極小種群觀賞花卉馨香玉蘭種子的休眠與萌發

賀水蓮 張濤 王雯

摘要：為了探索馨香玉蘭（Magnolia odoratissima Law et R. Z. Zhou）種子休眠與萌發特性，進行了野外踏察，首次采集到馨香玉蘭種子，利用電鏡觀察了馨香玉蘭種子的形態特征，分析了馨香玉蘭種子浸提液對白菜種子發芽的影響，測定馨香玉蘭種子是否含有萌發抑制物質;利用吸水、沙藏以及GA3對種子進行處理，研究馨香玉蘭種子的休眠特征。結果表明：馨香玉蘭種子從母株脫離后具有已發育完整的胚;種子透水性良好，種子休眠不是種皮的不透水性造成的;低溫層積后的種子發芽率高，說明馨香玉蘭種子具備生理休眠;分別用清水、胚乳濾液、胚乳濾液+GA3浸泡白菜種子，結果顯示，對照組發芽率為100.00%，胚乳濾液組發芽率降低，但胚乳濾液+GA3組浸泡的白菜種子發芽率比胚乳濾液組有所提升，說明馨香玉蘭種子中存在抑制發芽的物質，且抑制效果顯著，但外源GA3能在一定程度上打破這種抑制作用。

關鍵詞：馨香玉蘭;種子;胚乳濾液;GA3;形態特征;吸水;沙藏;發芽率;休眠特征

中圖分類號：S685.150.1?? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2020）20-0133-04

木蘭科（Magnoliaceae）植物一共有16屬300余種，我國產11屬160余種，是木蘭科植物資源最豐富的國家，也是木蘭科植物的“現代分布中心”和“多樣性保存中心”[1-2]，但由于早期人們對木蘭科植物資源的過度利用，加上生態環境的不斷惡化，許多種類趨于瀕危，使木蘭科成為被子植物中生存受嚴重威脅種類最多的科之一，因此加強木蘭科植物的保護與繁育工作具有重要的生態意義和經濟價值。

馨香玉蘭（Magnolia odoratissima Law et R. Z. Zhou）別名中國木蘭、調羹花、夜來香，為木蘭科木蘭屬植物。該樹種僅產于云南省，是云南特有的極小種群物種，極危種，屬國家二級重點保護野生植物[3]。花白色，直立;果未見（《中國植物志》），常綠喬木，高5～6 m，呈單柱或群狀生長，散生于灌木叢或落葉疏林中。該種主要集中分布在云南省文山州內，生于海拔1 300～1 600 m裸露的石灰巖山地中，伴生樹種有滇南青岡、紫彈樹、圓果化香樹、木姜子等，該樹種在其生長群落中屬于下層。馨香玉蘭花葉具異香，其鮮花浸膏（凈油）是值得開發的天然香料[4];馨香玉蘭適用于庭園觀賞、城鄉、風景名勝區、高檔小區、私人別墅綠化，是優良的園林綠化樹種之一[5]。該樹種抗風能力較強，具有較強的凈化環境和抗污染能力。前人已經對該樹種做過一些研究，如徐加漢等通過對云南省西疇縣馨香玉蘭群落24個樣方的調查，分析了馨香玉蘭的高度結構、年齡結構、空間分布格局，編制了特定時間生命表，繪制了生存曲線。結果顯示，馨香玉蘭高度結構完整，種群個體高度發育是連續的，在群落中屬連續型種群;其相對年齡結構不完整，呈現明顯的菱形;其空間分布格局表現為集群分布，其成長可分為幼苗、幼樹、成樹和老樹等4個時期，幼樹和成樹時期死亡率最低，老樹時期死亡率最高，種群呈現衰退狀態[6]。金蕊等采用隨機擴增多態DNA技術，對云南省馨香玉蘭4個居群進行了遺傳多樣性分析，結果顯示，與木蘭科等其他瀕危植物相比較，馨香玉蘭遺傳多樣性相對較高，并根據各種群遺傳背景研究結果提出了該物種遷地保護種群遺傳資源管理建議[7]。

本研究前期對馨香玉蘭現存資源進行了野外考察，發現馨香玉蘭的種群數量急劇下降，目前僅存5個種群，導致其種群下降的主要原因是光照缺乏及與其伴生樹種的種間競爭激烈[8]。馨香玉蘭結實率和種子發芽率極低，在5個現存居群中，其中2個居群未見果，2個居群僅7%左右的結實率，還有1個居群僅剩1棵植株，調查當年僅結了3個果實，通過對5個居群的詳細調查，發現3年及以下的小苗幾乎未見。為了揭示馨香玉蘭種子發芽率低的原因，筆者采集了馨香玉蘭的種子，對其種子形態、休眠特征、萌發特征等進行了研究。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

試驗時間為2018年1月至2019年3月，試驗地點為云南農業大學園林園藝學院實驗室。

1.2 試驗材料

種子采自云南省文山州內，種群調查包括西疇縣新馬街鄉對門山、竜樹山，西疇縣興街鎮伯栗山，麻栗坡縣大坪鎮城子箐、小箐山，海拔均在1 300 m以上裸露的石灰巖山地。

1.3 試驗方法

1.3.1 種子形態特征觀察 將馨香玉蘭種子放入水中吸水1 d后，在電子顯微鏡下觀察種子的形態特征。用石蠟切片法對種子進行處理，并在電子顯微鏡下觀察其種胚發育情況。

1.3.2 吸水性測試 將種子浸泡在清水中，每6 h測1次種子質量，以此來測定種皮的透水性。將測定好的種子研磨過濾，取其胚乳濾液備用。

1.3.3 馨香玉蘭的生理休眠鑒定 把采集的部分馨香玉蘭種子分兩大組：A1，自然放置組90粒;A2，低溫層積處理組90粒。A1、A2再分別分為B1、B2、B3等3個小組，并用質量濃度為0、200、250 mg/L的赤霉素（GA3）分別處理種子15 d。GA3處理結束后A2組的種子與濕沙混合放于塑料瓶中，置于 6 ℃ 的環境下進行低溫層積，濕沙與種子體積比為 3 ∶ 1，A2組中的B1、B2、B3處理后分開放置。低溫層積過程中攪拌1次/周，打開瓶蓋通氣并檢查基質含水量，基質含水量以“手捏成團，松手即散”為宜，低溫層積時間為30 d。A1組用0.5%高錳酸鉀溶液對種子進行浸泡消毒，時間以15～20 min為宜，消毒后立即播種。將所有穴盤置于人工氣候箱中，設置晝夜溫度為25 ℃，濕度為60%，晝夜光照度為60%。觀察其發芽情況。

1.3.4 萌發抑制物測試 為了測定種子內是否含有抑制萌發的物質，用胚乳濾液浸泡白菜種子并觀察其發芽率。本試驗分為3個處理：處理1，用備好的種子胚乳濾液浸泡白菜種子50粒，重復3組;處理2，將種子胚乳濾液與GA3按1 ∶ 1的體積比配好后浸泡白菜種子50粒，重復3組;處理3，用清水浸泡白菜種子50粒，重復3組，作為對照組試驗。將所有處理的種子放在25 ℃人工氣候箱中處理并記錄發芽率。

1.4 數據分析

用Excel整理數據并制作圖表，采用SPSS 17.0軟件進行數據統計分析。采用單因素方差分析和Duncans進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 馨香玉蘭種子的形態特征

據《中國植物志》記載，馨香玉蘭分布極為稀少，果未見，通過野外踏察，首次找到馨香玉蘭的果實和種子，馨香玉蘭為聚合蓇葖果，聚合蓇葖果成熟后裂開，露出種子（圖1-A）。種子多為心形，少數為長橢圓形，具有橘紅色的假種皮且有光澤，外種皮為黑色，少數為深褐色，堅硬而脆。除去橘紅色假種皮后，種子表面有不規則的溝狀紋理，將部分胚乳扣除，可用肉眼觀察到胚，種胚小且靠近種孔，易失水死亡（圖1-B）。用石蠟切片法將處理好的種子切開，可清晰觀察到種子內部的子葉和發育完全的胚（圖1-C），胚乳豐富，含大量油脂，能為種子發育提供豐富的營養（圖1-D）。

2.2 馨香玉蘭種子吸水性測試

由植物的吸水性測試可以看出種子堅硬的外種皮是否是阻礙種子萌發過程的物理因素。木蘭科植物中不同種之間的吸水量及吸水性趨勢差別很大，說明木蘭科植物中部分種是因為種皮的物理因素阻礙了種子的萌發。馨香玉蘭的吸水性測試表明，外種皮透水性良好，用水浸泡種子，前24 h吸水量幾乎呈直線上升，吸水量為21.18%，種子平均質量達4.44 g;浸種30 h吸水量占27.22%，種子平均質量達4.55 g，之后吸水趨勢下降，浸種72 h吸水量占32.26%，吸水量不再上升（圖2）。馨香玉蘭種子在浸種前期吸水較快，說明其種子的外種皮對種子的吸水阻礙很小，種子萌發率低不是因為種皮的物理阻礙造成。

2.3 馨香玉蘭的生理休眠鑒定

低溫層積是破除種子休眠的常用方法，本試驗采用了低溫層積加不同質量濃度的GA3對馨香玉蘭種子進行處理后播種，并記錄其發芽率，通過數據分析得出以下結果：在低溫層積期間，部分種子表現出“露白”現象，且在播種后，這些“露白”種子最先出根。自播種日算起，低溫層積處理過的種子24 d開始出芽，用質量濃度為250 mg/L的GA3處理過的最先出芽，且出芽總數高于200 mg/L GA3處理組和對照組;自然條件放置的種子用質量濃度為250 mg/L的GA3處理后出芽總數高于200 mg/L GA3處理組和對照組。低溫層積組的種子發芽數均略高于自然條件下放置的種子（表1）。發芽的種子在室內自然條件下成苗率達80%，圖3為出芽后室溫培育2個月的馨香玉蘭幼苗。

2.4 馨香玉蘭種子的萌發抑制物測試

采用馨香玉蘭胚乳浸提液對白菜種子發芽的抑制作用來測定馨香玉蘭的種子是否含有抑制發芽的物質。結果表明，對照組的白菜種子僅用5 d發芽率就達到100.00%，平均發芽數為50粒;而用胚乳濾液浸泡的白菜種子自試驗開始后3 d開始發芽，發芽時長持續10 d，3組試驗平均發芽數為28粒，發芽率為56.92%，說明馨香玉蘭的胚乳濾液對白菜種子的發芽有明顯的抑制作用，胚乳濾液中含有抑制白菜種子發芽的物質;用胚乳濾液+GA3浸泡的白菜種子也是從3 d開始發芽，發芽時長持續10 d，3組試驗平均發芽數為38粒，發芽率為7764%（表2），即在胚乳濾液里加入了GA3后，胚乳濾液對白菜種子發芽的抑制現象明顯減弱，白菜種子發芽數和發芽率都出現了一定的回升，說明盡管馨香玉蘭種子的胚乳濾液中含有抑制白菜種子發芽的物質，而GA3能在一定程度上打破這種抑制。

3 討論

木蘭科植物無性繁殖率非常低，主要用種子進行繁殖，但絕大多數木蘭科植物的種子具有休眠現象，在實際應用中種子萌發率低，而且木蘭科植物種子不易保存，利用傳統的干燥后低溫保存的方式會造成種子大量死亡。目前有關木蘭科種子休眠和貯藏習性的研究非常少，韓春艷對木蘭科幾種植物種子休眠和種質資源保存進行研究，初步判斷出川滇木蓮（Manglietia cuclouxii）、西康玉蘭（Magnolia wilsonii）、灰巖含笑（Michelia calcicola）、黃蘭（M. champaca）、球花含笑（M. sphaerantha）和云南含笑（M. yunnanensis）6種木蘭科植物種子休眠類型、打破休眠方法、貯藏習性和適宜貯藏條件，發現木蘭科植物種子有的為形態休眠，有的為生理休眠[9];沈永寶等對北美鵝掌楸（Liriodendron tulipifera）進行研究，發現種子具有深度休眠[10];顧地周等發現，小花木蘭種子具有生理休眠，并利用激素處理和變溫層積的方法讓其完成后熟[11]。通過前人的研究發現，木蘭科植物的種子特性因種而異，具有其復雜性，關于馨香玉蘭的種子形態特征本研究為首次報道，其休眠與萌發特性在前人研究中更是從未涉及。

本研究表明，馨香玉蘭種子自母株上脫離后，已具備發育完整的胚，不具有形態休眠，不須要經過后熟來完成胚的形態發育。胚乳和胚易分離，通過電子顯微鏡可觀察到，種胚小且靠近種孔，種胚易失水死亡。馨香玉蘭種子吸水性良好，雖然馨香玉蘭種子外種皮硬而脆，但這種機械束縛不影響種子吸水，這一結果與木蘭科中具有堅硬外種皮的種子吸水情況一致。在玉蘭種子的試驗中可知，有無外種皮對玉蘭種子的吸水過程和能力沒有顯著影響[12]。

經過馨香玉蘭胚乳濾液對白菜種子萌發的影響可知，馨香玉蘭種子內確實含有抑制其萌發的物質，且抑制作用強，這可能是導致馨香玉蘭種子休眠的原因之一，而木蘭科中大部分種子具有休眠現象的主要原因就是種子內部具有抑制發芽的物質。具有生理后熟的種子，休眠的原因大多是種子的內源激素發生變化導致的，而這種內源激素被看作是最普遍的萌發抑制物，外源GA3具有拮抗這種內源激素的作用，使用外源GA3可以解除這種內源激素的抑制作用。從馨香玉蘭種子的形態和發芽時間來看，其種子存在生理休眠，且試驗所用質量濃度的GA3能有效解除生理休眠。這和低溫層積處理所得的結果是一致的，低溫層積能有效打破休眠，結合GA3效果更為明顯。

據前期野外調查結果可知，馨香玉蘭僅有的幾個種群都存在一樣的生存危機，即與其伴生物種的競爭非常激烈，得不到充足的光照，從而導致結實率非常低，本研究進一步表明，馨香玉蘭的種子具有生理休眠，從母體脫落后不能立即萌發，馨香玉蘭種子成熟期在9—11月，其原生地云南文山州正值旱季，種子在休眠過程中極易脫水干燥導致失活，這可能是馨香玉蘭無法自然更新換代的最主要的原因。

4 結論

本研究探討了馨香玉蘭種子的形態結構特征和休眠特性，結果表明，馨香玉蘭種子為聚合蓇葖果，成熟時會裂開露出鮮紅色的種子，經過石蠟切片分析可知種子內部具有完整的胚和子葉;種子吸水性良好，堅硬的外種皮對種子萌發不造成阻礙;通過其種子胚乳的提取液來浸泡白菜種子并測定白菜種子發芽率，發現馨香玉蘭種子中存在抑制萌發的物質，而GA3能有效打破這種抑制;通過沙藏層積處理，表明馨香玉蘭種子具有一定程度的生理休眠，利用250 mg/L GA3可輕微打破這種休眠。

參考文獻：

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