灵宝杜鹃种子特性及赤霉素对其萌发的影响

于相丽,韩军旺,周晓君

(1.洛阳师范学院 生命科学学院,河南 洛阳 471934; 2.河南小秦岭国家级自然保护区管理中心,河南 三门峡 472500)

杜鹃花是杜鹃花科杜鹃属植物(RhododendronL.)的总称,分布遍及亚洲、北美洲、欧洲和大洋洲,其中亚洲为集中分布区.杜鹃花是我国传统十大名花之一,素有“花中西施”的美誉[1],又有木本花卉之王的称号[2].我国杜鹃花野生资源丰富,约有757种[3].虽然我国杜鹃花资源多样,但是部分居群以及现存量较少、未受关注的野生种,由于生存环境受限、人类活动干扰等原因,已经灭绝或濒临灭绝[4].

灵宝杜鹃(Rhododendronhenanensesubsp.lingbaoenseFang)隶属常绿杜鹃亚属、弯果杜鹃亚组[5],仅分布于豫陕交界的河南小秦岭国家级自然保护区(海拔2 000 m),属国家第一批珍稀濒危保护植物[6].它不仅是观赏性植物,其花和枝叶也有很好的药用价值,更有作为特有种而具备的种质资源库的科研价值和自然遗产价值[7-8].灵宝杜鹃种子发芽所需时间较长,发芽整齐度不够,天然更新性较差,并且随着目前生态环境恶化,种群规模也在逐渐缩小.因此,进一步加强对灵宝杜鹃的研究与保护已经变得必要而迫切.许多学者对影响杜鹃种子萌发的因素,包括温度[9-12]、化学处理[13-17]、浸种[15,18]、组织培养[19-20]等进行了大量研究,但对于灵宝杜鹃种子相关方面的研究未见报道.

赤霉素(GA3)普遍存在于植物体内,是一类重要的植物激素,能够促进种子萌发,在种子发芽过程中起着举足轻重的作用[21].在种子萌发过程中,蛋白质分解形成游离氨基酸,而GA3浸种能加快可溶性蛋白质降解为其他营养物质,从而增强种子活力[22-23].黄承玲等的研究结果表明,一定浓度GA3浸种提高了抗氧化酶活性,加快了可溶性蛋白质降解,同时减轻了种子的膜脂过氧化程度,从而促进种子萌发[23].刘林等的研究也表明,GA3能提高种子发芽率,发芽启动时间提前[24].另外,研究植物种子形态具有重要意义,可为植物的分类群区分提供参考依据[25-27].本试验研究了灵宝杜鹃种子的形态特征、吸水性及GA3浸种、灭菌对种子发芽的影响,以期提高种子发芽率,为灵宝杜鹃的驯化栽培与开发利用提供参考.

1 材料与方法

1.1 材料

灵宝杜鹃果实均于2021年12月采自三门峡灵宝的河南省小秦岭国家级自然保护区.果实自然晾干后抖落种子,实验室常温保存备用.

1.2 方法

1.2.1 灵宝杜鹃种子外部形态特征和种子吸水性

选取发育良好的种子50粒,体视显微镜下测其长宽,并在体视显微镜和扫描电镜下观察其形态,拍照.百粒法测量其千粒重,设5次重复试验,每次随机选取100粒种子称重,取其平均值.

随机选取7组(每组100粒)灵宝杜鹃种子,称百粒重.而后浸泡于室温蒸馏水中,分别浸泡2 h、4 h、8 h、10 h、14 h、18 h和22 h,然后用滤纸吸干种子表面水分后测量种子百粒重,减去原重后即为吸水量.吸水性试验每个处理均设5个重复,取其平均值.

1.2.2 灵宝杜鹃种子处理

(1) GA3浸种时间试验:用500 mg/L的GA3溶液于室温下分别浸种0 h(CK)、1 h、3 h、5 h、7 h,浸种结束后将种子置于双层滤纸的培养瓶中进行发芽试验.

(2) GA3浸种浓度试验:试验共设置0 mg/L(CK)、100 mg/L、300 mg/L、500 mg/L、700 mg/L、1 000 mg/L六个不同质量浓度的GA3溶液,室温下浸种5 h.浸种结束后将种子置于双层滤纸的培养瓶中进行发芽试验.

浸种处理后,在培养室中进行光照培养,培养条件:(25±2)℃,2 000 lx,14 h/d.20 d后统计发芽率.以上试验每个处理100粒种子,每个处理重复3次.试验期间,持续保持培养瓶中滤纸湿润清洁.发芽期间如培养瓶内出现发霉的种子时,及时挑出清洗[28].每天定时观察,记录灵宝杜鹃种子的发芽数.

1.2.3 灭菌处理

选取粒大饱满的种子作为材料,流水冲洗2 h,然后于超净工作台上用75%乙醇浸泡消毒30 s后进行种子灭菌试验.共设计8个灭菌处理:① 0.15% HgCl2灭菌3 min; ② 0.15% HgCl2灭菌5 min; ③ 0.15% HgCl2灭菌8 min; ④ 8% NaClO灭菌5 min; ⑤ 8% NaClO灭菌8 min; ⑥ 8% NaClO灭菌10 min; ⑦ 灭菌前用GA3处理3 h,8% NaClO灭菌5 min; ⑧ 8% NaClO灭菌5 min,灭菌后用无菌水冲洗3遍,然后用500 mg/L GA3处理3 h.所有处理均在灭菌后(包括⑧GA3浸泡处理后)用无菌水冲洗3遍.

将灭菌后的种子随机接种到MS培养基中,培养条件:温度(25±2)℃,光照度2 000 lx,14 h/d.每个处理50粒种子,重复10次(每瓶50粒种子,接种10瓶).观察期40 d,记录种子的发芽变化.

发芽率(%)=(规定时间内种子发芽数/供试种子数)×100%;

发芽势(%)=(最高单日发芽数/供试种子数)×100%;

发芽指数=Σ(Gt/Dt),Gt为浸种后t日内的发芽数,Dt为发芽天数.

本试验所有数据采用Excel 2021和SPSS13.0软件进行数据和图表的统计处理和分析.

2 结果与分析

2.1 灵宝杜鹃种子特性

2.1.1 灵宝杜鹃种子形态特征

图1为灵宝杜鹃种子的体视镜和电镜照片.由体视镜照片可知,干燥种子种皮呈褐色、锥状,一端膜翅呈鸡冠状,另一端稍尖,有扁平尾状附属物.整个种子表面具有较浅的条纹,多呈平行状,末端弯曲汇合在一起.经测量,灵宝杜鹃种子长度为(2.76±0.20) mm,宽度为(1.02±0.13) mm.电子显微镜下观察条纹更为明显.种子千粒重为(0.31±0.06) g,属于小型种子.

图1 灵宝杜鹃种子形态

2.1.2 灵宝杜鹃种子吸水性

种子吸水性试验结果如图2所示.0～2 h期间灵宝杜鹃种子吸水速率最快,吸水量增加最多,蒸馏水浸泡4 h后吸水量占总吸水量的76.1%.随着时间的增加,吸水速率明显减缓,18 h吸水量基本达到饱和.结果表明,种子吸水量的变化与种子吸水规律相吻合.总吸水量占种子原重的40%以上,说明种皮不影响种子萌发[29].

图2 灵宝杜鹃种子吸水量变化图

2.2 GA3浸泡时间对灵宝杜鹃种子发芽的影响

从表1可以看出,用GA3浸种对灵宝杜鹃种子的发芽率有显著影响.GA3浸种后,灵宝杜鹃种子的发芽率都明显比对照组(CK)高,5 h时发芽率最高,为89.33%.可见,GA3浸种处理对灵宝杜鹃种子发芽起明显的促进作用(P<0.05),但浸种时间长短对发芽率作用效果不明显.试验结果表明,经过浸种处理也提高了发芽的整齐度.发芽势和发芽指数增高,说明GA3提高了种子的发芽率和整齐度,GA3浸种提高了种子的活力.

表1 GA3浸种时间对种子发芽的影响结果

2.3 GA3浓度对灵宝杜鹃种子发芽的影响

由表2可以看出,随着GA3浓度的增大,灵宝杜鹃种子的发芽率先增高后降低.所有浓度处理与对照组(CK)相比发芽率都显著提高(P<0.05),其发芽率分别增加了45.2%、63.7%、75.3%、84.2%、65.1%.其中以700 mg/L的作用最显著,发芽率为89.67%.和对照组相比,GA3可以让种子提前3 d发芽,可见GA3对于灵宝杜鹃种子发芽有着极好的促进作用.

表2 GA3浓度对种子发芽的影响结果

2.4 灭菌处理对灵宝杜鹃种子发芽的影响

由表3可以看出,灭菌剂对灵宝杜鹃种子的伤害非常大,尤其是HgCl2伤害最大.经过HgCl2处理后,部分培养瓶出现污染现象,种子没有发芽.经过NaClO处理后,没有出现污染现象,其中④～⑥处理发芽率极低; ⑦处理,即先GA3浸泡再灭菌,有一定发芽率,但是发芽率较低.观察发现,④～⑦处理的发芽启动时间都在30 d以后,平均发芽时间33 d; ⑧采用先灭菌后用GA3处理,发芽率显著提高(P<0.01),达到87.33%,平均发芽时间远早于前7个处理,发芽势为13.67±0.32,显著高于④～⑦处理的结果.因而,NaClO灭菌后再进行GA3浸泡,有利于灵宝杜鹃种子的发芽.

表3 灭菌处理对灵宝杜鹃种子发芽的影响结果

3 结论

灵宝杜鹃种子呈锥状,为小型种子.浸泡4 h后吸水量占总吸水量的76.1%,说明种皮不影响种子萌发.灵宝杜鹃种子形态可为其在杜鹃花属亚组中的分类群区分提供参考依据.

浸种试验表明,GA3处理灵宝杜鹃种子,可以提高灵宝杜鹃种子发芽率、发芽势,说明GA3浸种处理提高了种子的发芽速率和整齐度.发芽指数提高说明GA3浸种提高了种子活力.这和用GA3处理金背杜鹃[30]、毛锦杜鹃[31]、秀雅杜鹃[32]等种子的研究结果一致.GA3处理后的发芽率和发芽势与浸泡时间长短关系不大,这和马英等的研究结果相同[33].

灭菌剂对灵宝杜鹃种子的损伤大,尤其是HgCl2.但采取先用NaClO灭菌后用GA3处理,发芽率反而显著提高.刘广超等[34]对10种杜鹃属种子的灭菌发芽试验表明,用0.1%升汞或70%乙醇+0.1%升汞灭菌会抑制多种杜鹃属植物种子的萌发,这和我们的试验结果一致.但他们认为,用1% NaClO和70%乙醇+1% NaClO灭菌能提高多数杜鹃属植物种子的发芽率和发芽势.而我们的灭菌试验表明,直接对灵宝杜鹃种子进行灭菌,种子发芽率降低或不发芽.灭菌后再经GA3溶液浸泡,发芽率则显著提升,这和大部分种子灭菌发芽实验结果不相同.