櫸樹(shù)種子休眠與萌發(fā)特性探討

李國(guó)祥, 孫蘭平, 張克亮*

(1. 揚(yáng)州大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)牧場(chǎng), 江蘇 揚(yáng)州 225009; 2. 揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院, 江蘇 揚(yáng)州 225009)

種子作為植物繁殖的重要載體，在植物生活史中扮演著重要的角色。從全球范圍來(lái)看，絕大多數(shù)植物新成熟的種子都具有休眠[1-2]特性。櫸樹(shù)(Zelkovaserrata)，為榆科櫸屬，國(guó)家二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)樹(shù)種。櫸樹(shù)的樹(shù)形優(yōu)美，秋葉紅艷，是重要的園林綠化樹(shù)種；同時(shí)，樹(shù)皮與樹(shù)葉還具有清熱解毒的功效[3-4]。種子繁殖是櫸樹(shù)繁殖的主要手段，然而，櫸樹(shù)種子的休眠特性導(dǎo)致了櫸樹(shù)的出苗率低，阻礙了櫸樹(shù)的開(kāi)發(fā)利用[5]。目前，對(duì)櫸樹(shù)的研究主要集中在幼苗生長(zhǎng)[6-7]、組織培養(yǎng)[8]和遺傳育種改良[9-10]等方面，而對(duì)櫸樹(shù)種子的萌發(fā)特性和休眠打破研究較少。因此，研究櫸樹(shù)種子的休眠與萌發(fā)特性，找出打破種子休眠的最佳方法和最適的萌發(fā)環(huán)境，對(duì)櫸樹(shù)的育苗有參考價(jià)值。

1 材料和方法

1.1 材料

成熟櫸樹(shù)種子于2019年10月采自揚(yáng)州大學(xué)文匯路校區(qū)，采收后的種子置于陰涼通風(fēng)處自然晾干。為防止種子生理狀態(tài)發(fā)生改變，試驗(yàn)在14 d內(nèi)進(jìn)行。

1.2 方法

1.2.1 種子大小、質(zhì)量和含水量的測(cè)定 隨機(jī)選取櫸樹(shù)種子10粒在電子天平上稱量，隨后放入75 ℃烘箱中48 h，測(cè)量種子干質(zhì)量以及種子含水量。同時(shí)，隨機(jī)選取20粒種子用游標(biāo)卡尺測(cè)量長(zhǎng)度、寬度、厚度和種胚長(zhǎng)度。

1.2.2 種子的吸水特性 隨機(jī)選取種子200粒，分成8組，每組25粒，其中4組種子用手術(shù)刀劃破種皮，稱量種子最初質(zhì)量記為Wi。然后將種子放置在鋪有2層濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中，分別吸脹0，0.5，1，2，4，6，8，10，12，24，36，48 h后取出，用濾紙迅速擦干，稱量記為Wf，稱完放回培養(yǎng)皿中。種子吸水率Wr計(jì)算公式為：

Wr=[(Wf-Wi)/Wi]×100%，

1.2.3 新成熟種子的萌發(fā)特性 試驗(yàn)設(shè)置4組，每組種子25粒。將種子放置在鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，分別加入蒸餾水6 mL。將培養(yǎng)皿置于5/15，10/20，15/25，20/30 ℃(夜晚/白天)的培養(yǎng)箱內(nèi)。設(shè)置12 h光照/12 h黑暗和全黑暗2種試驗(yàn)條件。每隔5 d觀察1次萌發(fā)數(shù)。萌發(fā)測(cè)試40 d后，計(jì)算最終萌發(fā)率。

1.2.4 劃破種皮對(duì)休眠打破的影響 試驗(yàn)設(shè)置4組，每組種子25粒，其中2組種子用手術(shù)刀進(jìn)行劃破種皮處理。隨后在5/15，10/20，15/25,20/30 ℃(夜晚/白天)溫度和12 h光照/12 h黑暗條件下進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。每隔5 d觀察萌發(fā)數(shù)1次。萌發(fā)測(cè)試40 d后，計(jì)算最終萌發(fā)率。

1.2.5 冷層積對(duì)休眠打破的影響 將3個(gè)分別裝有400粒櫸樹(shù)種子的飯盒放在4 ℃冰箱中層積，每個(gè)月取出1盒，進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)(具體方法同1.2.4)。每隔2 d觀察萌發(fā)數(shù)1次。萌發(fā)測(cè)試40 d后，計(jì)算最終萌發(fā)率。

1.2.6 野外埋藏對(duì)休眠打破的影響 將櫸樹(shù)種子裝在3個(gè)尼龍網(wǎng)袋中，每袋裝種子100粒，于2019年11月分別在1，3,5 cm的深度下埋藏1個(gè)月。埋藏結(jié)束后取出種子，進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)(具體方法同劃破種皮打破休眠試驗(yàn))。每隔2 d觀察1次萌發(fā)數(shù)。萌發(fā)測(cè)試18 d后，計(jì)算最終萌發(fā)率。

1.2.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 所有數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用二因子方差分析(Two-Way ANOVA)分析溫度和光照對(duì)新成熟種子、劃破種皮、野外埋藏種子萌發(fā)率的影響以及層積時(shí)間和溫度對(duì)種子萌發(fā)率的影響。如果方差分析顯著，采用LSD比較不同處理間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子大小、質(zhì)量和含水量

新成熟的櫸樹(shù)種子為不規(guī)則的扁球心形，種子棕褐色或黃褐色。種子千粒重為(14.642±0.665) g。種子長(zhǎng)度、寬度、厚度分別為(4.053±0.210)，(3.657±0.092)，(2.523±0.046) mm。種子含水量為7.82%。種胚和種子長(zhǎng)度比值為(0.762±0.014)。

2.2 種子吸水特性

新成熟的櫸樹(shù)種子可以吸水，劃破種皮可以增加種子的吸水速率和吸水量。種子在前12 h吸水較快，劃破種皮的種子和完整種子的吸水率分別為(60.86±3.50)%，(55.67±1.46)%；經(jīng)過(guò)24 h后，種子質(zhì)量幾乎不再增加，此時(shí)劃破種皮的種子和完整種子的吸水率分別為(64.27±2.57)%，(57.56±0.82)%(見(jiàn)圖1)。

圖1 櫸樹(shù)新成熟種子的吸水曲線

2.3 新成熟種子的萌發(fā)

不論在光照還是黑暗條件下，新成熟的櫸樹(shù)種子在40 d內(nèi)不同溫度下的萌發(fā)率均<10%(見(jiàn)圖2)，表明新成熟的櫸樹(shù)種子處于休眠狀態(tài)。溫度對(duì)種子萌發(fā)的影響顯著(P=0.016)，種子僅在5/15，10/20 ℃下可以萌發(fā)，而在15/25，20/30 ℃下不能萌發(fā)。光照(P=0.766)，以及光照與溫度的交互作用(P=0.636)，對(duì)種子萌發(fā)率的影響不顯著。

圖2 新成熟的櫸樹(shù)種子在不同溫度條件下光照(12 h/12 h)(A)和全黑暗(B)中的萌發(fā)率

2.4 種皮劃破處理對(duì)打破休眠的影響

不管是完整的種子還是劃破種皮處理，櫸樹(shù)種子的萌發(fā)率在不同溫度和光照條件下都小于10%，表明劃破種皮不能有效提高櫸樹(shù)種子的萌發(fā)率(P=0.344)，但劃破種皮處理可以使種子萌發(fā)時(shí)間提前15 d(見(jiàn)圖3)。

圖3 新成熟的櫸樹(shù)種子在未劃破種皮(A)和劃破種皮(B)后不同溫度條件下的萌發(fā)率

2.5 冷層積對(duì)休眠打破的影響

隨著冷層積時(shí)間的延長(zhǎng)，種子的萌發(fā)率逐漸增加(P<0.05)，且層積3個(gè)月后，置于5/15 ℃(N/D)條件下種子的萌發(fā)率顯著高于其他溫度(P<0.05)，第40 天萌發(fā)率為(66±6)%(見(jiàn)圖4)。

圖4 新成熟的櫸樹(shù)種子在不同溫度條件下冷層積1個(gè)月(A)、冷層積2個(gè)月(B)和冷層積3個(gè)月(C)的萌發(fā)率

2.6 野外埋藏對(duì)休眠打破的影響

野外埋藏能有效打破櫸樹(shù)種子休眠，且萌發(fā)率在10/20 ℃溫度條件下增長(zhǎng)最明顯，但不同埋藏深度間萌發(fā)率存在差異(P<0.05)(見(jiàn)圖5)。埋藏深1 cm的種子休眠打破最快，18 d后萌發(fā)率達(dá)(82±6.22)%，深3 cm的次之(74±4.76)%，埋藏深度5 cm 種子休眠釋放率最低。

圖5 新成熟的櫸樹(shù)種子在不同溫度條件下埋藏1 cm(A)、3 cm(B)和5 cm(C)的萌發(fā)率

3 討論

種子只有在適宜的時(shí)間和空間下萌發(fā)，才能保障幼苗的存活，實(shí)現(xiàn)種群的成功更新[11]。本研究中，新成熟的櫸樹(shù)種子在各溫度和光照條件下萌發(fā)率均低于10%，說(shuō)明櫸樹(shù)種子存在休眠特性。這與前人的研究結(jié)果相似，沈建軍等[3]對(duì)櫸樹(shù)種子進(jìn)行不同溫(40，60，80 ℃)水中浸種和不浸種處理后，其發(fā)芽率均為0。種皮的不透水或不透氣一般是種子休眠的主要原因之一[12]，在相同的溫度和光照條件下，與完整種子相比，劃破種皮后的白花草木樨(Melilotusalbus)種子萌發(fā)率能提高96%[13]。在本研究中，新成熟的櫸樹(shù)種子能夠快速吸水，吸水12 h即可達(dá)到飽和狀態(tài)，且劃破種皮后萌發(fā)率沒(méi)有顯著提高，因此櫸樹(shù)種子不具有物理休眠或復(fù)合休眠的特性，種皮不是造成種子休眠的主要原因。此外，櫸樹(shù)種子的E/S值(胚與種子的長(zhǎng)度比值)為0.762，這表明櫸樹(shù)種子不存在形態(tài)休眠或者形態(tài)生理休眠[13-14]。因此，根據(jù)文獻(xiàn)[1]的劃分標(biāo)準(zhǔn)，櫸樹(shù)種子屬生理休眠。

冷層積被廣泛用于模擬溫帶植物種子在冬季所經(jīng)歷的情況，很多種子需要低溫才能產(chǎn)生休眠解除[15]，如Selinumcarvifolia和林當(dāng)歸(AngelicasylvestrisL.)[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，冷層積能有效打破櫸樹(shù)種子的休眠，且隨著冷層積時(shí)間的延長(zhǎng)，種子萌發(fā)率逐漸增加。這可能是櫸樹(shù)種子在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中對(duì)環(huán)境適應(yīng)的對(duì)策，這種對(duì)策可以防止櫸樹(shù)種子在成熟后的冬季萌發(fā)，減少幼苗在冬季寒冷低溫下的滅絕風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，層積3個(gè)月后，櫸樹(shù)種子在涼爽的(夜/晝5/15，10/20 ℃)溫度條件下萌發(fā)效果最顯著，這與田英翠等[17]的研究結(jié)果相符。櫸樹(shù)對(duì)較低溫度的萌發(fā)需求，可以保證種子在早春溫度上升時(shí)迅速的萌發(fā)，以盡早占據(jù)生態(tài)位。

當(dāng)種子埋在自然生境中，埋藏深度在1 cm的種子休眠被有效解除，置于夜/晝溫度10/20 ℃下，種子萌發(fā)率顯著提高。研究表明，濕沙貯藏也能顯著提高櫸樹(shù)種子的萌發(fā)率[3,17]。然而，隨著埋藏深度的增加，萌發(fā)率有所下降，但仍然顯著高于對(duì)照，這與王彥榮等[18]對(duì)3種荒漠植物種子的研究結(jié)果相似。這種差異可能是由不同埋藏深度土壤溫度不同所致。從生態(tài)學(xué)角度看，埋藏較淺的種子打破休眠更快，可以更早地參與種群更新，而位于土壤深層的種子萌發(fā)率較低，種子可以有更多的機(jī)會(huì)保留在土壤中，有利于土壤種子庫(kù)的維持。從林業(yè)生產(chǎn)角度來(lái)看，櫸樹(shù)種子隨著播種深度的增加，種子萌發(fā)率下降，所以在實(shí)際播種中，為了保證最大的出苗率，建議種子淺播。除此之外，前人的研究發(fā)現(xiàn)，赤霉素處理也能顯著提高種子的萌發(fā)率[3,17]，但赤霉素和冷層積或野外埋藏的交互作用是否會(huì)進(jìn)一步提高櫸樹(shù)種子的萌發(fā)率，還需進(jìn)一步探討。

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)櫸樹(shù)種子休眠與萌發(fā)特性的研究，發(fā)現(xiàn)新成熟的櫸樹(shù)種子具有生理休眠，冷層積和淺層(1 cm)的野外埋藏能打破種子休眠。種子在夜/晝溫度5/15，10/20 ℃下具有較高的萌發(fā)率。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可以對(duì)采收的櫸樹(shù)種子在冬季進(jìn)行沙藏，來(lái)年春季進(jìn)行播種。