浙江楠多胚现象及其多胚苗生长发育初步研究

贺心茹，李英杰，曹祖荣，徐耀文，费永俊，杨玉洁

1.长江大学园艺园林学院，湖北 荆州 434025 2.湖北省秭归县林业局，湖北 秭归 443600

浙江楠(PhoebechekiangensisC.B.Shang)为樟科(Lauraceae)楠属大乔木，是我国著名植物分类学家向其柏教授20世纪60年代在浙江天目山、龙塘山发现的一个新物种，正式命名发表于1974年[1]。由于长期过度开发利用，浙江楠现已被国家环保总局定为渐危种，是国家二级珍稀濒危保护植物，为我国特有的珍贵用材树种，因其材质细密坚硬、不易腐朽、芳香有光泽而被誉为“四大名木”之首。浙江楠天然分布区在我国华东地区的浙江、福建、安徽和江西4省，浙江楠的垂直海拔多集中在300～700 m[2]。浙江楠主干挺直，树形优美，树冠雄伟，是楠木中材质较佳的一种，具有很高的生态、观赏和观赏价值，是很好的园林绿化树种。因其特性优良，具有较高的经济价值，人类干扰盗伐现象严重，导致现存的自然资源已接近枯竭[3]。野生浙江楠对立地条件要求相对较高，而人工培育的浙江楠生长缓慢加上种质资源的缺乏，不能满足生产研究的需求[4]。目前对于浙江楠的研究，主要集中于资源状况及其地理分布[5]、种群生态学与生物多样性[6]、种子萌发与生理化研究[7-8]和容器育苗技术[9-10]等方面。

植物在生长过程中，一般情况下，只产生一个胚囊并且只能发育成一个胚，然而有些植物种子能够产生两个或多个胚，即为多胚现象[11-12]。多胚的产生由许多因素共同控制，立地的水肥条件、气候、种子自身的条件等都能产生一定的影响[13]。对植物种子的多胚现象已经有部分报道[14-15]，但对于浙江楠的多胚现象还未见报道。多胚现象作为一种特殊的生殖表现形式，对急需育种保护的浙江楠来说具有重要价值，因此，研究浙江楠多胚现象对浙江楠的育种具有重要意义。本研究主要观察了浙江楠多胚种子的形态特征及多胚苗的生长情况，以期为浙江楠种子多胚现象影响因素的探索及浙江楠多胚苗的培育达到省种、增产、优质的效益提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概括

试验地位于湖北省荆州市长江大学西校区(30°21′18″N，112°7′44″E)，海拔23 m，属亚热带季风气候，年日照时数1 800～2 000 h，年平均气温15.9～16.6 ℃，年无霜期242～263 d，多数年份降雨量在1 100～1 300 mm之间。

1.2 试验材料

试验所用的浙江楠种子于2019年11月下旬，在长江大学西校区植物园选择个体形态(胸径、树高、树冠面积和冠高)大小基本一致的10年生浙江楠进行采种，种子经浸泡腐化去除掉外种皮，冲洗干净后用湿沙储存备用。

1.3 测定指标及计算方法

1.3.1 浙江楠种子胚的位置、大小和数量

对颗粒饱满、大小一致的350粒浙江楠种子在体式显微镜下进行解剖观察，拍照留存并观察统计胚的形态及其胚在种子中所处的位置、大小和数量，观察单胚种子和多胚种子的内部结构差异。

1.3.2 浙江楠种子多胚率

对颗粒饱满、大小一致的350粒浙江楠种子进行解剖观察，统计多胚种子数，计算多胚率：

双(三/多)胚率=[出现双(三/多)种子数/种子总数]×100%

1.3.3 浙江楠幼苗生长性状

取120粒大小一致、颗粒饱满的浙江楠种子，采用75%的乙醇浸泡10 min，再用高锰酸钾溶液浸泡30 min。将消毒后的种子播于育苗盘培养于光照培养箱内，培养条件为温度(25±2)℃，光照强度1 600 lx，光暗周期16 h/8 h，湿度75%。待浙江楠种子萌发，长出2片真叶后，将其移栽至基质为沙土、规格为上口内径20 cm、盆底内径15 cm、盆高18 cm的聚丙烯塑料营养钵中培养，随机挑选其中80株浙江楠小苗培养45 d后，测定小苗的苗高，比对多胚苗与单胚苗在生长状况上的差异，并采用全能型植物图像分析仪(万深LA-S系列，中国)对幼苗的根系进行分析。

1.4 数据处理

所有统计数据采用SPSS 24.0软件进行Waller Duncan多重比较。

2 结果与分析

2.1 浙江楠种子多胚现象观察结果

350粒浙江楠种子解剖观察其胚数的统计结果见表1。由表1可知，单胚种子数为249粒，单胚率为71.14%，多胚种子数为101粒，多胚率为28.86%。多胚种子胚数有双胚、三胚，其中双胚出现的频率为27.43%，三胚率为1.43%。

表1 浙江楠种子胚数的统计情况

2.2 浙江楠种子胚的形态与着生位置

通过对浙江楠种子进行解剖，共获得3种胚性，即单胚、双胚、三胚，其种子显微结构如图1所示。通过观察发现，浙江楠种子多胚的形态及其着生位置存在差异(见图2)，单胚种子的胚着生在种子的底部(见图2(a))，多胚种子的胚出现在种子的底部、顶部、中部和中部的两侧；双胚有紧靠在一起的，也存在分开的。依照双胚在种子内的着生位置可以将双胚种子初步分为3类：①双胚紧靠种子底部着生(见图2(b)、(c)、(f))；②双胚紧靠种子中部两侧着生(见图2(g)、(h))；③双胚一胚在种子底部，一胚在种子中部或顶部分离着生(见图2(d)、(e))。三胚种子一般分离着生，一胚位于种子底部，其他两胚着生于种子的中部。

图1 浙江楠种子解剖图Fig.1 Dissection of Phoebe chekiangensis seeds

注：(a)单胚正常胚位；(b)大胚在正常胚位，小胚位于顶部；(c)大胚位于正常胚位，小胚重叠；(d)、(e)大胚位于正常胚位，另一胚位于中部一侧；(f)双胚均位于正常胚位紧靠着；(g)、(h)两胚均位于中部两侧；(i)三胚均位于正常胚位；(j)大胚位于正常胚位，其余两胚位于中部。图2 浙江楠多胚形态与位置示意图Fig.2 Schematic diagram of the morphology and position of polyembryos of Phoebe chekiangensis

2.3 浙江楠幼苗的生长发育状况

浙江楠种子在育苗盘里培养20 d后开始发芽，生长期间可见单胚苗和双胚苗，暂无三胚苗的出现。待发芽后随机将其中80株移栽到塑料盆中培养，经过45 d的生长发育后，单胚苗普遍叶片数为6片，且长势旺盛，生长良好；多胚苗在长势、个体大小、根、茎和叶等性状各异，多胚苗多为大、小株的情况，在多胚苗中其中长势良好的1株，叶片数目与单胚苗基本一致，另外1株根茎柔弱，叶片少，发育不良(见图3)。

图3 浙江楠小苗生长状况Fig.3 Growth condition of Phoebe chekiangensis seedlings

80株浙江楠小苗中单胚苗67株，多胚苗13株。经测量，单胚苗的平均苗高7.35 cm，多胚大苗的平均苗高为6.69 cm，多胚小苗的平均苗高为4.58 cm。如表2所示，单胚苗的平均苗高和多胚大苗差异较小，且均显著高于多胚小苗。

表2 浙江楠幼苗苗高统计分析

2.4 浙江楠幼苗的根系分析

该研究采用全能型植物图像分析仪对根系进行分析，得到小苗根系的平均根长、平均表面积、平均体积、平均直径、节点数等一系列数据(见表3)。由表3可知67株单胚苗的平均根长4.853 3 cm，平均直径0.270 7 mm，平均表面积0.474 0 cm2，平均体积0.010 0 cm3，均大于多胚苗，其中单胚苗和多胚大苗的平均根长上与多胚小苗存在显著差异(多胚大苗平均根长4.690 5 cm、多胚小苗平均根长3.471 9 cm)(P<0.05)，单胚苗在平均体积上与多胚苗存在显著差异(多胚大苗平均根系体积0.007 6 cm3、多胚小苗平均根系体积0.006 5 cm3)(P<0.05)。但多胚苗的根系节点多、根尖数多(多胚大苗节点数为94.57、多胚小苗根尖数为84.75、多胚小苗节点数为89.73、多胚小苗的根尖数为80.50)。在多胚苗中，多胚大苗与多胚小苗相比根系长度长，节点多，根尖数多。浙江楠幼苗在节点数和根尖数上呈现出多胚大苗>多胚小苗>单胚苗的趋势。

表3 浙江楠幼苗根系参数分析

3 讨论与结论

通过对浙江楠多胚现象的研究得出，浙江楠中存在多胚现象，在所测种子暂未发现四胚及其以上胚型，浙江楠种子中单胚率为71.14%，多胚率为28.86%，单胚率明显高于多胚率，其中双胚率高于三胚率，这与余道平等[16]对四川峨眉山桢楠(Phoebezhennan)、黄宇[17]对福建万木林自然保护区闽楠(Phoebebournei)的多胚现象研究的结论一致，单胚种子在楠木种子中占主导地位。单胚种子的胚比多胚种子的胚大，且多胚种子的胚中只有一个较大。浙江楠单胚种子与多胚种子的胚着生位置也存在差异，单胚种子的胚一般着生在种子的底部，多胚种子的胚有可能出现在种子的底部、顶部、中部和中部的两侧。双胚种子的胚有紧靠在一起的，也存在分开的情况。总体来看，本研究中浙江楠单胚苗生长发育状况优于多胚苗，浙江楠幼苗中单胚苗在生长方面占优势，单胚苗的生长状况较多胚苗好，单胚苗和多胚大苗与多胚小苗苗高上存在显著差异(P<0.05)。根系分析数据表明，单胚苗的根系比多胚苗的根系健壮，这与宋光满[15]的研究结果一致，单胚苗和多胚大苗与多胚小苗在根长上存在显著差异(P<0.05)，单胚苗在体积上与多胚苗存在显著差异(P<0.05)。

在对浙江楠多胚幼苗观察中发现，同一多胚种子的幼苗存在竞争关系，导致多胚苗的根系生成更多的侧根，因此浙江楠幼苗在节点数和根尖数上呈现出多胚大苗>多胚小苗>单胚苗的趋势。但因营养不足的问题导致多胚苗生长发育状况不如单胚苗，这一现象在多胚小苗中更加明显。该现象与谭飞等[18]通过不同施肥水平对桢楠多胚苗生长的影响研究得出中度施肥水平能较快缩小双胚大苗与单胚苗生长指标间的差距，对双胚小苗生长也有一定的促进作用的结论，彼此相互印证。张群英[19]关于密度和施肥对楠木播种生长的影响探究，发现不同播种密度和苗期追肥对楠木苗的苗高有极显著的影响，表明施肥是提高苗木质量的有效措施，在未来的育苗工作中应增加多胚苗的养分供给，以减少单胚苗和多胚苗之间的生长发育差距。李冬林等[20]研究了光照对于浙江楠幼苗生长的影响，王旭艳[21]研究了不同基质、肥料及控根技术对浙江楠容器苗快速成型的影响等，也可供浙江楠育苗工作参考。

就目前来说，关于浙江楠种子多胚的形成是否为无融合生殖现象、遗传基因和环境因素是否影响浙江楠种子的多胚率和如何促进浙江楠多胚种子幼苗的生长等均需要进一步研究。由于盗伐等原因的影响，浙江楠天然资源和生态环境遭受了严重的破坏，浙江楠种质资源越来越脆弱[22]，因而研究浙江楠多胚现象对浙江楠的育种和育苗工作有着极其重要的意义。