温度、盐分、pH值和光照强度对毛白杨种子萌发的影响

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(扬州大学园艺与植物保护学院， 江苏 扬州 225009)

温度、盐分、pH值和光照强度对毛白杨种子萌发的影响

朱李奎，陆维超，马开骠，姜蓓，金飚

(扬州大学园艺与植物保护学院， 江苏 扬州 225009)

以毛白杨种子为实验材料，研究不同温度、盐分、pH值和光照强度对毛白杨种子萌发的影响。结果表明，不同温度、盐分、pH值和光照强度对毛白杨种子萌发均有明显影响。昼夜温度为23 ℃/18 ℃时，种子发芽率最高，而在33 ℃/28 ℃和38 ℃/33 ℃的昼夜温差下，种子发芽率明显降低。在盐处理组中， 种子发芽能力明显受到盐胁迫影响，盐浓度为0，0.05，0.1，0.2 mol/L和0.4 mol/L时，种子发芽率随盐浓度的增加而下降，在0.4 mol/L的浓度下，种子不萌发。种子在中性环境下能较好萌发，碱性过大(pH=9.0)时，会在一定程度上抑制种子萌发。在一定光照强度下，种子的发芽率会随着光照强度的增加而增加，表明光照促进了种子萌发。

毛白杨； 种子萌发； 温度； 盐分； pH； 光照强度

杨树是杨柳科杨属(Populus)植物的通称，全属共有100多种，主要分布在欧洲、亚洲及北美洲，中国有50多种。由于杨树生长迅速、繁殖容易、适应性强、木材用途广，已成为我国人工林造林面积最大的树种，被广泛用于用材林、城市绿化以及碳汇造林等诸多方面[1]。杨树繁殖方式主要有播种、扦插以及嫁接等。杨树种子成熟快、萌发迅速，播种繁殖是杂交选育和有性繁殖的主要方法，前人对杨树播种研究主要集中在种子萌发机理方面[2-3]，而对种子播种后环境条件影响的研究却很少报道。种子发芽一般会受到土壤的酸碱度和盐分以及外界环境温度和光照强度的影响[4]，杨树种子萌发与上述环境因子之间的关系却还不清楚。以我国广泛分布的毛白杨(Populustomentosa)的种子为材料，研究特定环境条件下不同温度、pH值、盐分和光照强度分别对毛白杨种子萌发的影响，探求毛白杨种子在萌发过程中所需最适宜的环境条件，以期为毛白杨播种繁殖提供科学依据和理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用毛白杨种子均取自扬州市扬子江路南端(32°29′N，119°44′ E)的毛白杨，树龄约为25年，生长发育正常。毛白杨种子极为细小，蒴果成熟即开裂，因此先采集地面和枝条上已开裂的果序，带回实验室去除果序，将带种子的杨絮收集在袋中用柳条抽打以及消毒镊子挑离的方法，分离出实验待用的种子并加入干燥剂后置于4 ℃冰箱保存。2016年5月10日采集种子，5月11日水选法去除发育不良、干瘪、虫害的种子，用40 ℃温水浸种10 min，随后放入1%浓度84消毒液进行消毒处理10 min，最后以蒸馏水多次洗净。培养皿在80 ℃烘箱中消毒3 h，洗净晾干后铺滤纸。在每个培养皿中排放整齐50粒种子，调节设置酸碱度或盐浓度，置于人工智能气候箱中观察记录。

1.2 试验方法

1.2.1 温度处理

把处理后的毛白杨种子分别置于昼夜温差为18 ℃/13 ℃、23 ℃/18 ℃、28 ℃/23 ℃、33 ℃/28 ℃和38 ℃/33 ℃的智能人工气候箱(RX-400 E)中培养，5种温度设置均在18 h光照/6 h黑暗的周期性光照条件下进行，每种温度处理下播种150粒毛白杨种子(分3个培养皿，每个50粒)[4]。

1.2.2 盐分处理

分别配制0，0.05，0.1，0.2，0.4 mol/L 5 个不同浓度梯度的NaCl溶液，用胶头滴管吸取溶液浸湿下层滤纸。每个浓度播种150粒毛白杨种子(分3个培养皿，每个50粒)。置于昼夜温度25 ℃/20 ℃的智能人工气候箱中培养。

注：A为干燥种子；B为吸水后种子；C为胚根伸出；D为着生根毛；E为子叶展开；F为发芽。图1 毛白杨种子萌发的过程

1.2.3 pH值处理

分别用HCl和NaOH配制碱性和酸性母液，分别将母液和pH值为7.0的蒸馏水用实验室pH计(型号：T 11165)调节溶液的pH值至5.0、6.0、7.0、8.0和9.0，得到5个不同浓度梯度酸碱溶液[4]，并在播种实验过程中保持溶液稳定pH值，每天保持滤纸湿润无积液。每个pH值下放置150粒毛白杨种子(分3个培养皿，每个50粒)，随后置于昼夜温度25 ℃/20 ℃的智能人工气候箱中培养。

1.2.4 光照处理

分别设置强光(35 000 lx)、弱光(3 200 lx)和暗处理3组不同光照梯度的环境，前两者为全光照处理，暗处理在黑暗条件下进行。每个光强梯度播种150粒毛白杨种子(分3个培养皿，每个50粒)，置于昼夜温度25 ℃/20 ℃智能人工气候箱中培养。

1.3 指标的测定与数据分析

1.3.1 种子形态指标的测定

所有用于实验的种子中随机选取100粒发育良好的种子，8次重复，使用精确到0.1 mg的电子天平(型号：CP 114)测量种子千粒重。并用体视镜(型号：SZX 7)拍下各个时期种子萌发形态的照片，并记录毛白杨种子萌发过程。

1.3.2 种子发芽率、发芽势和发芽指数的测定

采用培养皿纸上发芽法[5]。每个培养皿放50粒种子，每个处理3次重复，当胚根突破种皮，长度为种子长度1/2时计为发芽[6]。每4 h统计萌发种子数(温度实验为每3 h)，计算种子的发芽率、发芽势和发芽指数。

发芽率(%)=发芽种子粒数/实验种子总粒数×100%。

发芽势(%)=种子最多1 d的发芽种子粒数/实验种子总粒数×100%(实验种子发芽数最多的1 d为第3天)[7]。

发芽指数=∑(Gt/Dt)，式中，Gt 为在时间t时的发芽数，Dt为相应发芽时数[8]。

2 结果与分析

2.1 种子千粒重及种子萌发过程

随机选取100粒发育良好无虫害种子，8组重复，称量种子百粒重分别为0.008 6，0.007 6，0.007 3，0.006 8，0.007 7，0.007 4，0.008 2，0.008 5 g。计算得到毛白杨种子千粒重为0.077 6 g。

毛白杨种子在萌发过程中经历吸胀、发芽、发根和子叶展开等几个生理发育过程。如图1所示，在种子萌发试验中用体视镜拍摄种子萌发全过程。吸水使干燥的种子迅速吸水，其原生质吸水后膨胀，种子体积变大(如图1-A至1-B)；发芽过程首先是胚根的伸长，逐渐从种脐处露出(图1-C)；发根是种子随着胚根的继续伸长，在其顶端会长出根毛(图1-D)；随后胚轴开始伸长，并分化出子叶，随着子叶展开便完成了其萌发的历程(图1-E、图1-F)。

如图2所示，选取2016年5月11日盐处理实验中对照组(0 mol/L)，观察毛白杨种子萌发进程，每4 h观察1次并记录数据，试验周期共计101 h，观察记录26次数据。结果表明，毛白杨种子在前2天的发芽率缓慢增长，第3天(53～77 h)开始大量萌发，第4天停止萌发，萌发周期为4 d。并且，到同年的6月15日再进行播种实验时，大量实验种子仅有数粒萌发，此时种子活力已近丧失。这表明，毛白杨种子贮藏保持活性的时期较短，仅1个月左右。因此，毛白杨种子宜现采现播，以保证种子的活力。

2.2 不同温度环境对毛白杨种子萌发的影响

由于实验中途有一个气候箱出故障，所以18 ℃/13 ℃这组没有数据。图3所示，昼夜温度23 ℃/18 ℃和28 ℃/23 ℃的处理组发芽率最高。昼夜温度设为23 ℃/18 ℃处理组发芽指数最高，达10.21，其次为昼夜温度设为28 ℃/23 ℃处理组，其发芽指数为8.90，且随着温度的增加，发芽指数和发芽率都呈下降的趋势。结果显示，昼夜温度23 ℃/18 ℃是毛白杨种子萌发较为适宜的温度，其次在昼夜温度28 ℃/23 ℃环境下也能较好萌发，而高温条件则不利于种子萌发。

图2 毛白杨种子在正常环境下发芽率变化过程

图3 不同温度对毛白杨种子萌发的影响

2.3 不同盐浓度对毛白杨种子萌发的影响

不同盐浓度对毛白杨种子处理结果如表1所示，可以看出，随着盐溶度的升高，毛白杨种子发芽率(%)、发芽势(%)以及发芽指数不断降低，对照种子(0 mol/L)萌发效果最佳，发芽率达到27.33%，发芽势为13.33%，说明无盐条件下种子的活力和整齐度最好。随着盐浓度的增大，所测各项指标都呈现下降趋势。当盐溶液浓度达到0.1 mol/L时，种子的萌发受到明显抑制，而当溶液浓度达到0.4 mol/L时，则种子无法萌发。结果表明，一定程度的盐胁迫会影响毛白杨种子萌发，在无盐或低盐的环境下种子可以较好的萌发生长。

2.4 不同pH值对毛白杨种子萌发的影响

如图4所示，毛白杨种子在pH=5.0～9.0区间均能萌发，其中pH=7.0条件下毛白杨种子萌发效果最好，高达43.33%，在pH值为5.0，6.0，8.0时，种子也能较好萌发。但当pH=9.0时，种子的萌发率最低，仅为19.33%，发芽势和发芽指数也表现出相同趋势。上述结果表明，毛白杨种子在中性环境下萌发良好，在微酸性和微碱性环境中也能生长，但碱性过大环境则对萌发不利。

表1 不同盐浓度对毛白杨种子萌发的影响

盐处理(mol/L)发芽率(%)发芽势(%)发芽指数027.3313.338.750.0518.6787.030.161.333.950.2202.020.4000

图4 不同pH值对毛白杨种子萌发的影响

2.5 不同光照强度对毛白杨种子萌发的影响

在自然条件下，不同的光照强度也会对毛白杨种子萌发产生影响，光照是促进种子萌发生长的关键因素之一。如表 2 所示，种子在 35 000 lx强光照下萌发率高达34%，萌发率远高于弱光和黑暗条件，且比弱光条件下高出近一倍。同时强光条件下种子的萌发率、萌发势和发芽指数均为最高。当无光照时，种子发芽率仅为13.33%。并且，随着光照强度减弱，种子各项指标均呈现下降趋势。上述结果表明，毛白杨种子在一定光照强度下，光照强度越大，其种子发芽情况越好，长期黑暗环境不利于毛白杨种子萌发。

表2 不同光照强度对毛白杨种子萌发的影响

光照处理(lx)发芽率(%)发芽势(%)发芽指数35000(强光)3411.338.053200(弱光)17.33107.160(暗处理)13.336.676.92

3 讨 论

种子萌发与其环境温度密切相关，植物种子在萌发生长过程中进行着活跃的生理代谢反应，在一定温度范围内，随环境温度的升高，种子萌发进程加快，但过高的温度会导致细胞膜透性和酶活性发生改变，从而影响种子萌发[9-11]。另外，种子萌发的最适温度与植物的原生境有密切关系[12]。本研究表明，毛白杨种子萌发较为适宜的昼夜温度为23 ℃/18 ℃以及28 ℃/23 ℃，在这2个温度区间内种子均可较好的萌发。而当温度继续升高，种子萌发会受到不同程度的抑制，发芽率和发芽指数均降低，显示持续高温可抑制种子萌发活性。由此可见，当昼夜温度高于28 ℃/23 ℃时，毛白杨种子萌发可能会受到高温的影响，从而使种子的萌发能力明显降低。

盐分环境影响种子萌发机制有人认为是单盐毒害的结果，有人认为是离子渗透效应，也有人认为是单盐毒害和离子渗透综合作用的结果[13]。当盐浓度超出细胞所能承受极限时，就会对细胞造成一定伤害，包括细胞膜结构受损、细胞失水、生理代谢速率放缓等，从而使种子萌发受到抑制，并且盐浓度越高，抑制萌发作用越强[14]。本研究表明，毛白杨种子萌发率和环境盐分浓度存在密切关系，种子在无盐环境中发芽率最大，随着盐浓度的增加发芽率逐渐降低，并在 0.4 mol/L的高盐环境中无法萌发。这表明毛白杨种子在萌发过程中会受到盐碱环境的抑制，因此，毛白杨尽管较耐盐碱，但其种子在土壤盐碱度较高地区很难自然萌发更新。

pH值变化也会影响种子萌发，如在拟南芥(Arabidopsisthaliana)研究中，pH 值过低会使种子萌发率降低，且种子发芽时间推迟，幼苗主根生长也会受抑制[15]；高浓度的碱性环境会伤害种胚的组织形态，破坏细胞结构，pH值过高也会抑制种子萌发[16]。本研究结果表明，中性环境下毛白杨种子萌发旺盛，是最适宜的萌发环境。当pH值过高(pH=9.0)时，种子萌发较差，种子发芽势也较低，发芽指数最差，说明较强的碱性环境会抑制毛白杨种子萌发。同时，酸性处理组和碱性处理组之间对比显示，微酸性环境下毛白杨种子的发芽率、发芽势和发芽指数均较碱性处理高。由此可以得出，毛白杨种子在酸性或微酸性土壤环境中也能萌发。

光照强度同样也是影响种子萌发的环境因素之一，种子萌发需光现象比较普遍，尤其是在种子比较小的情况下[14]。如黄顶菊(Flaveriabidentis)种子的萌发需要一个高光环境[17]。本研究结果显示，在强光照(35 000 lx)条件下，毛白杨种子更易萌发，而在弱光下种子萌发率显著降低，黑暗条件最低，表明毛白杨种子是需光萌发，在播种繁殖时不宜覆土。

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Effects of Temperature, Salt, pH and Light Intensity onPopulustomentosaSeed Germination

ZHULikui,LUWeichao,MAKaibiao,JIANGBei,JINBiao

2016-12-24

树木生长适应环境的分子生理基础(2016 YFD 0600105)；国家林业局重点研发计划课题。

朱李奎(1991—)，男，江苏宿迁人；在读硕士研究生，主要从事种子生理、生物技术等研究；E-mail:zhulikui1314@sina.cn。

金 飚，E-mail:bjin@yzu.edu.cn。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.04.087

S 792.117

A

1001-4705(2017)04-0087-04