貯藏時間對細柱西番蓮種子萌發特性及幼苗特征的影響

馮紅玉,徐 麗,陳 媚,高 玲

[中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所/農業農村部植物新品種測試(儋州)分中心,海南儋州,571737]

細柱西番蓮PassiflorasuberosaLinnaeus,別名三角葉西番蓮,是西番蓮科(Passifloraceae)西番蓮屬多年生常綠藤本植物,原產于南美北部[1]。自然界中細柱西番蓮葉片上下表面光滑無毛,葉片3裂形成3個角,故得名“三角葉西番蓮”;細柱西番蓮沒有花瓣,花萼5片,副花冠絲狀,外輪反卷,雄蕊5枚,花柱3叉,細長,柱頭頭狀,全花主色黃綠色;果實為橢圓形黑紫色漿果[2]。其果實可食用,葉形、花形美觀,株形觀賞性強,生長速度快,成景時間短,養護成本低,是吊籃盆栽、庭院綠化等的較佳選擇。此外,細柱西番蓮作為中藥材料可全草入藥,有袪風除濕活血止痛的功效[2]。在斯里蘭卡細柱西番蓮被用于治療糖尿病等疾病,該國開展了使用細柱西番蓮提取成分治療小鼠糖尿病的相關研究[3-4]?？梢?細柱西番蓮是具有食用、觀賞、藥用價值的特色作物。

對西番蓮屬種子萌發特性的研究,多見于主栽西番蓮品種,如黃果西番蓮,“臺農一號”“紫玉一號”“紫香一號”“滿天星”等紫果西番蓮。影響西番蓮種子萌發的因素較多。西番蓮自身條件會影響其種子萌發,生理成熟期的西番蓮種子發芽率高于近商品成熟期的種子[5];西番蓮果肉和果汁對其種子萌發有一定的抑制作用[6];種子清洗后陰干處理再播種比直接播種發芽率高[7]。不同貯存條件對西番蓮種子萌發影響不同,沙埋后播種和冷藏處理后播種相較于直接播種,萌發率沒有明顯差異[6];而貯藏半年以上,其發芽率則會大幅度下降,貯藏超過1年,則發芽率接近于零[8];也有研究發現,4 ℃、相對濕度60%是西番蓮種子貯藏較理想的條件[9-10]。播種前不同處理方法對西番蓮種子萌發作用也不同,在不剝、只裂不剝、半剝和全剝4種剝殼方式中,全剝殼種子萌發率最高[11]。在不浸泡、自來水浸泡、60 ℃熱水浸泡3種處理方式中,60 ℃熱水浸泡可有效促進種子萌發[12]。另外,不同植物生長調節劑處理對西番蓮種子萌發作用也不一致。100 mg/L GA3處理可明顯提高紫果西番蓮“臺農1號”種子萌發率,其中以處理12 h效果最佳[11];5 g/L GA3浸泡黃果西番蓮種子可使其萌發率最高[13];400 mg/L是GA3促進紫香西番蓮種子萌發的較適宜濃度[14];10 mg /L 6-BA 亦可利于“紫玉一號”西番蓮種子萌發[6]。200 mg/L KNO3對西番蓮種子萌發具有促進作用[12],而Ca(NO3)2對西番蓮種子萌發具有抑制作用[13]。播種后的溫度條件,基質配比等影響西番蓮種子的出苗情況。研究表明,西番蓮種子的最適萌發溫度是30～35 ℃[7,15];20～30 ℃條件下播種15 d后可以出苗,但出苗率較低[6]。采用腐殖土∶紅土∶珍珠巖為3∶3∶1的配方作為滿天星西番蓮的育苗基質,可獲得較高的出苗率和成苗率[16]。

我國早在1977年就記錄了細柱西番蓮為歸化種的發現[17],未見后續相關研究報道,該資源至今未得到充分地開發利用。繁殖材料是對該資源進行深入研究與開發的基礎,細柱西番蓮可通過種子與扦插兩種方式繁殖,而種子繁殖是種質創制、優異性狀利用等研究的重要環節。種子活性是其能否萌發成幼苗的前提,而幼苗健壯程度往往影響植株整個生長發育過程。目前西番蓮種子萌發特性的研究雖較多,但大多與細柱西番蓮非同一種屬,其研究方法不一定適合直接借鑒和參考。因此,本文擬通過動態監測試驗,了解細柱西番蓮種子壽命、萌發條件、活性變化等特性以及幼苗生長狀況,掌握其最佳保存條件與播種時間,為該資源的挖掘利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

2021年9月至2022年2月,細柱西番蓮種子取自中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所西番蓮種質資源圃,該資源圃位于海南省儋州市那大鎮寶島新村,種子自然晾干后常溫貯藏。

1.2 方法

分別選取常溫貯藏1個月、2個月、4個月和5個月的種子試驗,2022年3月2—3日常溫浸種1 d,3月3日播種于裝有培養基的穴盤中,每穴播種1粒,每個處理30粒,重復3次,共90粒。觀察種子發芽情況,記錄種子發芽時間和活力,幼苗長至兩葉一心期(幼苗初期)時測量幼苗相關生長指標。發芽始期為播種至第一株幼苗出土所需時間。發芽期為處理中50%的參試種子萌發所需時間。發芽勢(%)=發芽種子數/參試種子數×100,日發芽種子數達到高峰時計算。發芽率(%)=播種后30 d的發芽種子數/參試種子數×100。子葉或第一片真葉縱徑為葉基至葉尖的距離,每個重復測量5株,取平均值。子葉或第一片真葉橫徑為葉片橫向最寬處長度,每個重復測量5株,取平均值。計算子葉或第一片真葉縱橫徑比。幼苗初期生物量為幼苗長至兩葉一心期時,每個重復隨機取5株幼苗置于烘箱中完全烘干后稱重。試驗數據為3次重復平均值,用WPS和 SPSS 17.0進行顯著性分析和作圖,顯著水平p<0.05。

2 結果與分析

2.1 種子萌發時間

從表1看出,在常溫下,貯藏1個月、2個月、4個月和5個月的細柱西番蓮種子平均萌發始期分別為播種后第11天、第12.3天、第13天和第14.7天。其中貯藏1個月的種子發芽最快,貯藏5個月的種子發芽最慢;貯藏1個月的種子萌發始期比貯藏2個月的快1.3 d,差異顯著;貯藏2個月的種子比貯藏4個月的快0.7 d,差異不顯著;貯藏4個月的種子比貯藏5個月快1.7 d,差異顯著。說明在常溫下,細柱西番蓮種子發芽始期隨著貯藏時間延長而增加。

表1 不同貯藏時間的細柱西番蓮種子發芽情況和萌發幼苗生物量比較

常溫貯藏1個月、2個月、4個月和5個月的種子發芽期分別為播種后的第16天、第17天、第16天和第20天,前3者差異不顯著;而貯藏5個月的種子發芽期分別比貯藏1個月、2個月、4個月的慢4、3和4 d,差異顯著。說明貯藏5個月明顯延緩了種子萌發時間。

2.2 種子活力

從表1看出,常溫貯藏1個月、2個月、4個月和5個月的細柱西番蓮種子發芽勢分別為22.22%、17.17%、12.22%和10.00%;與貯藏1個月的種子發芽勢相比,貯藏2個月、4個月和5個月的種子發芽勢分別下降5.05、10.00和12.22個百分比。說明隨著貯藏時間延長,種子發芽勢呈不斷下降的趨勢;其中1個月至4個月處于急劇下降,4個月至5個月發芽勢下降趨勢處于較平緩狀態,二者發芽勢無顯著性差異。

常溫貯藏1個月、2個月、4個月和5個月的細柱西番蓮種子發芽率分別為96.97%、88.46%、54.44%和21.11%,且差異顯著;其中貯藏2個月、4個月和5個月的種子發芽率比貯藏1個月種子分別下降8.51、42.53和75.86個百分比。說明隨著貯藏時間延長,種子發芽率亦不斷下降;貯藏2個月種子比貯藏1個月發芽率下降較平緩,貯藏5個月種子比貯藏2個月發芽率急劇下降。

試驗結果看出,在常溫條件下,貯藏1個月的細柱西番蓮種子發芽勢和發芽率均最高,隨著貯藏時間延長,種子發芽率和發芽勢均不斷下降。因此,常溫下貯藏細柱西番蓮種子不宜超過1個月。

2.3 幼苗生物量

從表1看出,在常溫條件下,隨著種子貯藏時間延長,種子萌發的幼苗生物量處于不斷下降的狀態,與貯藏1個月種子萌發的幼苗生物量相比,貯藏2個月、4個月和5個月的幼苗生物量分別下降29.17%、33.33%和41.67%。其中貯藏1個月與貯藏2個月之間下降的幅度較大;貯藏2個月至貯藏4個月,貯藏4個月至貯藏5個月之間下降幅度逐漸平緩,無顯著性差異。

2.4 幼苗子葉

從表2看出,在常溫條件下,隨著細柱西番蓮種子貯藏時間增加,其種子萌發幼苗子葉縱徑和橫徑均逐漸減小;與貯藏1個月種子萌發幼苗子葉相比,貯藏2個月、4個月和5個月的子葉縱徑分別縮短5.26%、11.28%和15.04%,子葉橫徑分別縮短4.60%、10.34%和13.79%,4個處理的子葉橫徑差異顯著。常溫貯藏1個月、2個月、4個月和5個月的細柱西番蓮種子萌發幼苗子葉縱橫徑比之間無顯著性差異,均維持在1.5∶1左右。說明細柱西番蓮幼苗子葉縱橫徑比基本不受種子貯藏時間影響。

表2 不同貯藏時間的細柱西番蓮種子萌發幼苗葉片縱橫徑比較

2.5 幼苗第一片真葉

從表2看出,與貯藏1個月種子萌發幼苗的第一片真葉相比,貯藏2個月、4個月和5個月的第一片真葉縱徑分別縮短8.63%、10.79%和14.03%,橫徑分別縮短9.16%、14.65%和17.58%。其中,貯藏1個月與貯藏2個月的幼苗第一片真葉的縱徑及橫徑差異顯著,貯藏2個月、4個月與5個月的幼苗第一片真葉縱徑差異不顯著。貯藏1個月、2個月、4個月和5個月種子萌發的幼苗第一片真葉縱橫徑比無顯著性差異,且均維持約1∶1。說明同子葉縱橫徑比類似,幼苗第一片真葉縱橫徑比是比較穩定的性狀,隨種子貯藏時間改變而變化較小。

綜合比較發現,細柱西番蓮幼苗第一片真葉大小隨貯藏種子時間延長而逐漸變小,貯藏1個月和其他貯藏時間的種子萌發幼苗第一片真葉大小差異顯著,2個月、4個月與5個月貯藏的種子萌發幼苗第一片真葉大小差異不顯著。說明常溫貯藏1個月是影響細柱西番蓮種子第一片真葉大小的臨界時間點,與子葉情況類似。

3 討論與結論

根據種子貯藏行為的不同,植物種子可以分為正常性種子、頑拗性種子與中間性種子[18]。頑拗性種子在自然條件下其壽命往往只有10 d余,不適宜的貯藏條下甚至只有幾天壽命[19-21]。種子壽命一般指種子從采收之日起至其萌發率降至50%之間的時長,而種子萌發率80%以上的期限則被定義為農業生產上的種子壽命[22]。本試驗發現,常溫貯藏1個月、2個月、4個月和5個月的細柱西番蓮種子發芽率分別為96.97%、88.46%、54.44%和21.11%,可見細柱西番蓮種子的農業生產壽命不到4個月,而一般意義上的種子壽命亦不到5個月,這與頑拗性種子的特性相符,初步推斷細柱西番蓮的種子為頑拗性種子。

植物種子質量和活力直接影響其幼苗質量,進而影響植物整個生活史[23]。種子發芽率、發芽勢、發芽時間等萌發指標可以推斷植物種子活力狀況[24-26]。試驗結果表明,常溫貯藏時間越短,細柱西番蓮種子的發芽勢和發芽率越高,而隨著貯藏時間延長,其種子的發芽率和發芽勢不斷下降,說明種子活力很可能與貯藏時間呈負相關。

種子活力與幼苗生長狀況密切相關。種子活力除了通過發芽率、發芽勢等指標判定外,還可通過幼苗生長指標佐證[27]。影響植物光合作用能力的關鍵因素之一是葉面積,葉片越大即葉面積越大,獲得的光能越充足,合成的生物量則越多[28]。細柱西番蓮幼苗屬于子葉出土型,由下胚軸的不斷伸長生長而將子葉推出土壤表面,子葉見光后迅速轉綠從而進行光合作用,進一步為幼苗的生長提供營養和能量[29]。幼苗第一片真葉是與子葉共同進行光合作用的功能葉,為幼苗提供能量和營養物質。本試驗結果表明,種子活力的變化趨勢與其萌發幼苗子葉和第一片真葉大小以及生物量的變化趨勢基本一致。因此,子葉、第一片真葉大小及幼苗生物量是幼苗生長狀況的重要指標,也是推斷種子活力的重要依據。

研究表明,多數植物種子可以采用控溫、控濕等貯藏方式減緩種子活力喪失,延長種子壽命。目前,關于西番蓮科植株種子貯藏條件的研究較少,且國內外研究結果有一定的差異。Araujo等在8 ℃和25 ℃下分別貯藏黃果西番蓮新鮮種子7、14和21 d發現,8 ℃下新鮮種子發芽率較高[30]。Mendiondo和Amela Garcia將發酵、干燥貯藏1個月的西番蓮(PassifloracaeruleaL.)種子,及其新鮮種子進行假種皮去除、機械損傷、化學損傷及組合處理發現,化學損傷直接阻斷種子萌發,而沒有假種皮的發酵種子發芽率最高,萌發起始時間最早,萌發速度最快[31]。Fonseca和Silva通過烘箱干燥將黃果西番蓮種子控制在不同的含水量狀況下,并分別貯藏在不同溫度(10、15和20 ℃)條件下,然后定期(最長350 d)進行種子動態質量檢測,發現濕度7%的種子在10 ℃下保持的種子活力狀況最佳[32]。最新的國外研究成果表明,新鮮西番蓮種子和經過干燥的種子都能通過液氮實現超低溫冷凍保存,這或許可使長期保存西番蓮種子成為可能[33]。國內對西番蓮科種子萌發的研究局限于西番蓮屬植物中的個別主栽品種,主要針對熱水浸泡、機械損傷和化學損傷等開展發芽率影響的研究。下一步研究中,我們將控制環境因子變化,探索維持細柱西番蓮或者其他西番蓮資源種子活力的最佳方法,同時探索西番蓮種子萌發的內部結構特征、生理及分子調控機制。

綜上所述,常溫條件下,貯藏1個月的細柱西番蓮種子發芽最快,發芽勢和發芽率最高,其萌發的幼苗子葉、第一片真葉最大,生物量最高。隨著貯藏時間延長,種子發芽率和發芽勢均不斷下降,幼苗生長指標也降低。說明常溫下貯藏1個月內的種子活力較高,幼苗較健壯;貯藏時間越長,種子活力則越低,幼苗也越弱小。因此,在常溫下,為了獲得較多健壯幼苗,應在細柱西番蓮種子收獲后1個月內完成播種。