不同處理對野皂莢與皂莢種子發(fā)芽的影響

李剛, 韓鳳英, 羅岸, 趙福永

長江大學生命科學學院，湖北 荊州 434025

野皂莢（Gleditsia microphyllaGordon ex Y. T.Lee）和皂莢（Gleditsia sinensisLam.）同屬豆科云實亞科皂莢屬，雌雄異株，染色體數(shù)目均為2n=28[1]。在植株形態(tài)、生理特征、生長習性及地域分布上，兩者差異較大。野皂莢多為灌木，其自然群體主要分布于沿太行山脈的河北、山東、河南等7 個省份的石灰?guī)r地質(zhì)地區(qū)，適宜海拔在130～1 300 m；而皂莢多為落葉喬木，廣泛分布于我國河北、廣東、湖南等18 個省區(qū)，適宜海拔為0～2 500 m[2]。野皂莢種子，俗稱胡里豆、皮扁豆等，其內(nèi)胚乳富含半乳甘露聚糖，是一種天然化工原料，由其加工成的“龍膠粉”是一種高附加值產(chǎn)品，廣泛應用于石油鉆探、紡織印染、醫(yī)藥、食品等行業(yè)[3-6]。同時，野皂莢根系發(fā)達，具有耐貧瘠和干旱、適應性強等特點，是一種理想的荒山綠化和水土保持樹種[7,8]。因此，種植野皂莢具有廣泛的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。

但是，野皂莢種子硬實率高，種皮透水性差，自然條件下極難吸脹萌發(fā)。鄭健等[9]研究發(fā)現(xiàn)，用濃H2SO4對野皂莢種子酸蝕30 min 處理，發(fā)芽率可達84%；賈軍等[10]比較研究發(fā)現(xiàn)，濃H2SO4酸蝕優(yōu)于高溫水浴，98%的濃H2SO4酸蝕25 min，野皂莢種子的發(fā)芽率可達86%，遠高于高溫水浴法的50%左右的發(fā)芽率。濃H2SO4酸蝕法被廣泛用于處理種皮厚、難吸脹的種子，并能顯著提高其發(fā)芽率，但從環(huán)保、種子安全等角度考慮，機械破皮并結合水浴浸種法簡單可靠、更易推廣。為此，本研究采用機械破皮法，并結合水浴浸種，對野皂莢及皂莢種子的萌發(fā)條件進行探討，以期獲得較高發(fā)芽率的野皂莢和皂莢種子的催芽成苗技術，為野皂莢及皂莢的規(guī)?；?、育林提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 種子來源

野皂莢種子于2018 年10 月采集于河北省邯鄲市磁縣陶泉鄉(xiāng)南大溝與慧峪村交界處（東經(jīng)113.989789，北緯36.403619，海拔740 m）。皂莢（刀皂）種子于2018 年11 月采集于湖南省衡陽市南岳區(qū)光明村（東經(jīng)112.684907，北緯27.209003，海拔480 m）。種子經(jīng)脫粒后曬干，去除雜質(zhì)及破損、癟粒和蟲害種子，于4 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 研究內(nèi)容與方法

1.2.1 野皂莢與皂莢種子的主要形態(tài)特征與特性

選取健康、飽滿的野皂莢與皂莢種子，分別用游標卡尺和電子天平測量其種子長度、寬度、厚度及百粒重等指標，并用數(shù)碼相機拍照；然后用砂紙進行機械破皮，水浴浸種直至所有種子都完全吸脹。剝除種皮，分離胚乳和胚，然后分別將胚乳和胚置于培養(yǎng)皿內(nèi)于65 ℃烘箱中烘干至恒重，分別稱重。每處理種子100 粒，3 重復。

1.2.2 不同破皮位置對種子發(fā)芽的影響

選取健康、飽滿的種子，用400 目砂紙于種子胚根端、子葉頂端及種子中部分別進行破皮處理，以微露胚乳或子葉為準，以不破皮處理組為對照。種子直接播種于黏土中，每處理種子100 粒，3 重復。1 星期后統(tǒng)計不同處理組種子的發(fā)芽率。

1.2.3 不同浸種溫度對種子發(fā)芽的影響

浸種溫度設定25 ℃、37 ℃、42 ℃3 個梯度，對胚根端破皮后的種子，每處理溫度用蒸餾水分別進行8 h、16 h、24 h 不同時長浸泡處理，期間每10 h換水1 次。每處理種子100 粒，3 重復。統(tǒng)計不同溫度及浸泡時長種子的吸脹率、發(fā)芽率。

1.2.4 不同土質(zhì)對種子出苗的影響

采用5 孔×10 孔育苗盤（孔深5 cm），播種前一日分別用黏土、沙土和營養(yǎng)土進行填充，并用自來水澆透。次日按每孔1 粒播種，深度約2～3 cm，并用土覆蓋。后每日早晚各補水1 次，于25±2 ℃、2500 Lx、光周期（16 h/8 h，L/D）條件下萌發(fā)。1 星期后統(tǒng)計不同處理的種子出苗率。

發(fā)芽相關指標計算：

1.2.5 數(shù)據(jù)處理與分析

本文圖表均采用Excel 2019 軟件制作，其中吸脹率、發(fā)芽率等數(shù)據(jù)通過SPSS 22.2 軟件進行平方根反正弦轉化后，使之達到方差齊性要求，對不同處理水平之間、不同測量指標之間均采用單因素方差分析，運用LSD 兩兩比較，以P＜0.05 為差異顯著（平方根反正弦轉化公式為ARSIN（SQRT（源數(shù)據(jù)））×180/3.1415926）。

圖 1 野皂莢與皂莢種子的形態(tài)與結構Fig. 1 Seed morphology and structure of Gleditsia microphylla (Gm) and Gleditsia sinensis (Gs)

2 結果與分析

2.1 野皂莢與皂莢種子的主要形態(tài)特征與特性

野皂莢種子通常呈扁平盾狀，棕褐色或黃綠色（見圖1-A）；種子長約8.94 mm，寬約7.29 mm，百粒重約15.15 g（見表1），其種子中胚（見圖1-B）和胚乳（見圖1-C）分別約占種子干重的27.64%和40.26%。皂莢種子通常呈梭形、略扁，棕褐色（見圖1-D）；種子長約11.86 mm，寬約7.50 mm，百粒重約38.02 g（見表1），其種子中胚（見圖1-E）和胚乳（見圖1-F）分別約占種子干重的23.22%和33.79%。野皂莢種子和皂莢種子的胚乳在烘干前均為半透明狀，烘干后前者的胚乳易發(fā)生褐變，而后者的胚乳則基本保持不變，可能與其化學物質(zhì)的成分和含量差異有關[5,6]。

表 1 野皂莢與皂莢種子主要形態(tài)指標Tab. 1 Main morphological indexes of seeds from Gleditsia microphylla and Gleditsia sinensis

2.2 不同破皮位置對種子發(fā)芽的影響

對野皂莢及皂莢種子在胚根端、子葉頂端及種子中部破皮處理后的發(fā)芽率統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，不論是野皂莢還是皂莢種子，其破皮處理組的發(fā)芽率均要高于不破皮處理組（見圖2）；在不破皮條件下，皂莢種子的發(fā)芽率（29.00±3.61%）要顯著高于野皂莢種子（6.67±1.53%），可能與兩種種子的種皮結構差異導致的透水性差異有關，未萌發(fā)的皂莢種子大多有不同程度的吸脹，而未萌發(fā)的野皂莢種子則大多處于未吸脹狀態(tài)。胚根端破皮處理組，在野皂莢和皂莢種子的3 個破皮處理組中的發(fā)芽率最高，分別為47.67±4.51%和49.00±5.20%，其原因可能在于，胚根端破皮可使種子胚根最先接觸到水分，利于胚根的萌動和突破種皮物理屏障的伸長生長。其中在頂端破皮處理后皂莢種子的發(fā)芽率顯著高于野皂莢種子發(fā)芽率，而在種孔和中部破皮處理后發(fā)芽率無明顯差異。

圖 2 野皂莢與皂莢種子不同破皮位置處理組與對照組發(fā)芽率Fig. 2 Germination rate of seeds treated with different scraping position and control from Gleditsia microphylla and Gleditsia sinensis

2.3 不同浸種溫度對種子發(fā)芽的影響

種子破皮后，其胚和胚乳對溫度可能更為敏感，溫度過高可能降低其活力和發(fā)芽率。因此，本研究設置了25 ℃、37 ℃和42 ℃3 個浸種溫度。對不同浸種溫度并結合不同浸種時長的種子吸脹率和發(fā)芽率統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，皂莢種子在25 ℃浸種24 h 后，完全吸脹的種子約占3.33±1.53%；37 ℃浸種16 h 后的吸脹率為94.33±2.08%。而野皂莢種子相對較?。ㄒ姳?），種子完全吸脹速率較快，25 ℃浸種16 h后的吸脹率為70.00±6.24%，24 h 后的吸脹率可達100%，而37 ℃浸種8 h 其吸脹率即可達100%。從發(fā)芽率看，不同浸種溫度和時長條件下，野皂莢和皂莢種子的平均發(fā)芽率均可達70%以上；野皂莢種子在37 ℃浸種8 h 后的發(fā)芽率最高，達88.67±3.06%，而皂莢種子在37 ℃浸種16 h 后的發(fā)芽率達最高值，90.00±3.00%（見圖4）。同時還發(fā)現(xiàn)，完全吸脹的野皂莢和皂莢種子其出苗高峰期集中在播種后的第6～7 天，出苗整齊。

圖 3 不同浸種溫度和時長條件下野皂莢與皂莢種子的吸脹率Fig. 3 Imbibition rate of seeds treated with different soaking temperature and time from Gleditsia microphylla and Gleditsia sinensis

圖 4 不同浸種溫度和時長條件下野皂莢與皂莢種子的發(fā)芽率Fig. 4 Germination rate of seeds treated with different soaking temperature and time from Gleditsia microphylla and Gleditsia sinensis

2.4 不同土質(zhì)對種子出苗的影響

對完全吸脹后的野皂莢和皂莢種子在黏土、沙土和營養(yǎng)土中的發(fā)芽率統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，兩種種子在黏土中的發(fā)芽率均要高于沙土和營養(yǎng)土中的發(fā)芽率，分別達88.33±3.51%和94.33±2.08%，在沙土和營養(yǎng)土中兩種種子發(fā)芽率的差異又要比黏土中大（見圖5）。萌發(fā)過程中觀察發(fā)現(xiàn)，同樣澆水量的情況下，沙土和營養(yǎng)土由于保水性較好，水分較難散失，不利于種子的有氧呼吸，且易滋生真菌等有害菌，可能是其發(fā)芽率和成苗率偏低的原因。

圖 5 不同土質(zhì)條件下野皂莢與皂莢種子的發(fā)芽率Fig. 5 Germination rate of seeds germinated in different soils from Gleditsia microphylla and Gleditsia sinensis

3 討論

種子吸脹是種子萌發(fā)的前提和必備條件，水分對種子內(nèi)儲存干物質(zhì)的轉化和相關酶的激活至關重要。然而，野皂莢和皂莢種子具有堅硬的種皮，自然條件下水分極難透過。前人[9,10]大多采用高溫水浴法、酸蝕法等進行處理，其發(fā)芽率可達80—90%。但是，從種子安全角度考慮，這些方法的安全系數(shù)偏低，若技術參數(shù)掌控不到位，極易影響發(fā)芽率和成苗，同時還可能存在環(huán)境污染問題（廢酸液），不易推廣。

本研究采用機械破皮和水浴浸種相結合的方法，野皂莢種子的發(fā)芽率同樣可達約90%。種子的萌發(fā)首先表現(xiàn)在胚根的伸長生長，對野皂莢及皂莢種子胚根端進行機械破皮處理，不僅可以促進水分快速進入種子內(nèi)部并激活萌發(fā)相關生物酶類，還有利于胚根突破種皮物理屏障進行伸長生長。實際操作時應注意，破皮不宜過度，否則易傷到根尖生長點而影響胚根生長，400 目砂紙破皮效果較好。浸種溫度不宜過高，尤其是對胚根端破皮的種子，溫度過高和處理時間過長可能會對根尖生長點造成不同程度的傷害以及胚乳的液化，從而影響胚根的伸長生長和子葉對胚乳營養(yǎng)的吸收和利用，進而影響萌發(fā)成苗率。37 ℃較為合適，較小的野皂莢種子8 h即可完全吸脹，而較大的皂莢種子16 h 也可完全吸脹。25 ℃雖也可保證種子的安全和完全吸脹，但處理時間偏長，而42 ℃處理易導致胚乳因吸脹過度撐破種皮或液化，播種后易滋生真菌等有害微生物。

從不同土質(zhì)對野皂莢和皂莢種子的成苗率影響來看，采用黏土效果較好，但黏土也存在多次澆水后易板結的問題，不利于種子的破土。若將黏土與營養(yǎng)土按一定比例混合，效果會否更好，值得進一步試驗證明。野皂莢和皂莢種子胚乳中營養(yǎng)豐富，種皮破裂后極易被土壤細菌、真菌等利用，用2‰的多菌靈溶液對土壤進行預處理后對成苗率有進一步的改善。

因此，本研究所獲得的野皂莢和皂莢種子的萌發(fā)參數(shù)，為將來的規(guī)?；?、育林儲備了技術基礎。