山茶屬五種稀有瀕危植物種子的生物學(xué)特性研究

呂曉梅 劉海燕 黃麗華 楊乃坤 鄒天才

摘要： 長(zhǎng)柱紅山茶、美麗紅山茶、貴州紅山茶、皺葉瘤果茶和小黃花茶是頗具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的稀有瀕危植物，局部分布于貴州高原亞地區(qū)（ⅢD10 d）常綠闊葉林和常綠落葉闊葉混交林中。針對(duì)其物種瀕危以及種子繁殖困難等問題，該研究對(duì)其種子生物學(xué)特性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：（1）長(zhǎng)柱紅山茶千粒重最大（3 289.70 g）、發(fā)芽率最高（81.67%），貴州紅山茶千粒重最?。?86.33 g）、發(fā)芽率最低（46.00%）；（2）小黃花茶含水率最高（48.85%），長(zhǎng)柱紅山茶含水率最低（39.52%）；（3）長(zhǎng)柱紅山茶生活力最大（98.33%），皺葉瘤果茶生活力最?。?3.33%）；（4）5種供試山茶種子的千粒重與生活力、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)呈極顯著正相關(guān)（R≥0.772，P<0.01），種子生活力與發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)呈極顯著正相關(guān)（R≥0.738，P<0.01）、與發(fā)芽指數(shù)呈顯著正相關(guān)（R=0.532，P<0.05）。以上結(jié)果說(shuō)明，種皮較堅(jiān)硬而不易吸水萌發(fā)，種子遭遇動(dòng)物攝食和病蟲侵蝕損耗而不利于種群繁衍是其物種瀕危的重要原因。該研究結(jié)果為其植物資源的保護(hù)和利用提供了參考。

關(guān)鍵詞： 山茶屬， 稀有瀕危植物， 種子， 生物學(xué)特性， 貴州高原亞地區(qū)（ⅢD10d）

中圖分類號(hào)： Q945

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

文章編號(hào)： 10003142（2017）01010909

Abstract： Camellia longistyla， C. delicata， C. kweichouensis， C. rhytidophylla， C. luteoflora are rare and endangered species with important economic value. They are locally distributed in evergreen broadleaved forest and evergreen and deciduous broad leaved mixed forest in Guizhou Plateau （ⅢD10 d）. In order to explore the seed reproduction and endangered reason of these species， the biological characteristics were studied in this paper. The results were as follows： （1） About thousandgrain weight and germination rate， the maximum was C. longistyla 3 289.70 g and 81.67%， the minimum was C. kweichouensis 786.33 g and 46.00%. （2） The maximum water content was C. luteoflora 48.85%， the minimum one was C. longistyla 39.52%. （3） The maximum viability was C. longistyla 98.33 %， the minimum one was C. rhytidophylla 63.33%. （4） The results indicated that thousand grain weight was significantly positively correlated with viability， germination rate， germination energy and germination index （R≥0.772， P<0.01）. The viability and germination rate were positively correlated with germination energy significantly （R≥0.738， P<0.01） and positively correlated with germination index （R=0.532， P<0.05）. The seed coat was hard and not easy to absorb water， and it was not easy for the population reproduction because of the loss of feeding and disease and insect erosion， which was an important reason for the endangered species. The experimental results provides the reference for the protection and utilization of these plant resources.

Key words： Camellia， rare and endangered plant， seed， biological characteristics， Guizhou Plateau （ⅢD10 d）

山茶屬（Camellia Linn.）植物220余種，分布東南亞的亞熱帶地區(qū)，為常綠小喬木或灌木，花冠基部連生，花瓣5～12片，蒴果，種子球形或多邊形，果皮角質(zhì)，胚乳豐富多油質(zhì)，是重要的園林和油料植物種質(zhì)資源；我國(guó)產(chǎn)210多種，主產(chǎn)我國(guó)西南部及華南各省區(qū)（中國(guó)科學(xué)院中國(guó)植物志編委會(huì)，1982）。貴州有山茶屬植物13組49種4變種，組和種（含變種）分布比例分別占世界分布的65.00%和18.92%、占中國(guó)分布的72.22%和22.23%；有20個(gè)特有種和小黃花茶1個(gè)特有組，特有種比例占37.74%（Liu et al，2016）。貴州野生山茶中有相當(dāng)數(shù)量的稀有瀕危種類，且蘊(yùn)藏著多種經(jīng)濟(jì)用途及豐富資源價(jià)值（鄒天才，1999，2000；胡光平等，2014）。

顯花植物完成受精發(fā)育而結(jié)實(shí)種子，并在適宜條件下萌發(fā)成新的植株，植物種子是其生物學(xué)特性賴以依存的基礎(chǔ)，在植物繁育栽培、遺傳育種、生物多樣性保護(hù)與利用中具有不可或缺的功能作用（鄭光華，2004）。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，作為植物種質(zhì)資源庫(kù)主體的種子保育倍受重視和得到加強(qiáng)，種子生命問題的探索一直活躍，頑拗型種子（recalcitrant seed）生物學(xué)的研究已成為國(guó)內(nèi)外種子科學(xué)研究的熱點(diǎn)。頑拗型種子不耐失水，干燥脫水易損傷，對(duì)溫度敏感而易遭冷害或凍害，壽命短，不耐貯藏，多數(shù)無(wú)休眠，且萌發(fā)迅速，種子脫落后遇到適宜的環(huán)境即可直接萌發(fā)（楊期和等，2006），但山茶植物種子等種皮堅(jiān)硬的頑拗型種子則有休眠特性，且要求生境濕潤(rùn)（李磊等，2016）。近年來(lái)，相關(guān)文獻(xiàn)已報(bào)道了貴州山茶屬植物的生態(tài)學(xué)特征（王君等，2010；楊乃坤等，2015；劉海燕等，2016）、資源保護(hù)及其可持續(xù)利用等（謝宇，2010；劉海燕等，2010；王愛杰等，2011；張婷等，2010），而對(duì)其稀有瀕危山茶植物種子生物學(xué)特性的研究尚缺。

本研究選擇在貴州高原亞地區(qū)（ⅢD10d）（吳征鎰等，2010）常綠闊葉林和常綠落葉闊葉混交林中局部分布的長(zhǎng)柱紅山茶（Camellia longistyla）（周紅和陳曉春，1983；藍(lán)開敏，1988）、美麗紅山茶（C. delicata）（藍(lán)開敏，1988；穆君和李崇清，2015）、貴州紅山茶（C. kweichouensis）、皺葉瘤果茶（C. rhytidophylla）和小黃花茶（C. luteoflora）（藍(lán)開敏，1988；中國(guó)植物物種信息數(shù)據(jù)庫(kù)，2016）等稀有瀕危植物，針對(duì)其地理分布狹窄和種群繁殖困難的科學(xué)問題，開展了種子形態(tài)特征、千粒重、含水率、吸水性、生活力、發(fā)芽率等生物學(xué)特性的試驗(yàn)研究，以期為其生物多樣性的有效保護(hù)與合理利用提供科學(xué)參考。

1材料與方法

1.1 材料、時(shí)間和地點(diǎn)

山茶屬5種植物種子均采自其原產(chǎn)地，采集時(shí)間為2015年10-11月期間（表1）。種子采回后在室內(nèi)通風(fēng)干燥處自然晾干，均使用濕砂層積對(duì)其進(jìn)行短期保存，于當(dāng)年11月份進(jìn)行播種試驗(yàn)。

發(fā)芽試驗(yàn)在2015年11月20日至2016年3月15日進(jìn)行。地點(diǎn)選在貴陽(yáng)市花溪區(qū)貴州大學(xué)林學(xué)院苗圃（26°25′26″N，106°40′10″E），海拔1 020 m，年均氣溫15.3 ℃，年均相對(duì)濕度77%，年均降雨量1 129.5 mm，年均陰天日數(shù)235.1 d，年均日照時(shí)數(shù)1 148.3 h，年均降雪日11.3 d。選用肥力中等的壤土，pH5.7。

1.2 方法與數(shù)據(jù)處理

1.2.1 種子質(zhì)量和形態(tài)特征測(cè)定種子質(zhì)量檢測(cè)參照GB27721999 《林木種子檢驗(yàn)規(guī)程》（國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2002），從測(cè)定樣品中隨機(jī)數(shù)取8個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)100粒，各重復(fù)分別稱量（g），計(jì)算其平均值。形態(tài)特征測(cè)定采用隨機(jī)數(shù)取100粒飽滿種子，通過(guò)目測(cè)法觀察種子形狀結(jié)構(gòu)和顏色，利用精度為0.01 mm 的游標(biāo)卡尺測(cè)量種子的長(zhǎng)度、寬度和厚度，并計(jì)算其平均值。

1.2.2 種子含水率和吸水性測(cè)定種子含水率參照 GB27721999 《林木種子檢驗(yàn)規(guī)程》（國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2002）和 《種子學(xué)實(shí)驗(yàn)指南》（劉子凡，2010），含水率（%）=S1+S2-（S1×S2）/100，其中：S1、S2分別為第1次和第2次失去的水分（g）。種子吸水性用稱重法測(cè)定，吸水質(zhì)量 ΔW=Wt-W，吸水率（%）=ΔW/W×100%。式中，Wt為種子吸水后的質(zhì)量，W為種子吸水前的質(zhì)量；設(shè)置去種皮種子（A）和不去種皮種子（B）兩種處理?xiàng)l件下的吸水過(guò)程，檢測(cè)其不同種子的含水率、飽和吸水率和生活力。

1.2.3 種子生活力和發(fā)芽率測(cè)定種子活力采用TTC（2，3，5氯化三苯基四氮唑）染色法測(cè)定（張志良，1990；ISTA，1996）。每一個(gè)種隨機(jī)選取300粒飽滿種子，隨機(jī)均分為3 組，直播于貴州大學(xué)南校區(qū)林學(xué)院苗圃地大棚的苗床上，覆蓋2 cm的壤土，澆透水，試驗(yàn)期間每天觀察記錄其發(fā)芽情況。種子萌發(fā)終止后測(cè)算其發(fā)芽率，發(fā)芽率（%）=（發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%。發(fā)芽勢(shì)（%）=（達(dá)到高峰期時(shí)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%。發(fā)芽指數(shù)（IG）= ∑（gt/dt），gt指在時(shí)間t日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理所有數(shù)據(jù)用 SPSS 21.0 軟件分析（陳勝可，2013），圖表處理采用Excel軟件。

2結(jié)果與分析

2.1 種子形態(tài)特征

種子的種臍、外種皮、內(nèi)種皮和種胚皆發(fā)育完整，種胚的胚芽、胚軸、胚根和子葉形態(tài)明顯，種皮平滑無(wú)毛且角質(zhì)堅(jiān)硬。檢測(cè)結(jié)果（表2）顯示，種子體積（長(zhǎng)、寬、厚）的大小為長(zhǎng)柱紅山茶>美麗紅山茶>小黃花茶>皺葉瘤果茶>貴州紅山茶。

2.2 種子千粒重、含水率、生活力和吸水率分析

對(duì)山茶屬五種稀有瀕危植物種子千粒重、含水率、生活力與吸水率的檢測(cè)分析結(jié)果得表3和圖1。表3和圖1表明，（1）不同山茶種子的千粒重存在顯著差異（P<0.05），其中長(zhǎng)柱紅山茶種子顆粒最大，平均千粒重達(dá)到3.290 kg，差異系數(shù)5.57%，美麗紅山茶、小黃花茶次之，皺葉瘤果茶和貴州紅山茶的種子顆粒較小，平均千粒重僅有0.899 kg和0.786 kg，差異系數(shù)為4.61%、1.18%。（2）不同山茶種子的含水量存在顯著差異（P<0.05），除了貴州紅山茶和小黃花茶的生活力差異不顯著外，其它三種山茶種子的生活力之間也存在顯著差異（P<0.05）；小黃花茶種子的含水量較高48.85%（CV：1.03%），而生活力較低73.33%（CV：3.94%）；長(zhǎng)柱紅山茶種子的含水量最低39.52%（CV：1.57%），而生活力則最高98.33%（CV：2.94%）。從圖1可以看出，種子千粒重的變化趨勢(shì)與生活力一致，而與含水量變化趨勢(shì)不一致。（3）不同山茶種子吸水率存在顯著差異（P<0.05），五種供試植物均表現(xiàn)為去種皮種子的吸水率大于不去種皮種子的吸水率，且五種植物種子去種皮和不去種皮的吸水率大小順序一致，皆為美麗紅山茶>小黃花茶>長(zhǎng)柱紅山茶>皺葉瘤果茶>貴州紅山茶。去種皮和不去種皮處理的種子吸水率均在30 h后趨于飽和穩(wěn)定狀態(tài)。去種皮條件下種子吸水過(guò)程中（圖2：A），美麗紅山茶在2 h到30 h期間吸水量快速增加，30 h時(shí)的吸水率為24.31%，隨后吸水速度變緩，飽和時(shí)吸水率為24.58%；小黃花茶在24 h之前吸水速度較快，24 h時(shí)吸水速率達(dá)到16.57%，24 h后吸水速度變慢，飽和時(shí)吸水速率達(dá)到17.88%；長(zhǎng)柱紅山茶和皺葉瘤果茶在24 h之前吸水速度較快，24 h時(shí)吸水速率分別達(dá)到13.64%和9.18%，24 h之后吸水速度變慢，飽和時(shí)吸水速率達(dá)到14.14%和9.43%；而貴州紅山茶吸水率最低，在2～16 h之間吸水量有增加，16 h時(shí)的吸水率達(dá)到7.19%，16 h之后其吸水緩慢，飽和時(shí)吸水率達(dá)到7.86%。在不去種皮種子的吸水過(guò)程中（圖2：B），山茶屬五種植物種子吸水到30 h時(shí)吸水率分別為美麗紅山茶14.40%>小黃花茶12.98%>長(zhǎng)柱紅山茶8.28%>皺葉瘤果茶7.27%>貴州紅山茶5.03%，再過(guò)18 h進(jìn)入飽和，其飽和吸水率分別為美麗紅山茶14.19%>小黃花茶12.55%>長(zhǎng)柱紅山茶8.21%>皺葉瘤果茶6.92%>貴州紅山茶4.92%。

2.3 種子發(fā)芽率分析

將供試植物的種子播于試驗(yàn)苗圃大棚內(nèi)的苗床上，常溫下69 d后開始發(fā)芽，77 d后幼苗開始出土，105 d后（2016年3月中旬）種子發(fā)芽全部結(jié)束，觀測(cè)統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的結(jié)果得表4和圖3。表4和圖3顯示：（1）供試五種山茶植物種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)的大小變化趨于一致；（2）五種不同山茶植物的種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)皆具有顯著差異（P<0.05），長(zhǎng)柱紅山茶發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)最高、分別達(dá)到81.67%和61.00%，依次為小黃花茶61.00%、46.00%，美麗紅山茶54.67%、41.00%，皺葉瘤果茶52.33%、39.67%，貴州紅山茶61.00%、34.67%；（3）發(fā)芽指數(shù)的相關(guān)分析表明，美麗紅山茶與貴州紅山茶差異不顯著，皺葉瘤果茶與小黃花茶差異不顯著、與長(zhǎng)柱紅山茶差異顯著（P<0.05），長(zhǎng)柱紅山茶發(fā)芽指數(shù)最高6.04，其次是小黃花茶4.76、皺葉瘤果茶4.74、美麗紅山茶4.33、貴州紅山茶3.63。

2.4 種子生物學(xué)特性的相關(guān)分析

供試山茶五種稀有瀕危植物種子生物學(xué)特性的相關(guān)性分析結(jié)果（表5、圖4）表明：（1）種子的千粒重與生活力、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)呈極顯著正相關(guān)（R=0.862，P<0.01；R=0.936，P<0.01；R=0.933，P<0.01；R=0.772，P<0.01）；（2）種子生活力與發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)呈極顯著正相關(guān)（R=0.735，P<0.01；R=0.738，P<0.01）；（3）種子生活力與發(fā)芽指數(shù)呈顯著正相關(guān)（R=0.532，P<0.05）；（4）種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)呈極顯著正相關(guān)（R=0.987，P<0.01；R=0.861，P<0.01）；（5）種子發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽指數(shù)呈極顯著正相關(guān)（R=0.868，P<0.01）。

3討論與結(jié)論

3.1 供試山茶屬種子大型頑拗，其千粒重與生活力、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)呈極顯著正相關(guān)

從種子的形態(tài)特征來(lái)看，山茶屬五種稀有瀕危植物的種子皆屬于大粒種子，種子外觀的顏色為褐色和深棕色較多，種子的千粒重與其形體大小密切相關(guān)，種子體積大，籽粒飽滿，其種子相對(duì)較重，體積最大的長(zhǎng)柱紅山茶千粒重達(dá)到3 289.70 g（CV：3.37），而含水量為最小39.52%（CV：1.57），體積最小的貴州紅山茶千粒重為786.33 g（CV：1.18），含水量為43.15%（CV：1.29），與頑拗型種子的千粒重多在500 g以上，大粒種子采收后含水量較高，大多在30%以上（Hong & Elms，1996）的特點(diǎn)相一致。供試五種山茶植物的種子，較其同一中亞熱帶常綠闊葉林木和常綠落葉闊葉混交林植被中的其他植物種類而言，種子（或果實(shí)）偏大偏重，含水量≥39.52%，這說(shuō)明山茶植物采用了繁育大型頑拗型種子的生殖策略，種子依靠自身重力脫落在母株附近，可以避免陽(yáng)光直射而造成水分缺失從而保證其生活力。但是，其遭遇動(dòng)物攝食的機(jī)會(huì)增多，造成自然生境中的種子損失、種源稀少、繁衍困難而使該物種趨于瀕危。種子試驗(yàn)分析表明，種子千粒重與生活力、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)呈極顯著正相關(guān)（R≥0.772，P<0.01）。一般地，大質(zhì)量種子比小質(zhì)量種子含有更多的儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，種子的內(nèi)含物質(zhì)會(huì)直接影響到種子的生活力 （葉常豐，1994）。長(zhǎng)柱紅山茶種子籽粒大、生活力高，種子發(fā)芽率也高，這與長(zhǎng)柱紅山茶種子內(nèi)含物質(zhì)較多，使其生理發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給充足有關(guān)。相比較而言，貴州紅山茶、皺葉瘤果茶、小黃花茶的種子籽粒小、千粒重較輕，種子內(nèi)藏物質(zhì)偏少，不足以維持提供種子發(fā)育過(guò)程中所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，影響了種子的生活力和發(fā)芽率而難以形成植物種群繁衍應(yīng)有的幼苗擴(kuò)散格局，導(dǎo)致植株稀少和物種瀕危。種子內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累與新陳代謝密切相關(guān)，而水分是種子細(xì)胞內(nèi)新陳代謝作用的介質(zhì)，五種供試山茶種子都是含水量在39%～49%之間的頑拗型種子，不耐失水，種子內(nèi)部所含水分一部分參與生理過(guò)程，一部分由于蒸發(fā)而造成水分缺失，影響種子的正常代謝和發(fā)育而降低了種子生活力，也是其物種瀕危的原因之一。因此，在物種保育和生產(chǎn)應(yīng)用中保障其水分供應(yīng)充足，更有利于促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)，這在山茶屬植物資源的有效保護(hù)和合理利用方面具有重要意義。

3.2 去種皮種子和不去種皮種子的飽和吸水率差異顯著，種皮堅(jiān)硬障礙吸水萌發(fā)使其物種繁衍困難而瀕危

試驗(yàn)表明，去種皮種子的吸水率大于不去種皮種子的吸水率，五種供試植物種子去種皮和不去種皮的吸水率大小皆為美麗紅山茶>小黃花茶>長(zhǎng)柱紅山茶>皺葉瘤果茶>貴州紅山茶。五種供試植物種子在去種皮和不去種皮兩種處理?xiàng)l件下，均為美麗紅山茶的吸水率最大，分別達(dá)到24.58%、14.40%，貴州紅山茶的吸水率最小，僅有7.86%、5.03%。該五種山茶屬植物種子去種皮和不去種皮的吸水率大小順序一致，但吸脹過(guò)程、飽和點(diǎn)和飽和吸水速率卻有較大差異，而且，五種供試山茶種子在去種皮和不去種皮兩種處理?xiàng)l件下的飽和吸水率差異顯著（P<0.05）。在種子吸水試驗(yàn)中，去種皮種子的吸水率可以達(dá)到不去種皮種子吸水率的1.3～1.8倍，表明山茶種子的種皮角質(zhì)較堅(jiān)硬，對(duì)種子的吸水有較大的阻礙作用，也說(shuō)明了頑拗型種子對(duì)于水分極其敏感，適合濕潤(rùn)生境生存的原因。角質(zhì)堅(jiān)硬的種皮會(huì)嚴(yán)重阻礙種子對(duì)環(huán)境中水分的正常吸收，導(dǎo)致自身水分含量不足以供給生理代謝的正常進(jìn)行，種皮堅(jiān)硬也是山茶屬植物瀕危原因所在。為此，提供種子在貯藏保存中的適當(dāng)水分保障和優(yōu)化種子破皮的處理方案在生產(chǎn)實(shí)踐中有應(yīng)用價(jià)值。

3.3 探明五種稀有瀕危山茶植物種子的休眠機(jī)理及生理機(jī)制具有重要應(yīng)用價(jià)值

種子的生活力表現(xiàn)是其物種生命力世代繁衍的主要過(guò)程，種子萌發(fā)是實(shí)現(xiàn)植物種群更新及物種延續(xù)的關(guān)鍵（王一峰等，2009）。種子植物通過(guò)種子散布、萌發(fā)和幼苗定居可使植物遠(yuǎn)距離擴(kuò)散（張世挺等，2003）。在自然選擇壓力下，種子的萌發(fā)生理活性及其發(fā)芽率的高低對(duì)于其物種的繁殖及擴(kuò)散至關(guān)重要。試驗(yàn)結(jié)果表明，供試山茶種子要經(jīng)過(guò)69 d開始發(fā)芽，77 d幼苗開始出土，105 d后種子發(fā)芽全部結(jié)束，足以證明其種子具有明顯的休眠特征，這是頑拗型種子低溫敏感性的重要表征，冬季的低溫會(huì)抑制種子內(nèi)生理過(guò)程的酶促反應(yīng)速度，種子內(nèi)自由水0 ℃以下固化對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜造成傷害，生理代謝失活，種子活力將明顯降低或喪失。在種子播種休眠過(guò)程中，也可能會(huì)由于環(huán)境因素的影響而產(chǎn)生霉變、腐爛或者發(fā)生病蟲危害，導(dǎo)致其不能萌發(fā)，嚴(yán)重影響種子的發(fā)芽率和成苗率。因此，深入研究其種子休眠與萌發(fā)的生理機(jī)制，探索解決種子收集保存和儲(chǔ)藏運(yùn)輸?shù)膬?yōu)化處理方案來(lái)提高種子質(zhì)量和生產(chǎn)效益，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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