-
柚木(Tectona grandis),属马鞭草科(Verbenaceae)的热带高大阔叶乔木,又名胭脂树、胭脂木、紫油木、血树;天然分布于海拔900 m以下的潮湿疏林中,在热带、南亚热带地区广为种植,中国云南、广东、广西、福建、台湾等地普遍引种,是世界上人工林种植面积最大的4个树种之一,也是单位面积产值最高的造林树种[1-3]。柚木具有材质坚韧、纹理美观、耐腐抗虫等优良特点,广泛用于制作军舰、高档家具等,其经济价值极高[4]。
据报道,柚木的中果皮和内果皮存在巨大机械束缚力及其个体之间的差异导致其种实播种普遍发芽率低,发芽时间较长等问题;壳聚糖(Chitosan)又称脱乙酰甲壳素,是由自然界广泛存在的几丁质(Chitin)经过脱乙酰作用的产物,化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖[5-7]。有研究认为,壳聚糖处理林木种子可激发种子提前发芽[8]。适宜的壳聚糖浓度和浸泡时间可有效促进柠条(Caragana korshinskii)和栾树(Koelreuteria paniculata)种子发芽,且种子发芽过程中养分出现变化[9, 10]。目前,柚木种子发芽过程中营养物质动态变化的文献较少查及,亦未查及壳聚糖处理其种子的文献;柚木种子发芽缓慢而不整齐的问题也未得到良好解决。本研究主要以不同浓度NaOH和壳聚糖(含浸种时间)溶液浸泡柚木种子,分析其发芽过程中可溶性糖和淀粉含量的变化,揭示发芽过程此2营养物质的变化现象,为探讨柚木种子发芽的生理变化提供初步参考。
-
柚木种子于2019年1月采自云南省红河州河口县。试验因素包括NaOH(A)、壳聚糖浓度(B)及壳聚糖浸种时间(C)3个因素,每因素含3水平(见表1)。根据试验的因素水平,采用L9(34)正交设计(见表2)开展试验实施。发芽采用16 cm ×16 cm的黑色塑料容器实施,采用苗圃土比河沙3∶1混合基质。
表 1 试验的因素水平表
Table 1. Factors and levels of the experiment
因素水平
Factor levelA-NaOH浓度/%
NaOH concentration/%B-壳聚糖浓度/%
Chitosan concentration/%C-浸种时间/h
Soaking time/h1 3 0.2 12 2 5 0.4 18 3 7 0.6 24 表 2 L9(34)正交试验设计
Table 2. The L9(34) orthogonal design of the trial
处理
TreatmentA B C B×C 处理组合
Treatment combination处理组合的实施方案
Implementation plan for the treatment combination1 1 1 1 1 A1B1C1 3%NaOH,0.2%壳聚糖浸种12h 2 1 2 2 2 A1B2C2 3%NaOH,0.4%壳聚糖浸种18h 3 1 3 3 3 A1B3C3 3%NaOH,0.6%壳聚糖浸种24h 4 2 1 2 3 A2B1C2 5%NaOH,0.2%壳聚糖浸种18h 5 2 2 3 1 A2B2C3 5%NaOH,0.4%壳聚糖浸种24h 6 2 3 1 2 A2B3C1 5%NaOH,0.6%壳聚糖浸种12h 7 3 1 3 2 A3B1C3 7%NaOH,0.2%壳聚糖浸种24h 8 3 2 1 3 A3B2C1 7%NaOH,0.4%壳聚糖浸种12h 9 3 3 2 1 A3B3C2 7%NaOH,0.6%壳聚糖浸种18h 试验含9个处理组合,加1个不处理的对照,3次重复,每个处理组合播种100粒。根据试验设计,种子在相应的NaOH浓度溶液中均浸泡4 h,然后再于壳聚糖溶液中浸泡相应时间(见表2),浸种后用0.5%的高锰酸钾溶液喷洒消毒,待播种。播种后苗床上覆盖一层隐约可见基质的松针(防止浇水时土壤板结),之后搭建高约0.5~0.6 m的双层塑料保温棚。
播种前取种实敲开获取种仁测定可溶性糖和淀粉,播种后每7 d取一次样,每个处理组合随机选取5~10粒种实带回实验室低温冷藏,采用与播种前相同的方法,测定种仁的相同指标。可溶性糖和淀粉的提取与质量分数测定采用蒽酮比色法[12]。采用Excel2003和SPSS25.0对数据进行整理和分析,若方差分析出现显著或极显著差异,则采用Duncan’s法进行多重比较。
-
试验的9个处理组合及对照,在5次(包括播种前的1次)测定中可溶性糖含量均具有极显著的差异(P≈0.000<0.01),播种后,处理组合间可溶性糖的变化不一致;对照和处理组合1的可溶性糖含量变化范围为0.54~1.44和0.27~1.39 mg·g−1,播种前和播种后7 d,对照的可溶性糖含量极显著地高于播种后的;处理组合1的则是播种前极显著地高于播种后的,可溶性糖含量随着播种时间延长,呈极显著的下降趋势;其余处理组合与处理组合1相同,播种前的极显著高于播种后的,但变化趋势略有差异;处理组合5(0.11~1.39 mg·g−1),在播种后14 d可溶性糖出现最小值,其含量呈现先减少后增加的趋势;处理组合2(0.13~1.39 mg·g−1)、3(0.09~1.39 mg·g−1)、4(0.13~1.39 mg·g−1)、8(0.12~1.39 mg·g−1)和9(0.10~1.39 mg·g−1)的可溶性糖在播种后21 d出现最小值,并呈现先减少后增加的趋势;处理组合6(0.15~1.39 mg·g−1)和7(0.22~1.39 mg·g−1)的可溶性糖在播种后14d出现最小值,其呈现先快速降低然后增加再降低的趋势(见图1)。试验结果表明不同阶段处理组合的可溶性糖变化趋势不相一致,可能是种子发芽过程中器官分化消耗能量,也可能是所设因素水平组合不同造成的,有待进一步研究。
-
播种前,种子的可溶性糖含量为1.34 mg·g−1,播种后7、14和21 d,处理组合的可溶性糖含量分别为0.20~1.44、0.11~0.70和0.09~0.63 mg·g−1,各处理组合间具有极显著的差异(P≈0.000<0.01),对照的可溶性糖含量极显著地高于其他处理组合的;播种后28 d,处理组合的可溶性糖含量分别为0.15~0.54 mg·g−1,处理组合间具有显著的差异(P=0.034<0.05),与其余时段相一致,对照的可溶性糖含量显著高于其他处理组合的,表明可溶性糖的4次测定中,NaOH和壳聚糖组合处理对其含量具有显著或极显著的差异影响,可通过此类组合处理改变种子营养物质含量而提供发芽所需。
-
随着播种后时间的延长,不同时期处理组合1、4和9的种仁淀粉含量变化范围分别为0.16~1.01、0.41~2.16和0.41~0.89 mg·g−1,其淀粉含量在不同时期具有极显著的差异(P1=0.002<0.01;P4≈0.000<0.01;P9=0.001<0.01),其中,处理组合1播种后28 d的淀粉含量极显著地高于其他4次的,呈先降低后升高的趋势;处理组合4播种后7 d的淀粉含量极显著地高于其他4次的;处理组合9播种后14和28 d的极显著地高于其他3次的;对照(0.41~0.78 mg·g−1)、处理组合2(0.41~0.95 mg·g−1)和3(0.40~0.68 mg·g−1)的淀粉含量在播种后28 d出现最大值,呈逐渐增加的变化趋势,表明播种后28 d淀粉增加并保持较高含量可为种子发芽提供能量;处理组合7(0.32~0.71 mg·g−1)和8(0.41~0.77 mg·g−1)其含量在28 d出现最低值,呈先增加后降低的趋势;处理组合5(0.41~0.90 mg·g-1)和6(0.41~1.01 mg·g−1)淀粉含量呈先升高后降低再升高的趋势(见图2)。表明淀粉在柚木种子发芽过程中持续累积,为发芽提供营养物质。
测定的5个时期,播种前淀粉含量为0.41 mg·g−1,播种后7 d,处理组合淀粉含量(0.14~2.16 mg·g−1)存在增加和降低双重现象,处理组合间具有极显著的差异(P≈0.000<0.01),其中,处理组合4的极显著地高于其他处理组合;播种14和28 d时,处理组合间淀粉含量变化范围为0.35~0.90和0.32~1.01 mg·g−1,处理组合间具有显著的差异(P14 d=0.02<0.05,P28 d=0.023<0.05),播种后14 d,处理组合4、5、6、7、8和9的淀粉含量显著地高于对照及处理组合1、2和3的;播种后28 d,处理组合1、2、4和9的显著地高于对照和处理组合3、5、6、7、8的(见图2)。以上结果表明,经试验处理播种后的4个阶段,NaOH和壳聚糖组合处理对淀粉具有显著或极显著的差异影响,即二者的组合处理可改变种子发芽过程淀粉含量变化,进一步试验研究获得有益于柚木种子发芽的处理组合后,并结合淀粉变化探究其规律和机理后,提供生产实践中NaOH和壳聚糖组合处理柚木种子促进其快速发芽和发芽整齐的技术措施。
-
播种后7、14和28d影响可溶性糖含量的主导因子是壳聚糖浸种浓度,其中,B1(0.2%壳聚糖,0.56 mg·g−1)处理的可溶性糖含量在播种后7 d时极显著地高于B2,B3(0.4%和0.6%的壳聚糖,0.32和0.23 mg·g−1;P=0.001<0.01),即随着壳聚糖浸种浓度增加,可溶性糖含量降低;播种后7和14 d时,可溶性糖的理论优水平组合为A1B1C1,与实际优处理组合一致;播种后28 d时,可溶性糖的理论优水平A2B1C2,与实际优处理组合一致。播种后21 d时,影响可溶性糖含量的主导因子是壳聚糖的浸种时间,C1(壳聚糖浸泡12 h,0.24 mg·g−1)的可溶性糖含量显著地高于C2和C3(壳聚糖浸泡18和24 h,0.12和0.18 mg·g−1;P=0.018<0.05)的,其最优水平组合为A2B1C1,与实际含量最高的处理组合A1B1C1不相一致(见表3和图3A),这可能与正交试验是非全面试验有关。以上结果表明,低浓度壳聚糖极显著地提高可溶性糖含量,在播种后21 d时,壳聚糖短时间浸泡显著地提高可溶性糖含量,即不同浸泡时间对播种后不同阶段种子的可溶性糖具有不同的影响,影响规律有待进一步试验研究。
表 3 指标的极差分析
Table 3. Range analysis of the parameters
指标
Index时间(d)
Time极差值(R)Extreme difference 主次因子顺序 优水平组合
Optimal combinationA B C B×C (主→次)
Sequence of factors可溶性糖含量(mg·g-1)
Soluble sugar content
(mg·g−1)7 0.12 0.33 0.19 0.21 B>B×C>C>A A1B1C1 14 0.09 0.11 0.10 0.05 B>C>A>B×C A1B1C1 21 0.05 0.08 0.12 0.11 C>B×C>B>A A2B1C1 28 0.14 0.16 0.09 0.12 B>A>B×C>C A2B1C2 淀粉含量(mg·g-1)
Starch content (mg·g−1)7 0.92 0.49 0.43 0.65 A>B×C>B>C A2B1C2 14 0.31 0.20 0.06 0.05 A>B>C>B×C A2B3C2 21 0.09 0.10 0.08 0.15 B×C>B>A>C A1B1C2 28 0.36 0.11 0.38 0.23 C>A>B×C>B A1B1C2 播种后7和14 d时,影响淀粉含量的主导因子是NaOH溶液浓度(A),其中,播种后7 d用5%NaOH溶液浸泡(A2,1.30 mg·g−1)的淀粉含量极显著地高于A1和A3(3%和7%NaOH,0.37和0.42 mg/g,P≈0.000<0.01)的,其优水平组合为A2B1C2,与实际含量最高的处理组合相一致;播种后14 d时,与7 d的相同,A2(0.84 mg·g−1)的淀粉含量极显著地高于A1和A3(0.53和0.79 mg·g−1,P=0.003<0.01)的,但优水平组合(A2B3C2)与实际优处理组合(A2B3C1)不一致;播种后21 d时影响淀粉含量的主导因子是壳聚糖浓度及其浸种时间的交互作用;28 d时,影响淀粉含量主导因子是壳聚糖浸种时间,其中,C2(浸种18 h,0.90 mg·g−1)的淀粉含量显著地高于C1和C3(浸种12和24h,0.62和0.52 mg·g−1;P=0.017<0.05)的,其理论优水平组合(A1B1C2),与实际淀粉含量最高的处理组合(A1B1C1)不相一致(见表3和图3B)。以上分析结果,表明柚木种子不同的发芽阶段,影响其淀粉含量的主导因子和优水平组合呈现动态变化,有必要进一步开展试验研究,研发柚木种子发芽期短而整齐的技术措施供生产实践应用。
Dynamic Effects of NaOH and Chitosan on Nutrients of Teak Seeds during Germination
More Information-
摘要: 为了解NaOH浓度(%)、壳聚糖浓度(%)及浸种时间的水平及其组合对柚木(Tectona grandis)种子发芽过程中可溶性糖和淀粉的动态变化影响,采用L9(34)正交设计开展试验实施。分别于播种前(初始)和播种后7、14、21、28 d时测定以上2指标。结果,可溶性糖初始含量为1.39 mg·g−1,播种后4个阶段处理组合的可溶性糖分别为0.20~1.44、0.11~0.70、0.10~0.63和0.15~0.54 mg·g−1,播种后处理组合间可溶性糖含量呈现极显著(P<0.01)和显著(P<0.05,28 d时)的差异。种子淀粉初始含量为0.41 mg·g−1,播种后4个阶段处理组合其含量分别为0.14~2.16、0.35~0.90、0.44~0.68和0.32~1.01 mg·g−1,处理组合间除21 d的外,淀粉含量显著(P
<0.05)或极显著(P<0.01,7 d时)的差异。壳聚糖浓度是影响可溶性糖含量变化的主导因子,有利于柚木种子可溶性糖生理活动的最优处理组合为3%NaOH浓度浸泡后0.2%壳聚糖浸泡12 h。NaOH浓度是影响淀粉含量变化的主导因子,促进淀粉含量增加的最优处理组合为5%NaOH浓度浸泡后0.2%壳聚糖浸泡18 h。 Abstract: In order to understand the effects of NaOH concentration (%), chitosan concentration (%) and soaking time on the dynamic changes of soluble sugar and starch during seed germination of Tectona grandis factorial levels and their treatment combinations (TCs) of, the L9(34) orthogonal design was employed to implement the experiment. The above two parameters were measured before sowing (initial) and at 7, 14, 21, 28 days after sowing. The results were as follows: the initial soluble sugar content was 1.39 mg·g-1, and other four stages of the TCs were 0.20-1.44, 0.11-0.70, 0.10-0.63 and 0.15-0.54 mg·g−1, respectively. The soluble sugar content among the treatment combinations after sowing is extremely significant (P<0.01) and significant (P<0.05, 28 d). The initial seed starch content was 0.41 mg·g−1, and the contents of four treatment combinations after sowing were 0.14-2.16, 0.35-0.90, 0.44-0.68 and 0.32-1.01 mg·g−1, respectively. The starch content was significant (P<0.05) or extremely significant (P<0.01-7 d). The chitosan concentration was the dominant factor affecting the change of soluble sugar content, and the optimal TC facilitating physiological activity of soluble sugar of teak seeds was 0.2% chitosan solution presoaking seeds for 12 hours after 3% NaOH concentration solution soaking seed. NaOH concentration was the dominant factor affecting the changes of starch content, and the optimal TC to promote the increase of starch content was soaking in 5%NaOH concentration and then soaking in 0.2% chitosan for 18h.-
Key words:
- Tectona grandis;
- NaOH;
- Chitosan;
- Soluble sugar;
- Starch
-
图 1 可溶性糖随时间和处理组合的变化
注:(1)大小写字母分别表示差异达极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)水平,(2)括号内字母是处理组合间的多重比较。
Fig. 1 Changes of soluble sugar content with time and treatment combinations (TCs)
Note: (1) the upper and lower case letters indicate significant differences at the levels of P < 0.01 or P < 0.05), respectively; (2) the letters in brackets are multiple comparisons between which of TCs. The same means for Figure 2.
表 1 试验的因素水平表
Tab. 1 Factors and levels of the experiment
因素水平
Factor levelA-NaOH浓度/%
NaOH concentration/%B-壳聚糖浓度/%
Chitosan concentration/%C-浸种时间/h
Soaking time/h1 3 0.2 12 2 5 0.4 18 3 7 0.6 24 表 2 L9(34)正交试验设计
Tab. 2 The L9(34) orthogonal design of the trial
处理
TreatmentA B C B×C 处理组合
Treatment combination处理组合的实施方案
Implementation plan for the treatment combination1 1 1 1 1 A1B1C1 3%NaOH,0.2%壳聚糖浸种12h 2 1 2 2 2 A1B2C2 3%NaOH,0.4%壳聚糖浸种18h 3 1 3 3 3 A1B3C3 3%NaOH,0.6%壳聚糖浸种24h 4 2 1 2 3 A2B1C2 5%NaOH,0.2%壳聚糖浸种18h 5 2 2 3 1 A2B2C3 5%NaOH,0.4%壳聚糖浸种24h 6 2 3 1 2 A2B3C1 5%NaOH,0.6%壳聚糖浸种12h 7 3 1 3 2 A3B1C3 7%NaOH,0.2%壳聚糖浸种24h 8 3 2 1 3 A3B2C1 7%NaOH,0.4%壳聚糖浸种12h 9 3 3 2 1 A3B3C2 7%NaOH,0.6%壳聚糖浸种18h 表 3 指标的极差分析
Tab. 3 Range analysis of the parameters
指标
Index时间(d)
Time极差值(R)Extreme difference 主次因子顺序 优水平组合
Optimal combinationA B C B×C (主→次)
Sequence of factors可溶性糖含量(mg·g-1)
Soluble sugar content
(mg·g−1)7 0.12 0.33 0.19 0.21 B>B×C>C>A A1B1C1 14 0.09 0.11 0.10 0.05 B>C>A>B×C A1B1C1 21 0.05 0.08 0.12 0.11 C>B×C>B>A A2B1C1 28 0.14 0.16 0.09 0.12 B>A>B×C>C A2B1C2 淀粉含量(mg·g-1)
Starch content (mg·g−1)7 0.92 0.49 0.43 0.65 A>B×C>B>C A2B1C2 14 0.31 0.20 0.06 0.05 A>B>C>B×C A2B3C2 21 0.09 0.10 0.08 0.15 B×C>B>A>C A1B1C2 28 0.36 0.11 0.38 0.23 C>A>B×C>B A1B1C2 -
[1] 吴德邻. 广东植物志(第3卷)[M]. 广东: 广东科技出版社, 1995. [2] 中国科学院中国植物志编辑委员会. 中国植物志(第65卷)[M]. 北京: 科学出版社, 1982: 80−81. [3] 中国树木志编委会. 中国主要树种造林技术(下册)[M]. 北京: 中国林业出版社, 1981: 846−851. [4] 发财致富种黄金柚木[J]. 农村新技术, 2017(9): 70. [5] 宋学之,刘文明,邱坚锋. 柚木种实预处理及催芽技术的研究[J]. 林业科学研究,1991(6):616−622. [6] 宋学之,刘文明,邱坚锋. 柚木种实萌发生理的研究[J]. 林业科学研究,1991(5):471−478+589. [7] 蒋挺大. 壳聚糖[M]. 北京: 化学工业出版社, 2006. [8] 赵西平,郭平平. 壳聚糖在林业及造纸业中的应用研究进展[J]. 福建林业科技,2009,36(2):140−144. doi: 10.3969/j.issn.1002-7351.2009.02.030 [9] 张俊风,李庆梅,段新芳,等. 壳聚糖对不同种源柠条种子发芽及其酶活性的影响[J]. 中国生态农业学报,2010,18(5):1026−1030. [10] 郭平平. 低聚壳聚糖对栾树种子萌发的影响[J]. 福建林业科技,2009,36(4):146−148. doi: 10.3969/j.issn.1002-7351.2009.04.035 [11] 云南省气象局. 云南气候图册[M]. 昆明: 云南人民出版社, 1982: 3−13. [12] 孔祥生, 易现峰. 植物生理学实验技术[M]. 中国农业出版社, 2008. [13] 张俊风,李庆梅,段新芳,等. 壳聚糖对酸枣种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 北京林业大学学报,2010,32(6):146−150. [14] 李平平, 苗秀琴, 武军杨, 等. 壳聚糖在香椿种子萌发及幼苗生长上的生理效应. 西北林学院学报, 2011, 26(6): 44-47. [15] 冀宪领,盖英萍,牟志美,等. 低聚壳聚糖对桑树种子萌发和桑树生理特性影响的研究[J]. 蚕业科学,2003(3):299−302. doi: 10.3969/j.issn.0257-4799.2003.03.019 [16] 战俊东. 催芽温度和天数对紫椴种子可溶性糖和淀粉含量的影响[J]. 防护林科技,2017(2):49−50+60. [17] 朱敏嘉, 黄俊华, 杨文英, 等. 裕民贝母种子形态休眠解除过程中营养物质的动态变化[J]. 江苏农业科学, 2019. [18] 梁艳,高美玲,刘敏,等. 红松种胚发育过程中营养物质的动态变化[J]. 种子,2018,37(10):22−26. [19] 赵光武,阮关海,陈合云,等. 氧传感技术及其在水稻种子活力检测中的应用与展望[J]. 中国稻米,2011,17(6):44−46. doi: 10.3969/j.issn.1006-8082.2011.06.013