銅錢樹(shù)種子休眠特性及破眠技術(shù)研究

曹運(yùn)梅， 張 建， 向 云， 趙振軍， 費(fèi)永俊

(長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院， 湖北 荊州 434000)

銅錢樹(shù)(PaliurushemsleyanusRehder)為鼠李科馬甲子屬落葉喬木植物，生于海拔1 300 m以下的山地叢林中，高可達(dá)15 m，樹(shù)皮暗灰色，枝條常具刺。喜光，稍耐陰；喜溫暖氣候及肥沃、濕潤(rùn)而排水良好之微酸性土壤，耐寒性不強(qiáng)；能適應(yīng)城市環(huán)境，對(duì)有害氣體有較強(qiáng)抗性；生長(zhǎng)緩慢，萌蘗力強(qiáng)，耐修剪，為石灰?guī)r的指示植物劑[1]，主要分布在湖北、甘肅、陜西、安徽、江蘇、湖南等地。銅錢樹(shù)樹(shù)皮含有鞣質(zhì)，可提煉栲膠[2]。幼苗可作為砧木嫁接棗樹(shù)，根系發(fā)達(dá)，造林成活率高，幼苗生長(zhǎng)健壯、迅速、抗病蟲(chóng)害等[3]。銅錢樹(shù)是優(yōu)良的園林綠化、防風(fēng)固沙、改良土樹(shù)種，翅果果型特別，是優(yōu)良的觀賞樹(shù)種，有較高的開(kāi)發(fā)利用和科研價(jià)值。銅錢樹(shù)主要以種子繁殖，其內(nèi)果皮木栓化，外果皮角質(zhì)化，種皮具蠟質(zhì)[4]，種子不易脫出且具有休眠特性，但目前關(guān)于銅錢樹(shù)種子休眠的原因還未見(jiàn)報(bào)道。本研究旨在了解銅錢樹(shù)種子休眠特性并探尋破除種子休眠的方法，從而縮短發(fā)芽時(shí)間，提高銅錢樹(shù)發(fā)芽率，以期為銅錢樹(shù)種質(zhì)資源保護(hù)和可持續(xù)利用提供參考。

圖版Ⅰ 銅錢樹(shù)種子形態(tài)及解剖

1 材料與方法

1.1 材 料

銅錢樹(shù)種子于2017年9月采自湖北省荊門市京山縣綠林鎮(zhèn)。銅錢樹(shù)株高5 m左右，胸徑5 cm，生長(zhǎng)在半山腰，樹(shù)多刺，較瘦小。

1.2 方 法

1.2.1種子質(zhì)量及形態(tài)解剖

種子收集：用布把果實(shí)包裹住，然后用硬物擊打，使種子從果實(shí)中掉落。

百粒重：隨機(jī)選取100粒種子在電子天平上稱重，重復(fù)5次。

百果重：在采取的果實(shí)中隨機(jī)選擇選取100顆果實(shí)，置于電子天平上稱重，重復(fù)5次。

種子形態(tài)觀察與檢測(cè)：將銅錢樹(shù)果實(shí)去掉果翅后放置顯微鏡下觀察其形態(tài)特征。

1.2.2種子活力測(cè)定

采用TTC法[5]測(cè)定種子活力。隨機(jī)選取新鮮飽滿種子20粒，放在清水中浸泡24 h，置于25 ℃左右的室溫內(nèi)，使其充分吸脹。取出沿著種臍種脊進(jìn)行解剖，取種子一半備用，將其放入0.5%的TTC溶液中，置于25 ℃黑暗環(huán)境中，染色2 h，清水沖洗數(shù)次，根據(jù)胚的染色部位以及染色深淺的情況來(lái)對(duì)種子生活力進(jìn)行判斷。

1.2.3種子吸水曲線測(cè)定

參考劉雅琪等[6]的方法。精選帶果翅果實(shí)、去果翅果實(shí)和取飽滿種子30粒，將樣品放入裝有足夠量水的容器中，置于25 ℃左右的室溫內(nèi)，使其吸水，并開(kāi)始計(jì)時(shí)，每隔2 h取出樣品稱重1次，稱重前用吸水紙吸干種子表面的水分，直至2次吸水測(cè)定的值接近恒值為止。

凈吸水率(%)=[(吸水后樣品的重量-吸水前樣品重量)/吸水前樣品重量]×100%。

1.2.4熱水浸種處理

將種子分別浸泡在裝有40 ℃和60 ℃熱水的2個(gè)燒杯中，蓋住讓其自然冷卻；浸泡24 h，以在25 ℃左右的水中浸泡24 h的種子作為對(duì)照。

1.2.5過(guò)氧化氫腐蝕種子

將種子分別浸泡在30%的過(guò)氧化氫中1，2，3 h，用自來(lái)水沖洗數(shù)遍；以在25 ℃左右的水中浸泡的種子為對(duì)照。

1.2.6赤霉素(GA3)處理

將種子分別置于50，100，150，200 mg·L-1的赤霉素中，浸泡24 h，倒出浸泡液，反復(fù)沖洗種子；以在清水中浸泡24 h的種子為對(duì)照。

1.3 發(fā)芽試驗(yàn)

以上處理的種子采用培養(yǎng)皿發(fā)芽法，將種子置于放有濾紙的培養(yǎng)皿中，加入適量的水，置于25 ℃人工氣候培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。每處理50粒種子，連續(xù)進(jìn)行16 d的培養(yǎng)。逐日定時(shí)觀察，記錄種子發(fā)芽數(shù)和發(fā)霉數(shù)，芽長(zhǎng)為種子的一半即視為發(fā)芽。測(cè)定銅錢樹(shù)種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)(8 d)、發(fā)芽指數(shù)以及發(fā)霉率。

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(shì)(%)=(規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)8 d/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=在時(shí)間t日發(fā)芽種子數(shù)/相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)；

發(fā)霉率(%)=(發(fā)霉種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子質(zhì)量及形態(tài)解剖

2.1.1種子(果實(shí))質(zhì)量測(cè)定

經(jīng)測(cè)定，銅錢樹(shù)種子的百粒重平均為(0.471 7±0.067 7)g；百果重平均為(1.788±0.146 8)g。

2.1.2種子形態(tài)觀察與解剖

銅錢樹(shù)種皮表面光滑，質(zhì)密(如圖版Ⅰ-1)，柵欄組織較厚，種皮硬化，種臍部較薄，水分可以從此進(jìn)入，但很難進(jìn)行氣體的交換?，F(xiàn)以新采集的種子進(jìn)行解剖觀察，將解剖種子用番紅進(jìn)行染色，如圖版Ⅰ-2和圖版Ⅰ-3，子葉發(fā)育完全，胚軸、胚根形態(tài)可見(jiàn)，種臍位置柵欄組織較薄，利于胚根突破種皮。

2.2 TTC測(cè)定種子生活力

新鮮種子(如圖版Ⅱ-1)經(jīng)TTC染色后呈淡紅色，但著色不均勻，有一部分未能著色，表明銅錢樹(shù)種子形態(tài)結(jié)構(gòu)完整，但其呼吸作用低，生活力較弱。經(jīng)過(guò)氧化氫2 h(如圖版Ⅱ-2)和3 h(如圖版Ⅱ-3)腐蝕處理，種皮未見(jiàn)明顯腐蝕，但其種臍位置發(fā)黑(圖版Ⅱ-2)，隨著腐蝕時(shí)間延長(zhǎng)，黑色區(qū)域越來(lái)越多，水漬狀更加明顯(圖版Ⅱ-3)，種子活力完全喪失。結(jié)果表明：銅錢樹(shù)種皮柵欄組織較厚，而種臍部較薄，且種臍是種子吸水的重要部位。

圖版Ⅱ TTC染色觀察

2.3 種子吸水性測(cè)定分析

由圖1可知：種子、去果翅和帶果翅3個(gè)處理在前2 h凈吸水率都是呈直線上升的趨勢(shì)。去果翅在4 h后吸水趨于平穩(wěn)，種子和帶果翅處理在2 h后仍在繼續(xù)吸水，在24 h后吸水速率趨于平穩(wěn)。去果翅、種子和帶果翅處理最高吸水率分別為40.6%、62.6%、138.5%。帶果翅吸水率最高，為去果翅的2.21倍，為種子的3.41倍。說(shuō)明果皮透水能力很差，果翅具有很強(qiáng)的吸水能力，且果殼致密，吸收的水分多是粘附在果殼上的果翅吸水導(dǎo)致的，吸水完成后，砸開(kāi)果殼，未見(jiàn)水分，表明果殼具有不透水不透氣的特性，是銅錢樹(shù)種子休眠的一個(gè)重要原因。

2.4 種子發(fā)芽率的統(tǒng)計(jì)分析

2.4.1不同濃度赤霉素對(duì)銅錢樹(shù)種子萌發(fā)的影響

由表1和圖2可知，銅錢樹(shù)種子的萌發(fā)率隨赤霉素濃度呈先升高后降低再升高的特點(diǎn)。銅錢樹(shù)種子在50～200 mg·L-1赤霉素濃度下均能發(fā)芽，在100 mg·L-1時(shí)發(fā)芽率達(dá)到最高，但在150 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均高于100 mg·L-1，且與100 mg·L-1一樣發(fā)芽率均在30%以上。在200 mg·L-1時(shí)發(fā)芽勢(shì)和100 mg·L-1時(shí)相同，且發(fā)芽率差異不大，均在40%以上，但在200 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均低于150 mg·L-1。說(shuō)明銅錢樹(shù)種子最適合的濃度為100～150 mg·L-1。發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)在150 mg·L-1時(shí)達(dá)到最高，為26%和4.027，說(shuō)明銅錢樹(shù)種子在150 mg·L-1時(shí)萌發(fā)最整齊且活性最強(qiáng)。在赤霉素處理中，發(fā)霉率呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢(shì)。對(duì)照組的種子發(fā)霉率最高，為56%。說(shuō)明赤霉素處理能夠增加種子的活力。在150 mg·L-1時(shí)種子發(fā)霉率最低，為0%，但在200 mg·L-1時(shí)，種子的發(fā)霉率為10%，且其發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均低于150 mg·L-1時(shí)。說(shuō)明高濃度的赤霉素對(duì)種子活力有一定的抑制作用。

圖2 不同濃度赤霉素對(duì)銅錢樹(shù)種子萌發(fā)的影響

2.4.2過(guò)氧化氫不同時(shí)間處理對(duì)銅錢樹(shù)種子萌發(fā)的影響

由表1可知，在對(duì)照組中，銅錢樹(shù)種子沒(méi)有發(fā)芽，其發(fā)霉率也最高，達(dá)52%。銅錢樹(shù)種子在過(guò)氧化氫處理1 h時(shí)，種子有發(fā)芽。隨著處理時(shí)間的增加，均沒(méi)有發(fā)芽，說(shuō)明過(guò)氧化氫長(zhǎng)時(shí)間的腐蝕可能會(huì)讓整個(gè)種皮崩潰，從而對(duì)胚造成較大傷害，導(dǎo)致種子不能萌發(fā)。

表1 不同處理對(duì)銅錢樹(shù)種子萌發(fā)的影響

處理處理梯度發(fā)芽率/%發(fā)芽勢(shì)/%發(fā)芽指數(shù)發(fā)霉率/%赤霉素/(mg·L-1)ck0.000565027.380.3675210044.1142.0833215030.0264.027020040.0141.17010過(guò)氧化氫處理時(shí)間/hck0.00052113.9101.752820.0004230.00018溫湯浸種/℃ck7.74168400.000366029.480.54232

2.4.3溫湯浸種對(duì)銅錢樹(shù)種子萌發(fā)的影響

由表1可知，對(duì)照組種子有發(fā)芽，但是發(fā)霉率也最高，達(dá)68%，可能與種子本身的活力有一定關(guān)系；對(duì)發(fā)霉種子進(jìn)行解剖后發(fā)現(xiàn)，種子胚已經(jīng)腐爛，因此在前期選種時(shí)應(yīng)選擇高質(zhì)量的種子進(jìn)行試驗(yàn)。在熱水處理?xiàng)l件下，40 ℃處理沒(méi)有發(fā)芽，但在60 ℃時(shí)，發(fā)芽率為29.4%，且各項(xiàng)發(fā)芽指標(biāo)均達(dá)最高，適宜溫度的水可使種皮軟化、種臍臍縫開(kāi)口變大，增強(qiáng)種子的透水透氣性，且在60 ℃時(shí)發(fā)霉率最低(32%)。

3 討 論

3.1 銅錢樹(shù)種子休眠原因

種子休眠的原因很多，成熟種子有5種常見(jiàn)的休眠類型[7]：生理休眠、物理休眠、綜合休眠、形態(tài)休眠和形態(tài)生理休眠。銅錢樹(shù)種子休眠原因較復(fù)雜，銅錢樹(shù)果翅膜質(zhì)化，從種子吸水曲線可以看出果翅能夠吸水，且其吸水能力較強(qiáng)，說(shuō)明果翅不影響銅錢樹(shù)種子水分滲透。對(duì)照組種子也能發(fā)芽，但其發(fā)霉率最高且都超過(guò)50%，最高達(dá)68%，可能是種子本身活力不足，長(zhǎng)時(shí)間不發(fā)芽導(dǎo)致發(fā)霉率增高。銅錢樹(shù)種子種臍部較薄，其余部位柵欄組織較厚，種皮硬化，導(dǎo)致水分只能從種臍進(jìn)入，且銅錢樹(shù)果皮較堅(jiān)硬，透水和透氣性極差，導(dǎo)致種子很難萌發(fā)。自然條件下，銅錢樹(shù)種子萌發(fā)需要2年以上，這進(jìn)一步說(shuō)明果皮和種皮的機(jī)械障礙限制銅錢樹(shù)種子的萌發(fā)。銅錢樹(shù)種子具有硬實(shí)性，種皮堅(jiān)硬、質(zhì)密而很難進(jìn)行吸脹萌發(fā)。不同植物的種皮細(xì)胞層次和排列，色素種類和量以及不透明物質(zhì)(角質(zhì)層、蠟質(zhì)、膠質(zhì)和半纖維層)沉淀等不同，因而硬實(shí)程度不同[8]。多數(shù)硬實(shí)種子的種皮相當(dāng)堅(jiān)硬，會(huì)限制水分的滲入和氣體的交換，從而抑制呼吸，使種子不能獲得萌發(fā)所需要的能量，從而對(duì)種胚存在機(jī)械束縛作用[9-10]。對(duì)于硬實(shí)種子，一般采用的方法主要有物理、化學(xué)和生物學(xué)的方法。本實(shí)驗(yàn)中采用了過(guò)氧化氫腐蝕和溫湯浸種等方法，旨在破除銅錢樹(shù)種子的硬實(shí)，提高發(fā)芽率，縮短萌發(fā)時(shí)間。結(jié)果表明，過(guò)氧化氫處理可使銅錢樹(shù)種子萌發(fā)，但容易對(duì)種子造成腐蝕，使種子喪失活力。采用60 ℃熱水處理效果較好，種子的發(fā)芽率高，但發(fā)芽緩慢。

3.2 種子在不同條件下的萌發(fā)特性

解剖結(jié)果表明，銅錢樹(shù)種子屬于雙子葉無(wú)胚乳種子。赤霉素處理，種子即可快速萌發(fā)，說(shuō)明赤霉素能夠打破其生理休眠，從而誘導(dǎo)種子萌發(fā)。隨赤霉素濃度提高，種子發(fā)芽率呈上升趨勢(shì)，在150 mg·L-1條件下，可提高種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，不同濃度赤霉素均可解除銅錢樹(shù)種子休眠，但濃度對(duì)最終的發(fā)芽率影響不大。過(guò)氧化氫處理處理1 h，種子有發(fā)芽，隨著處理時(shí)間的增加，發(fā)芽率急劇下降，說(shuō)明過(guò)氧化氫處理對(duì)胚的損傷較大，從而影響發(fā)芽率。熱水處理?xiàng)l件下，60 ℃處理種子能夠萌發(fā)。說(shuō)明銅錢樹(shù)種子在一定溫度條件下，種皮軟化，種臍的縫隙增大，增加種子的透水透氣性，使其打破休眠，但采用赤霉素打破其生理休眠最好。濃硫酸浸泡10 s，表面的蠟質(zhì)層迅速溶解，但種子受到嚴(yán)重腐蝕，不能發(fā)芽，解剖發(fā)現(xiàn)種仁已腐爛。

3.3 銅錢樹(shù)種子敗育情況分析

銅錢樹(shù)果實(shí)較多，但其果實(shí)空癟敗育也較高，在采集的銅錢樹(shù)果實(shí)中，果實(shí)完全敗育率達(dá)24.4%，在可育果實(shí)中，每個(gè)果實(shí)平均含有種子(1.711±0.113)粒，可育種子(0.96±0.105)粒，種子敗育率高達(dá)44.2%。種子敗育率高，可能與授粉不足有關(guān)，還應(yīng)開(kāi)展傳粉生物學(xué)的研究，對(duì)其授粉受精進(jìn)行觀察，進(jìn)一步確定敗育原因。銅錢樹(shù)種子敗育可能與其生長(zhǎng)環(huán)境有一定影響，因其生長(zhǎng)在半山腰，水分和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足，樹(shù)勢(shì)較弱，影響種子的發(fā)育及其質(zhì)量。因此，獲得高質(zhì)量的種子非常重要，應(yīng)選擇體積較大、色澤光亮的種子進(jìn)行育苗。種子未膨大的為硬實(shí)種子，這類種子不吸水不透氣，在較小果實(shí)中，容易出現(xiàn)硬實(shí)種子；種子膨大，沒(méi)有光亮，是癟粒種子吸水導(dǎo)致，上述2種類型種子在催芽之前都應(yīng)剔除。

3.4 幼苗移栽

對(duì)不同發(fā)芽程度的幼苗進(jìn)行移栽，發(fā)現(xiàn)待子葉完全脫離種殼后，再移栽至基質(zhì)中，幼苗正常生長(zhǎng)，幼苗成活率高達(dá)95%以上。若發(fā)芽種子帶殼進(jìn)行移栽，一旦水分缺失，就容易導(dǎo)致胚軸干癟，進(jìn)而幼苗死亡。因此，銅錢樹(shù)種子幼苗的移栽以子葉剛脫離種殼為宜。