不同处理对小果紫薇种子萌发特性的影响

Effect of Different Treatments on Seed Germination Characteristics of Lagerstroemia minuticarpa

摘要

为研究小果紫薇种子萌发特性，设计了浸种时间、培养温度、贮藏时间3种处理，探讨不同处理对小果紫薇种子发芽能力的影响，以期为小果紫薇种质资源保存提供参考价值。结果表明：（1）不同浸种时间下小果紫薇种子的发芽率、发芽指数均具有显著性差异（P < 0.05），发芽率、发芽势、发芽指数顺序由高到低依次为：24 h > 48 h > 0 h。浸种时间为24 h时，种子的发芽率可以达到50.67%。（2）不同培养温度下小果紫薇种子的发芽率、发芽指数均具有显著性差异（P < 0.05），种子萌发受温度影响显著，发芽率顺序由高到低依次为：25 ℃ > 15 ℃ > 25/15 ℃。在25 ℃下，小果紫薇种子发芽速度最高，为50.67%。（3）贮藏时间对小果紫薇种子发芽具有显著影响。整体来看，发芽率、发芽势、发芽指数按大小顺序均表现为：当a种 > 1 a种 > 2 a种。在25 ℃发芽温度、浸种24 h条件下，当a种、1 a种发芽率、发芽势、发芽指数显著高于2 a种（P < 0.05），并且差异达到极显著水平（P < 0.01）。后期综合考虑浸种时间、培养温度、贮藏时间对小果紫薇种子发芽的影响，以期为小果紫薇种质资源保存提供参考价值。

Abstract

To investigate the seed germination characteristics of Lagerstroemia minuticarpa, three treatments were designed: seed soaking duration, culture temperature, and storage duration. The study examined the effects of these treatments on seed germination capacity, aiming to provide reference value for the conservation of Lagerstroemia minuticarpa germplasm resources. The results showed: (1) The germination percentage and germination index of Lagerstroemia minuticarpa seeds at different soaking times were significantly different(P < 0.05), Germination percentage, germination potential, and germination index in descending order: 24 h > 48 h > 0 h. The germination of the seeds could reach 50.67% when the soaking time was 24 h. (2) The germination rate and germination index of Lagerstroemia minuticarpa seeds at different incubation temperatures were significantly different(P < 0.05), and seed germination was significantly affected by temperature. At 25 ℃, the highest germination rate of Lagerstroemia minuticarpa seeds was 50.67%. The order of germination rates, from the highest to the lowest was: 25 ℃ > 15 ℃ > 25/15 ℃. (3) Storage time had a significant effect on germination of Lagerstroemia minuticarpa seeds. Overall, the germination rate, germination potential, germination index in the order of size were shown as: the current year seed > 1 year seed > 2 years old seed. Under the conditions of 25 ℃ germination temperature and 24 h immersion, the germination rate, germination potential and germination index of the current year's seed and 1 year seed were significantly higher than those of the 2 years old seed(P < 0.05), and the difference reached a highly significant level(P < 0.01).

Graphical abstract

关键词

萌发特性 / 小果紫薇 / 不同处理

Key words

Germination characteristics / Lagerstroemia minuticarpa / Different treatments

种子是植物遗传信息的存储器，更是植物生产的物质基础^[1]。种子萌发是植物生活史中重要的环节之一，更是植物生长进程中一个复杂的生理和形态过程，受到温度、光照、水分等一系列环境因子的影响，研究植物种子发芽特性，是促进植物高产、稳产和资源保护的有效手段^[2]。

小果紫薇（Lagerstroemia minuticarpa）为千屈菜科（Lythraceae）紫薇属（Lagerstroemia）落叶乔木^[3]，是国家重点二级保护植物，在中国主要分布于南部、西部区域，在西藏主要分布于墨脱县内，生长在海拔为600 ~ 1 200 m的常绿、落叶阔叶林区。小果紫薇树高达40 m，树干光滑，树皮呈灰色，花鲜艳量多，树姿优美，具有极高的景观价值，可作为西藏部分城市绿化的重要乡土树种之一^[4]。近年来，关于小果紫薇的研究主要集中在种群结构、种质资源及种群生态学方面^[5-9]，而关于小果紫薇种子萌发特性的研究相对匮乏。为进一步揭示小果紫薇种群种子的生活能力和萌发动态变化趋势，本研究主要以西藏墨脱县内采集的小果紫薇成熟种子为研究对象，通过不同贮藏时间、浸种时间和温度等处理，研究小果紫薇种子萌发特性，以期为珍稀野生植物种质资源扩繁保存提供基础数据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料来源

小果紫薇种子来源于西藏墨脱县内，分别于2021年12月（2 a种）、2022年12月（1 a种）、2023年12月（当a种）采集，带回实验室阴干后脱粒，并保存在4 ℃的种子贮藏柜中，于2024年3月开始试验。

1.2 试验方法

以贮藏2 a、1 a、当年的小果紫薇种子为试验材料，于2024年3月初，在西藏林科院实验室开始试验，设定培养箱光照强度为3 000 1x，光照时间为12 h/d，设定浸种时间为0 h、24 h和48 h三个处理，培养温度设定15 ℃、25 ℃和25/15（昼·12 h/夜·12 h）℃ 三个处理，每个处理3次重复，每次重复100粒种子。

试验前，种子先用0.3%的KMnO₄溶液浸泡20 min进行消毒，后用无菌水冲洗干净，再将种子均匀摆放在垫有3层滤纸的发芽盒（9 × 9 cm）置于人工气候箱中进行发芽试验。发芽过程中需加水保持发芽盒滤纸湿润，不能浸泡种子，每天固定时间观测1次，记录小果紫薇发芽数（发芽标准以种子露白为准），并将已发芽的种子移出发芽盒栽植于花盆中留存，连续观察5 d，每个处理无种子萌发，结束发芽试验。并计算种子发芽率、发芽势和发芽指数，计算公式如下^[10]：

\mathrm{发芽}\mathrm{率}/\mathrm{\%}=(\mathrm{正常}\mathrm{发芽}\mathrm{的粒}\mathrm{数}/\mathrm{供试}\mathrm{种子}\mathrm{总粒}\mathrm{数})\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（1）

\mathrm{发芽}\mathrm{率}/\mathrm{\%}=(\mathrm{达到}\mathrm{高峰}\mathrm{时正}\mathrm{常发}\mathrm{芽种}\mathrm{子粒}\mathrm{数}/\mathrm{供试}\mathrm{种子}\mathrm{总粒}\mathrm{数})\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（2）

\mathrm{发芽}\mathrm{指数}=\sum (Gt/Dt)（3）

式中，Gt为不同发芽时间（t）的发芽率，Dt为不同处理发芽试验时间（d）。

1.3 指标测定

1.3.1 种子千粒重测定

采用百粒法测定小果紫薇千粒重，用0.0 001 g的电子分析天平，随机选取外观饱满且无虫害的2 a种、1 a种、当年种子各100粒，设3次重复，取平均值，并计算千粒重。

1.3.2 种子吸水率测定及拟合模型

（1）种子吸水率

随机选取2 a种、1 a种、当a种小果紫薇无病虫害健康的完整种子各100粒，设置3次重复，浸没于（9 × 9 cm）装有无菌水的发芽盒内，每1 h取出，并用滤纸吸干种子表面水分，测定1次种子重量，直至恒重，停止试验，计算种子不同时间的吸水率。

\mathrm{吸水}\mathrm{率}=\frac{\mathrm{种子}\mathrm{吸水}\mathrm{后重}\mathrm{量}-\mathrm{种子}\mathrm{初始}\mathrm{重量}}{\mathrm{种子}\mathrm{初始}\mathrm{重量}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（4）

（2）拟合模型^[11]

运用指数模型、直线方程、Logistic模型和S曲线模型等5种模型方程拟合小果紫薇吸水率曲线，拟合模型如下：

A. 指数模型：y=a{e}^{bx}

B. 一元线性模型：y=a+bx

C. 二元多项式模型：y=a{x}^{\mathrm{2}}+bx+c

C. Logistic 模型：y=\frac{k}{\mathrm{1}+a{e}^{-bx}}

D. S曲线模型：y=e^{-(a+bx)}

上式中，a、b、c为常数，k为测定环境条件下吸水率极限值，y为吸水率，x为浸种时间。

1.4 数据统计与分析

用Excel进行数据整理，SPSS 26.0软件单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同贮藏时间对种子千粒重的影响

种子千粒重体现了种子的大小与饱满程度，是检验种子质量的一项重要指标^[12]。2 a种、1 a种、当a种小果紫薇种子千粒重见图1，由图中可看出，3种种子千粒重之间无显著差异（P < 0.05），3种种子千粒重大小顺序依次为：2 a种（0.5107 g） > 当a种（0.5067 g） > 1 a种（0.4 977 g）。

2.2 不同贮藏时间对种子吸水率的影响

不同贮藏时间下小果紫薇种子吸水曲线见图2，由图2表明，不同浸种时间对小果紫薇种子吸水进程有较大影响。2 a种、1 a种、当年种小果紫薇种子吸水曲线相似，均随时间的增加呈上升趋势，近似“S”型变化，总体可分为3个阶段，第一阶段（1 ~ 3 h）：随着浸种时间延长先缓慢升高，为缓慢吸水状态；第二阶段（3 ~ 8 h）：随着浸种时间延长呈快速上升趋势，为快速吸水状态；第三阶段（8 ~ 12 h）：随着浸种时间延长吸水率保持不变，为饱和吸水状态。由图2可看出，0 ~ 8 h吸水率曲线由高到低顺序为：当a种 > 1 a种 > 2 a种；8 ~ 12 h由高到低顺序为1 a种 > 当 a种 > 2 a种。1年种在8 h以后吸水率高于当a种，可能是由于当年种子自身存在水分的影响。

种子萌发初始阶段为水分吸收，为了解小果紫薇种子的浸泡时间与吸水率之间的关系，运用指数模型、一元线性、二元多项式模型、Logistic模型、S曲线等5个方程对不同贮藏时间下小果紫薇种子吸水率曲线进行拟合分析，结果见表1。由表1看出，小果紫薇种子浸种时间与吸水率进行不同的模型拟合时，二元多项式线性模型和Logistic模型达到极显著水平，其中Logistic模型拟合系数最大（当a种R² = 0.9 678；1 a种R² = 0.9 157；2 a种R² = 0.9 310），指数模型拟合系数最小（当a种R² = 0.6 967；1 a种R² = 0.8 909；2 a种R² = 0.9 052），说明Logistic模型拟合效果最好，拟合方程分别为：当a种y = 0.6 034/（1 + 1.5 569 e^-0.4852x ）；1 a种y = 0.8 037/（1 + 1.6 738 e^-0.1703x ）；2 a种y = 0.6 801/（1 + 2.5 927 e^-0.1915x ）。

2.3 不同浸种时间对小果紫薇种子发芽的影响

不同浸种时间下小果紫薇种子发芽指标见表2，由表2表明，不同浸种时间处理下小果紫薇种子发芽率、发芽势、发芽指数表现一致，大小顺序依次为：24 h > 48 h > 0 h。浸种0 h与24 h处理下小果紫薇种子发芽率之间存在极显著差异（P < 0.01），0 h与48 h处理下小果紫薇种子发芽率之间存在显著差异（P < 0.05），当浸种时间为24 h时，小果紫薇种子发芽率最大，为50.67%，分别高于浸种0 h和48 h的5.00%、1.67%。浸种0 h与48 h处理下小果紫薇种子发芽势之间存在显著差异（P < 0.05），各处理之间不存在极显著差异（P < 0.01）。浸种0 h与24 h、48 h处理下均存在极显著差异（P < 0.01），当浸种时间为24 h时，小果紫薇种子发芽指数最大，为4.48%，分别高于0 h和48 h的1.36%、0.27%。

2.4 不同培养温度对小果紫薇种子发芽的影响

不同培养温度下小果紫薇种子发芽指标见表3，由表3表明，不同培养温度下发芽率顺序由高到低依次为：25 ℃ > 15 ℃ > 25/15 ℃。发芽势、发芽指数表现一致，依次为：25 ℃ > 25/15 ℃ > 15 ℃。25 ℃与25/15 ℃的培养条件下种子发芽率存在显著差异（P < 0.05），在25 ℃培养温度下，发芽率最高，为50.67%，比15 ℃和25/15 ℃分别高3.00%、5.00%；不同培养温度下种子发芽势之间无显著差异；不同培养温度下种子发芽指数之间均存在显著性差异（P < 0.05），培养温度25 ℃均与15 ℃、25/15 ℃存在极显著差异（P < 0.01），当培养温度为25 ℃时，种子发芽指数最高，为4.48%，比15 ℃和25/15 ℃分别高1.36%、0.77%。

2.5 不同贮藏时间对小果紫薇种子发芽的影响

由表4可以看出，不同贮藏时间对小果紫薇种子发芽具有显著影响。整体来看，发芽率、发芽势、发芽指数按大小顺序均表现为：当年种 > 1 a种 > 2 a种。在25 ℃发芽温度、浸种24 h条件下，当a种、1 a种发芽率、发芽势、发芽指数显著高于2 a种（P < 0.05），并且差异达到极显著水平（P < 0.01）；当a种发芽率最高，为50.67%，比1 a种和2 a种分别高2.34%、12.34%；当a种发芽势为25.67%，比1 a种和2 a种分别高1.67%、7.67%；当a种发芽指数为4.48%，比1 a种和2 a种分别高0.32%、1.92%。

2.6 相关性分析

小果紫薇种子不同处理与发芽指标相关分析见表5，由表5表明，发芽率、发芽指数、发芽势与贮藏时间呈极显著负相关（P < 0.01）；发芽指数与浸种时间之间呈极显著正相关（P < 0.01），与培养温度之间呈显著正相关（P < 0.05）。

2.7 不同处理对小果紫薇种子各指标间的方差分析

对不同处理与发芽指标进行方差分析，结果显示（见表6），贮藏时间、培养温度、浸种时间、培养温度 + 浸种时间对小果紫薇种子发芽率存在极显著影响（P < 0.01）；贮藏时间、培养温度、贮藏时间 + 培养温度对小果紫薇种子发芽势存在极显著影响（P < 0.01），贮藏时间、培养温度、浸种时间、贮藏时间 + 培养温度、贮藏时间 + 浸种时间、培养温度 + 浸种时间、贮藏时间 + 培养温度 + 浸种时间均对发芽指数有极显著影响。

3 结论与讨论

种子是植物重要的有性传播单位，对延续物种起着重要作用^[13]。种子千粒重体现了种子的饱满程度和成熟度^[14]。本研究中，不同贮藏时间的小果紫薇种子千粒重无显著差异，当a种、1 a种、2 a种千粒重处于0.49 ~ 0.51 g之间，属于小型种子^[15]。种子的吸水过程是种子与外界环境相适应的结果，了解种子吸水过程可以更深刻和全面地了解种子萌发特性^[16]。不同贮藏时间下小果紫薇种子吸水率呈现出慢 - 快 - 不变的“S”型增长趋势，与Logistic方程的拟合度较高。本研究表明，小果紫薇种子当a种吸水力大于1 a种与2 a种，为快速吸水生理特性。

浸种是促进种子发芽的有效方法之一，在较短时间内能够改善种子的吸水率，增加透气性，增强种子的抗氧化酶活性，提高水解酶的活性，催化种子内贮藏物质分解，从而促进种子萌发^[17,18]。本研究中，浸种0 h、24 h、48 h处理均能够显著提高小果紫薇种子的发芽率，但是浸种24 h处理对小果紫薇种子萌发效果最好，这与刘世晗等^[19]对大花紫薇研究结果相同。

温度是一个非常重要的环境因子，种子通过感知高温、低温或变温来判断季节的变化及微环境的差异，选择合适的时机开始植物的生活史。适当的培养温度能够使种皮软化并促进种子萌发，提高萌发率^[10,20]。根据本次试验结果，较为适宜培养小果紫薇种子萌发为25 ℃培养温度。本次试验结果与许鸿源等^[21]、刘世晗等^[19]提出的大花紫薇最佳培养温度25 ℃ ~ 30 ℃之间研究结果相似。

随着贮藏时间的延长，种子生活力逐渐丧失，其发芽势和发芽率也开始下降^[22]。研究表明，种子含水量与贮藏时间是种子生活力保持的关键。本研究结果显示，贮藏时间对小果紫薇种子发芽具有显著影响，2 a种发芽率为38.33%，比当a种发芽率50.67%低12.34%。贮藏时间过长不利于保存种子活力，超过2年以上的种子不适宜作为繁殖材料。通过相关性分析表明，小果紫薇种子发芽指标与贮藏时间均呈极显著负相关，说明贮藏时间能够显著影响种子活力，是种子保存的关键因素。

通过方差分析表明，贮藏时间、培养温度、浸种时间等单个变量处理均对小果紫薇种子发芽指标有显著影响，但是多变量组合不一定对小果紫薇种子发芽有影响，后续小果紫薇种子扩繁应考虑以上单变量处理。

种子萌发受贮藏时间、温度、水分等多种环境因子的影响，可能会随着休眠释放而发生改变，有待今后进一步研究。本研究对不同处理对小果紫薇种子萌发进行初步探索，对珍稀野生植物小果紫薇种质资源扩繁保存、利用具有积极指导意义。

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基金资助

西藏自治区重点研发计划(XZ202301ZY0012G)

西藏自治区科技重大专项(XZ202201ZD0005G04)

中央预算内投资项目（西藏高寒地区乡土树种林木种质资源库建设项目）

西藏高原生物多样性保育与植被恢复实验室建设(XZ202001YD0012C)

西藏珍稀濒危野生动植物保护补助资金项目