珍稀濒危植物元宝山冷杉种实特征及种子萌发特性研究.pdf
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1、元宝山冷杉(A b i e s y u a n b a o s h a n e n s i s)是广西特有的珍稀濒危植物,为进一步探究元宝山冷杉的种实特征以及种子萌发特性,本研究分析了其果实和种子特征,采用发芽对照试验测定种子的萌发力。元宝山冷杉种实特征结果显示:球果长(9.4 41.1 0)c m,球果重(3 5.8 84.1 0)g,单果种子数5 3 1-7 1 1粒,球果重与单果种子数及单粒种子重之间存在显著的正相关关系;种子长度为(1 7.0 21.1 6)mm,宽度为(8.8 60.6 0)mm,厚度为(1.9 70.1 7)mm,种翅长为(6.9 90.6 6)mm,种翅宽为(5.
2、3 00.5 5)mm,千粒重为(1 9.32.5)g;元宝山冷杉种子败育率较高,空粒占5 3.7%。元宝山冷杉种子萌发特性结果显示:种子最适萌发温度为2 5 恒温,低于1 5 时基本不萌发,在1 5-2 5 变温下发芽势显著降低(P0.0 1);浸种有利于元宝山冷杉种子的萌发,浸种2 4 h的种子发芽率极显著高于浸种4 8 h的种子(P0.0 1);种翅对元宝山冷杉的种子萌发无抑制作用,但去翅后的种子发芽能力更强;纸床更适宜元宝山冷杉种子的萌发;低温贮藏可以保持元宝山冷杉种子的活性,延长种子寿命。因此,元宝山冷杉的种子在去翅条件下浸种2 4 h后放置在2 5 恒温的纸床上更利于其萌发。关键词
3、:元宝山冷杉;种子萌发;种实特性;濒危植物;环境因子中图分类号:Q 9 4 5.5 3 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 2 7 3 7 8(2 0 2 3)0 2 0 1 6 1 0 8D O I:1 0.1 3 6 5 7/j.c n k i.g x k x y x b.2 0 2 3 0 5 1 7.0 0 6 元宝山冷杉(A b i e s y u a n b a o s h a n e n s i s)为松科(P i n a c e a e)冷杉属(A b i e s)常绿乔木,是中国特有的古老濒危孑遗植物,仅存在于广西融水苗族自治县元宝山境内,属于我国一级重点保护野生植物。元宝
4、山冷杉是国内目前分布纬度最低的冷杉属树种之一,对研究我国南方植物区系的发生、演变以及第四纪冰川时期气候变化有较高的价值1,2。近年来,随着全球气候持续变暖,元宝山冷杉的生境也不断被压缩和破碎161王莹,文淑均,罗定明,等.珍稀濒危植物元宝山冷杉种实特征及种子萌发特性研究化,再加上其在野外的自然更新能力较差、结实周期长、种子发芽率低等因素,使得该种群数量不断缩小。欧祖兰等3发现元宝山冷杉野外现存种群数量不足9 0 0株,分布范围极度狭窄。元宝山冷杉种群大小级结构呈现出老龄树比例最大,幼龄树和中龄树比例较小,尤其是中龄树更为少见,许多老龄树生长情况糟糕,存在空心和枯顶的现象4,5。目前元宝山冷杉种
5、群已处于极度濒危的状态,亟须采取措施来保护和扩大种群,否则种群衰退,极易走向灭亡6。目前对元宝山冷杉的研究相较于秦岭冷杉(A.c h e n s i e n s i s)和巴山冷杉(A.f a r g e s i i)等较少,且研究时间间隔较长,许多关于其群落7,8、种群9,1 0以及濒危机制1,1 1的探讨多集中在2 0 0 2年,而遗传多样性1 2,1 3方面近年来研究较多,但始终少有种子生物学方面的研究。唐润琴等1 4曾探究了元宝山冷杉的结实特性和种子繁殖力,发现元宝山冷杉的结实具有大小年现象,初步进行发芽试验后发现该树种种子生活力极低,室内恒温培养箱的种子发芽率为1 8.9%,室外盆播
6、的种子发芽率仅为6.8%。种子萌发往往是种群自然更新的基础,关系到种群的发展、生存以及繁衍,当幼苗更新数量不足以补充种群中衰老的数量,种群就极易衰退并逐渐走向灭亡。元宝山冷杉自然更新能力较差、结实周期长、结实量较低、野外人工干预困难,要想突破种群繁殖难关,扩大种群规模,深入探究其种子的萌发特性是关键。本研究对元宝山冷杉的种实特性及不同条件下元宝山冷杉种子的萌发特性进行探讨,以期获得该种子的最适萌发条件,为深入开展元宝山冷杉种子繁殖研究奠定基础,为进一步实现大规模人工培育元宝山冷杉实生幼苗提供理论依据。1 材料与方法1.1 材料采集 2 0 1 9年1 0月,在广西元宝山国家级自然保护区冷杉坪(
7、元宝山冷杉集中分布地)进行采种。由于元宝山冷杉是濒危植物,数量稀少,还具有结实间隔期,需要适当留存以自然萌发种子,因此需严格把控采摘球果的数量。本试验选择元宝山冷杉群体中1 3株结实母树作为采集对象,在球果变为黄色且种鳞微微张开时采下2 8个完整球果。摘取球果后,根据母树编号对球果进行编号,将球果用信封单独贮藏在通风透气的地方自然阴干,使球果内种子自行脱落保存。在后续解剖过程中发现,不少球果存在虫蛀,严重影响了球果质量,其中只有1 1个球果是完整的,因此本试验数据来源于9株母树共1 1个完整球果。1.2 种实特征测定 测定球果阴干后脱落的种子重、种鳞重以及中轴重,并统计出单果种子数。采用百粒法
8、来测量元宝山冷杉种子的千粒重,将1 1个球果中的纯净种子混合后,随机取出1 0 0粒为1组,重复8次,计算种子的平均值、标准差以及变异系数,得出种子的千粒重。随机取出1 0 0粒种子,使用游标卡尺测量每颗种子的长度、宽度、厚度、种 翅 长 度、种 翅 宽 度 等 指 标,重 复3次。1.3 种子萌发特性测定 在恒温2 5、8 0%相对湿度(RH)的人工培养箱中进行萌发试验,试验过程中每隔2 4 h观察1次,检查水分状况和发芽状况,发芽的标志是种子胚根达到种子长度的一半,取出已萌发的种子并记录每日萌发数量。选用发芽率(G R)、发芽势(G P)、萌发时滞(G T L)、萌发持续时间(G D)4个
9、指标来衡量元宝山冷杉的种子萌发特性。在种子日发芽数达到高峰时计算种子的G P;在发芽末期连续5 d发芽数量低于种子总数的1/1 0 0时计算种子的G R;萌发试验开始到第1粒种子发芽的时长为G T L;第1粒种子萌发到试验结束的间隔时长为G D。发芽率与发芽势的计算公式如下:发芽率(%)=正常发芽种子粒数/参试种子的总粒数1 0 0%。发芽势(%)=达到高峰时的正常发芽种子粒数/参试种子的总粒数1 0 0%。1.3.1 温度对元宝山冷杉种子萌发的影响 温度梯度分别设置为2 5 恒温、2 0-3 0 变温、1 5-2 5 变温、1 0-2 0 变温,共计4个梯度,每个梯度重复3次,每次选取饱满种
10、子5 0粒,放置在垫有两层湿润滤纸的培养皿中进行发芽试验。1.3.2 浸种时间对元宝山冷杉种子萌发的影响 将元宝山冷杉种子浸泡于2 5 恒温水浴中,浸种时间分别设置为0(对照)、2 4、4 8 h,3个梯度各重复3次,每次选取饱满种子5 0粒,将处理好的种子放入恒温2 5、8 0%RH的培养箱中培养观察。1.3.3 种翅对元宝山冷杉种子萌发的影响 选用浸种2 4 h的元宝山冷杉种子,对种子进行保留原有翅和物理去翅两个处理,每个处理各重复3次,每次选取饱满种子5 0粒,将处理好的种子放入恒温2 5、8 0%RH的培养箱中培养观察。261广西科学院学报,2 0 2 3年,3 9卷,第2期 J o
11、u r n a l o f G u a n g x i A c a d e m y o f S c i e n c e s,2 0 2 3,V o l.3 9 N o.21.3.4 置床基质对元宝山冷杉种子萌发的影响 选用物理去翅浸种2 4 h的种子,分别放置在垫有两层湿润滤纸的培养皿和放有湿沙(经过0.8 mm孔筛后灭菌处理)的盆中,试验期间保持滤纸和细沙始终湿润并3 d更换1次滤纸,将培养皿和沙盆放在恒温2 5、8 0%RH的培养箱中培养观察。1.3.5 种子贮藏条件对元宝山冷杉种子萌发的影响 选取大小一致、颗粒饱满的种子进行去翅处理后,分别放置于室温贮藏1 0 0 d、低温(4)冰箱贮藏
12、1 0 0 d和3 6 5 d后,取出进行种子发芽试验,将贮藏后的种子浸种2 4 h后放在垫有两层湿润滤纸的培养皿中,置于恒温2 5、8 0%RH的培养箱中培养观察。1.4 数据处理 采用S P S S 1 8.0软件对不同处理下种子萌发特性差异进行单因素方差分析(ANOVA),统计结果以平均值标准差(M e a n S D)表示。2 结果与分析2.1 元宝山冷杉球果特征 元宝山冷杉的球果呈圆柱形,成熟时球果从黄绿色变为黄色(图1)。由表1可知,球果长为7.8 6-1 0.6 5 c m,均值为(9.4 41.1 0)c m;风干后球果重为2 8.7 2-4 4.0 8 g,均值为(3 5.8
13、 84.1 0)g;种鳞重为2 0.3 2-2 8.7 8 g,均值为(2 3.8 72.3 6)g;中轴重为1.5 6-3.3 8 g,均值为(2.4 70.5 1)g;单粒种子重为0.0 1 2-0.0 1 8 g,均值为(0.0 1 50.0 0 2)g;单果种子数为5 3 1-7 1 1粒,平均为6 1 6粒,球果的出种数差异小,变异系数仅为0.0 9。图1 元宝山冷杉球果形态F i g.1 C o n e m o r p h o l o g y o f A.y u a n b a o s h a n e n s i s表1 元宝山冷杉球果特征T a b l e 1 C o n e c
14、 h a r a c t e r i s t i c s o f A.y u a n b a o s h a n e n s i s统计指标S t a t i s t i c a l i n d i c a t o r s球果长/(c m)C o n e l e n g t h/(c m)球果重/(g)C o n e w e i g h t/(g)种鳞重/(g)S e e d s c a l e w e i g h t/(g)中轴重/(g)M i d d l e a x l e w e i g h t/(g)单粒种子重/(g)S i n g l e s e e d w e i g h t/(g
15、)单果种子数/(粒)N u m b e r o f s e e d s p e r c o n e/(g r a i n)R a n g e 7.8 6-1 0.6 52 8.7 2-4 4.0 82 0.3 2-2 8.7 81.5 6-3.3 80.0 1 2-0.0 1 85 3 1-7 1 1A v e r a g e v a l u e 9.4 41.1 03 5.8 84.1 02 3.8 72.3 62.4 70.5 10.0 1 50.0 0 26 1 6C o e f f i c i e n t o f v a r i a t i o n0.1 10.1 10.1 00.1
16、10.1 40.0 9 由表2可知,元宝山冷杉的球果重与单果种子数及单粒种子重之间存在显著的正相关关系,表明元宝山冷杉中比较重的球果会产出更多数量的种子以及更大粒的种子。表2 元宝山冷杉球果特征之间的相关性T a b l e 2 C o r r e l a t i o n b e t w e e n c o n e c h a r a c t e r i s t i c s o f A.y u a n-b a o s h a n e n s i s球果重C o n e w e i g h t单粒种子重S i n g l e s e e d w e i g h t单果种子数N u m b e r
17、 o f s e e d s p e r c o n eC o n e w e i g h t 10.9 2 8*0.9 1 6*S i n g l e s e e d w e i g h t0.9 2 8*10.7 1 1*N u m b e r o f s e e d s p e r c o n e0.9 1 6*0.7 1 1*1N o t e:*i n d i c a t e s s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e(P0.0 5),*i n d i c a t e s e x-t r e m e l y s i g n i f i c a
18、 n t d i f f e r e n c e(P0.0 1).2.2 元宝山冷杉种子特征 元宝山冷杉的种子扁平,呈黄褐色,具有倒三角形的宽大膜翅(图2),有利于远距离传播。由表3可知,元宝山冷杉的种子长度为1 4.1 4-1 9.5 1 mm,均值为(1 7.0 21.1 6)mm;宽度为7.2 3-1 0.2 1 mm,均值为(8.8 60.6 0)mm;厚度为1.6 6-2.5 2 mm,均值为(1.9 70.1 7)mm;种子千粒 重为1 5.2-2 3.3 g,均值为(1 9.32.5)g;种翅长为5.1 7-8.5 3 mm,均值为(6.9 90.6 6)mm;种翅 宽为3.9
19、4-6.6 6 mm,均值为(5.3 00.5 5)mm。361王莹,文淑均,罗定明,等.珍稀濒危植物元宝山冷杉种实特征及种子萌发特性研究A i n d i c a t e s s e e d s,B i n d i c a t e s s e e d s c a l e,C i n d i c a t e s a x i s.图2 元宝山冷杉种子形态F i g.2 S e e d m o r p h o l o g y o f A.y u a n b a o s h a n e n s i s2.3 元宝山冷杉种子萌发特性2.3.1 温度对元宝山冷杉种子萌发的影响 由表4可知,温度对元宝山冷
20、杉的种子萌发影响显著,其萌发温度范围较广,在1 5-3 0 均能萌发,最适萌发温度为2 5 恒温。4种温度处理下,1 0-2 0 变温处理下种子的发芽率与其他3个温度处理之间呈极显著差异(P0.0 1),在该变温处理下整个发芽周期内种子都未萌发,说明该温度过低不利于种子萌发。1 5-2 5 变温处理下的发芽势与其他3种呈极显著差异(P0.0 1),且该环境下的种子有3 d的萌发时滞,前期萌发数量少,也不适宜种子的萌发。在整个发芽周期中,2 5 恒温的发芽情况相对更加稳定,前期发芽数量多,整体发芽率高,因此2 5 恒温更适合元宝山冷杉种子的萌发。表3 元宝山冷杉种子特征T a b l e 3 S
21、 e e d c h a r a c t e r i s t i c s o f A.y u a n b a o s h a n e n s i s统计指标S t a t i s t i c a l i n d i c a t o r s 种子S e e d种翅S e e d w i n g长度/(mm)L e n g t h/(mm)宽度/(mm)W i d t h/(mm)厚度/(mm)T h i c k n e s s/(mm)种子千粒重/(g)T h o u s a n d s e e d w e i g h t/(g)长度/(mm)L e n g t h/(mm)宽度/(mm)W i
22、 d t h/(mm)R a n g e1 4.1 4-1 9.5 17.2 3-1 0.2 11.6 6-2.5 21 5.2-2 3.35.1 7-8.5 33.9 4-6.6 6A v e r a g e v a l u e1 7.0 21.1 68.8 60.6 01.9 70.1 71 9.32.56.9 90.6 65.3 00.5 5C o e f f i c i e n t o f v a r i a t i o n0.0 70.0 70.0 90.1 30.1 00.1 0表4 温度对元宝山冷杉种子萌发的影响T a b l e 4 E f f e c t s o f t e
23、m p e r a t u r e o n s e e d g e r m i n a t i o n o f A.y u a n b a o s h a n e n s i s温度T e m p e r a t u r e 发芽率/(%)G R/(%)发芽势/(%)G P/(%)萌发时滞/(d)G T L/(d)萌发持续时间/(d)G D/(d)C o n s t a n t t e m p e r a t u r e o f 2 5 3 5.6 02.4 0 A3 0.4 02.2 3 A11 8C h a n g e t e m p e r a t u r e a t 2 0-3 0 3
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