不同产地喜树种子生物学特性差异

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  摘要:为了解不同产地喜树(Camptotheca acuminata)种子的生物学特性,以6个产地的喜树种子为试验材料,分别测定种子的长度、宽度、厚度、千粒质量、发芽率、可溶性糖含量、喜树碱的含量等种子生物学参数。结果表明,不同产地间喜树种子的生物学特性存在显著性差异。喜树种子的长度、宽度和厚度变幅分别为19.69~24.20、5.37~6.82、3.09~3.67 mm;种子千粒质量的变幅为28.93~48.49 g;发芽率的变幅为46.5%~79.87%;种子可溶性糖和喜树碱含量的变幅分别为4.23~9.16、1.27~1.74 mg/g。结果发现,云南昆明产地喜树种子的发芽率和喜树碱含量都较高,是较优良的种子资源。
  关键词:喜树;种源;种子;生物学特性;喜树碱
  中图分类号: S792.990.1文献标志码: A
  文章编号:1002-1302(2017)15-0122-03
  喜树(Camptotheca acuminata)为蓝果树科喜树属植物,多年生落叶阔叶树,也是我国特有的珍稀树种。喜树干形通直、树姿优美,有很高的观赏价值;喜树中还含有抗癌物喜树碱,因而被国内外广泛关注[1-2],目前多作为叶用林、用材林和风景林大面积栽培。我国喜树分布很广,最南端分布在云南省西双版纳地区,最北端则分布在陕西省秦岭地区。集中分布在江浙一带以及长江以北部分地区。我国的野生喜树资源很丰富,其中,四川省喜树资源最多,约占我国喜树总资源的一半,其次为广东和广西等[3]。目前,有关喜树的研究主要集中在栽培技术[4]、生长发育规律[5-6]、喜树碱产量和定位[7-8]等方面,对喜树种子的研究主要集中在喜树种子的萌发和喜树碱含量的变化[9]方面,而有关不同产地喜树种子生物学特性的差异鲜见报道。笔者通过对喜树6个产地种子的生物学[LL]特性进行研究,揭示不同产地喜树种子之间的生物学特性差异,为选择优良种源及进一步选种、育种和种子生产与调拨等提供参考。
  1材料与方法
  1.1试验材料
  2014年12月中下旬,分别采集江苏南京、贵州麻江、贵州荔波、贵州下司东山、云南昆明、湖北荆州6个产地的喜树种子(表1),由于喜树分布广泛,在选择试验材料产地时考虑到气候对树种的影响,则按照气候区域的分布采集喜树种子。种子采下后进行初步去杂质处理,在4 ℃恒温箱内干燥保存。于2015年3月开始试验。以四分法挑选大小均匀的种子作为试验材料。
  1.2试验方法
  1.2.1形态指标
  各种源随机取出100粒种子,游标卡尺测定每粒种子长(种子纵轴方向)、宽(平行子叶且与纵轴垂直方向)及厚(垂直子叶方向)。
  1.2.2发芽率
  每个种源取100粒种子,用电子天平称质量,共做3组,取平均值,即为种子百粒质量,计算千粒质量。每个种源选取30粒喜树种子,重复3次,发芽试验采用沙床试验方法,以两片子叶展开、幼苗生长良好为正常幼苗。发芽试验周期为 14 d,统计发芽种苗数。
  1.2.3内含物含量测定
  可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法[10]。将样品放置于电热恒温鼓风干燥箱中1 d,然后用电子天平称取干燥的喜树种子质量,剥去无法研磨均匀的种子外壳,取出最内层种子,将其研磨均匀,称取3份,每份 0.1 g(即3个重复)放入试管,放入5.0 mL蒸馏水,用塑料薄膜封口,于沸水浴中提取1 h。冷却后吸取提取液0.5 mL于试管中,加入蒸馏水1.5 mL,再加0.5 mL蒽酮乙酸乙酯和 5.0 mL 浓H2SO4,充分振荡后,立即加入沸水浴准确保温 1 min,自然冷却至室温,以空白(2.0 mL水 0.5 mL蒽酮乙酸乙酯 5.0 mL浓H2SO4)作参比,用紫外分光光度计测定630 nm波长处吸光度,可溶性糖含量计算方式如下:
  [JZ]可溶性糖含量=(c×V×n)/(106×Vs×m)×100%。
  式中:c为标准方程所得的糖量(mg);Vs为测定时吸取样品液体积(mL);V为提取液总量(mL);n为稀释倍数;m为样品质量(g),m=0.1 g。
  喜树碱含量测定采用孙世芹等的方法[11],使用高效液相色谱仪进行测定分析。
  1.3数据分析处理
  试验数据用Excel 2010与SPSS 19.0软件进行处理分析,采用Duncans法进行方差分析和多重比较。
  2结果与分析
  2.1不同种源喜树种子形態差异
  由图1可知,下司东山的喜树种子长度最长,湖北荆州的喜树种子长度最短,下司东山比湖北产地的种子长15.8%,每个产地喜树种子长度基本上都在20.00~25.00 mm 范围,整体表现为下司东山>昆明>南京>荔波>麻江>荆州。下司东山种子最长,为23.61 mm,其次是云南昆明的 22.41 mm;长度最短的是荆州的喜树种子,仅有19.88 mm。由图1误差线可看出,麻江的种子长度标准差最大,离散程度最高,波动范围最大,南京的种子长度最稳定。方差分析表明,不同产地喜树种子长度的差异不显著(F=3.058  由图1可知,南京喜树种子宽度最大,达6.34 mm,其次是麻江种子(6.22 mm),荆州的喜树种子宽度最小。总体来看,喜树种子的宽度基本都在5.00~6.00 mm范围,表现为南京>麻江>荔波>昆明>下司东山>荆州。由图1误差线可看出,下司东山的喜树种子长度标准差最大,离散程度最高,波动范围最大,麻江的种子宽度最稳定。方差分析表明,不同产地喜树种子宽度的差异不显著(F=1.123  由图1可知,昆明喜树种子的厚度最大(3.71 mm),其次是南京 (3.27 mm),下司东山的喜树种子厚度最小(3.06 mm)。总体上看,基本都在3.00~4.00 mm之间,整体呈现为昆明>南京>荔波>荆州>麻江>下司东山。由图1误差线可看出,昆明喜树种子厚度的标准差最大,离散程度最高,波动范围最大,南京的种子厚度最稳定。方差分析表明,不同产地喜树种子厚度的差异显著(F=5.040>F0.05=320,P=0.012)。   2.2不同种源喜树种子的千粒质量和发芽率
  由图2可知,云南昆明种源的千粒质量最大,为 48.427 g;贵州麻江种源千粒质量最小,为28.904 g。贵州荔波、贵州下司东山、江苏南京的千粒质量分别为39.5、357、34.0 g。方差分析表明,各种源种子千粒质量差异达到极显著水平(F=5.935>F0.01=4.67,P=0.004)。
  江苏南京的种子发芽率最高,为79.9%;而贵州荔波种子的发芽率最低,为46.5%。云南昆明、贵州下司东山和贵州麻江种子的发芽率分别为79.7%、65.9%和52.8%。不同种源喜树种子发芽率的差异达到极显著水平(F=17.983>F0.01=599,P=0.000)。
  2.3不同种源喜树种子可溶性糖和喜树碱的含量
  由图3可知,种子内可溶性糖含量最高的是麻江的喜树种子(9.15 mg/g);其次是昆明(8.14 mg/g),荆州的喜树种子内可溶性糖含量最低(4.23 mg/g),具体为麻江>昆明>南京>下司东山>荔波>荆州。方差分析表明,不同产地喜树种子内可溶性糖含量差异达极显著水平(F=10.189>F0.01=5.06,P=0.001)。由图3中误差线可知,南京的标准差最大,离散程度最高,波动范围最大,麻江的种子内可溶性糖含量最稳定,波动较小。
  种子中喜树碱含量最高的是昆明,为1.74 mg/g;其次是荆州(1.70 mg/g),而南京的种子中喜树碱含量最低,为 1.27 mg/g;喜树碱的含量表现为昆明>荆州>麻江>荔波>下司东山>南京。由图3中误差线可知,南京的标准差最大,离散程度最高,波动范围最大,昆明的种子中喜树碱含量最稳定,波动较小。方差分析表明,不同产地喜树种子中喜树碱含量差异达显著水平(F=3.848>F0.05=3.11,P=0.026)。说明不同产地喜树种子中喜树碱含量之间有较大差异,不同产地对于喜树碱含量的影响较大。
  3结论与讨论
  树木的种子形态指标是一种较稳定的形状,在树木分类及林木遗传研究上也具有重要价值[12]。种子的形态大小只有在同一植物种内或品种内才是相对稳定的,而当范围缩小至种群甚至个体,种子的形态大小就会出现差异[12-13]。分析发现,不同种源喜树种子的长和宽无显著差异,而种子厚度存在显著差异,表明种子的大小和形态在不同种源间存在分化。综合长、宽、厚三者来看,下司东山的长最大(23.61 mm),而厚最小(3.06 mm),可见下司东山的种子较细长,荆州种子的长和宽都是最小的,较其他种源的种子瘦小,荆州的种子没有进行种子发芽试验,但经过在大田种植的情况看,荆州喜树种子的出苗率较高,出苗也很整齐。不同种源之间喜树种子的厚度有显著差异,可见不同产地的地理环境对喜树种子的形态还是有影响的。
  种子的大小和饱满程度可以通过种子的千粒质量来衡量,种子越大越饱满,含有的营养物质就越多,则种子后期的萌发就会有越多的营养物质提供,发芽也越整齐[14]。研究表明,种子越大越饱满,苗木生长越好,生物量也越高[15]。种子的大小和饱满程度还会受生长环境条件的影响,不同种源的喜树种子生长环境不同,如气候、土壤、降雨等条件不同,种子种所积累的营养物质含量也会不同,环境条件通过影响种子中营养物质的积累来影响种子的质量[16]。本试验发现云南昆明的喜树种子千粒质量最大,发芽率也仅次于南京,可溶性糖含量仅次于麻江,可见千粒质量和可溶性糖的含量对发芽率的影响很大。而且通过不同环境条件对种子形状的影响,可以为喜树种源区划和优良种源筛选提供依据[17-20]。
  当种子开始萌发时,种子内含有的营养物质被用来生长,如储存在胚中的可溶性糖、少量的蛋白质和一些氨基酸,之后淀粉和蛋白质成为种子萌发过程中的主要营养物质来源[9]。经本试验研究发现可溶性糖含量高的产地发芽率也很高,可溶性糖含量低的产地发芽率也很低。而麻江县的喜树种子可溶性糖含量很高而发芽率很低,可能是因为在做发芽试验时浇水太多从而导致发芽率很低。
  喜树碱在叶、种子以及幼枝中含量较高,木质部和髓中较低[21]。对于喜树种源选取时,喜树碱含量是很重要的指标,由测出的喜树碱含量可见种子中喜树碱的含量是较高的。云南、湖北的麻江县的喜树种子喜树碱含量更高,更具有利用价值。南京和下司东山产地的种子中喜树碱含量较低。由此可见,我国西南和中南产地的喜树种子中喜树碱含量较为高一些,可能與这些产地的温和气候、湿润土壤有一定关系[22]。
  笔者通过对喜树种子大小、发芽率比较和可溶性糖、喜树碱含量的测定,发现不同产地的喜树种子差异性显著。云南产地的喜树种子发芽率和喜树碱含量都较高,是较优良的种子资源。南京产地的喜树种子发芽率很高,但种子中喜树碱的含量较低。而荔波产地的喜树种子发芽率和喜树碱含量都很低。以上是对喜树种子产地的生物学特性的初步探讨,在今后的研究中,可以从分子标记方向对不同产地的喜树种子做进一步的研究。
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