贮藏时间对细柱西番莲种子萌发特性及幼苗特征的影响

冯红玉,徐 丽,陈 媚,高 玲

[中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业农村部植物新品种测试(儋州)分中心,海南儋州,571737]

细柱西番莲PassiflorasuberosaLinnaeus,别名三角叶西番莲,是西番莲科(Passifloraceae)西番莲属多年生常绿藤本植物,原产于南美北部[1]。自然界中细柱西番莲叶片上下表面光滑无毛,叶片3裂形成3个角,故得名“三角叶西番莲”;细柱西番莲没有花瓣,花萼5片,副花冠丝状,外轮反卷,雄蕊5枚,花柱3叉,细长,柱头头状,全花主色黄绿色;果实为椭圆形黑紫色浆果[2]。其果实可食用,叶形、花形美观,株形观赏性强,生长速度快,成景时间短,养护成本低,是吊篮盆栽、庭院绿化等的较佳选择。此外,细柱西番莲作为中药材料可全草入药,有袪风除湿活血止痛的功效[2]。在斯里兰卡细柱西番莲被用于治疗糖尿病等疾病,该国开展了使用细柱西番莲提取成分治疗小鼠糖尿病的相关研究[3-4]。可见,细柱西番莲是具有食用、观赏、药用价值的特色作物。

对西番莲属种子萌发特性的研究,多见于主栽西番莲品种,如黄果西番莲,“台农一号”“紫玉一号”“紫香一号”“满天星”等紫果西番莲。影响西番莲种子萌发的因素较多。西番莲自身条件会影响其种子萌发,生理成熟期的西番莲种子发芽率高于近商品成熟期的种子[5];西番莲果肉和果汁对其种子萌发有一定的抑制作用[6];种子清洗后阴干处理再播种比直接播种发芽率高[7]。不同贮存条件对西番莲种子萌发影响不同,沙埋后播种和冷藏处理后播种相较于直接播种,萌发率没有明显差异[6];而贮藏半年以上,其发芽率则会大幅度下降,贮藏超过1年,则发芽率接近于零[8];也有研究发现,4 ℃、相对湿度60%是西番莲种子贮藏较理想的条件[9-10]。播种前不同处理方法对西番莲种子萌发作用也不同,在不剥、只裂不剥、半剥和全剥4种剥壳方式中,全剥壳种子萌发率最高[11]。在不浸泡、自来水浸泡、60 ℃热水浸泡3种处理方式中,60 ℃热水浸泡可有效促进种子萌发[12]。另外,不同植物生长调节剂处理对西番莲种子萌发作用也不一致。100 mg/L GA3处理可明显提高紫果西番莲“台农1号”种子萌发率,其中以处理12 h效果最佳[11];5 g/L GA3浸泡黄果西番莲种子可使其萌发率最高[13];400 mg/L是GA3促进紫香西番莲种子萌发的较适宜浓度[14];10 mg /L 6-BA 亦可利于“紫玉一号”西番莲种子萌发[6]。200 mg/L KNO3对西番莲种子萌发具有促进作用[12],而Ca(NO3)2对西番莲种子萌发具有抑制作用[13]。播种后的温度条件,基质配比等影响西番莲种子的出苗情况。研究表明,西番莲种子的最适萌发温度是30～35 ℃[7,15];20～30 ℃条件下播种15 d后可以出苗,但出苗率较低[6]。采用腐殖土∶红土∶珍珠岩为3∶3∶1的配方作为满天星西番莲的育苗基质,可获得较高的出苗率和成苗率[16]。

我国早在1977年就记录了细柱西番莲为归化种的发现[17],未见后续相关研究报道,该资源至今未得到充分地开发利用。繁殖材料是对该资源进行深入研究与开发的基础,细柱西番莲可通过种子与扦插两种方式繁殖,而种子繁殖是种质创制、优异性状利用等研究的重要环节。种子活性是其能否萌发成幼苗的前提,而幼苗健壮程度往往影响植株整个生长发育过程。目前西番莲种子萌发特性的研究虽较多,但大多与细柱西番莲非同一种属,其研究方法不一定适合直接借鉴和参考。因此,本文拟通过动态监测试验,了解细柱西番莲种子寿命、萌发条件、活性变化等特性以及幼苗生长状况,掌握其最佳保存条件与播种时间,为该资源的挖掘利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

2021年9月至2022年2月,细柱西番莲种子取自中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所西番莲种质资源圃,该资源圃位于海南省儋州市那大镇宝岛新村,种子自然晾干后常温贮藏。

1.2 方法

分别选取常温贮藏1个月、2个月、4个月和5个月的种子试验,2022年3月2—3日常温浸种1 d,3月3日播种于装有培养基的穴盘中,每穴播种1粒,每个处理30粒,重复3次,共90粒。观察种子发芽情况,记录种子发芽时间和活力,幼苗长至两叶一心期(幼苗初期)时测量幼苗相关生长指标。发芽始期为播种至第一株幼苗出土所需时间。发芽期为处理中50%的参试种子萌发所需时间。发芽势(%)=发芽种子数/参试种子数×100,日发芽种子数达到高峰时计算。发芽率(%)=播种后30 d的发芽种子数/参试种子数×100。子叶或第一片真叶纵径为叶基至叶尖的距离,每个重复测量5株,取平均值。子叶或第一片真叶横径为叶片横向最宽处长度,每个重复测量5株,取平均值。计算子叶或第一片真叶纵横径比。幼苗初期生物量为幼苗长至两叶一心期时,每个重复随机取5株幼苗置于烘箱中完全烘干后称重。试验数据为3次重复平均值,用WPS和 SPSS 17.0进行显著性分析和作图,显著水平p<0.05。

2 结果与分析

2.1 种子萌发时间

从表1看出,在常温下,贮藏1个月、2个月、4个月和5个月的细柱西番莲种子平均萌发始期分别为播种后第11天、第12.3天、第13天和第14.7天。其中贮藏1个月的种子发芽最快,贮藏5个月的种子发芽最慢;贮藏1个月的种子萌发始期比贮藏2个月的快1.3 d,差异显著;贮藏2个月的种子比贮藏4个月的快0.7 d,差异不显著;贮藏4个月的种子比贮藏5个月快1.7 d,差异显著。说明在常温下,细柱西番莲种子发芽始期随着贮藏时间延长而增加。

表1 不同贮藏时间的细柱西番莲种子发芽情况和萌发幼苗生物量比较

常温贮藏1个月、2个月、4个月和5个月的种子发芽期分别为播种后的第16天、第17天、第16天和第20天,前3者差异不显著;而贮藏5个月的种子发芽期分别比贮藏1个月、2个月、4个月的慢4、3和4 d,差异显著。说明贮藏5个月明显延缓了种子萌发时间。

2.2 种子活力

从表1看出,常温贮藏1个月、2个月、4个月和5个月的细柱西番莲种子发芽势分别为22.22%、17.17%、12.22%和10.00%;与贮藏1个月的种子发芽势相比,贮藏2个月、4个月和5个月的种子发芽势分别下降5.05、10.00和12.22个百分比。说明随着贮藏时间延长,种子发芽势呈不断下降的趋势;其中1个月至4个月处于急剧下降,4个月至5个月发芽势下降趋势处于较平缓状态,二者发芽势无显著性差异。

常温贮藏1个月、2个月、4个月和5个月的细柱西番莲种子发芽率分别为96.97%、88.46%、54.44%和21.11%,且差异显著;其中贮藏2个月、4个月和5个月的种子发芽率比贮藏1个月种子分别下降8.51、42.53和75.86个百分比。说明随着贮藏时间延长,种子发芽率亦不断下降;贮藏2个月种子比贮藏1个月发芽率下降较平缓,贮藏5个月种子比贮藏2个月发芽率急剧下降。

试验结果看出,在常温条件下,贮藏1个月的细柱西番莲种子发芽势和发芽率均最高,随着贮藏时间延长,种子发芽率和发芽势均不断下降。因此,常温下贮藏细柱西番莲种子不宜超过1个月。

2.3 幼苗生物量

从表1看出,在常温条件下,随着种子贮藏时间延长,种子萌发的幼苗生物量处于不断下降的状态,与贮藏1个月种子萌发的幼苗生物量相比,贮藏2个月、4个月和5个月的幼苗生物量分别下降29.17%、33.33%和41.67%。其中贮藏1个月与贮藏2个月之间下降的幅度较大;贮藏2个月至贮藏4个月,贮藏4个月至贮藏5个月之间下降幅度逐渐平缓,无显著性差异。

2.4 幼苗子叶

从表2看出,在常温条件下,随着细柱西番莲种子贮藏时间增加,其种子萌发幼苗子叶纵径和横径均逐渐减小;与贮藏1个月种子萌发幼苗子叶相比,贮藏2个月、4个月和5个月的子叶纵径分别缩短5.26%、11.28%和15.04%,子叶横径分别缩短4.60%、10.34%和13.79%,4个处理的子叶横径差异显著。常温贮藏1个月、2个月、4个月和5个月的细柱西番莲种子萌发幼苗子叶纵横径比之间无显著性差异,均维持在1.5∶1左右。说明细柱西番莲幼苗子叶纵横径比基本不受种子贮藏时间影响。

表2 不同贮藏时间的细柱西番莲种子萌发幼苗叶片纵横径比较

2.5 幼苗第一片真叶

从表2看出,与贮藏1个月种子萌发幼苗的第一片真叶相比,贮藏2个月、4个月和5个月的第一片真叶纵径分别缩短8.63%、10.79%和14.03%,横径分别缩短9.16%、14.65%和17.58%。其中,贮藏1个月与贮藏2个月的幼苗第一片真叶的纵径及横径差异显著,贮藏2个月、4个月与5个月的幼苗第一片真叶纵径差异不显著。贮藏1个月、2个月、4个月和5个月种子萌发的幼苗第一片真叶纵横径比无显著性差异,且均维持约1∶1。说明同子叶纵横径比类似,幼苗第一片真叶纵横径比是比较稳定的性状,随种子贮藏时间改变而变化较小。

综合比较发现,细柱西番莲幼苗第一片真叶大小随贮藏种子时间延长而逐渐变小,贮藏1个月和其他贮藏时间的种子萌发幼苗第一片真叶大小差异显著,2个月、4个月与5个月贮藏的种子萌发幼苗第一片真叶大小差异不显著。说明常温贮藏1个月是影响细柱西番莲种子第一片真叶大小的临界时间点,与子叶情况类似。

3 讨论与结论

根据种子贮藏行为的不同,植物种子可以分为正常性种子、顽拗性种子与中间性种子[18]。顽拗性种子在自然条件下其寿命往往只有10 d余,不适宜的贮藏条下甚至只有几天寿命[19-21]。种子寿命一般指种子从采收之日起至其萌发率降至50%之间的时长,而种子萌发率80%以上的期限则被定义为农业生产上的种子寿命[22]。本试验发现,常温贮藏1个月、2个月、4个月和5个月的细柱西番莲种子发芽率分别为96.97%、88.46%、54.44%和21.11%,可见细柱西番莲种子的农业生产寿命不到4个月,而一般意义上的种子寿命亦不到5个月,这与顽拗性种子的特性相符,初步推断细柱西番莲的种子为顽拗性种子。

植物种子质量和活力直接影响其幼苗质量,进而影响植物整个生活史[23]。种子发芽率、发芽势、发芽时间等萌发指标可以推断植物种子活力状况[24-26]。试验结果表明,常温贮藏时间越短,细柱西番莲种子的发芽势和发芽率越高,而随着贮藏时间延长,其种子的发芽率和发芽势不断下降,说明种子活力很可能与贮藏时间呈负相关。

种子活力与幼苗生长状况密切相关。种子活力除了通过发芽率、发芽势等指标判定外,还可通过幼苗生长指标佐证[27]。影响植物光合作用能力的关键因素之一是叶面积,叶片越大即叶面积越大,获得的光能越充足,合成的生物量则越多[28]。细柱西番莲幼苗属于子叶出土型,由下胚轴的不断伸长生长而将子叶推出土壤表面,子叶见光后迅速转绿从而进行光合作用,进一步为幼苗的生长提供营养和能量[29]。幼苗第一片真叶是与子叶共同进行光合作用的功能叶,为幼苗提供能量和营养物质。本试验结果表明,种子活力的变化趋势与其萌发幼苗子叶和第一片真叶大小以及生物量的变化趋势基本一致。因此,子叶、第一片真叶大小及幼苗生物量是幼苗生长状况的重要指标,也是推断种子活力的重要依据。

研究表明,多数植物种子可以采用控温、控湿等贮藏方式减缓种子活力丧失,延长种子寿命。目前,关于西番莲科植株种子贮藏条件的研究较少,且国内外研究结果有一定的差异。Araujo等在8 ℃和25 ℃下分别贮藏黄果西番莲新鲜种子7、14和21 d发现,8 ℃下新鲜种子发芽率较高[30]。Mendiondo和Amela Garcia将发酵、干燥贮藏1个月的西番莲(PassifloracaeruleaL.)种子,及其新鲜种子进行假种皮去除、机械损伤、化学损伤及组合处理发现,化学损伤直接阻断种子萌发,而没有假种皮的发酵种子发芽率最高,萌发起始时间最早,萌发速度最快[31]。Fonseca和Silva通过烘箱干燥将黄果西番莲种子控制在不同的含水量状况下,并分别贮藏在不同温度(10、15和20 ℃)条件下,然后定期(最长350 d)进行种子动态质量检测,发现湿度7%的种子在10 ℃下保持的种子活力状况最佳[32]。最新的国外研究成果表明,新鲜西番莲种子和经过干燥的种子都能通过液氮实现超低温冷冻保存,这或许可使长期保存西番莲种子成为可能[33]。国内对西番莲科种子萌发的研究局限于西番莲属植物中的个别主栽品种,主要针对热水浸泡、机械损伤和化学损伤等开展发芽率影响的研究。下一步研究中,我们将控制环境因子变化,探索维持细柱西番莲或者其他西番莲资源种子活力的最佳方法,同时探索西番莲种子萌发的内部结构特征、生理及分子调控机制。

综上所述,常温条件下,贮藏1个月的细柱西番莲种子发芽最快,发芽势和发芽率最高,其萌发的幼苗子叶、第一片真叶最大,生物量最高。随着贮藏时间延长,种子发芽率和发芽势均不断下降,幼苗生长指标也降低。说明常温下贮藏1个月内的种子活力较高,幼苗较健壮;贮藏时间越长,种子活力则越低,幼苗也越弱小。因此,在常温下,为了获得较多健壮幼苗,应在细柱西番莲种子收获后1个月内完成播种。