药剂浸种对柏木种子活力的影响

洪聪慧，周昕蕾，苗 妙，蔡 月，赵千里，周忠诚，杜克兵*

(1.华中农业大学 园艺林学学院，武汉 430070；2.神农架林区林业科学研究所，湖北 神农架 442499；3.湖北生态工程职业技术学院，武汉 430200)

柏木(Cupressusfunebris)是柏科(Cupressaceae)柏木属高大常绿乔木，为我国特有树种，具有生长快、用途广、适应强等特点，其木材硬度适中、纹理美观、耐腐性强，是优良的用材树种之一.同时，柏木树姿挺拔，四季常绿，亦是优良的观赏植物和生态建设树种.柏木喜温暖湿润气候，对土壤条件要求不严，耐干旱瘠薄，也稍耐水湿，在中性、微酸性及钙质土壤上均能生长，尤其在石灰岩山地钙质土壤上生长良好，可作长江以南湿暖地区石灰岩山地的造林树种[1].在我国，柏木主要产于华东、中南、西南等地区，以四川、湖北、贵州省栽培最多[2].

由于无性繁殖困难，生产中柏木主要采用播种方式繁殖，但因种皮紧密且附有蜡质，透水透气性较差，常常发芽率低且发芽时间长，出苗不整齐等问题，严重影响了种子的利用效率和苗木产量[3-4].药剂浸种是提高种子活力、促进种子萌发和幼苗生长的有效方法，已在大量植物中成功应用，其原理是增强种子萌发相关酶的活性以及相关代谢过程，从而提高种子活力和幼苗生长能力.此外，部分药剂浸种还能起到消毒杀菌作用，并补充幼苗生长所需的营养元素，促进根系生长[5].目前，关于柏木的研究多集中于群落类型和结构、遗传多样性、森林演替等方面，关于种子发芽和苗木生长的研究较少，鲜见药剂浸种促进种子萌发方面的报道[6].本研究选取对薰衣草(Lavandulaangustifolia)[7]、油松(Pinustabulaeformis)[8]、合欢(Albiziajulibrissin)[9]、北五味子(Schisandrachinensis)[10]等植物种子萌发具有促进作用的6-BA、GA3、NAA、NH4NO3、Ca(NO3)2和KNO3等为药剂，对柏木种子进行浸种处理，通过观测种子发芽和幼苗生长情况，以期筛选出适宜的药剂种类及其浓度，为柏木种苗生产提供参考.

1 材料与方法

1.1 试验材料

柏木种子于2020年8月采自湖北省京山县太子山林场(N 30°42′，E 112°43′).球果采收后于室内阴干7 d，使其自然开裂后收集种子，去除杂质于室内阴干3 d后用于浸种试验.试验前，采用四分法取样，测得种子千粒重为2.394 g，采用烘干法测得种子含水量为11.8%[11].

1.2 试验方法

选择6-BA、GA3、NAA3、Ca(NO3)2、NH4NO3和KNO3共6种药剂进行浸种处理，以蒸馏水(H2O)为对照(CK).不同药剂的浓度设置如下[7-10]：① 6-BA设置7个浓度梯度，分别为10、50、100、200、300、400、500 mg/L；② GA3设置6个浓度梯度，分别为100、200、300、400、500、800 mg/L；③ NAA设置6个浓度梯度，分别为2、4、6、8、10、12 mg/L；④ Ca(NO3)2设置7个浓度梯度，分别为50、500、1 000、2 000、4 000、6 000、8 000 mg/L；⑤ NH4NO3设置7个浓度梯度，分别为50、500、1 000、2 000、4 000、6 000、8 000 mg/L；⑥ KNO3设置7个浓度梯度，分别为2 000、4 000、6 000、8 000、10 000、12 000、14 000 mg/L.浸种时，选择籽粒饱满的柏木种子，先用0.3% KMnO4溶液消毒2 h，用蒸馏水冲洗3次后再用化学药剂做浸种处理.将种子分别置于蒸馏水(对照组CK)以及各药剂中，浸泡24 h后用蒸馏水洗净，挑选出沉底的完整种子进行播种.

播种时，在培养皿(直径9 mm)内垫3层滤纸，加蒸馏水润湿，保证培养皿内无明显积水.每个培养皿播种30粒种子作为1个重复，重复3次/处理.播种后，盖上培养皿盖，将种子置于(25±2)℃的组培室内培养，随机排列，光照1 500～2 000 lx，并在培养皿上方加盖遮光膜(透光率40%左右)，光照时间为16 h/d.试验期间，每天统计种子的萌发情况，并往培养皿中补充少量蒸馏水浸湿滤纸.试验第51 d移除遮光膜，并每2 d添加1次1/2 Hoagland营养液.至第74 d试验结束，测量幼苗的苗高、根长和鲜重.统计时，以胚根伸出种皮达种子长度一半时记为发芽[12].连续7 d各处理的种子萌发数不变时，视为种子萌发进程结束，统计最终发芽率.表示种子活力的相关指标计算公式如下：

Gr=N74/M×100%，

(1)

Ge=N41/M×100%，

(2)

Gi=∑(Gt/Dt)，

(3)

Vi=S×Gi.

(4)

其中，Gr为发芽率，Ge为发芽势，Gi为发芽指数，Vi为活力指数.N74为第74 d的种子发芽总数，N41为第41 d种子发芽总数(第41 d时日发芽种子数达到高峰)，M为播种种子总数.Gt为在td时的发芽种子数，Dt为相应的发芽天数，S为幼苗平均鲜质量[13].

注：不同字母表示差异显著(P<0.05，Duncan’s).图1 不同药剂浸种处理的平均发芽率Fig.1 The average germination rates of seeds soaked with different reagents

注：不同字母表示差异显著(P<0.05，Duncan’s).图2 不同药剂浸种处理的平均发芽势Fig.2 The average germination vigor of seeds soaked with different reagents

注：不同字母表示差异显著(P<0.05，Duncan’s).图3 不同药剂浸种处理的平均发芽指数Fig.3 The average germination indexes of seeds soaked with different reagents

1.3 数据分析

采用SAS 8.1对试验数据进行方差分析(ANOVA)和 Duncan’s多重比较，百分数经过反正弦转换后再用于方差分析.

2 结果与分析

2.1 不同药剂处理对种子发芽率的影响

播种5 d后种子开始发芽，整个发芽时间持续了74 d.不同药剂处理对种子发芽率的影响如图1所示.由图1可知，与清水浸种(CK)相比，6种药剂处理均能不同程度地提高种子的发芽率，其中GA3、Ca(NO3)2浸种的平均发芽率显著高于CK(P<0.05)，其余处理与CK的差异不显著(P>0.05).6种药剂中，平均发芽率最高的为Ca(NO3)2，达到60.63%，显著高于其他处理(GA3除外)，为CK的1.52倍.

相同药剂不同质量浓度间种子的发芽率亦存在差异，结果如表1所示.其中，GA3和Ca(NO3)2不同质量浓度之间差异显著(P<0.05)，其余药剂不同质量浓度间差异不显著(P>0.05).GA3、Ca(NO3)2、6-BA、NAA、NH4NO3和KNO3分别以100、4 000、400、6、500、10 000 mg/L浸种时发芽率最高，分别达到68.89%、72.22%、56.67%、55.56%、58.89%和57.78%，分别为CK的1.72、1.81、1.42、1.39、1.47和1.44倍.

2.2 不同药剂处理对种子发芽势的影响

不同药剂处理对种子发芽势的影响如图2所示.由图2可知，6种药剂中，6-BA和GA3的平均发芽势显著高于CK(P<0.05)，其余处理与CK的差异不显著(P>0.05).平均发芽势最高的为6-BA，达到24.29%，为CK的1.56倍.

相同药剂不同质量浓度间种子的发芽势亦存在差异，如表1所示.其中6-BA、NH4NO3和KNO3不同质量浓度之间的发芽势差异显著(P<0.05)，其余药剂不同质量浓度间差异不显著(P>0.05).6-BA、NH4NO3、KNO3和GA3分别以400、6 000、12 000和100 mg/L浸种时发芽势最大，分别达到37.78%、25.56%、26.67%和27.78%，分别为CK 的2.43、1.64、1.71和1.79倍.NAA以6、12 mg/L浸种时发芽势最高(21.11%)，Ca(NO3)2以500、2 000 mg/L时发芽势最高(24.44%)，分别为CK的1.36和1.57倍.

2.3 不同药剂处理对种子发芽指数的影响

不同药剂处理对种子发芽指数的影响如图3所示.由图3可知，与CK相比，6种药剂处理均能不同程度地提高种子的发芽指数，除6-BA处理的平均发芽指数显著高于CK(P<0.05)外，其余处理与CK的差异不显著(P>0.05).6种药剂中，平均发芽指数最高的为6-BA，达到0.59，显著高于其他处理，为CK的2.11倍.

相同药剂不同质量浓度间种子的发芽指数亦显著不同，如表1所示.6-BA、GA3和Ca(NO3)2不同质量浓度之间的发芽指数均存在显著差异(P<0.05)，其余药剂不同质量浓度之间差异不显著(P>0.05).6-BA、GA3、Ca(NO3)2、NAA、NH4NO3和KNO3分别以400、100、4 000、6、6 000和12 000 mg/L浸种时发芽指数最高，分别达到0.83、0.47、0.47、0.36、0.55和0.46，分别为CK的2.96、1.68、1.68、1.29、1.96和1.64倍.

2.4 不同药剂处理对种子活力指数的影响

不同药剂处理对种子活力指数的影响如图4所示.由图4可知，与CK相比，6种药剂处理均能不同程度提高种子的活力指数，其中6-BA的平均活力指数显著高于CK(P<0.05)，其余处理与CK的差异不显著(P>0.05).6种药剂中，平均活力指数最高的为6-BA和Ca(NO3)2，均达到0.11，为CK的1.83倍.

表1 药剂浸种对柏木种子活力的影响Tab.1 Effect of reagents soaking on seed vitality of Cypress funebris

注：不同字母表示差异显著(P<0.05，Duncan’s).图4 不同药剂浸种处理的活力指数Fig.4 The average vigor indexes of seeds soaked with different reagents

注：不同字母表示差异显著(P<0.05，Duncan’s).图5 不同药剂浸种处理的平均幼苗鲜重Fig.5 The average fresh weight of seeds soaked with different reagents

注：不同字母表示差异显著(P<0.05，Duncan’s).图6 不同药剂浸种处理的平均苗高Fig.6 The average height of seeds soaked with different reagents

除6-BA外，相同药剂不同质量浓度间种子的活力指数差异均不显著(P<0.05),如表1所示.6-BA、GA3、NAA、Ca(NO3)2和KNO3分别以400、100、6、500、10 000 mg/L浸种时的活力指数最高，分别达到0.19、0.11、0.09、0.13和0.11，分别为CK的3.17、1.83、1.50、2.17和1.83倍.NH4NO3以6 000、8 000 mg/L浸种时活力指数最高，达到0.12，为CK的2.00倍.

2.5 不同药剂处理对幼苗鲜重的影响

不同药剂处理对幼苗鲜重的影响如图5所示.由图5可知，6种药剂处理下幼苗的平均鲜重与CK的差异均不显著(P>0.05)，平均鲜重最高的为Ca(NO3)2，达到0.26 g，为CK的1.44倍.相同药剂不同质量浓度间幼苗的鲜重差异亦不显著(P>0.05)，如表1所示.Ca(NO3)2以500、6 000 mg/L浸种时鲜重最大，达到0.28 g，为CK的1.56倍.6-BA、GA3和NAA分别以400、100、6 mg/L浸种时幼苗鲜重最大，分别达到0.22、0.23、0.26 g，分别为CK的1.22、1.28、1.44倍.NH4NO3以2 000、8 000 mg/L浸种时鲜重最大(0.23 g)，KNO3以10 000、2 000 mg/L浸种时鲜重最大(0.27 g)，分别达到CK的1.28、1.50倍.

2.6 不同药剂处理对幼苗苗高的影响

不同药剂处理对幼苗苗高的影响如图6所示.由图6可知，6种药剂中，NAA和NH4NO3处理的平均苗高最高，均达到1.81 cm，显著高于CK(P<0.05)，为CK的1.12倍，其余处理与CK的差异不显著(P>0.05).相同药剂不同质量浓度的苗高之间亦存在差异，其中GA3和NH4NO3不同质量浓度的苗高之间差异显著(P<0.05)，如表1所示，其余药剂不同质量浓度的苗高之间差异不显著(P>0.05).GA3、NH4NO3、6-BA、NAA、Ca(NO3)2和KNO3分别以100、50、500、12、500、10 000 mg/L浸种时的苗高为最大，苗高分别达到1.62、2.05、1.92、2.00、1.92、1.90 cm，分别为CK的1.00、1.19、1.23、1.19、1.17倍.

2.7 不同药剂处理对种子根长的影响

不同药剂处理对种子根长的影响如图7所示.由图7可知，6种药剂浸种均能不同程度地促进幼苗根系的生长，但除Ca(NO3)2的平均根长显著高于CK(P<0.05)外，其余处理与CK的差异不显著(P>0.05).6种药剂中，平均根长最长的为Ca(NO3)2，达到0.82 cm，为CK的1.41倍.

相同药剂不同质量浓度的根长之间差异均不显著(P>0.05)，如表1所示.Ca(NO3)2、6-BA、GA3、NAA、NH4NO3和KNO3分别以8 000、300、100、2、8 000、2 000 mg/L浸种时的根长为最大，根长分别达到0.96、0.84、0.78、0.77、0.81、0.95 cm，分别为CK的1.66、1.45、1.34、1.33、1.40和1.64倍.

3 讨论与结论

3.1 讨论

采用植物生长调节剂浸种，促进种子发芽已在花卉、果树、蔬菜、作物中广泛应用，常用种类包括GA3、6-BA和NAA[14].GA3可打破种子休眠，促进生长素类物质的合成，提高种子内淀粉酶活性，加快种子代谢活动，从而提高种子发芽能力；6-BA作为一种细胞分裂素，可促进细胞分裂；NAA则对促进植物发芽、生根、生长等有重要影响.靳祖石等[14]研究了GA3、6-BA和NAA 3种植物生长调节剂对薄叶鸡蛋参种子萌发的影响，发现150 mg/L GA3、5 mg/L 6-BA和2 mg/L NAA对种子萌发有显著的促进作用，其中150 mg/L GA3浸种12 h的种子发芽情况最好，有利于增加幼苗的苗高和根长.彭婵等[15]发现NAA浸种抑制了梓树(Sorbuspohuashanensis)种子发芽，而GA3促进了种子发芽，尤以300 mg/L GA3浸种36 h最好.本研究发现适宜浓度的6-BA、GA3和NAA均可以促进种子萌发，以GA3效果最好，但NAA促进幼苗生长，而GA3对苗高生长产生了一定的抑制作用，这可能与种子自身特性、浸种时间和培养条件等有关.

注：不同字母表示差异显著(P<0.05，Duncan’s).图7 不同药剂浸种处理的平均根长Fig.7 The average root growth of seeds soaked with different reagents

钙是植物生长的必需营养元素和第二信使，与钙调蛋白结合形成钙-钙调蛋白复合体参与信息传递，在生长发育中起重要作用.同时，钙离子参与种子发芽时细胞壁的形成，参与细胞有丝分裂纺锤体的形成，稳定种子中的细胞膜，可以作为种子中某些水解酶的活化剂[16].黄志超等[17]发现1%、2%和4%的Ca(NO3)2浸种可显著提高野生草地早熟禾(Poapratensis)的发芽指数和活力指数，但其发芽势、平均发芽天数和幼苗鲜重与对照差异不显著.本研究中，Ca(NO3)2浸种显著促进了柏木种子萌发和幼苗生长，这种差异可能与草本植物和木本植物种子的差异性有关.

钾是植物生长必需的三大元素之一，可促进多种代谢酶的活性，具有打破种子休眠、提高种子活力和促进萌发的作用.植物种子主要吸收的无机态氮为铵态氮和硝态氮，氮是蛋白质、磷脂的重要组成成分，也是多种酶和辅酶的组成成分，在种子细胞的物质和能量代谢中起重要的作用；而且氮是细胞分裂素和维生素的组成成分，对种子的发芽起到促进作用.已有研究表明，NH4NO3、KNO3等药剂对种子的萌发和幼苗的生长具有促进作用.何宏艳等[18]发现0.3%的KNO3和0.5%的NH4NO3可提高辣椒种子的萌发力，促进幼苗生长.王俊生等[19]发现0.2%的NH4NO3和0.8%的KNO3浸种能提高油菜种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数，促进幼苗生长.本研究结果与其相似，但NH4NO3和KNO3对柏木种子发芽的促进作用并没有达到显著水平.

3.2 结论

6种药剂均能不同程度促进种子萌发，相同药剂不同质量浓度间亦存在差异.Ca(NO3)2处理能显著提高种子活力、促进种子萌发和幼苗生长，明显优于其他药剂处理，尤以4 000 mg/L的效果最优，其发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、鲜重、苗高和根长分别达到72.22%、20.00%、0.47、0.12、0.27 g、1.68 cm、0.74 cm，分别是清水浸种(对照CK)的1.81、1.29、1.68、2.00、1.50、1.04和1.28倍.

目前，关于药剂浸种初级种子萌发的研究多集中于某一特定的药剂种类和浓度，而不同药剂组合的研究相对比较匮乏.实际上，不同药剂会通过不同的机理影响种子萌发，今后有必要进一步探究2种或多种药剂组合对柏木种子萌发的影响，筛选出更加适宜的药剂种类及浓度组合，以进一步促进柏木种子萌发和幼苗生长.