IAA、GA3和壳寡糖浸种对滇油杉种子发芽的影响*

姜若超，李莲芳，李俞鑫，王姝茜，刘畅，黄孝杰，合金鑫

(西南林业大学，云南 昆明 650224)

滇油杉(Keteleeriaevelyniana)属松科(Pinaceae)油杉属常绿针叶乔木，又名云南油杉、杉松、罗汉松、杉老树等[1]。滇油杉木材在水下耐腐，为建筑、桥梁、家具等优良用材，也是云南高原的乡土树种和绿化树种之一，在地区林业经济发展和生态建设的可持续发展中起着重要作用[2-3]。然而，在林业生产中，由于滇油杉种子成熟于10月且不耐储藏，天然更新的种子于冬季发芽，气温低，种子发芽较为困难或发芽不整齐，后期天然更新幼苗保存率较低；因此，需要通过人工培育营造人工林，恢复滇油杉植被，发挥其生态等功能[4]。已有文献对滇油杉的研究仅见于生殖器官发育及其过程的生物化学研究[5-6]、群落及其多样性[7-8]、土壤化学特性[9]以及林下枯落物与火灾关系[10]等方面；苗木培育方面，仅付志高等[11]施肥对滇油杉野生移栽苗生长的报道。滇油杉种子发芽的研究未查及相关文献。

外源激素通过影响植物的生理和生化过程，呈现打破种子休眠，促进种子发芽的功能。吲哚乙酸(3-Indoleacetic acid，IAA)和赤霉素(3-Gibberellin,GA3)属植物激素类，对种子发芽具有外源激素的作用[12-15]。余春和等[13]和李霈等[14]分别研究指出，不同浓度的IAA和GA3浸种，均有促进光皮桦(Betulaluminifera)和菵草(Albergiaodoffiem)种子发芽的作用；邹竣竹等[15]和李先民等[16]研究指出，IAA和GA3浸泡种子，提高野牛草(Buchloedactyloides)和杜鹃红山茶(Camelliaazalea)种子的发芽率；张薇等[17]和杨文君等[18]采用低浓度GA3溶液对云南松(Pinusyunnanensis)种子浸种，具有相同的效果。适宜浓度的外源激素浸种，对植物种子发芽具有类似的作用。

壳寡糖(chitosan oligosaccharide,COS)能促进有益微生物的生长，诱导植物的抗病性，从而促进种子发芽[15]。袁建平等[19-20]研究指出，COS浸泡小麦(Triticumaestivum)和玉米(Zeamays)种子，可缩短其种子发芽时间；秦艳霞等[21]采用COS溶液浸泡大麦(Hordeumvulgare)种子、张运红等[22]浸泡小麦种子，以及陆建玲等[23]浸泡辣椒(Capsicumannuum)种子，对发芽率都具有相似的作用。用COS浸种多个草本植物，对其种子萌发的影响基本类似[19-23]。

参考已有的文献[13-25]，采用U12*(1212)均匀设计的变形U12*(412)均匀设计开展IAA、GA3和COS共3因素的不同水平及其组合对滇油杉种子发芽影响的试验研究，了解其对滇油杉种子发芽的影响，以期为滇油杉的种子生理的研究和苗木培育提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究地和种子概况

试验地位于云南省昆明市西南林业大学林学院苗圃(102°76′24″E、25°06′41″N，海拔1 891 m)，属北亚热带气候类型，年平均温度14.5 ℃，年最热月(7—8月)和最冷月(1月)平均气温分别为25 ℃和3 ℃，年平均相对湿度68.2%，年降水量840.3 mm[25]。种子于2019年10月中旬采集自昆明市宜良县国有花园林场。种子制种后，于4 ℃的冰箱中冷藏6个月。试验种子的千粒重66.55 g，即每公斤种子有15 000粒。土壤为山地红壤。

1.2 研究方法

试验包括IAA(A)、GA3(B)和COS(C)3个因素，每因素含4水平。根据因素水平表，采用U12*(1212)的变形U12*(412)进行试验设计，因素A、B和C分别排列于1、2和6列(表1)。

表1 因素水平和U12*(412)均匀试验设计

试验共12个处理组合，增加1个蒸馏水浸种的对照(CK)；每处理组合50个无纺布容器，3次重复。每个容器播种3粒种子。

基质由森林土和珍珠岩按4︰1的比例混合构成。无纺布容器上口径×高为9 cm×13 cm。播种前15 d，按比例配制基质并分装入容器中；分析纯IAA和GA3采用上海伯奥生物科技有限公司生产的粉剂，COS采用源叶生物生产的粉剂。按试验方案将IAA、GA3和COS溶解后配制为母液。

播种前1 d，挑选大小一致且种粒饱满的滇油杉种子，用纱布包裹浸泡于0.5%的高锰酸钾溶液中消毒0.5 h后，清水冲洗干净；同时，按试验设计的浓度配制混合溶液。消毒后的种子于IAA、GA3和COS混合溶液中在黑暗环境下浸种12 h。浸种后的种子播入无纺布容器。播种时将种子无种翅的一端播入基质，播种深度以不见种子，只露出种翅为宜，覆盖土壤(厚度约0.5 cm)，再于其上覆盖松针以防浇水导致基质表面板结。播种结束后浇透水，并于苗床上搭建小拱棚遮阴，遮阴度约90%。种子发芽期间，适时浇水保持土壤湿润，并观察记录发芽状况。

从发芽之日开始，每隔2 d记录1次发芽种子的粒数，进行发芽指标计算。相关指标计算公式如下。

发芽率(%)=(n/N)×100%

发芽势(%)=(N0/N)×100%

式中:n为测定时间内正常发芽的种子数；N为置床的种子数；N0为日发芽种子数达到最高峰时正常发芽的种子数；Gt为第t天正常发芽的种子数；Dt为与Gt相应的发芽天数[26]。

采用Excel软件和SPSS 22.0软件进行数据整理和分析。为满足方差分析的齐性要求，如果有数据≤30%或≥70%，先进行反正弦变换后再进行方差分析。处理组合和因素水平间呈现显著或极显著的差异，采用邓肯氏(Duncan’s)[27]法进行多重比较，发芽指标间及其与因素间采用Pearson的相关分析。

2 结果与分析

2.1 种子发芽过程

播种的滇油杉种子，在场圃条件下，于播种后第26 d开始发芽，至第81 d结束发芽试验，发芽延续期达55 d，但播种29 d后发芽率急剧下降；处理组合1、2、4、7、9和11在播种后的第26～29 d出现1次发芽小高峰，此期间，发芽率为6.7%～17.8%，发芽较迟的对照则低于2.2%；播种后42～59 d之间，除对照外，其余处理组合出现第2次发芽小高峰，此期间，发芽率为2.0%～9.6%(图1)，表明不同处理组合对滇油杉种子发芽过程影响程度不同。同时，于夏天播种，7月正值昆明雨季，气温波动较大，温度变化幅度大是否会导致滇油杉种子发芽延续较长时期和发芽率低，有待进一步试验研究。

图1 滇油杉种子的发芽过程

2.2 浸种对种子发芽的影响

2.2.1 发芽率和发芽势

处理组合的平均发芽率和发芽势分别为29.8%～69.6%和7.8%～43.5%，对照的仅为23.6%和5.4%；处理组合2、3、5、6、7和12的发芽率极显著地高于其余和对照的(P=1.54E-04<0.01)；发芽势则是2、5、6和10的极显著地高于其余和对照组(P=5.12E-05<0.01)；处理组合2和5的发芽率和发芽势均极显著地高于其余组合(表2)，表明不同因素水平组合可极显著地提高滇油杉种子的发芽率和发芽势；0.10 g/L的GA3和0.20%的COS浸种，以及0.10 g/L的IAA、0.15 g/L的GA3和0.05%的COS浸种两个处理组合同时提高发芽率和发芽势，即低浓度的GA3和相对较高的COS浸种，低浓度IAA和GA3两种外源激素与低浓度COS溶液浸种，与前者具有相同的作用。

表2 滇油杉种子发芽指标

影响发芽率和发芽势的主导因子是GA3(表3)。因素水平间，0.10 g/L的GA3浸种的发芽率和发芽势极显著地高于其余水平的(P发芽率=0.001<0.01，P发芽势=0.003<0.01)，随着IAA浓度的增加发芽率和发芽势降低，与处理组合中0.10 g/L的IAA与COS共同浸种发芽率最优的结果具有差异；COS浓度的变化对发芽率无明显的影响，但发芽势随浓度增加略有提高；发芽率和发芽势的理论优处理组合为A1B2C4，与此2指标实际最高的处理组合2相一致(表3、图2)。因素水平的分析结果亦表明，在场圃条件下，相对较低浓度的GA3和IAA浸种有利于滇油杉种子发芽；同时，低浓度IAA与COS共同浸种提高发芽率的结果，也许此二介质间具有交互作用。

表3 发芽指标的极差分析

图2 种子发芽指标随因素水平的变化

2.2.2 浸种对种子发芽指数和平均发芽时间的影响

各处理组合的平均发芽时间为13～25 d(对照为26 d)，其中，处理组合1、2、3、11和12的平均发芽时间显著地早于其余处理组合和对照组(P=0.013<0.05，表2)；影响种子平均发芽时间的主导因子是COS，0.05%的COS浸种的平均发芽时间显著地快于其余的(P=0.025<0.05)；其余2因子的水平未对平均发芽时间产生显著的差异(P=0.311～0.496>0.05)；平均发芽时间的理论优水平组合为0.1 g/L的GA3和0.05%的COS溶液混合浸种(A1B2C2)，与实际发芽时间最短的处理组合1(A1B1C2)不一致(表2、表3)。种子平均发芽时间的结果表明，低浓度的(0.05%)COS溶液浸种可显著地缩短滇油杉种子的发芽时间。

处理组合的发芽指数为5.0～20.7粒/d(对照为3.74粒/d)，与种子平均发芽时间的不同，处理组合2、3、7和12的发芽指数极显著地高于对照组(P=4.51E-09<0.01，表2)；影响种子发芽指数的主导因子与发芽率和发芽势的相同，GA3浸种的发芽指数显著地高于对照(P=0.047<0.05，表3)，IAA溶液浸种的发芽指数较对照的低，不同浓度COS浸种与对照未呈现明显差异；发芽指数的理论优水平组合为0.10 g/L的GA3和0.05%的COS浸种(A1B2C2)，其与实际最高的处理组合3一致(图2、表2)。以上结果表明：GA3浸种可显著地提高种子发芽指数，与发芽率和发芽势一致。综合种子发芽率、发芽势、平均发芽时间和发芽指数，0.10 g/L的GA3与0.05%的COS浸种有益于种子发芽，其可作为滇油杉种子场圃发芽和苗木培育的参考。

2.3 发芽指标间及其与因素间的相关分析

相关分析结果如表4。发芽率、发芽势和发芽指数两两间呈极显著的正相关(R=0.745～0.880，P=1.62E-12～0.001<0.01)，平均发芽时间与因素C(R=0.341，P=0.042<0.05)，以及因素B与因素C间呈现显著的正相关(R=0.333，P=0.047<0.05)；与此相反，发芽时间与发芽率、发芽势和发芽指数间呈极显著的负相关(R=-0.548～0.646，P=2.10E-05～0.001<0.01；表4)。相关分析结果表明：滇油杉种子发芽过程中，发芽率、发芽势和发芽指数趋势相一致，即3个指标呈现互为促进关系；发芽时间与其余3个种子发芽指标呈极显著的负相关，揭示发芽时间延长，此3个指标极显著降低，此结果与处理组合及因素水平的分析结果相一致；缩短滇油杉种子发芽时间是提高种子其它发芽指标的关键，外源激素和COS浸种可缩短种子发芽时间，提高种子发芽的其它3个指标。

表4 各指标和因素间的相关性分析

同时，发芽指标与因素水平间，仅平均发芽时间与COS(C)呈显著地正相关，即COS浓度越高，种子发芽时间越长，与因素水平对平均发芽时间的结果相一致，结合平均发芽时间与发芽率等相关性，滇油杉种子发芽对COS浸种的浓度较为敏感，必须通过试验研究获得最佳浓度方可应用于生产实践。因素间，仅GA3(B)和COS(C)呈显著正相关(表4)，即此2种激素共同浸种，可提高种子发芽指标，与处理组合的结果相一致。

3 讨论与结论

3.1 讨论

张薇等[17]和初丛相等[28]开展IAA溶液对云南松和珍珠绣线菊(Spiraeathunbergii)浸种试验，证明低浓度溶液浸种促进种子发芽，高浓度则产生抑制作用；余春和等[13]和李霈等[14]通过IAA浸种处理光皮桦和菵草种子，中低浓度的IAA溶液浸种促进种子发芽；闫艳华等[16]研究外源激素浸泡曼陀罗(Daturastramonium)种子，随IAA浸种浓度升高，种子发芽率和发芽势逐渐提高且均优于对照的。邹竣竹等[15]和李先民等[16]分别开展GA3和IAA对野牛草和杜鹃红山茶种子发芽的试验，指出IAA不同浓度浸种对此2种植物种子发芽无明显的影响。本研究中，IAA溶液浸种抑制滇油杉种子的发芽，与已有文献的结论相悖，是否由于多因素的因子组合还是物种不同造成的，有待进一步试验研究。与其它外源激素相同，GA3亦具有促进种子发芽的作用[12]。张薇等[17]和杨文君等[18]研究GA3浸种对云南松种子发芽的影响，结果指出，0.10 g/L的GA3显著地促进种子发芽；肖杰等[29]亦采用单因素试验设计开展GA3浸泡紫薇(Lagerstroemiaindica)种子的试验，结果表明，20～100 mg/L的GA3显著地提高种子发芽指标；邹竣竹等[15]采用GA3溶液浸泡野牛草种子，2.0 g/L的GA3溶液浸种显著地促进野牛草种子发芽，提高发芽率；李先民等[16]开展同样的外源激素对杜鹃红山茶浸种试验，指出0.6 g/L的GA3溶液浸种显著地提高种子的发芽率。本研究中，GA3溶液(0.10、0.15和0.20 g/L)浸种的种子发芽指标均极显著地高于对照(P<0.01)，与已有文献的结论一致，即种子发芽对适宜浓度的GA3溶液浸种有相同的响应，但不同植物其种子对浸种溶液的最佳浓度要求不同。因此，生产实践中，采用GA3溶液浸种，有必要针对不同树种开展具体的浓度试验，以获得最佳浓度应用于生产实践的种子处理中。

郭卫华等[30]研究COS浸种对黄瓜(Cucumissativus)种子发芽的影响，指出中低浓度的COS浸种可提高种子的自身抗性，从而促进其发芽；秦艳霞等[21]、张运红等[22]和袁建平等[20]研究采用壳寡糖浸泡大麦和小麦种子，0.05%和0.10%的COS浸种显著地提高发芽率和加快种子的发芽时间；顾丽嫱等[31]研究COS浸种对番茄(Solanumlycopersicum)种子发芽的影响试验，结果与以上文献结论类似。本试验中，相对低浓度的COS浸种可缩短滇油杉种子的发芽时间，但与上述文献也有不同之处，即低浓度0.05%和0.1%的COS浸种可显著缩短滇油杉种子发芽时间但并未明显地提高种子发芽率。COS的浸种处理多用于农业生产实践中，在林业上使用较少，是否其对促进植物的发芽作用较弱或GA3与COS间存在交互作用，尚有待开展更多浓度梯度的混合浸种试验。

3.2 结论

采用U12*(1212)均匀设计的变形U12*(412)开展IAA、GA3和COS浸种对滇油杉种子发芽影响的试验。12个处理组合的平均发芽率、发芽势、发芽时间和发芽指数分别为29.8%～69.6%、7.8%～43.5%、13～25 d和5.0～20.7粒/d(对照则分别为23.6%、2.4%、26 d和3.74粒/d)，均显著或极显著地高于对照组(P<0.05或P<0.01)。GA3是影响种子的发芽率、发芽势和发芽指数的主导因子，而影响种子平均发芽时间的则是COS。0.10 g/L的GA3溶液浸种极显著地提高种子的发芽率和发芽势(P<0.01)，低浓度(0.05%)的COS浸种，显著地加速滇油杉种子发芽(P<0.05)。4个发芽指标间，发芽率、发芽势和发芽指数两两间呈极显著地正相关(R=0.074 5～0.088，P<0.01)；平均发芽时间与发芽率、发芽势和发芽指标呈极显著的负相关(P<0.01)。因素间，相关分析结果与处理组合和因素水平分析的结论相一致，即GA3和COS溶液共同浸种对种子发芽具有促进作用。综合种子发芽率、发芽势、平均发芽时间和发芽指数最优，0.10 g/LGA3+0.05%的COS溶液混合浸种是滇油杉种子场圃发芽较优的措施，可用于生产实践中苗木培育的种子处理。