珍貴物種頂果木種子休眠及解除方法研究

(廣東生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院，廣州 510520)

頂果木(Acrocarpusfraxinifolius)，屬云實(shí)科頂果木屬落葉大喬木，是我國(guó)三級(jí)保護(hù)植物，主要分布于我國(guó)的貴州、廣西和云南[1-2]。頂果木材質(zhì)輕韌，花紋優(yōu)美，心材少開(kāi)裂耐腐蝕，不僅是制造上等家具的優(yōu)選材料，而且其木纖維壁薄而細(xì)長(zhǎng)，也是纖維工業(yè)的優(yōu)良原料，具有較為廣闊的市場(chǎng)前景[3-4]。頂果木種子具有一定的休眠習(xí)性，種子處理不當(dāng)常導(dǎo)致出苗率低、出苗不齊，嚴(yán)重限制了其推廣和應(yīng)用。如何提高頂果木種子的發(fā)芽率和整齊度已成為當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一[5]。

種子休眠是自然界中較為常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，其機(jī)理主要有機(jī)械休眠、生理休眠、形態(tài)休眠及物理休眠等，其解除方法主要有砂磨法、浸種法、射線處理法、激素處理法、藥劑處理法等[6-10]。目前關(guān)于頂果木的研究主要集中在苗木培育[11]、栽培技術(shù)[12]及組織培養(yǎng)[13]等方面，而關(guān)于種子休眠機(jī)理及解除方式的研究較為薄弱，已成為限制頂果木推廣及應(yīng)用的重要因素之一。

本研究以頂果木種子為試驗(yàn)材料，在明確其種子特征及休眠習(xí)性的基礎(chǔ)上，分析了砂磨、熱水浸種、濃H2SO4浸泡及GA3處理對(duì)種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及硬實(shí)率的影響，篩選出2種最佳的休眠破除方法并進(jìn)行復(fù)合處理，以期獲得頂果木種子最佳的處理方法，為頂果木的栽培生產(chǎn)和物種保護(hù)提供一定的理論借鑒和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用頂果木種子產(chǎn)自廣西百色隆林，由廣東林科種苗有限公司提供。試驗(yàn)用濃H2SO4和GA3均為分析純，購(gòu)自廣東中廣南風(fēng)化玻有限公司。試驗(yàn)于2018年5月在廣東生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院森林培育實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始實(shí)施。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1種子特征測(cè)定

隨機(jī)選取30粒籽粒飽滿的種子，在光學(xué)顯微鏡下觀察種子色澤、形狀，用游標(biāo)卡尺測(cè)定種子大小，用分析天平測(cè)定種子千粒重。

1.2.2種子休眠特性測(cè)定

硬實(shí)率測(cè)定：隨機(jī)選取種子100粒，于常溫純水中浸泡24 h，觀察并統(tǒng)計(jì)種子吸脹情況，計(jì)算硬實(shí)率，3次重復(fù)。

種子萌發(fā)抑制物的提取和生理活性鑒定：參照葉燕瑩等[14]的方法，提取頂果木種子種皮和種胚萌發(fā)抑制物，并以清水為對(duì)照進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。每個(gè)萌發(fā)處理100粒小白菜種子，3次重復(fù)，5 d后測(cè)定發(fā)芽和生長(zhǎng)情況。

1.2.3硬實(shí)種子處理方法

砂磨處理：將種子放入含有粗砂的研缽中進(jìn)行研磨，時(shí)間分別為10、30、50、70、90 min。

熱水浸種處理：將種子分別放入溫度為50、60、70、80、90、100 ℃的純水中進(jìn)行熱水浸種，保持各自溫度20 min后，自然冷卻至室溫。

濃H2SO4處理：種子分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃H2SO4浸泡10、20、30、40、50、60 min，隨后立即用蒸餾水進(jìn)行沖洗。

GA3處理：種子分別用濃度為50、100、150、200、300、400 mg·L-1的GA3浸泡30 min，隨后立即用蒸餾水進(jìn)行沖洗。

復(fù)合處理：采用上述處理方法中效果較好的2種對(duì)種子進(jìn)行復(fù)合處理。

上述處理中，每個(gè)處理包含200粒種子，重復(fù)3次，處理完成后進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。

1.2.4發(fā)芽試驗(yàn)

采用培養(yǎng)皿進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，將各處理的種子均勻放置于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)條件為：光照15 h/9 h(光/暗)，溫度(23±2)℃，3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)200粒種子，以不做任何處理種子為對(duì)照(ck)。第5天開(kāi)始計(jì)數(shù)種子發(fā)芽數(shù)，直到連續(xù)3 d無(wú)新種子發(fā)芽為止，并按照如下公式計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和硬實(shí)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)(%)=(試驗(yàn)初期7 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

硬實(shí)率(%)=(未吸脹種子數(shù)/試驗(yàn)種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt；式中，Dt表示相應(yīng)天數(shù)，Gt表示第t天的發(fā)芽數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

用Excel 2013軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、計(jì)算及作圖，采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子特征及休眠特性

試驗(yàn)用頂果木種子表面呈灰褐色，卵圓形有光澤。由表1可知，頂果木種子長(zhǎng)7.52 mm，寬5.53 mm，厚1.89 mm，千粒重35.65 g，種子發(fā)芽率為18.00%，硬實(shí)率為79.50%，堅(jiān)硬的種皮對(duì)種子發(fā)芽具有一定的機(jī)械阻力，是造成頂果木種子發(fā)芽率低的主要原因之一。頂果木種子浸提液對(duì)小白菜種子萌發(fā)及生長(zhǎng)的影響試驗(yàn)結(jié)果(表2)表明，頂果木種子的種皮和種胚浸提液對(duì)小白菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)均具有顯著的抑制作用(p<0.05)，說(shuō)明頂果木種子中含有一定的發(fā)芽和生長(zhǎng)抑制物，生理性休眠也是頂果木種子發(fā)芽率低的主要原因。

表1 頂果木種子特征

表2 頂果木種子浸提液對(duì)小白菜種子萌發(fā)及生長(zhǎng)的影響

注：表中同列肩注不同字母表示差異達(dá)到顯著水平(p<0.05)。

下同。

2.2 砂磨對(duì)頂果木種子萌發(fā)的影響

由表3可知，砂磨處理可顯著提高頂果木種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，顯著降低硬實(shí)率(p<0.05)，且上升或降低幅度隨砂磨時(shí)間的延長(zhǎng)而表現(xiàn)為先升高后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)。砂磨時(shí)間為70 min時(shí)效果最佳，發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)分別較對(duì)照(未處理)提升60.00個(gè)百分點(diǎn)和37.50個(gè)百分點(diǎn)，硬實(shí)率較對(duì)照降低60個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)芽指數(shù)提高3.62%。砂磨時(shí)間為90 min時(shí)，雖然發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)均較70 min有所增長(zhǎng)，但均未達(dá)到顯著差異水平(p>0.05)。因此，選擇砂磨時(shí)間以70 min為宜，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及硬實(shí)率分別達(dá)到78.00%、44.00%、21.52和19.50%。

表3 砂磨對(duì)頂果木種子萌發(fā)的影響

2.3 熱水浸種對(duì)頂果木種子萌發(fā)的影響

由表4可知，熱水浸種可顯著提高頂果木種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，顯著降低硬實(shí)率(p<0.05)，且隨著水溫的升高，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均先升高后降低，而硬實(shí)率則逐漸降低。與ck(常溫浸種)相比，80 ℃熱水浸種處理的頂果木種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)分別提升66.50個(gè)百分點(diǎn)和64.50個(gè)百分點(diǎn)，硬實(shí)率降低72.00個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)芽指數(shù)提高4.37%，均較對(duì)照達(dá)到顯著差異水平。水溫為90 ℃和100 ℃處理時(shí)，雖然種子硬實(shí)率較80 ℃處理低，但發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)仍低于80 ℃處理，這可能是由于高溫對(duì)種子內(nèi)部造成一定的損害，導(dǎo)致發(fā)芽能力降低。因此，選擇熱水浸種時(shí)，以80 ℃為宜，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及硬實(shí)率分別達(dá)到84.50%、71.00%、25.04和7.50%。

2.4 濃H2SO4對(duì)頂果木種子萌發(fā)的影響

由表5可知，濃H2SO4處理可顯著提高頂果木種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，顯著降低硬實(shí)率(p<0.05)，且隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均先升高后降低，而硬實(shí)率則逐漸降低。與ck(常溫浸種)相比，濃H2SO4處理40 min的頂果木種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)分別提升71.50個(gè)百分點(diǎn)和69.50個(gè)百分點(diǎn)，硬實(shí)率降低67.00個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)芽指數(shù)提高4.70%，均較對(duì)照達(dá)到顯著差異水平(p<0.05)。處理時(shí)間為50 min和60 min時(shí)，種子硬實(shí)率較40 min處理低，但發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)仍低于40 min處理，這可能是由于種子長(zhǎng)時(shí)間浸沒(méi)于濃H2SO4時(shí)，種子內(nèi)部會(huì)造成一定的損害，降低發(fā)芽能力。因此，選擇H2SO4處理時(shí)，以處理時(shí)間40 min為宜，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及硬實(shí)率分別達(dá)到89.50%、76.00%、26.54和12.50%。

表4 熱水浸種對(duì)頂果木種子萌發(fā)的影響

表5 濃H2SO4對(duì)頂果木種子萌發(fā)的影響

2.5 GA3對(duì)頂果木種子萌發(fā)的影響

由表6可知，GA3處理可顯著提高頂果木種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，顯著降低硬實(shí)率(p<0.05)，且存在一定的“低促高抑”現(xiàn)象。與ck(常溫浸種)相比，濃度為200 mg·L-1的GA3處理效果最佳，頂果木種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)分別提升61.00個(gè)百分點(diǎn)和56.50個(gè)百分點(diǎn)，硬實(shí)率降低64個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)芽指數(shù)提高3.95%，均較對(duì)照達(dá)到顯著差異水平(p<0.05)。處理濃度為300 mg·L-1和400 mg·L-1時(shí)，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)均低于200 mg·L-1處理，硬實(shí)率高于200 mg·L-1處理，這可能是由于赤霉素對(duì)頂果木種子的萌發(fā)具有一定的“低促高抑”效應(yīng)所致。因此，選擇GA3處理時(shí)，以濃度200 mg·L-1為宜，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及硬實(shí)率分別達(dá)到79.00%、63.00%、23.05和15.50%。

表7 濃H2SO4和GA3綜合處理對(duì)頂果木種子萌發(fā)的影響

表6 GA3對(duì)頂果木種子萌發(fā)的影響

2.6 濃H2SO4和GA3復(fù)合處理對(duì)頂果木種子萌發(fā)的影響

選取表現(xiàn)較好的濃H2SO4和GA3進(jìn)行復(fù)合處理，具體操作為：先將種子在濃H2SO4中浸泡40 min，隨后用蒸餾水沖洗干凈，再將種子在200 mg·L-1GA3溶液中浸泡30 min。復(fù)合處理結(jié)果如表7所示，與濃H2SO4和GA3單一處理效果相比，濃H2SO4和GA3復(fù)合處理可進(jìn)一步提高頂果木種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，降低硬實(shí)率(p<0.05)。濃H2SO4和GA3復(fù)合處理?xiàng)l件下，頂果木種子發(fā)芽率較ck、濃H2SO4和GA3分別提升77.50、16.50、6.00個(gè)百分點(diǎn)；發(fā)芽勢(shì)較ck、濃H2SO4和GA3分別提升77.50、21.00、8.00個(gè)百分點(diǎn)；發(fā)芽指數(shù)較ck、濃H2SO4和GA3分別提升5.10%、5.37%和1.88%；硬實(shí)率分別較ck、濃H2SO4和GA3降低75.50、11.50、8.50個(gè)百分點(diǎn)，這可能是由于頂果木種子休眠由機(jī)械休眠和生理休眠共同引起，而二者復(fù)合處理綜合了濃H2SO4的機(jī)械休眠解除效應(yīng)和GA3的生理休眠解除效應(yīng)，因而處理效果顯著優(yōu)于二者單獨(dú)處理。因此，選擇頂果木種子處理方案時(shí)，以濃H2SO4處理40 min和濃度200 mg·L-1GA3綜合處理效果最佳，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及硬實(shí)率分別達(dá)到95.50%、84.00%、28.42和4.00%。

3 結(jié)論與討論

在適宜種子萌發(fā)的環(huán)境條件下，種子仍不能萌發(fā)的現(xiàn)象叫種子休眠，是種子在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的一種自我保護(hù)機(jī)制[15]。本試驗(yàn)中，頂果木種子發(fā)芽率僅為18.00%，硬實(shí)率達(dá)到79.50%；同時(shí)，頂果木種子存在萌發(fā)抑制物，其提取液顯著抑制了小白菜種子萌發(fā)和生長(zhǎng)，這說(shuō)明頂果木種子同時(shí)存在物理性休眠和生理性休眠，這是導(dǎo)致頂果木種子發(fā)芽率低、出苗整齊度差和野生資源減少的重要原因之一。本結(jié)果與葉燕瑩等[14]對(duì)鐵包金種子的研究結(jié)果較為一致。

趙堂君等研究表明，機(jī)械破損、熱水浸種和濃H2SO4是解除種子硬實(shí)休眠較為常用的3種方法[16]。機(jī)械破損是通過(guò)機(jī)械或人工外力來(lái)破壞硬實(shí)種子種皮，從而增加種皮透氣性，促進(jìn)種子萌發(fā)；熱水浸種可通過(guò)軟化種皮、改善透氣性來(lái)解除因硬實(shí)而造成的休眠，促進(jìn)種子萌發(fā)，浸種溫度和時(shí)間與種皮薄厚及種子大小密切相關(guān)；濃H2SO4利用其自身的強(qiáng)酸性來(lái)腐蝕種皮，打破柵欄組織的屏障，增大種皮透性，是打破種子硬實(shí)最常用的試劑之一。本研究結(jié)果表明，砂磨處理、熱水浸種處理及濃H2SO4處理均可顯著提高頂果木種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，顯著降低硬實(shí)率(p<0.05)。其中，砂磨時(shí)間以70 min為宜，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及硬實(shí)率分別達(dá)到78.00%、44.00%、21.52和19.50%；熱水浸種以80 ℃處理效果最佳，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及硬實(shí)率分別達(dá)到84.50%、71.00%、25.04和7.50%，溫度過(guò)高會(huì)對(duì)種子內(nèi)部造成一定的損害，導(dǎo)致發(fā)芽能力降低；濃H2SO4處理以40 min為宜，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及硬實(shí)率分別達(dá)到89.50%、76.00%、26.54和12.50%，處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)對(duì)種子產(chǎn)生損害，導(dǎo)致種子活力降低。本研究結(jié)果與伊風(fēng)艷等[6]對(duì)野生黃花苜蓿種子及趙堂君等[16]對(duì)花木藍(lán)種子的研究結(jié)果較為一致。

前人研究表明，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在破除種子生理休眠，促進(jìn)種子萌發(fā)方面具有顯著效果，其中GA3在種子處理中已得到廣泛應(yīng)用[14,17-18]。本研究結(jié)果表明，GA3處理可顯著提高頂果木種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，顯著降低硬實(shí)率(p<0.05)，且存在一定的“低促高抑”現(xiàn)象。以濃度200 mg·L-1處理效果最佳，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及硬實(shí)率分別達(dá)到79.00%、63.00%、23.05和15.50%。本研究結(jié)果與葉燕瑩等[14]對(duì)鐵包金種子、張瑞等[17]對(duì)窄葉野碗豆種子和任永權(quán)等[18]對(duì)華重樓種子的研究結(jié)果較為一致。

與濃H2SO4和GA3單一處理效果相比，濃H2SO4浸泡40 min和200 mg·L-1GA3浸泡30 min復(fù)合處理顯著提高了頂果木種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，顯著降低硬實(shí)率(p<0.05)。復(fù)合處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及硬實(shí)率分別達(dá)到95.50%、84.00%、28.42和4.00%，其原因可能是復(fù)合處理綜合了濃H2SO4的機(jī)械休眠解除效應(yīng)和GA3的生理休眠解除效應(yīng)，因而處理效果顯著優(yōu)于二者單獨(dú)處理。

綜上所述，頂果木種子兼具硬實(shí)休眠和生理休眠習(xí)性，砂磨、熱水浸種、濃H2SO4處理和GA3處理均可顯著提升頂果木種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)，顯著降低硬實(shí)率，其中以濃H2SO4浸泡40 min和200 mg·L-1GA3浸泡30 min復(fù)合處理效果最佳，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及硬實(shí)率分別達(dá)到95.50%、84.00%、28.42和4.00%。本結(jié)果可以為頂果木的栽培生產(chǎn)和物種保護(hù)提供一定的理論借鑒和參考。