凹葉厚樸種子休眠與萌發(fā)特性的研究

胡江琴，馮曉恩，沈檬笑，王 赟

（杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310036）

凹葉厚樸種子休眠與萌發(fā)特性的研究

胡江琴，馮曉恩，沈檬笑，王 赟

（杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310036）

用組織切片法對凹葉厚樸種子胚形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察、種皮透水性的測定、種子不同部位浸提液的生物測定，初步探討了凹葉厚樸種子的休眠原因.結(jié)果表明：凹葉厚樸種子的胚已分化完全；內(nèi)種皮有阻礙種子吸水的作用；外種皮和中種皮以及胚乳存在較多的發(fā)芽抑制物質(zhì).對凹葉厚樸種子的萌發(fā)試驗表明，用1 500mg／L赤霉素（GA3）浸種后低溫層積處理是解除休眠、促進(jìn)萌發(fā)的最佳方法，種子發(fā)芽率可達(dá)72%，比單獨低溫層積處理提高了17%.

凹葉厚樸；種子；休眠；萌發(fā)

種子休眠是植物本身適應(yīng)環(huán)境和延續(xù)生存的一種特性，是種子植物進(jìn)化的一種穩(wěn)定對策.野生植物特別是原產(chǎn)溫帶的植物，其種子大多有深而長的休眠期.凹葉厚樸（Magnolia biloba）是木蘭科木蘭屬落葉喬木，原產(chǎn)四川、湖北、湖南、廣西、浙江、江西、福建、江蘇等地[1].其集藥用、材用、觀賞于一體，是我國特有的經(jīng)濟(jì)樹種，也是國家二級重點保護(hù)植物[2]，利用前景十分廣闊.多年來由于凹葉厚樸需求量不斷增加，野生資源不斷減少，而凹葉厚樸種子又具有后熟性和硬實性[1]，具有深休眠特性，自然繁殖率低.研究和探討凹葉厚樸種子的休眠和萌發(fā)，將為擴(kuò)大凹葉厚樸資源、更好地保護(hù)和利用這一優(yōu)良樹種提供科學(xué)的依據(jù).該文對凹葉厚樸種子休眠與萌發(fā)的特性進(jìn)行研究，以期找到其休眠的主要原因及打破休眠的有效方法.

1 材料與方法

1.1 材 料

該試驗中種子不同部位浸提液生物測定所用的凹葉厚樸種子（帶紅色外種皮），于2008年11月采自杭州植物園.其他試驗所用的凹葉厚樸種子（除去外種皮和中種皮），于2008年11月采購自廣西龍勝縣偉江鄉(xiāng).白菜種子為“早熟五號”一代交配白菜種子，采購自杭州種子公司.

1.2 方 法

1.2.1 胚形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察

選取顆粒飽滿的種子，剝?nèi)シN皮，用FAA固定，常規(guī)石蠟切片，厚度為8μm，番紅－固綠染色，在Zeiss熒光顯微鏡下觀察胚的形態(tài)結(jié)構(gòu)并拍照.

1.2.2 種皮透水性測定

取完整種子（即已脫去紅色革質(zhì)假種皮和肉質(zhì)中種皮，保留內(nèi)種皮的凹葉厚樸種子，下面統(tǒng)稱為完整種子）、破皮種子（即剝?nèi)?nèi)種皮，保留胚和胚乳的凹葉厚樸種子，下面統(tǒng)稱為破皮種子）各20粒，分別稱其干重，放入小燒杯中，加入25℃溫水50mL浸種，攪拌至冷卻.分別于2、4、24、48、64、72、88、92、108h取出種子，用吸水紙吸干種子表面水分，用1／10 000電子天平稱重并記錄.然后再把種子放回小燒杯，加50mL蒸餾水浸泡，稱重.直至2次測定的值處于接近（恒重）為止，計算吸水率，每個處理設(shè)3個重復(fù)[3].

1.2.3 種子不同部位浸提液的生物測定

取種子的不同部位（外種皮＋中種皮、內(nèi)種皮、胚乳）各2.7g，加80%甲醇研磨，4℃密封浸提48h，其間振蕩5次，過濾，將濾液在35℃下減壓濃縮蒸干，并定容至40mL.然后將浸提液分別稀釋為原液的20%、50%和100%.在直徑為9cm的培養(yǎng)皿中放置濾紙，分別加入上述不同濃度的浸提液3mL，以同體積蒸餾水為對照.每種處理設(shè)4個重復(fù)，每個重復(fù)放置50粒白菜種子，于25℃恒溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，24h測定白菜種子的發(fā)芽率（以露出子葉為發(fā)芽的標(biāo)準(zhǔn)），48h測量胚根長度[3－4].

1.2.4 層積處理

層積基質(zhì)為含水量約60%的濕沙（即手握成團(tuán)、松手即散[5]），基質(zhì)在使用前130℃高溫殺菌1h.選取顆粒飽滿種子，將其與濕沙混勻（濕沙與種子比例為3∶1），然后分別在低溫（4℃）、室溫、變溫（13℃／16h、4℃／8h）3種條件下進(jìn)行層積.每種處理設(shè)3個重復(fù).

1.2.5 赤霉素（GA3）浸種后低溫層積處理

選取顆粒飽滿種子，先分別用濃度為500、1 000、1 500mg／L的赤霉素（GA3）溶液浸種36h，然后進(jìn)行低溫（4℃）層積.每種處理設(shè)3個重復(fù).

1.2.6 發(fā)芽試驗

將上述經(jīng)過處理的種子，于層積90d后，用30℃溫水浸泡24h，0.5%高錳酸鉀滅菌10min，置于種子萌發(fā)盒中在25℃溫度下萌發(fā)，萌發(fā)第12天測定種子發(fā)芽率（以露白為準(zhǔn)），測量胚根長度.

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel電子表格軟件對所得實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，采用Duncan's新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，并用字母標(biāo)記法標(biāo)記其差異性.

2 結(jié)果與分析

凹葉厚樸種子包括種皮、胚乳、胚3個部分；種皮由外種皮、中種皮和內(nèi)種皮組成；外種皮革質(zhì)，中種皮肉質(zhì)，內(nèi)種皮木質(zhì)；胚小，胚乳豐富[6].

2.1 胚的形態(tài)結(jié)構(gòu)

凹葉厚樸果實脫落時種子的胚已分化完全，具有明顯的子葉、胚芽、胚軸及胚根，胚的形態(tài)已處于魚雷形階段（見圖1）.由此可以判斷，凹葉厚樸種子休眠的原因，不是因為胚未分化完全，而是生理上未成熟，其休眠類型為生理休眠.這一結(jié)果與天女木蘭種子休眠的主要原因（胚未發(fā)育完全[7]）不同.

2.2 種皮透水性對種子休眠的影響

通過定時測定完整種子和破皮種子的水分變化情況，繪出種子吸水過程的變化曲線（見圖2）.

圖1 凹葉厚樸種子的顯微結(jié)構(gòu)（示胚的形態(tài)）200×Fig.1 Microstructure of the seeds of Magnolia biloba（showing embryo）200×

從圖2可以看出，破皮種子的吸水特點：前48h吸水率直線上升，吸水速度較快，達(dá)到12.7%；48～88h，吸水速度開始減慢，直至88h吸水達(dá)到飽和，其吸水率達(dá)到最大值為14.2%；88h以后吸水率有所降低，108h吸水率為14.0%，吸水率在達(dá)到最大值后略有降低可能是由于長時間在水中浸泡導(dǎo)致種子內(nèi)含物外滲的結(jié)果[3].

完整種子的吸水特點：前48h吸水率直線上升，吸水速度較快，達(dá)到8.6%；48～72h，吸水速度開始減慢，直至72h吸水達(dá)到飽和，其吸水率達(dá)到最大值為9.4%；72h以后，吸水率基本保持不變.

對比發(fā)現(xiàn)，完整種子與破皮種子的吸水率有較大差異，破皮種子的吸水率明顯大于完整種子.這說明堅硬的內(nèi)種皮有阻礙種子吸水的作用.而破皮種子打破了內(nèi)種皮的吸水阻礙作用，從而明顯提高了其吸水率.這也說明了堅硬的內(nèi)種皮可能是導(dǎo)致種子休眠的原因之一.

圖2 凹葉厚樸種子的吸水曲線Fig.2 Water absorption curve of the seeds of Magnolia biloba

在導(dǎo)致種子生理休眠的諸多原因中，抑制物質(zhì)被認(rèn)為是最重要的原因之一，發(fā)芽抑制物質(zhì)在植物種子中廣泛存在[8].凹葉厚樸種子外種皮＋中種皮、內(nèi)種皮、胚乳浸提液對白菜種子發(fā)芽均有一定的抑制作用（見表1）.方差分析結(jié)果表明，不同部位不同濃度的浸提液與對照的白菜種子發(fā)芽率的差異均達(dá)到了顯著水平.外種皮＋中種皮和胚乳浸提液對白菜種子的抑制作用比內(nèi)種皮強(qiáng)得多，外種皮＋中種皮抑制作用最強(qiáng)，并且隨著浸提液濃度的降低，白菜種子的發(fā)芽率逐漸升高，說明抑制作用逐漸減弱.

表1 凹葉厚樸種子不同部位浸提液對白菜種子發(fā)芽和生長的影響Tab.1 Effects of extract in different parts from the seeds of Magnolia biloba on germination and growth of cabbage seeds

2.3 種子不同部位浸提液對白菜種子發(fā)芽和生長的影響

方差分析結(jié)果表明，凹葉厚樸種子不同部位不同濃度浸提液處理白菜種子，萌發(fā)得到的胚根長度與對照相比有顯著差異，說明浸提液對白菜種子胚根的生長均有一定的抑制作用，外種皮＋中種皮的抑制作用最強(qiáng)，而且浸提液濃度越高這種抑制作用越強(qiáng).

從分析結(jié)果可以推斷，凹葉厚樸種子外種皮＋中種皮、內(nèi)種皮、胚乳都含有發(fā)芽抑制物質(zhì)，對白菜種子的發(fā)芽和生長均有一定抑制作用，且抑制程度因抑制部位而有所不同.這可能是造成凹葉厚樸種子休眠的另一個原因.

2.4 層積處理對凹葉厚樸種子發(fā)芽的影響

層積處理可以使種皮軟化，增加透性，消除發(fā)芽抑制物質(zhì)，是人們常用的解除休眠的有效方法.李鐵華等[9]對楠木種子休眠的研究表明，層積處理能逐步解除楠木種子的休眠.層積的溫度因種而異.王利寶等[10]認(rèn)為對解除油松種胚休眠效果來說，低溫層積處理是最好的方法.凹葉厚樸種子與濕沙在不同溫度下層積，結(jié)果見表2.低溫（4℃）層積、變溫（13℃／4℃）層積、室溫層積處理后，發(fā)現(xiàn)低溫層積處理后的種子發(fā)芽率最高.經(jīng)多重比較得出，低溫層積、變溫層積處理的發(fā)芽率和室溫層積處理差異均達(dá)顯著水平，而低溫層積與變溫層積處理的發(fā)芽率差異不顯著.

表2 層積處理對凹葉厚樸種子發(fā)芽的影響Tab.2 Effects of stratification treatment on the seed germination of Magnolia biloba

2.5 赤霉素（GA3）浸種后低溫層積對凹葉厚樸種子發(fā)芽的影響

赤霉素（GA3）是一種植物激素，通常情況下，它對許多具有休眠特性的種子的萌發(fā)有促進(jìn)作用.如賴家業(yè)等[11]對單性木蘭種子的研究表明，赤霉素能夠打破其休眠.表3顯示的是不同濃度的GA3浸種后低溫層積對凹葉厚樸種子發(fā)芽的影響.經(jīng)多重比較得出，不同濃度GA3浸種，凹葉厚樸種子的發(fā)芽率差異不顯著.從表3可以看出，以1500mg／L GA3浸種后低溫層積最為有效，種子的發(fā)芽率比單獨低溫層積處理（55%）提高了17%.

表3 赤霉素和低溫層積對凹葉厚樸種子發(fā)芽的影響Tab.3 Effects of gibberellin and cold stratification on the seed germination of Magnolia biloba

3 結(jié) 論

通過對凹葉厚樸種子休眠特性的研究，證明胚已分化完全，其休眠類型為生理休眠；內(nèi)種皮有阻礙種子吸水的作用；外種皮＋中種皮、內(nèi)種皮、胚乳均存在發(fā)芽抑制物質(zhì)，抑制物質(zhì)在外種皮＋中種皮＞胚乳＞內(nèi)種皮，且隨著浸提液濃度的升高，對白菜種子的發(fā)芽率和胚根長的影響越來越明顯.

層積處理能逐步解除凹葉厚樸種子的休眠，低溫（4℃）層積、變溫（13℃／4℃）層積比室溫層積的效果好，低溫層積后種子的發(fā)芽率為55%.赤霉素（GA3）浸種后低溫層積，能促進(jìn)發(fā)芽，其中以1500mg／L GA3浸種后低溫層積最為有效，種子發(fā)芽率達(dá)72%，比單獨低溫層積處理提高了17%.

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Study on the Characteristics of Seed Dormancy and Germination of Magnolia biloba

HU Jiang－qin，F(xiàn)ENG Xiao-en，SHEN Meng-xiao，WANG Yun
（College of Life and Environmental Sciences，Hangzhou Normal University，Hangzhou 310036，China）

Using the technique of tissue slicing，the experiment observed the morphology structure of embryo，measured the permeability of seed coat and the bioassay of the extract from different parts of Magnolia bilobaseeds，and discussed the dormancy cause of Magnolia bilobaseeds.The results show that the embryo is fully differentiated，the water absorptivity of seed is impeded by endopleura，and there exist more inhibitors in the endosperm，episperm and mesosperm of seeds.The results of germination experiment on Magnolia biloba seeds show that treating the seeds of Magnolia biloba with cold stratification after immersing into 1 500mg／L GA3is the optimal method to break dormancy and promote germination，which can obtain 72%germination，and increase 17%compared to the seeds treated only with cold stratification.

Magnolia biloba；seed；dormancy；germination

Q945.53

A

1674-232X（2011）04-0329-04

10.3969／j.issn.1674-232X.2011.04.009

2011-04-13

浙江省自然科學(xué)基金項目（Y3100241）.

胡江琴（1967—），女，浙江蕭山人，副教授，碩士，主要從事結(jié)構(gòu)植物學(xué)研究.E-mail：jq＿h(yuǎn)u1967＠163.com