打破紫荊種子休眠方法研究

米建華，孫雪霞，婁秋蓮，符真珠，張 晶

(1.鄭州市紫荊山公園，河南 鄭州 450002； 2.河南省農(nóng)業(yè)科學院 園藝研究所，河南 鄭州 450002)

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打破紫荊種子休眠方法研究

米建華1，孫雪霞1，婁秋蓮1，符真珠2，張 晶2

(1.鄭州市紫荊山公園，河南 鄭州 450002； 2.河南省農(nóng)業(yè)科學院 園藝研究所，河南 鄭州 450002)

比較4個紫荊品種(普通紫荊、白紫荊、加拿大紫荊及巨紫荊)在打破種皮休眠(機械損傷、濃硫酸、過氧化氫處理)和打破內(nèi)休眠(0、100、200、400 mg/L GA3浸種)條件下處理24 h或48 h后種子萌發(fā)率的差異。結果表明：機械損傷和濃硫酸處理能在不傷及種胚的條件下快速有效地腐蝕紫荊種皮，從而促進種子萌發(fā)；過氧化氫處理對種皮有輕微腐蝕作用，但對打破紫荊種皮休眠無明顯作用；在解除種皮休眠后，100 mg/L和200 mg/L GA3處理的種子發(fā)芽率較高，普通紫荊、加拿大紫荊發(fā)芽率達到100%，巨紫荊發(fā)芽率為70%。紫荊種子最佳萌發(fā)條件為:濃硫酸酸蝕45 min洗凈后，轉入200 mg/L GA3水溶液中浸泡24 h，置于25 ℃濕潤濾紙上暗培養(yǎng)，至子葉伸展后于12 h光照/12 h黑暗條件下培養(yǎng)15 d后即可。此處理下，除巨紫荊發(fā)芽率和成苗率相對較低(僅為70%和40%)外，其他3個紫荊品種的發(fā)芽率和成苗率可高達100%。

紫荊種子； 解除休眠； 快速萌發(fā)

紫荊(Cercischinensis)，別名滿條紅，為豆科(Leguminosae)紫荊屬(CercisL.)的落葉喬木或灌木。單葉互生，花冠假蝶形，花兩側對稱排成總狀花序，先于葉開放；莢果扁帶形；種子2至多顆，近圓形，扁平，無胚乳。紫荊的觀賞價值體現(xiàn)在它的葉色、葉形、密花、莢果及優(yōu)美的冠型，加上其有較強的耐陰性和一定的耐寒性，被廣泛用于庭院、建筑物前及草坪邊緣搭配種植，具有較好的園林應用前景[1]。紫荊種皮及花梗有解毒消腫之效[2]，種皮和莖皮提取物中富含的黃酮[3]，具有消炎鎮(zhèn)痛及耐缺氧抗疲勞作用[4-5]。洋紫荊揮發(fā)油具有抗腫瘤效果[6]，天然紫荊花色素可用于制取彩色包裝紙[7]；此外，其木材還可用于家具、建筑等[8]。

紫荊常用的繁殖方式包括播種、分株、扦插及壓條等，其中以播種為主[8]。紫荊種子具有雙重休眠(種皮透性差及內(nèi)休眠)的特性[9]，目前生產(chǎn)上廣泛采用層積的方式進行播種前處理，但是層積處理耗時較長，一般需要80 d左右，播種育苗耗時、耗力，也不便于種子的檢驗。關于打破紫荊種子休眠，縮短其苗期的報道較少，目前較為有效的方法是250 mg/L GA3溶液浸泡經(jīng)濃硫酸酸蝕過的紫荊種子，然后濕沙層積60 d以達到打破種子休眠的效果；巨紫荊種子在250 mg/L GA3溶液中浸泡24、48 h后層積，發(fā)芽率分別達22.5%和25.5%[9-10]。打破種子休眠促進其萌發(fā)常采用的方式有：鹽脅迫[11]、低溫[12-13]、干熱[14]、6-BA、2,4-D[15]、GA3[16-17]、IAA[18]、硫酸[16,19]、人工破皮[17]及檸檬酸[20]處理等。本研究針對紫荊種子的特性，在變溫培養(yǎng)條件下，將表面經(jīng)硫酸酸蝕、機械損傷處理的種子，進行不同質量濃度和時間的GA3處理，以篩選較優(yōu)的處理方法，為紫荊工廠化育苗高效體系的建立提供技術支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料及試驗儀器

試驗用紫荊種子由鄭州市紫荊山公園提供，選取普通紫荊(Cercischinensis)、巨紫荊(Cercisgigantea)、白紫荊(CercischinensisBunge f.albaHsu)及加拿大紫荊(Cerciscanadensis)4個品種的飽滿純凈種子。2014年采收其成熟果實，千粒質量、純凈度如表1所示。濃硫酸由煙臺市雙雙化工有限公司生產(chǎn)，GA3由上海藍博生物科技有限公司生產(chǎn)，過氧化氫由天津市瑞金特化學品有限公司生產(chǎn)，9 cm的定量濾紙由杭州特種紙業(yè)有限公司生產(chǎn)。人工氣候箱購自寧波萊?？萍加邢薰?，選用直徑9 cm的玻璃培養(yǎng)皿為種子發(fā)芽試驗容器。

表1 供試紫荊種子純凈度及千粒質量

1.2 試驗方法

種子發(fā)芽試驗在河南省農(nóng)業(yè)科學院園藝研究所園林花卉研究室實驗室進行。因紫荊屬種子種皮堅韌、透性不良[21]，選擇品種、溫度、種皮休眠及內(nèi)休眠4種因素進行試驗設計，以常溫未經(jīng)處理的種子為對照。種子萌發(fā)初期均為黑暗環(huán)境條件，待種子露白后，調(diào)整為12 h光照/12 h黑暗培養(yǎng)。

①溫度處理：選用經(jīng)濃硫酸浸泡45 min、100 mg/L GA3處理24 h的4個品種紫荊種子，分別置于25 ℃恒溫和20 ℃/30 ℃變溫條件下培養(yǎng)。

②種皮處理：將加拿大紫荊種子分別用機械損傷(剪去邊緣種皮)、濃硫酸(濃硫酸浸泡至部分種子出現(xiàn)孔紋，約45 min)和過氧化氫處理(少數(shù)種子出現(xiàn)膨脹為止)后，經(jīng)200 mg/L GA3處理24 h，于25 ℃恒溫條件下培養(yǎng)。

③GA3處理：在25 ℃恒溫培養(yǎng)條件下，分別對經(jīng)硫酸酸蝕過的種子進行GA3不同浸泡時間和質量濃度的處理。其中，浸泡時間的處理中，選用200 mg/L GA3分別浸泡24 h和48 h；而浸泡質量濃度上則是分別選用100、200、400 mg/L GA3處理24 h。具體試驗方案見表2—5所示。

表2 溫度處理試驗方案

表3 種皮處理試驗方案

表4 GA3浸泡時間處理試驗方案

表5 GA3質量濃度處理試驗方案

將處理后的種子置于內(nèi)附無菌水濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)。每個處理3個重復，每個重復100粒紫荊種子，每天觀察種子發(fā)芽情況，記錄種子的初始發(fā)芽時間，以及7、9、11、15 d時種子發(fā)芽數(shù)。計算種子發(fā)芽率(%)、成苗率(%)、萌發(fā)速率系數(shù)。相關參數(shù)根據(jù)下面公式進行計算：

發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)/試驗種子總數(shù)×100%

成苗率=子葉萌發(fā)種子數(shù)/試驗種子總數(shù)×100%

萌發(fā)速率系數(shù)=∑(t×n)/∑n×100

式中：t為自試驗開始時的天數(shù)；n為在t天內(nèi)萌發(fā)的種子數(shù)[22]。

2 結果與分析

2.1 溫度對不同品種紫荊種子萌發(fā)的影響

由圖1可以看出，在其他條件一定的前提下(表2)，除巨紫荊外，其余3個品種在2個溫度處理條件下，種子發(fā)芽率均達到85%以上，最高達到100%，且2個溫度處理差別不大，而4個品種的對照發(fā)芽率則均為0。隨著子葉展出、種子成苗階段的開始，種子成苗率遠低于種子發(fā)芽率，差異最少達到50個百分點；同一品種的2個處理間種子成苗率存在明顯差異，除普通紫荊外，均呈現(xiàn)25 ℃恒溫優(yōu)于20 ℃/30 ℃變溫的現(xiàn)象。此外，溫度對不同品種種子萌發(fā)的影響也存在一定差異，其中，普通紫荊、加拿大紫荊和白紫荊2種溫度處理的種子發(fā)芽率均較高且相差不大，而巨紫荊2種溫度處理則差異較大，種子發(fā)芽率最高才70%，25 ℃處理成苗率僅有10%，20 ℃/30 ℃變溫處理條件下甚至無種子成苗。上述結果表明，在紫荊萌發(fā)過程中，溫度對種子發(fā)芽的影響不明顯，其主要對種子露白至子葉展出這一過程產(chǎn)生影響。

圖1 不同溫度對紫荊種子萌發(fā)的影響

2.2 不同種皮處理方式對紫荊種子萌發(fā)的影響

以加拿大紫荊為例，將經(jīng)過3種方式處理后的種子，用200 mg/L GA3水溶液浸泡24 h后，置于25 ℃條件下培養(yǎng)15 d(表3)。試驗中發(fā)現(xiàn)，紫荊種子在未經(jīng)任何處理的條件下，不能正常萌發(fā)。通過對比3個處理結果發(fā)現(xiàn)，機械損傷與濃硫酸處理效果最好，種子發(fā)芽率和成苗率均高達100%；過氧化氫處理效果較差，發(fā)芽率僅為10%，無幼苗形成(圖2)。進一步比較萌發(fā)速率系數(shù)(圖3)可以看出，機械損傷處理明顯優(yōu)于濃硫酸處理。但由于紫荊種子較小、種皮較硬，普遍使用的擦傷方式對其作用不大[9]，而本試驗中采用的邊緣種皮剪切法又過于費時。綜上可知，濃硫酸處理更適合生產(chǎn)應用，其處理效果較佳，處理方式也較為方便。

圖2 不同種皮處理方式對紫荊種子萌發(fā)的影響

圖3 不同種皮處理方式對紫荊種子萌發(fā)速率系數(shù)的影響

2.3 GA3對不同品種紫荊種子萌發(fā)的影響

紫荊種子除具有種皮休眠外，還存在內(nèi)休眠[23]，相關研究中，多采用GA3水溶液浸泡的方式來解除種子的內(nèi)休眠[10]。在本試驗中，選用GA3水溶液浸泡的方式對種子進行培養(yǎng)前處理，并對GA3質量濃度及處理時間進行篩選(表4、5)，以期選出最佳的處理方式。試驗中發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)GA3水溶液處理的4個品種的對照，其發(fā)芽率均為0，而經(jīng)GA3水溶液處理過的種子，隨著處理時間的變化其發(fā)芽率和成苗率呈現(xiàn)規(guī)律的變化。由圖4可知，在同一質量濃度的GA3水溶液中，無論是發(fā)芽率還是成苗率，均隨著浸泡時間的增長而下降，其中成苗率表現(xiàn)更為突出，且4個紫荊品種表現(xiàn)一致。這表明GA3浸泡時間過長，反而抑制種子的萌發(fā)。因此，就GA3浸泡時間而言，24 h優(yōu)于48 h。此外，在種子培養(yǎng)過程中還發(fā)現(xiàn)，種子在GA3水溶液中浸泡時間越長，培養(yǎng)后期霉變的概率越大。綜上可知，選用赤霉素浸泡24 h處理紫荊種子效果最佳。

圖4 不同GA3處理時間對紫荊種子萌發(fā)的影響

試驗中發(fā)現(xiàn)，4個品種的對照發(fā)芽率均為0，而處理則以GA3200 mg/L效果最好。由圖5、圖6可見，GA3質量濃度為100 mg/L時，發(fā)芽率達到70%甚至以上，但成苗率卻有所下降，尤以巨紫荊下降最為明顯；當GA3質量濃度達到400 mg/L時，4個品種紫荊種子的發(fā)芽率，除普通紫荊和加拿大紫荊外，余下2個品種的發(fā)芽率均低于100、200 mg/L處理，而隨GA3質量濃度的增高，除加拿大紫荊外，其余3個品種成苗率均在200 mg/L時達到最高。在GA3200 mg/L處理下，巨紫荊的發(fā)芽率和成苗率在4個品種中均為最低，其中成苗率僅達到40%。綜上所述可知，紫荊種子在200 mg/L的GA3水溶液中浸泡24 h后再進行培養(yǎng)為最佳。

圖5 不同質量濃度GA3對紫荊種子發(fā)芽率的影響

圖6 不同質量濃度GA3對紫荊種子成苗率的影響

3 結論與討論

本試驗結果表明，紫荊種子最佳萌發(fā)條件為：將紫荊種子經(jīng)濃硫酸酸蝕洗凈后，于200 mg/L GA3水溶液中浸泡24 h，然后置于25 ℃的環(huán)境條件下進行培養(yǎng)，15 d后即可得到紫荊幼苗。此處理條件下，除巨紫荊外，各紫荊品種的發(fā)芽率和成苗率均達到100%，巨紫荊雖然相對較低，其發(fā)芽率和成苗率僅為70%和40%，但較相關研究[10]而言卻有明顯提高。對比4個品種紫荊種子的萌發(fā)結果，巨紫荊相對其他3個而言幼苗得率較低，這可能與巨紫荊種皮休眠程度較強有關[24]。有研究表明，隨著種子的成熟、氣孔消失，種皮表面蠟質層逐漸形成并不斷加厚，阻礙種子與外界環(huán)境的水汽交換，也利于提高種子對外界不良環(huán)境的抵御能力[25]。紫荊休眠主要是因為種皮存在機械障礙以及胚乳中含有萌發(fā)抑制物所致[26-27]。Jones等[28]在研究加拿大紫荊種子休眠時發(fā)現(xiàn)，該種子種皮和胚乳的特殊結構都可能是導致其休眠的主要原因。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，隨著紫荊種子的逐漸成熟，種皮表面氣孔消失，蠟質開始形成并逐漸加厚，種孔和種臍也逐漸開裂,種子發(fā)育成熟時，種子中間部位的種皮由外到內(nèi)依次為：角質層、柵欄層和薄壁細胞層，角質層主要由蠟質及其他覆蓋物組成，柵欄層則由單層緊密排列的長柱狀厚壁的大石細胞構成，角質層和柵欄層的這種結構可能影響該種子種皮透性進而引起種皮休眠[29]。因此，解除紫荊種皮的這種特性對促進種子萌發(fā)起著重要作用，而不同品種打破休眠差異的具體原因尚需進一步試驗分析來驗證。

紫荊種子自然條件下難萌發(fā)，迄今為止紫荊種子萌發(fā)在生產(chǎn)上雖然間或搭配濃硫酸酸蝕或GA3浸種的方法，但仍以種子層積的方式為主。雖然試驗方法不斷改進，但層積促進紫荊種子萌發(fā)的時間依然較長，需30 d以上，生產(chǎn)應用不夠簡便[10]。本試驗對處理后的種子不進行層積處理，而選用濕潤濾紙為基質進行種子萌發(fā)培養(yǎng)，4個紫荊品種均得到較高的萌發(fā)率，這說明紫荊種子萌發(fā)過程中，層積處理不是必需的。試驗結果顯示，采用本試驗的方法能大量快速地處理待萌發(fā)的紫荊種子，為生產(chǎn)應用提供高效的技術支持。

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Research on Method of Breaking Seed Dormancy inCercischinensis

MI Jianhua1,SUN Xuexia1,LOU Qiulian1,FU Zhenzhu2,ZHANG Jing2

(1.Zijingshan Park of Zhengzhou,Zhengzhou 450002,China; 2.Horticulture Research Institute,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China)

This study compared the difference in seed germination rate of four varieties ofCercischinensis(ordinaryCercischinensis,whiteCercischinensis,CanadianCercischinensisand giantCercischinensis),by breaking seed coat dormancy(mechanical damage,sulfuric acid or hydrogen peroxide treatment) and breaking endo-dormancy(seed soaking in 0,100,200,400 mg/L GA3) for 24 h or 48 h.The result showed that the treatments of mechanical damage and concentrated sulfuric acid could corrodeCercischinensisseed coat quickly and efficiently,and did not hurt embryo,thereby promoting seed germination.The treatment of hydrogen peroxide could corrode seed coat slightly,but had no obvious effect in breaking seed coat dormancy.After breaking the seed dormancy,the treatments of 100 mg/L GA3and 200 mg/L GA3had higher seed germination rate.The germination rates of ordinary and CanadianCercischinensisboth reached 100%,which of giantCercischinensiswas 70%.The best germination conditions ofCercischinensisseeds were that firstly pickling for 45 min by the concentrated sulfuric acid followed by washing,secondly soaking in 200 mg/L GA3for 24 h,thirdly cultivating on wet filter paper at 25 ℃ in the dark,and last cultivating under the condition of 12 h light/12 h dark for 15 d after cotyledon stretching.The germination rate and seedling rate of the giantCercischinensiswere relatively low(only 70% and 40%),but the germination rate and seedling rate of otherCercischinensiscould be as high as 100% after treated.

seeds ofCercischinensis; breaking dormancy; rapid germination

2016-07-21

米建華(1970-)，女，河南民權人，高級工程師，本科，主要從事植物栽培研究及新品種引進工作。 E-mail：mijianhua1997@163.com

S793.7

A

1004-3268(2016)11-0100-05