苗高、叶片数、地上部鲜重、地上部干重、地下部鲜重、地下部干重）。苗高使用直尺测定，指根茎结合部到顶部的高度，精确至0.1 cm。叶片数为植株全展叶片数量。将水培幼苗分为地下和地上两部分，滤纸吸干表面水分称重得到各部位的鲜重，经杀青（105 ℃，30 min）后70 ℃烘干至恒重并称重得到各部位的干重，单位为g。

1.5 数据分析

应用Excel 2007 进行数据处理，统计分析采用SPSS13.0，以P＜ 0.05 为差异显著，采用LSD法进行多重比较。图表使用Sigmaplot13.0 生成。

2 结果与分析

2.1 不同播种前处理及播种基质对毛竹种子萌发的影响

不同播种前处理方法及播种基质对毛竹种子萌发的影响见表1。从表1 可以看出，对照条件下（处理1），毛竹种子发芽率为21.95%；处理3 和处理4 的发芽率与处理1 的差异达到显著水平，说明播种前处理显著影响毛竹种子发芽。其中，经40 ℃温水浸泡催芽、去皮、并用75%酒精浸泡5 ～ 10 s 和20% NaClO 消毒20 min 后，播入蛭石中发芽率最高（处理4），达51.48%，且在发芽过程中没有污染。而带皮消毒后播入餐盒及滤纸中的两个处理（处理5、6）与播入蛭石中的处理相比，不仅发芽率低，而且污染率较高。处理3、5 和6 的发芽率和污染率差异都达到了显著水平，说明毛竹种子发芽率也受到不同播种基质的影响。

2.2 不同消毒处理及播种基质对毛竹种子萌发的影响

在2.1 研究的基础上，进一步研究了不同浓度NaClO 和消毒时间及播种基质对毛竹种子萌发的影响，结果见表2。表2 结果表明，10% NaClO 消毒20 min 后播入蛭石发芽率最高，达61.76%。不同播种基质对毛竹种子发芽率的影响整体为蛭石＞脱脂棉纱布＞滤纸，但在同一播种基质的各不同浓度NaClO 处理间，毛竹种子发芽率差异不大。方差分析结果（表3）表明，不同NaClO消毒处理对毛竹种子发芽率影响差异不显著（P＞0.05），而不同播种基质对毛竹种子发芽有极显著的影响（P＜ 0.01）。

表1 不同前处理方法及播种基质对毛竹种子萌发的影响Tab.1 Effects of different pretreatment and sowing stroma on the germination of Phyllostachys edulis seeds

表2 不同消毒处理及播种基质对毛竹种子萌发的影响Tab.2 Effects of different disinfection treatments and sowing stroma on the germination of Phyllostachys edulis seeds

表3 不同消毒处理及播种基质对毛竹种子萌发的方差分析Tab.3 Variance analysis of different disinfection treatments and sowing stroma on the germination of Phyllostachys edulis seeds

2.3 不同水质及通气处理对毛竹幼苗无菌水培体系污染的影响

不同水质及通气处理对毛竹无菌水培体系污染的影响见表4。由表4 可以看出，毛竹在双滤水中培养且通氧加滤盘滤嘴的生长状况最佳（处理4），在水培过程中，通气管、水面、盆底均无污染，根部污染率仅10%。在不通氧的自来水水质处理1 中，培养过程中发现在水面上有油渍状污染，并且根部污染率高达95%，显著高于其他处理；而在通氧处理2 中，污染主要发生在通气管口及管壁，水面污染率显著下降，幼苗根部污染率为0，由此说明自来水中含有的杂菌，在氧气含量高的地方快速繁殖，不利于毛竹无菌水培。处理2、4 和8 的结果表明，通过改善水质，水培培养体系（通气管、水面和盆底）的污染可以得到彻底解决，并且使用双滤水或无菌水差异不大。无论是在双滤水处理（3、4）中，还是无菌水处理（5 ～ 8）中，双层过滤所通入的空气，与不过滤或单层过滤空气的处理相比，可以明显改善培养无菌环境或减少根部污染率（处理4、8）。

表4 不同水质及通气处理对毛竹无菌水培体系污染的影响Tab.4 Effects of different water quality and aeration treatment on the pollution of Phyllostachys edulis aseptic hydroponic system

2.4 不同水质及通气处理对毛竹幼苗生长的影响

在上述研究基础上，进一步探究不同水质及通气处理对毛竹幼苗生长的影响，结果见表5。由表5 可知，毛竹幼苗在通氧或者不通氧的自来水中培养均存在污染（处理2、5），而其他处理的污染率均为零，并且差异达到显著水平，说明水质对毛竹无菌水培体系起重要作用，双滤水或无菌水作为毛竹水培用水较好，而自来水不适合做水培用水。

表5 不同水质及通气处理对毛竹幼苗生长的影响Tab.5 Effects of different water quality and aeration treatments on the growth of Phyllostachys edulis seedlings

在同一水质条件下，毛竹幼苗苗高和叶片数以不通氧稍优于通氧。在以自来水为水质时，毛竹幼苗较高，但叶片数较少。在不通氧处理条件下，不同水质处理间苗高和叶片数间无显著性差异；在通氧处理条件下，不同水质处理间苗高没有显著性差异，但无菌水中的叶片数显著高于自来水。不通氧处理地上部分和地下部分鲜重及干重均稍高于通氧处理，但除自来水不通氧处理中的地下部鲜重和干重显著高于通氧处理外，不同水质通氧与否对幼苗地上、地下鲜重及干重无显著性差异。

3 讨论与结论

本研究结果表明，对照条件下毛竹种子发芽率可以达到21.95%，经过适当的浸种、去皮、消毒处理，毛竹种子萌发率可以达到50%以上，与李伟成等［18］的研究结果相似。在相同条件下，浸种处理可使毛竹种子发芽率提高53.12%，这与前人的研究结论相似［19］。推测浸种处理可能使种皮透性增大，呼吸逐渐增强，促进萌发的物质（尤其是GA3）含量升高，GA3经胚释放后转移到糊粉层细胞，GA3可诱导α-淀粉酶、蛋白酶和其他水解酶的合成，加快种子贮藏物质的降解，并能在一定程度上修复受到破坏的细胞膜，从而提高种子活力，从而诱导和促进种子萌发［20］。文献［21-22］报道秋播毛竹种子发芽率为30% ～45%，春播种子发芽率为15% ～25%。同时李伟成等［18］研究表明竹类种子发芽一般要求20 ℃以上的气温或者最低萌发气温不能低于12.8 ℃，可能各区域实验中微环境差异较大，以及不同来源种子本身特性间有差异。

毛竹种子表面和胚乳中伴生着真菌［23］，毛竹种子萌发过程中，消毒是关键的一步。本研究结果表明，毛竹种子经过10% NaClO 浸泡消毒20 min，播入蛭石中的发芽率达到61.76%，并彻底无污染。酒精是最常用的消毒剂，其穿透力和杀菌力都很强，但酒精一般和其他消毒剂联合使用，促进其他消毒剂渗透到整个外植体表面，提高消毒效率［24］。有研究［25］表明NaClO 的消毒效果优于其他几种常用消毒剂（次氯酸钙、升汞、溴水、过氧化氢、硝酸银、抗生素），其灭菌的原理是次氯酸钠溶液本身不太稳定，水解后形成的次氯酸进一步分解后释放出新生态氧，新生态氧的强氧化性可以杀死菌体。本研究结果中毛竹种子发芽率在剥皮和进行消毒处理下高于不进行消毒处理，虽然不同浓度NaClO 和消毒时间对毛竹的萌发率差异不显著；试验过程中发现，去皮种子的发芽时间比未去皮种子提早1 周左右，这与谢金兰等［26］的研究结果一致，这可能是因为种皮中存在抑制萌发物质或种皮的机械阻碍作用影响了种子的萌发。

根据已有文献报道，毛竹种子多是在滤纸中（即种子消毒冲洗干净后置于垫有2 层滤纸的培养皿中）进行发芽［27］，普遍存在发芽率较低、污染严重的问题。发霉的种子外部会产生橘黄色、灰绿色或白色丝状霉菌菌丝，胚根突破种皮后可能被霉菌感染而失去活力，而且霉菌容易扩散，会影响种子进一步萌发成苗，使其最终达不到发芽标准［9］。有研究发现，切去种子的大部分胚乳，不仅能有效降低毛竹种子组织培养过程中的污染，而且不影响种子萌发，但种子胚乳量少，萌发的幼苗长势普遍较弱［28］。本研究中，通过适当播前处理之后播种在蛭石中，能够很好地解决萌发过程中的污染问题，而且显著高于湿润滤纸或纱布中播种的种子发芽率，不仅操作简便，而且成苗质量好，可以广泛应用于试验研究中毛竹实生苗的培育或毛竹实生苗规模化生产。

本研究过程中，无论通气与否，以自来水为水质的毛竹水培体系污染率明显高于双滤水和无菌水，推测自来水中可能含有某些细菌，在高温高湿的环境条件下病菌更易快速繁殖而侵染植物。此外，本研究还发现，通氧与否（经过滤）对水培体系毛竹幼苗生长没有明显影响，这也与邵继锋［23］的研究结论相一致，推测可能原因是培养时间较短，植物对水气的生长响应差异还没有体现出来，该机制有待进一步研究。

综上所述，适当的浸种、消毒等播前处理和播种方法能提高毛竹种子发芽率，且出苗整齐度高，幼苗长势较好。水培培养中通入过滤后的氧气，可以显著降低毛竹幼苗的污染率，但水质对毛竹幼苗生长无明显的影响。本研究可为毛竹实生苗培育技术研究提供支持，但更完善的水培体系的建立，还需要进行进一步的研究。