石生茶藨种子萌发特性研究

高 林， 由佳辉， 褚佳瑶， 周 龙， 陆 彪

(1.新疆农业大学林学与园艺学院， 乌鲁木齐 830052；2.新疆特克斯县林业草原局， 新疆 伊犁 835500)

石生茶藨(RibesSaxatilePall.)又名石茶藨和岩生茶藨，是茶藨子科(Grossulariaceae)茶藨子属(Ribes)的一种落叶低矮灌木，在我国有茶藨子属植物50余种，主产西南、西北及东北各地区，其中石生茶藨分布在新疆的阿尔泰山、特克斯北山等区域，生长于海拔1 200～1 600 m的山坡灌木丛、疏林下及构林的边缘地带[1]，其果实富含多种维生素、糖和有机酸等，主要用于制作果酱、果酒及饮料等[2]。实生繁殖是种子植物在历经数亿年的不断进化过程中所保留下来的最原始的繁殖方式，具有种子来源广，易采集、运输、贮藏和播种方法简单易掌握等特点。虽然实生苗有生长缓慢，进入丰产期时间长的缺点，但实生苗的根系发达、寿命长、生长旺盛，适应性强且易驯化，对长距离引种及良种选育具有非常重要的价值。温带落叶果树的种子往往存在休眠的现象，即便是在适宜的环境条件下也无法正常萌发或萌发困难[3]。因此，如何打破种子的休眠，促进种子的萌发，提高萌芽率，是实生繁殖的关键。刘丽等[4]研究发现，钟花樱桃种子用500 mg·L-1的GA3浸泡24 h后进行沙藏处理，催芽效果最佳。赵晶忠等[5]以黑果枸杞为试验材料，研究其种子的萌发特性时发现，低温层积处理能有效打破黑果枸杞种子和果实的休眠，提高萌芽率。王蕾等[6]采用GA3与低温层积相结合的方法，发现对打破野生甜仁杏种子休眠、提高萌芽率具有极显著的促进作用。石生茶藨是新疆西天山野果林十分重要的伴生种，对野果林生态环境的稳定具有非常重要的作用。经过野外调查发现，自然条件下石生茶藨结实量很大，但实生苗数量少，导致石生茶藨在天山野果林中种群数量及分布范围锐减。本研究通过采用不同低温层积方法、不同层积时间和不同浓度GA3溶液处理石生茶藨种子，探讨有效提高石生茶藨种子萌芽率的处理方法，为石生茶藨种质资源的保护和开发利用提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试果实2019年8月采集于新疆西天山野果林，石生茶藨种群位于伊犁河谷特克斯流域北山(81°57′23″E，43°16′16″N)，土壤类型为石砾土，海拔1 200～1 600 m。石生茶藨果实采回后，经浸泡清洗果皮及果肉，将种子自然阴干后，于4 ℃冰箱保存备用[7]。2019年11月至2020年1月在新疆农业大学果树种质资源实验室进行实生繁殖试验。

1.2 试验方法

1.2.1样地设置及调查

2019年7—8月在特克斯县野果林进行石生茶藨种群更新方式的调查，采用典型样方法，选择地形及环境因子相似的石生茶藨植物群落布设样方3个，样方规模为10 m×10 m，记录样方内石生茶藨成株数量、实生苗数量、根蘖苗数量及根蘖苗分布情况等指标，并记录样方经纬度、海拔、坡度、郁闭度等地形因子。实生苗及根蘖苗数量采用每木检尺法进行统计，开挖母株周边的土层，统计幼苗数量，具有完整且独立根系的幼苗为实生苗，从母株根系上萌发的幼苗为根蘖苗。调查点详细情况见表1。以全球定位系统(GPS)测得海拔、经纬度等。郁闭度指标采用系统抽样方法，在样方中设样线，统计被林冠遮蔽样线长度与样线总长的比值，每样方重复3次，计算郁闭度公式如下：

表1 样地基本概况

郁闭度=树冠遮蔽样线长度/样线总长度[8]。

1.2.2种子外部形态观测

从供试的石生茶藨种子中，随机选取20粒饱满的种子，利用数显游标卡尺测量种子的纵横径和种子厚度。石生茶藨种子千粒重测量，从供试种子中随机数出1 000粒种子称重，重复3次，计算平均值。

1.2.3种子生活力的测定

采用靛红染色法测定石生茶藨种子的生活力。从储存备用的种子中，随机选取20粒种子，在25 ℃水中浸种24 h，待种子充分吸胀后用解剖刀沿种子胚中心线纵切为两半，将切开的种子置于培养皿中，加入0.1%的靛红溶液，以种子完全淹没为标准，室温下染色1 h[9]。染色后观察染色情况，凡胚部不染色的为有生活力的种子，胚部染色的为无生活力的种子，试验重复3次，观察并记录结果。

1.2.4种子吸水率的测定

随机选取0.5 g种子，加入5 mL蒸馏水，放置于室温条件下，前12 h每2 h称重一次，称重前用滤纸吸干种子表面水分，12 h后每12 h称重一次，48 h后每24 h称重一次，直至重量不变，最后计算种子吸水率，试验重复3次。

种子吸水率(%)=[(Wt-W)/W]×100%，其中，Wt为种子吸水后重量，W为干种子重量。

1.2.5石生茶藨种子萌芽特性研究

1) 不同低温层积方法对种子萌芽率的影响

从储存备用的石生茶藨种子中随机选出部分清洗干净，将干净的种子平均分为2份，随机选取一份种子进行河沙层积处理，种子与湿沙按1∶3(体积比)的比例混匀，用干净的湿纱布包裹放在4 ℃冰箱内层积；另一份种子进行裸层积处理，种子直接用干净的湿纱布包裹放在4 ℃冰箱内层积。在种子层积期间注意补水，保证种子对水分的需求。在低温层积的第0、30、40、50、60、70天，从2种层积处理的种子中随机选取部分种子进行萌发处理，每处理重复3次，每重复50粒。分析河沙层积和裸层积对石生茶藨种子萌芽率的影响，选出更适宜石生茶藨种子的层积处理方法。

2) 不同浓度GA3处理对石生茶藨种子萌发情况的影响

将2种层积方法处理的种子，在层积的第0、30、40、50、60、70天各取出部分种子，使用不同浓度的GA3浸泡2 h，GA3浓度设置为100 mg·L-1、300 mg·L-1、500 mg·L-1和700 mg·L-1共4个浓度梯度。每浓度处理重复3次，每重复50粒。从第一粒种子萌发开始，每天观察种子的萌发情况，以清水处理为对照(ck)。比较分析不同浓度GA3处理对石生茶藨种子萌芽率的影响。

1.3 数据处理与分析

采用Excel 2010软件和SPSS 20.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 野外石生茶藨种群繁殖更新方式调查结果

由表2可知，在自然环境中石生茶藨的种群更新以萌发根糵苗为主，在所设的3个样方中共发现幼苗223株，其中仅有一株实生苗，其余222株幼苗均为根蘖苗，是3个样方中成株(56株)的3.93倍。统计根蘖苗在母株周围的数量分布情况发现，根蘖苗在母株的南侧萌发最多，东侧和北侧的萌发数量次之，西侧萌发数量最少。

表2 石生茶藨种群繁殖更新调查结果

2.2 种子形态观测及活力测定

如表3所示，石生茶藨种子的平均纵径为2.33 mm，平均横径为1.52 mm，平均厚度为0.96 mm，平均千粒重为2.13 g，净度为91.09%，生活力为85%。

表3 石生茶藨种子形态特征与活力

2.3 种子吸水率测定

由图1可知,石生茶藨种子的吸水过程可分为3个时期：快速吸水期、缓慢吸水期和近饱和期。浸种前2 h为种子快速吸水期，吸水率直线上升，此后种子吸水速率放慢，并渐趋平衡。快速吸水期，石生茶藨种子吸水率为0～45.54%，吸水48 h后达到饱和，吸水率为80.22%。

图1 石生茶藨种子吸水特性Fig.1 Water-absorbing characteristics of R. saxatile seeds

2.4 种子萌发特性

2.4.1不同层积方式和层积时间对种子萌芽率的影响

由图2可知，石生茶藨种子在同一层积处理时间下，裸层积处理种子的萌芽率始终低于河沙层积处理。随着裸层积处理时间的延长，石生茶藨种子的萌芽率逐渐降低，层积30 d萌芽率最高为27.33%，低于ck的萌芽率(30%)；随着河沙层积时间的延长，石生茶藨的萌芽率呈先上升后下降的趋势，层积40 d种子的萌芽率达到最高，为51.33%，比ck的萌芽率提高21.33%。

图2 不同层积方式和层积时间对石生茶藨萌芽率的影响Fig.2 Effects of different stratification modes and stratification times on germination rate of R. saxatile seeds

2.4.2不同浓度GA3处理对种子萌芽率的影响

由图3、图4可知，不同GA3浓度处理下石生茶藨种子的萌芽率之间存在差异显著(p<0.05)。通过图3可以看出，先河沙层积处理30 d，再使用700 mg·L-1的GA3处理2 h，种子的萌芽率达到最高，为82.67%，是ck中萌芽率最高的处理(700 mg·L-1，44.67%)的1.85倍，且在河沙层积30 d处理组中，700 mg·L-1GA3处理下的萌芽率分别显著高于ck、100 mg·L-1GA3处理、300 mg·L-1GA3处理和500 mg·L-1GA3处理下的萌芽率。通过图4可以看出，先裸层积处理30 d，再使用700 mg·L-1GA3溶液处理2 h的萌芽率最高，为38%，但仍比ck的最高萌芽率低(700 mg·L-1，44.67%)，且在裸层积30 d处理组中，700 mg·L-1GA3处理下的萌芽率显著高于ck、100 mg·L-1GA3处理和300 mg·L-1GA3处理的萌芽率，而与500 mg·L-1GA3处理组的萌芽率差异不显著。

注：同列数据后标有不同小写字母分别表示差异显著(p<0.05)。下同。 图3 不同浓度GA3处理对河沙层积种子萌芽率的影响Fig.3 Effects of different GA3 concentrations on germination rate of river sand-stratified seeds

图4 不同浓度GA3处理对裸层积种子萌芽率的影响 Fig.4 Effects of different GA3 concentrations on germination rate of bareness-stratified seeds

3 讨 论

3.1 石生茶藨种群更新方式初探

野外调查发现，石生茶藨实生苗数量极少，自然条件下石生茶藨种群以萌发根蘖苗为主要种群更新方式。研究发现，不进行任何萌发前处理的石生茶藨种子也具有一定的萌芽率(30%)，且萌芽率接近河沙层积30 d(33.33%)或100 mg·L-1的GA3处理2 h(32.67%)的萌芽率，说明石生茶藨本身具有较强的实生繁殖能力，结合石生茶藨种子萌发试验数据与野外现状认为，石生茶藨自然环境中实生繁殖能力弱不是因种子自身障碍导致，可能是因为以下几点原因。

1) 石生茶藨的果实属于浆果，在野外很可能会受到食果动物的取食，导致果实数量大幅度减少，关于这一点，Kollmann J[10]研究发现，有87%的欧洲甜樱桃种子和59%的单子山楂种子会被啮齿类动物取食，导致种子数量锐减，种群更新严重受限。

2) 石生茶藨多生长在布满石砾的阳坡，生长环境相对干旱缺少水分，无法满足种子萌发时对水分的需求，抑制种子的萌芽，关于这一点，曾彦军等[11]发现红砂和霸王种子会因土壤含水量降低而进入二次休眠，导致种子不能正常萌发。

3) 本次试验所用的种子是不带果皮及果肉的种子，因此石生茶藨的果皮及果肉中可能存在某种物质会抑制种子的萌芽，对于种子萌发抑制物方面，邹雨婷等[12]研究发现，绿山楂种子浸提液中也存在萌发抑制物。

3.2 不同层积方法对石生茶藨种子萌发的影响

种子休眠是种子植物长期适应不良环境而形成的一种对不良环境的适应机制，不仅为种子的传播扩散争取了时间，还能有效调节种子萌发的时空分布，使种子在最理想的环境条件下萌发[13-14]。种子萌发是植物生长发育的开始，是植物实现种群更新与延续的重要环节，对种子植物的繁殖与种群更新具有非常重要的生物学意义[15]。本研究发现，采用4 ℃河沙层积处理的石生茶藨种子的萌芽率最高可达51.33%，明显优于裸层积(27.33%)和直接萌发(30%)种子的萌芽率。分析认为，河沙层积处理能有效打破种子的休眠，是因为河沙具有一定的保湿性且透气性良好，能够满足种子对水分和空气的需求，低温层积处理满足了种子对需冷量的要求。因此，在4 ℃条件下采用河沙层积处理正好满足了打破石生茶藨种子休眠的条件，河沙层积能有效提高石生茶藨种子的萌芽率。对于这一点，张莉梅等[16]利用野鸦椿种子为试验材料，发现在4 ℃低温条件下经沙藏处理后野鸦椿种子的萌芽率显著高于不层积的萌芽率；李东林等[17]发现，毛梾种子经低温沙藏后萌芽率明显上升；于祎飞等[18]发现，低温沙藏是打破八棱海棠种子休眠，提高萌芽率的最有效措施。

3.3 GA3处理对石生茶藨种子萌发的影响

GA3广泛应用于解除种子的休眠，尤其对解除种子的生理性休眠效果更好[19-20]，GA3溶液的使用可在一定程度上代替休眠种子对后熟条件的需求[21]，如休眠种子对低温的需求[22]。本试验发现，石生茶藨种子采用700 mg·L-1的GA3溶液处理2 h后，种子的萌芽率为44.67%，比ck的萌芽率提高了14.67%，说明GA3的使用对提高石生茶藨种子的萌芽率具有促进作用。同时，石生茶藨种子采用700 mg·L-1的GA3溶液处理2 h后的萌芽率，与河沙层积50 d的萌芽率(44%)相近，说明GA3的使用在一定程度上可以替代低温的作用，张华微等[23]在研究提高越橘种子萌芽率的方法时，也得出了相同的结论。GA3是一种重要的植物生长激素，具有生理活性强的特点，在植物生长发育中起着重要作用，是解除种子休眠、促进种子萌发的关键内源信号分子[24]，能够促进淀粉酶等水解酶的合成，促进种子内贮藏物质的分解，为胚提供生长发育所需的营养物质，并对受损的细胞膜起一定的修复作用[25]，达到提高种子的活力，促进种子萌发的作用。GA3对解除种子休眠提高萌芽率的相关研究中，吴永朋等[26]发现，GA3能有效促进紫果型黑蕊猕猴桃种子的萌发，最佳处理浓度为600 mg·L-1；温子帅等[27]发现，使用480 mg·L-1的GA3溶液处理酸枣种子效果最佳。

4 结 论

本试验以新疆西天山野果林石生茶藨的当年生种子为试验材料，研究种子的外观形态、生活力、吸水率，以及不同层积方式、不同层积时间和不同浓度GA3处理对石生茶藨种子萌发特性的影响。结果表明，石生茶藨种子的平均千粒重为2.13 g，平均纵径为2.33 mm，平均横径为1.52 mm，种子平均厚度为0.96 mm，种子净度为91.09%，种子吸水48 h达到饱和吸水率，为80.22%，石生茶藨种子的生活力为85%。结果表明，4 ℃低温河沙层积处理和GA3溶液处理均可提高石生茶藨种子的萌芽率，且两者结合使用效果更好，先用河沙层积处理30 d，再用700 mg·L-1的GA3溶液处理2 h可有效提高种子的萌芽率，为82.67%。