温度、光照、水分和储藏时间对3种白鹃梅种子萌发的影响

孙 宜, 王 扬, 石青松, 包峥焱

(北京市植物园管理处/北京市花卉园艺工程技术研究中心/城乡生态环境北京实验室, 北京 100093)

白鹃梅属(ExochordaLindl.)为蔷薇科落叶灌木,全世界共4种,我国原产3种,分别为白鹃梅[Exochordaracemosa(Lindl.) Rehd.]、红柄白鹃梅(E.giraldiiHesse)和齿叶白鹃梅(E.serratifoliaS.Moore),主要分布于江苏、江西、浙江、辽宁、河南、河北等省。该属植物花大,白色,花瓣具瓣爪,春季花开似雪,极具观赏价值。花蕾和嫩叶味道鲜美,为珍贵的山野菜。研究表明,白鹃梅幼叶和花蕾中富含维生素、粗纤维、磷、钾、黄酮类化合物等[1-2]。红柄白鹃梅中粗纤维含量丰富,粗脂肪和维生素C含量适中,可溶性糖含量较低,是非常健康的绿色食品[3]。齿叶白鹃梅嫩芽、嫩叶味美且有保健作用,辽西地区的居民有春季采食的习俗[4]。白鹃梅属植物除了观赏和食用外,亦具有较高的药用价值。我国3种白鹃梅均含有丰富的黄酮类化合物,具有抗病毒、消炎、抗氧化的作用[5]。白鹃梅以根皮、树皮入药,可治疗腰膝酸痛和风湿病,齿叶白鹃梅的嫩叶可治疗和预防糖尿病[6]。白鹃梅属植物集观赏、食用、药用于一身,经济价值极高,但目前除局部地区采集食用外, 基本都处于野生状态,并未得到充分的开发利用[3],加强白鹃梅属植物的开发利用可提高生态和经济价值,具有广阔的市场前景。 目前关于白鹃梅属植物的研究多集中于食用和药用价值分析[2-3,5,7-10],针对其种子萌发特性的研究较少。戢小梅等[11]对白鹃梅种子萌发进行研究得出其最佳萌发温度为20 ℃,种子萌发对光照条件要求不严格;许桂芳等[12]、孙宜等[13]从温度和光照对红柄白鹃梅种子萌发进行研究得出,其最适萌发温度为15 ℃,光照不是种子萌发的必要条件,而关于齿叶白鹃梅种子萌发的研究未见报道。

本试验通过设置不同萌发温度、不同光照条件、不同浸种时间、不同储藏时间对3种白鹃梅种子的萌发特性进行综合研究,以期获得3种白鹃梅种子的萌发条件,为今后人工繁殖提供科学全面的基础资料,对我国白鹃梅属野生资源的开发利用和保护具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材 料

白鹃梅、红柄白鹃梅和齿叶白鹃梅的种子采集于国家植物园(40°0′21″N,116°11′38″E)。采集时间2022年8月15日,采集时蒴果由绿初变棕,未开裂,剥开后种皮为褐色。将果实置于室内,果实开裂后取出种子,阴干30 d,装入密封袋内,置于4 ℃冰箱中储藏备用。

1.2 方 法

1.2.1种子形态观测和千粒重计算

目测种子的形状、颜色;使用游标卡尺测量种子长、宽(最宽处),重复10次;每种植物的种子随机数100粒,用万分之一的天平称重,换算出千粒重。采用低恒温烘干法(103 ℃,17 h) 测定种子含水率[14],重复3次。

1.2.2播种方法

种子用20～30 ℃清水浸泡后,使用0.3%的高锰酸钾溶液浸泡消毒10 min,无菌水冲洗3遍,选择健康饱满的种子播种于铺有2层滤纸的培养皿中,加无菌水浸湿。每皿播种15粒,置于人工气候箱内培养。每个处理重复3次。培养皿中及时补水保持滤纸湿润。

1.2.3温度处理

设定3个恒温处理(15 ℃、20 ℃、25 ℃)和3个变温处理(15 ℃/5 ℃、20 ℃/10 ℃、25 ℃/15 ℃)。种子储藏84 d后取出,20～30 ℃清水浸泡24 h后播种,置于相应温度的人工气候箱中。恒温处理每天光照12 h, 变温处理高温阶段光照12 h,低温阶段无光照,光照强度为100 μmol/(m2·s),每个处理重复3次。

1.2.4光照处理

设置光照[每天12 h光照,光强为100 μmol/(m2·s)]和持续黑暗2个处理。种子储藏84 d后取出,20～30 ℃清水浸泡24 h后播种。试验于15 ℃人工气候箱中进行,每个品种放置2份,其中1份直接放置作为光照处理,另1份用3层报纸严密包裹作为黑暗处理。每个处理重复3次。

1.2.5浸种处理

种子4 ℃储藏84 d后取出,用20～30 ℃清水浸泡后播种,并测定不同浸种时间种子含水率[14]。设置4个浸种时间,分别为6 h、12 h、18 h、24 h,试验于15 ℃恒温培养箱内持续黑暗处理。每个处理重复3次。

1.2.6储藏时间处理

设置4 ℃干藏28 d、56 d和84 d共3个处理。播种前种子用20～30 ℃清水浸泡24 h。试验于15 ℃恒温培养箱内进行持续黑暗处理。每个处理重复3次。

1.2.7观测记录

每天观察发芽情况,记录发芽时间、发芽数量。种子萌发测定以胚根突破种皮长1 mm为萌发标准[15],连续5 d无种子萌发为试验结束。

1.3 指标测定与数据分析

试验结束后计算种子含水率、发芽率、发芽势、发芽指数和种子萌发速度,种子发芽速度以发芽种子平均萌发时间来评估[16]。

含水率/%=[(W1-W2)/W1]×100%;

发芽率/%=(G1/T)×100%;

发芽势/%=(G2/T)×100%;

发芽指数= ∑(Gt/Dt);

萌发速度/d=∑(Ri×Di)/∑Ri,

式中,W1为烘干前的重量;W2为烘干后的重量;G1为发芽数;T为试验种子总数;G2为种子萌发达到高峰时全部发芽的种子数;T为试验种子总数;本试验以播种后第8天计算发芽势;Gt为各日净发芽数;Dt为相应的发芽日;Ri为种子置床起第i天萌发的数量,Di为种子置床至第i天的天数。

采用Excel2010软件进行数据管理及图表绘制;使用SPSS18.0软件进行单因素方差分析(ANOVA)和t检验分析。数据为平均值±标准误。

2 结果与分析

2.1 3种白鹃梅种子形态性状分析

白鹃梅属植物种子为薄片状,棕色,近半圆形,边缘围绕薄翅。3种白鹃梅种子的形态特性略有差异,详见表1。红柄白鹃梅种子颜色最深,为深棕色,另外2种白鹃梅种子颜色均为棕色。白鹃梅种子的形状为扁平斜卵形,红柄白鹃梅为扁平斜半圆形,齿叶白鹃梅为近半圆形。齿叶白鹃梅种子长度最短(8.56 mm),宽度最宽(6.49 mm);红柄白鹃梅种子长度最长(9.84 mm),白鹃梅种子宽度最窄(4.88 mm)。红柄白鹃梅种子千粒重最重(13.70 g),白鹃梅最轻(10.15 g)。白鹃梅种子含水率最高(34.28%),红柄白鹃梅和齿叶白鹃梅含水率分别为32.24%和28.16%。

表1 3种白鹃梅种子形态特性Table 1 Seed morphological characteristics of 3 species of Exochorda Lindl.

2.2 温度对3种白鹃梅种子萌发的影响

整个观察周期(20 d)内,3种白鹃梅在25 ℃下均未萌发,其他温度下的萌发情况见表2。白鹃梅种子在20 ℃和15 ℃下萌发较早,分别于播种后第6天和第7天开始萌发,15 ℃/5 ℃和25 ℃/15 ℃变温下萌发最晚,播种后第13天才开始萌发。红柄白鹃梅在20 ℃和15 ℃时萌发最早,播种第5天和第6天分别开始萌发,15 ℃/5 ℃变温下萌发最晚(第9天)。齿叶白鹃梅在15 ℃和20 ℃温度下萌发最早,均为播种第6天萌发,15 ℃/5 ℃变温下萌发最晚(第11天)。

表2 不同温度对3种白鹃梅种子萌发的影响Table 2 Effects of different temperatures on seed germination of 3 species of Exochorda Lindl.

白鹃梅在15 ℃、20 ℃、15 ℃/5 ℃、20 ℃/10 ℃下发芽率无显著差异,均显著高于25 ℃/15 ℃。15 ℃、15 ℃/5 ℃温度下发芽率达到100%, 25 ℃/15 ℃发芽率仅为6.67%;种子的发芽势、发芽指数以20 ℃最高,分别为68.89%和1.82,与15 ℃差异不显著,但显著高于15 ℃/5 ℃、20 ℃/10 ℃和25 ℃/15 ℃;15 ℃(8.24 d)和20 ℃(8.16 d)萌发速度最快,开始萌发时间显著早于15 ℃/5 ℃(15.20 d)、20 ℃/10 ℃(12.50 d)和25 ℃/15 ℃(16.00 d)。红柄白鹃梅在15 ℃、20 ℃、20 ℃/10 ℃下发芽率均为100%,显著高于15 ℃/5 ℃(68.89%)和25 ℃/15 ℃(72.22%);发芽势、发芽指数和萌发速度方面均以15 ℃和20 ℃最佳,这2个温度间无显著差异,均显著优于3个变温处理。 齿叶白鹃梅在20 ℃下种子的发芽率(86.67%)、发芽势(44.44%)、发芽指数(1.51)均显著高于15 ℃、15 ℃/5 ℃、20 ℃/10 ℃和25 ℃/15 ℃处理。15 ℃/5 ℃下发芽率(6.67%)最低,但与15 ℃(24.44%)和20 ℃/10 ℃(26.67%)无显著差异,15 ℃/5 ℃下发芽势最低(0),与20 ℃/10 ℃(8.89%)和25 ℃/15 ℃(6.67%)无显著差异。15 ℃/5 ℃下的发芽指数(0.09)最低,显著低于其他温度处理;萌发速度方面,15 ℃(8.53 d)、 20 ℃(9.15 d)和20 ℃/10 ℃(9.83 d)间差异不显著,均显著早于15 ℃/5 ℃(11.67 d)和25 ℃/15 ℃(12.19 d)(表2)。

2.3 光照对3种白鹃梅种子萌发的影响

由表3可知,15 ℃下白鹃梅种子在光照和持续黑暗下的发芽率无差异,均为100%,发芽势、发芽指数和萌发速度亦无显著差异,但黑暗处理下发芽势(68.89%)、发芽指数(1.85)略高于光照处理,萌发速度(8.15 d)略早于光照处理。红柄白鹃梅种子在光照和黑暗下的发芽率、发芽势和发芽指数差异不显著,但黑暗下的发芽势(95.40%)、发芽指数(2.14)均略高于光照条件下的。黑暗下的萌发速度(6.64 d)显著早于光照(7.27 d)。 齿叶白鹃梅在光照和黑暗下种子的发芽率、发芽势、发芽指数和萌发速度均无显著差异,但黑暗下的发芽率、发芽势、发芽指数和萌发速度均略优于光照条件下的。

表3 光照处理对3种白鹃梅种子萌发的影响Table 3 Effects of light treatment on seed germination of 3 species of Exochorda Lindl.

2.4 浸种时间对3种白鹃梅种子萌发的影响

由图1可见,3种白鹃梅种子浸种前(0 h)的含水率相近(白鹃梅9.20%、红柄白鹃梅9.57%、齿叶白鹃梅9.17%)。随着浸种时间的延长种子含水率逐渐增加,浸泡0～12 h,种子含水率增长较快,12～24 h,种子含水率基本持平,此时白鹃梅种子含水率为37.50%～38.39%、红柄白鹃梅为42.79%～44.11%、齿叶白鹃梅为38.04%～39.59%。 3种白鹃梅浸种12 h、18 h、24 h种子含水率差异不显著,但显著高于浸种6 h和0 h,浸种6 h种子的含水率显著高于0 h。

图1 浸种处理下3种白鹃梅种子含水率Fig.1 Seed moisture content of 3 species of Exochorda Lindl. under soaking treatment

由表4可知,15 ℃持续黑暗处理下,白鹃梅和红柄白鹃梅种子在不同浸种时间下的发芽率、发芽势和发芽指数差异不显著,萌发速度差异显著。白鹃梅浸种24 h萌发速度(7.76 d)最快,与浸种6 h(8.12 d)和18 h(8.11 d)无显著差异,但显著早于浸种12 h(8.39 d)。红柄白鹃梅浸种24 h萌发速度(6.55 d)最快,与12 h(6.91 d)无显著差异,显著早于浸种6 h(7.78 d)和18 h(7.23 d)。浸种时间对齿叶白鹃梅种子的发芽率、发芽势、发芽指数和萌发速度无显著影响,但浸种24 h的发芽率(24.44%)、发芽势(17.76%)、发芽指数(0.50)和萌发速度(7.56 d)均略优于其他浸种时间。

表4 不同浸种时间对3种白鹃梅种子萌发的影响Table 4 Effects of different soaking times on seed germination of 3 species of Exochorda Lindl.

2.5 储藏时间对3种白鹃梅种子萌发的影响

15 ℃持续黑暗处理下,白鹃梅、红柄白鹃梅种子在4 ℃干藏28 d、56 d、84 d后的发芽率、发芽势和萌发速度均差异不显著,发芽指数差异显著(表5)。白鹃梅种子在不同储藏时间下的发芽率均为100%,储藏28 d的发芽指数(2.36)显著高于储藏56 d(1.82)和84 d(1.95)。红柄白鹃梅种子储藏28 d的发芽率(100%)、发芽势(98.33%)略优于储藏56 d和84 d。储藏28 d的发芽指数(3.21)显著高于储藏56 d(2.43)和84 d(2.18)。 由表5可知,齿叶白鹃梅种子在不同储藏时间下的发芽率、发芽势、发芽指数和萌发速度均差异不显著,但储藏56 d种子的发芽率(28.89%)、发芽势(24.44%)和萌发速度(7.47 d)略优于其他储藏处理,储藏28 d的发芽指数(0.63)略高于储藏56 d(0.60)和84 d(0.51)。

表5 不同储藏时间对3种白鹃梅种子萌发的影响Table 5 Effects of storage treatment on seed germination of 3 species of Exochorda Lindl.

3 讨 论

温度是影响种子萌发的重要因素,不同植物种子萌发都有不同的温度范围和最适温度[17-18],同一种植物亦会因产地不同而最适萌发温度不同[19]。本研究中,3种白鹃梅在25 ℃时均未萌发,说明高温不利于白鹃梅属植物种子的萌发。孙宜等[13]对红柄白鹃梅种子萌发研究得出,在25 ℃下播种67 d后种子萌发,发芽率可达91.11%,而本研究以播种20 d记为试验结束,在此期间未有萌发,与此结论不矛盾。3种白鹃梅中以红柄白鹃梅种子萌发温度范围最广,其在15 ℃、20 ℃、15 ℃/5 ℃、20 ℃/10 ℃和25 ℃/15 ℃下最低发芽率可达68.89%,远远高于白鹃梅(6.67%)和齿叶白鹃梅(6.67%)。本研究得出白鹃梅、红柄白鹃梅的最适萌发温度均为15 ℃和20 ℃,与戢小梅等[11]、孙宜等[13]研究结果不一致,可能是由于地域、生长环境不同,或是试验设计不同所致。检测种子萌发活力时,不能仅看发芽率单项指标, 应进行多指标综合评价。 本研究中,白鹃梅种子在15 ℃/5 ℃、20 ℃/10 ℃下发芽率虽很高(100%,95.82%),但萌发速度慢(15.20 d, 12.50 d),发芽势(0,1.96%)和发芽指数(0.99,1.23)低(表2),因此不是其最适萌发温度。

光照对光中性种子不起作用。本研究中,3种白鹃梅在光照和黑暗条件下种子发芽率、发芽势、发芽指数均无显著差异,与戢小梅等[11],许桂芳等[12],孙宜等[13],说明白鹃梅、红柄白鹃梅和齿叶白鹃梅的种子均为光中性种子,但黑暗条件下3种白鹃梅种子发芽时间较光照略有缩短,且发芽整齐度更高。

被子植物的种子发育可分为形态分化、成熟和脱水3个阶段[20]。在成熟后期,种子开始丧失水分,进入代谢不活跃或者静止状态[21]。本研究中,在北京地区8月中旬采收时3种白鹃梅种子含水率均低于饱和含水率(表1,图1),说明此时3种白鹃梅的种子已进入了脱水阶段,不再进行贮藏物的积累,为采收的适宜时期。水分是种子萌发的必要条件,种子萌发时的含水率明显高于贮藏期间的种子含水率[22]。干藏的种子通过浸种吸收充足水分后,代谢活性增加,细胞活性被激活,进而使种子萌发。张金香等[23]研究表明,油松种子用20～30 ℃水浸泡6 h种子生命力最强,秦爱丽等[24]研究发现,崖柏种子浸泡72 h、96 h、120 h的发芽率、发芽指数均无显著差异。本研究中白鹃梅和红柄白鹃梅种子浸种6 h、12 h、18 h和24 h后的发芽率、发芽势、发芽指数均无显著差异,但萌发速度差异显著,以浸种24 h最快(表4)。浸种时间对齿叶白鹃梅种子的各项萌发指标均无显著影响,但以浸种24 h萌发最好(表4)。 虽然3种白鹃梅在浸种12 h后种子含水率即可达到饱和(图1),但适当延长浸泡时间可促使种皮软化,更利于胚根突破种皮。

种子活力与储藏环境和储藏时间关系密切,在储藏过程中种子逐渐老化、活力下降[25],研究表明,4 ℃冷藏更有利于种子的储藏[26-27]。许桂芳,王鸿升[12]研究得出,红柄白鹃梅种子在4 ℃冰箱冷藏1年后种子发芽率为75%。本研究采用4 ℃干藏方法,对储藏28 d、56 d、84 d后3种白鹃梅种子的萌发特性研究得出,不同储藏时间对白鹃梅和红柄白鹃梅种子的发芽率、发芽势和萌发速度影响不显著,但对发芽指数影响显著,储藏28 d的发芽指数显著高于储藏56 d、84 d(表5)。 不同储藏时间对齿叶白鹃梅种子发芽率、发芽势、发芽指数和萌发速度均无显著影响,但发芽指数以储藏28 d最大(表5)。3种白鹃梅种子储藏28～84 d,种子活力仍较强,发芽率高,但较长的储藏时间会使发芽指数降低,导致发芽能力变弱。

4 结 论

白鹃梅和红柄白鹃梅的最适萌发温度为15 ℃和20 ℃,齿叶白鹃梅的最适萌发温度为20 ℃。在25 ℃下,3种白鹃梅的种子均未萌发,高温不利于3种白鹃梅种子的萌发。

光照不是3种白鹃梅种子萌发的必要条件。光照和黑暗处理下,3种白鹃梅的发芽率、发芽势和发芽指数均无显著差异,但黑暗下红柄白鹃梅的萌发速度显著慢于光照。3种白鹃梅种子在黑暗条件下发芽时间较光照短,且发芽更整齐、生长势更强。

3种白鹃梅在浸种12 h时,种子含水量即可达到饱和。浸种6 h、12 h、18 h、24 h对白鹃梅和红柄白鹃梅的发芽率、发芽势、发芽指数均无显著影响,对萌发速度影响显著,以浸种24 h速度最快。浸种时间对齿叶白鹃梅的各项萌发指标无显著影响,但浸种24 h的发芽率、发芽势、发芽指数和萌发速度均略优于其他浸种时间。综合来看,3种白鹃梅种子以浸泡24 h萌发最佳。

4 ℃低温干藏28 d、56 d、84 d对白鹃梅和红柄白鹃梅的发芽率、发芽势和萌发速度影响不显著,对发芽指数影响显著,28 d的发芽指数显著高于储藏56 d、84 d。储藏时间对齿叶白鹃梅的发芽率、发芽势、发芽指数和萌发速度均无显著影响,但以储藏28 d的发芽指数最大。长时间储藏会降低种子的发芽能力和活力。