-
芒苞草(Acanthochlamys bracteate)是一个极具科研价值的物种[1-4],为国家二级保护植物[5]。
对于芒苞草的前期研究,国内外主要集中在形态学和胚胎学[6-8]、遗传学[9-10]、分类学[11]及生理学[12]等方面。近年来,受自然条件和人为因素的影响,芒苞草的分布范围、种群密度呈缩减趋势。对四川道孚县的芒苞草居群生境比对研究发现,芒苞草的生境在青藏高原地区具有独特性[13],这也使得芒苞草种子在野外萌发困难,因此迫切需要对其萌发特性进行进一步的探究,找到促进芒苞草种子萌发的措施。
影响种子萌发的主要因素包括内部因素和外部因素两方面[14],内部因素主要包括种子内部的营养物质积累、激素水平、种皮障碍等,环境因素主要包括光照、温度、湿度等,一些植物激素例如生长素类、赤霉素类(GA)、细胞分裂素类也对种子休眠与萌发起重要调控作用[15]。目前,一些研究主要侧重于单因素对种子萌发的影响[16],而缺少多因素互作研究,因此设置不同的光照与温度条件,并结合外源激素种类和浓度处理种子。通过统计发芽率、发芽势以及发芽指数并进行综合比对,旨在明确不同光照与温度、不同浓度的GA3、NAA、IBA对芒苞草种子萌发的影响,探索芒苞草种子萌发的最适条件,为芒苞草的种质资源保护提供理论依据。
-
试验材料采自四川省甘孜州雅江县(101°05'E,29°42'N)。将采集获得的芒苞草成熟果实阴干后,剥离果荚获得种子,以备后试。
-
将上述芒苞草种子装入收纳袋后,放于4℃冰箱,60-90d,进行种子保存与层积处理。
-
取完成保存与层积的种子,共27000粒;用0.1 %高锰酸钾溶液消毒10 min,并用纯净水冲洗3遍。
-
用赤霉素(GA3)、萘乙酸(NAA)、吲哚丁酸(IBA)和纯净水处理消毒后的种子。具体操作如下:每种试剂设置3个浓度梯度:1 mg/L、10 mg/L与100 mg/L,分别记为G1、G2、G3;N1、N2、N3;I1、I2、I3(如表1);每个浓度处理100粒种子,处理时间为1 h,每个处理设3次重复,纯净水处理为对照组(CK)。
表 1 芒苞草种子萌发全面试验设计表
Table 1. Comprehensive experimental design table of seed germination of Acanthochlamys bracteate
处理条件 G1 G2 G3 N1 N2 N3 I1 I2 I3 CK 1.30℃+12h光照 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 2.30℃+24h光照 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 3.30℃+黑暗 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 4.25℃+12h光照 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 5.25℃+24h光照 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 6.25℃+黑暗 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 7.20℃+12h光照 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 8.20℃+24h光照 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 9.20℃+黑暗 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 注: “Y”代表一个实验处理组 -
将激素处理完成的种子,均匀点播在培养皿内的湿润滤纸上,盖上培养皿盖子后,置于对应温度与光照条件下培养,期间保持滤纸湿润。具体培养条件设置如下:光照条件设置为黑暗、间断光照(12 h/12 h)与连续光照(24 h);温度条件设置为20℃、25℃与30℃;共计9组处理(表1)。
-
待种子胚根长出(露白)时,记为种子萌发成功,每天统计露白数量,直到露白数量连续5天不再变化时,记录终止。统计不同处理条件下芒苞草种子的发芽率,以及光照条件下各组的发芽指数和发芽势,用SPSS处理实验数据分析其显著性,利用三因素方差分析去研究不同因子对芒苞草种子发芽率的影响关系。
发芽率(%)=(n /N)×100%,其中:n为萌发种子数,N为供试种子数。
发芽指数=∑(Gt/Dt),其中:Gt为第t天的发芽数;Dt为相应的发芽天数。
发芽势(%)=(Nm/N)×100%,其中:Nm为种子发芽达到最高峰时种子发芽粒数。
-
由表2可知,芒苞草在不同处理与培养的条件下,发芽率差异显著,其数值介于0 %−93.00 %之间。发芽率最高的处理组为4+G2,发芽率为93.00 %;其次是处理组1+G3,发芽率为90.00 %,除此之外,发芽率大于80.00 %的组合还有3个,分别是1+N1、1+I3、4+N1。发芽率小于5.00 %的组合有10个,均为黑暗条件下的处理组。此外,种子未萌发的组合是6+G2。
表 2 芒苞草种子在不同处理条件下的发芽率(%)
Table 2. Germination rate of Acanthochlamys bracteate seeds under different treatment conditions (%)
处理条件 G1 G2 G3 N1 N2 N3 I1 I2 I3 CK 1 52 73 90 85 66 33 58 73 84 54 2 45 47 54 73 43 13 48 49 65 44 3 25 33 27 46 56 9 34 19 15 36 4 72 93 70 84 60 78 66 78 61 66 5 27 29 57 43 54 75 51 64 34 46 6 13 0 7 6 2 2 10 11 2 8 7 8 18 25 15 25 18 10 21 20 12 8 6 5 8 13 11 18 12 8 10 10 9 3 4 3 3 5 9 8 8 3 2 -
由表3可知,在不同处理与培养的条件下,芒苞草种子的发芽势具有显著差异;发芽势最低为1.00 %,最高为59.00 %。发芽势大于50.00 %的组合共有6个,分别是1+N1、1+N2、1+I2、4+G1、4+G2、4+I1,而20℃条件下不同处理组的发芽势均低于12.00 %。
表 3 芒苞草种子在不同处理条件下的发芽势(%)
Table 3. Germination potential of Acanthochlamys bracteate seeds under different treatment conditions (%)
处理条件 G1 G2 G3 N1 N2 N3 I1 I2 I3 CK 1 23 36 44 56 53 17 39 57 42 25 2 33 27 31 26 20 5 25 20 46 35 3 空白 4 59 50 46 42 32 40 57 41 43 26 5 7 11 21 17 26 22 18 31 16 33 6 空白 7 2 6 9 3 12 1 1 2 3 3 8 1 1 1 1 3 3 2 1 2 4 9 空白 -
由表4可知,发芽指数大于20的组合只有1个,为4+G2,显著高于其他处理组,大部分处理组的发芽指数介于5~15之间,而20℃下不同处理组的发芽指数均低于2,与其他处理组之间具有显著性差异。
表 4 芒苞草种子在不同处理条件下的发芽指数
Table 4. Germination index of Acanthochlamys bracteate seeds under different treatment conditions
处理条件 G1 G2 G3 N1 N2 N3 I1 I2 I3 CK 1 6.47 8.55 11.72 10.23 8.16 4.10 7.29 10.21 10.66 6.78 2 6.25 6.32 7.02 8.86 4.92 1.37 6.31 6.13 8.92 5.66 3 空白 4 17.82 24.78 14.92 11.98 5.40 13.59 12.72 19.18 7.30 10.32 5 5.23 3.61 7.46 7.24 9.34 12.46 9.57 9.62 3.36 6.67 6 空白 7 0.51 1.34 1.87 1.18 1.87 1.11 0.96 1.62 2.00 0.83 8 0.42 0.31 0.50 0.76 0.67 1.03 0.93 0.39 0.71 0.66 9 空白 -
选取发芽率、发芽势、发芽指数最高的十组进行显著性差异分析并做图,从图1、2、3可知,发芽率以及发芽指数最高的组为4+G2(P<0.05),与其他组之间有显著性差异,发芽势最高的组别为4+G1(P<0.05),总的来看,最优处理组为4+G2(P<0.05),即用10 mg/L的GA3处理芒苞草种子,并置于25℃、12 h光照的环境中进行萌发,种子发芽率高、萌发快且种子活力更高。
图 1 芒苞草种子在不同处理条件下的发芽率(%)
Figure 1. The germination rate under different processing conditions (%) of Acanthochlamys bracteate.
图 2 芒苞草种子在不同处理条件下的发芽势(%)
Figure 2. The germination potential under different processing conditions (%) of Acanthochlamys bracteate
表 5 不同处理下芒苞草种子的发芽率、发芽势、发芽指数显著性分析
Table 5. Significant analysis of germination rate, germination potential, and germination index of Acanthochlamys bracteate under different treatments
组别 发芽率(%) 发芽势(%) 种子发芽指数 1+G3 90b 44ef 11.72g 1+N1 85c 56b 10.23i 1+I2 73e 57ab 10.21j 1+I3 84c 42fg 10.66h 4+G1 72ef 59a 17.82c 4+G2 93a 50c 24.78a 4+G3 70f 46d 14.92d 4+N1 84c 42fg 11.98f 4+N3 78d 40g 13.59e 4+I2 78d 41g 19.18b -
利用三因素方差分析研究GA3,IBA,NAA,光照和温度对芒苞草种子发芽率的影响,结果如表6、7、8所示。光照和温度均呈现出极显著性(P<0.01),GA3、IBA、NAA则没有呈现出显著性。
表 6 GA3、温度和光照的三因素方差分析
Table 6. Three-factor ANOVA of GA3, temperature and light
差异源 平方和 df 均方 F p Intercept 29601.333 1 29601.333 147.597 0.000* GA3 452.667 2 226.333 1.129 0.343 温度 8258.667 2 4129.333 20.589 0.000* 光照 8344.222 2 4172.111 20.803 0.000* Residual 4011.111 20 200.556 R ²: 0.810
* P<0.01表 7 IBA、温度和光照的三因素方差分析
Table 7. Three-factor ANOVA of IBA, temperature and light
差异源 平方和 df 均方 F p Intercept 34848.148 1 34848.148 191.248 0.000* 光照 5494.741 2 2747.370 15.078 0.000* 温度 8613.852 2 4306.926 23.637 0.000* IBA 516.963 2 258.481 1.419 0.265 Residual 3644.296 20 182.215 R ²: 0.801
* P<0.01表 8 NAA、温度和光照的三因素方差分析
Table 8. Three-factor ANOVA of NAA, temperature and light
差异源 平方和 df 均方 F p Intercept 1029.613 1 1029.613 2.560 0.125 光照 4649.389 2 2324.695 5.780 0.010* 温度 8017.147 2 4008.574 9.967 0.001* NAA 3065.942 2 1532.971 3.812 0.040 Residual 8043.333 20 402.167 R ²: 0.623
* P<0.01
Effect on different treatments on indoor seed germination of Acanthochlamys bracteata
More Information-
摘要: 为了研究易危植物芒苞草种子的萌发特性,探寻适宜的萌发策略,实验设置了不同的光照、温度条件,并用不同种类和浓度的生长激素处理种子,分析不同处理组的发芽率、发芽势和发芽指数。实验结果表明,温度和光照对芒苞草种子萌发的影响最为显著,温度是决定性因素;25℃、12 h/12 h光照条件下芒苞草种子的发芽势、发芽指数最高;三种植物激素中,10 mg/L的GA3对芒苞草种子萌发的促进效果最显著。实验得出的最佳处理组是用10 mg/L的GA3溶液处理种子并将其置于20℃、12 h/12 h光照条件中培养,其发芽率、发芽势、发芽指数分别为93 %、50 %、24.78。Abstract: To study the germination characteristics of Acanthochlamys bracteata seeds and explore the appropriate germination strategy, the experiment was set up with different light and temperature conditions, and the seeds were treated with different types and concentrations of growth hormones to analyze the germination rate, germination potential and germination index of different treatment groups. The experimental results showed that temperature and light had the most significant effect on Acanthochlamys bracteata seed germination, with temperature being the determining factor; the germination potential and germination index of Acanthochlamys bracteata seeds were the highest under 25°C and 12 h/12 h light conditions; among the three phytohormones, 10 mg/L of GA3 had the most significant effect on the promotion of Acanthochlamys bracteata seed germination. The best treatment group was treated with 10 mg/L GA3 solution and incubated in 20℃, 12 h/12 h light conditions, and the germination rate, germination potential, and germination index were 93 %, 50 %, and 24.78, respectively.
-
Key words:
- Acanthochlamys bracteate;
- seed germination;
- plant hormones;
- temperature;
- light
-
表 1 芒苞草种子萌发全面试验设计表
Tab. 1 Comprehensive experimental design table of seed germination of Acanthochlamys bracteate
处理条件 G1 G2 G3 N1 N2 N3 I1 I2 I3 CK 1.30℃+12h光照 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 2.30℃+24h光照 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 3.30℃+黑暗 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 4.25℃+12h光照 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 5.25℃+24h光照 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 6.25℃+黑暗 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 7.20℃+12h光照 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 8.20℃+24h光照 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 9.20℃+黑暗 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 注: “Y”代表一个实验处理组 表 2 芒苞草种子在不同处理条件下的发芽率(%)
Tab. 2 Germination rate of Acanthochlamys bracteate seeds under different treatment conditions (%)
处理条件 G1 G2 G3 N1 N2 N3 I1 I2 I3 CK 1 52 73 90 85 66 33 58 73 84 54 2 45 47 54 73 43 13 48 49 65 44 3 25 33 27 46 56 9 34 19 15 36 4 72 93 70 84 60 78 66 78 61 66 5 27 29 57 43 54 75 51 64 34 46 6 13 0 7 6 2 2 10 11 2 8 7 8 18 25 15 25 18 10 21 20 12 8 6 5 8 13 11 18 12 8 10 10 9 3 4 3 3 5 9 8 8 3 2 表 3 芒苞草种子在不同处理条件下的发芽势(%)
Tab. 3 Germination potential of Acanthochlamys bracteate seeds under different treatment conditions (%)
处理条件 G1 G2 G3 N1 N2 N3 I1 I2 I3 CK 1 23 36 44 56 53 17 39 57 42 25 2 33 27 31 26 20 5 25 20 46 35 3 空白 4 59 50 46 42 32 40 57 41 43 26 5 7 11 21 17 26 22 18 31 16 33 6 空白 7 2 6 9 3 12 1 1 2 3 3 8 1 1 1 1 3 3 2 1 2 4 9 空白 表 4 芒苞草种子在不同处理条件下的发芽指数
Tab. 4 Germination index of Acanthochlamys bracteate seeds under different treatment conditions
处理条件 G1 G2 G3 N1 N2 N3 I1 I2 I3 CK 1 6.47 8.55 11.72 10.23 8.16 4.10 7.29 10.21 10.66 6.78 2 6.25 6.32 7.02 8.86 4.92 1.37 6.31 6.13 8.92 5.66 3 空白 4 17.82 24.78 14.92 11.98 5.40 13.59 12.72 19.18 7.30 10.32 5 5.23 3.61 7.46 7.24 9.34 12.46 9.57 9.62 3.36 6.67 6 空白 7 0.51 1.34 1.87 1.18 1.87 1.11 0.96 1.62 2.00 0.83 8 0.42 0.31 0.50 0.76 0.67 1.03 0.93 0.39 0.71 0.66 9 空白 表 5 不同处理下芒苞草种子的发芽率、发芽势、发芽指数显著性分析
Tab. 5 Significant analysis of germination rate, germination potential, and germination index of Acanthochlamys bracteate under different treatments
组别 发芽率(%) 发芽势(%) 种子发芽指数 1+G3 90b 44ef 11.72g 1+N1 85c 56b 10.23i 1+I2 73e 57ab 10.21j 1+I3 84c 42fg 10.66h 4+G1 72ef 59a 17.82c 4+G2 93a 50c 24.78a 4+G3 70f 46d 14.92d 4+N1 84c 42fg 11.98f 4+N3 78d 40g 13.59e 4+I2 78d 41g 19.18b 表 6 GA3、温度和光照的三因素方差分析
Tab. 6 Three-factor ANOVA of GA3, temperature and light
差异源 平方和 df 均方 F p Intercept 29601.333 1 29601.333 147.597 0.000* GA3 452.667 2 226.333 1.129 0.343 温度 8258.667 2 4129.333 20.589 0.000* 光照 8344.222 2 4172.111 20.803 0.000* Residual 4011.111 20 200.556 R ²: 0.810
* P<0.01表 7 IBA、温度和光照的三因素方差分析
Tab. 7 Three-factor ANOVA of IBA, temperature and light
差异源 平方和 df 均方 F p Intercept 34848.148 1 34848.148 191.248 0.000* 光照 5494.741 2 2747.370 15.078 0.000* 温度 8613.852 2 4306.926 23.637 0.000* IBA 516.963 2 258.481 1.419 0.265 Residual 3644.296 20 182.215 R ²: 0.801
* P<0.01表 8 NAA、温度和光照的三因素方差分析
Tab. 8 Three-factor ANOVA of NAA, temperature and light
差异源 平方和 df 均方 F p Intercept 1029.613 1 1029.613 2.560 0.125 光照 4649.389 2 2324.695 5.780 0.010* 温度 8017.147 2 4008.574 9.967 0.001* NAA 3065.942 2 1532.971 3.812 0.040 Residual 8043.333 20 402.167 R ²: 0.623
* P<0.01 -
[1] Antonio S, Maria L F S, Renato D M, et al. Phylogenetic Inference in Velloziaceae using Chloroplast TrnL-F Sequences[J]. Systematic Botany, 2001, 26(1): 92−103. [2] 高宝莼. 我国特有科植物—芒苞草科的结构特征[C]. 见:西部地区第二届植物科学与开发学术讨论会论文摘要集,2001 ,11-12. [3] 李平,陈放. 芒苞草生物学特性的研究[J]. 植物学通报,1994,S1:74. [4] 高宝莼. 芒苞草科—植物学界的一个重大发现[J]. 植物杂志,2001,5:3−4. [5] 明悦. 正式公布调整后的《国家重点保护野生植物名录》[J]. 绿色中国,2021,19:74−79. [6] 高宝莼,李平. 芒苞草(<italic> Acanthochlamys bracteata</italic> P. C. Kao)形态学和胚胎学研究—Ⅰ—营养器官形态解剖学研究[J]. 四川大学学报(自然科学版),1993,4:534−540. [7] 李平,高宝莼,陈放,等. 芒苞草形态学和胚胎学研究—Ⅱ. 花药和胚珠发育的研究[J]. 植物研究,1992,4:389−395,397-398. [8] 李平,高宝莼. 芒苞草(<italic> Acanthochlamys bracteata</italic> P. C. Kao)形态学和胚胎学研究 Ⅲ. 双受精,胚乳发育和胚胎发生的研究[J]. 四川大学学报(自然科学版),1993,2:260−265. [9] Xu B, Liao M, Deng H-N, et al. Chromosome-level de novo genome assembly and whole-genome resequencing of the threatened species Acanthochlamys bracteata (Velloziaceae) provide insights into alpine plant divergence in a biodiversity hotspot. Molecular Ecology Resources, 2021, 22(4): 1582-1595. [10] Gao Z-Y, Li Z-H, Lin D-L, et al. Chromosome-scale genome assembly of the resurrection plant <italic> Acanthochlamys bracteata</italic> (Velloziaceae).[J]. Genome biology and evolution, 2021, 13(8): e147. doi: 10.1093/gbe/evab147 [11] 高宝莼. 芒苞草科—单子叶植物一个新科的确认兼论其系统位置[J]. 云南植物研究,1998,1:23−31. [12] 周燕,吕发强,高宝莼,等. 芒苞草的化学成分[J]. 应用与环境生物学报,2000,4:331−333. [13] 王乾,朱单,吴宁,等. 四川道孚县芒苞草生境的植物群落结构和土壤元素含量[J]. 应用与环境生物学报,2009,15(1):1−7. [14] 刘慧娜,张克亮,赵大球,等. 种子休眠与萌发综述[J]. 分子植物育种,2020,18(2):621−627. [15] 宋松泉,刘军,杨华,等. 细胞分裂素调控种子发育、休眠与萌发的研究进展[J]. 植物学报,2021,56(2):218−231. [16] 胡晓丽,高宝莼,纳海燕. 芒苞草(芒苞草科)种子的无菌萌发研究[J]. 应用与环境生物学报,2008,4:450−453. [17] 段娜,贾玉奎,徐军,等. 植物内源激素研究进展[J]. 中国农学通报,2015,31(2):159−165. [18] 彭俊生,谭利平,曾琬晴,等. 不同处理对四川牡丹种子萌发的影响[J]. 中国野生植物资源,2020,39(2):49−55. [19] 雷春英,张浩,张丹丹,等. 温度、盐分和光照对濒危植物盐桦(<italic> Belula halophila</italic>)种子萌发特性的影响[J]. 中国野生植物资源,2020,39(11):39−43. [20] 王晓伟,陈丽,邱爱军,等. 盐、旱胁迫对霸王种子萌发的影响[J]. 中国野生植物资源,2021,40(10):39−44. [21] 李仁娜,王亚玲,闫会玲,等. 耳叶杜鹃种子萌发特性及萌发期耐盐性研究[J]. 中国野生植物资源,2021,40(4):44−47.