貯藏溫度和種子含水率對(duì)水曲柳種子活力指標(biāo)的影響1)

朱美如 矯春晶 安康明 李明月 張鵬

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

林木種子是營(yíng)林生產(chǎn)和天然更新的基礎(chǔ)，具有穩(wěn)定優(yōu)良的遺傳性狀[1]。林木種子貯藏的關(guān)鍵因素是貯藏溫度和種子含水率，也是保證種子質(zhì)量的重要措施[2-4]。低含水率和低溫條件更加有利于香椿(Toonasinensis)[5]、破布木(Cordiasinensis)[6]種子貯藏，狹葉白蠟(Fraxinusangustifolia)、歐洲白蠟(Fraxinusexcelsior)解除休眠后含水率降至8%～12%，可在-3～3 ℃條件下密封貯藏1 a以上[7-8]。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)林木種子貯藏的研究主要集中在種子成熟脫落后直接貯藏，而深度休眠的林木種子在解除休眠后的貯藏方法及貯藏條件的研究較少。

水曲柳(Fraxinusmandshurica)是東北地區(qū)三大硬闊樹種之一，也是重要的用材林樹種。水曲柳主要采用種子繁殖，水曲柳種子具有深度休眠特性且解除初生休眠時(shí)間較長(zhǎng)[9-10]，解除初生休眠后的水曲柳種子的貯藏方法對(duì)溫室播種育苗具有重要作用。已有研究表明，解除休眠后的水曲柳種子干燥貯藏，種子含水率控制在7%～10%有利于維持種子活力[10-11]；解除休眠的水曲柳種子干燥至含水率10%～12%時(shí)，在室溫條件下可以長(zhǎng)期貯藏[12]，但關(guān)于水曲柳種子適宜的貯藏溫度和種子含水率尚未確定。本研究以解除初生休眠的水曲柳種子為材料，系統(tǒng)研究不同含水率的水曲柳種子，在不同溫度下干燥貯藏不同時(shí)間的萌發(fā)情況，旨在確定解除休眠水曲柳種子適宜的貯藏條件，從而為水曲柳種子處理和播種育苗提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

水曲柳種子于2017年采自吉林省臨江林業(yè)局種子園成年母樹，水曲柳種子經(jīng)過(guò)溫度18 ℃貯藏84 d，然后在溫度5 ℃裸層積處理70 d[10]，解除水曲柳種子的初生休眠期，然后以解除初生休眠的水曲柳種子為試驗(yàn)材料進(jìn)行時(shí)發(fā)芽試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)水曲柳種子含水率設(shè)置3個(gè)梯度：低含水率(含水率7%)、中含水率(含水率10%)、高含水率(含水率14%)。

種子初始含水率：根據(jù)種子檢驗(yàn)規(guī)程[13]，將種子在烘箱中105 ℃烘干24 h，稱量水曲柳種子烘干前后質(zhì)量，計(jì)算解除初生休眠水曲柳種子初始含水率。

種子初始含水率=[(M2-M1)/(M2-M3)]×100%。式中：M1為樣品盒和蓋的質(zhì)量；M2為樣品盒和蓋及種子的烘干前質(zhì)量；M3為樣品盒和蓋及樣品的烘干后質(zhì)量。

種子目標(biāo)含水率的質(zhì)量：經(jīng)過(guò)裸層積處理后的水曲柳種子放置于托盤上，在室溫條件下陰干，采用稱重法計(jì)算各處理種子目標(biāo)含水率的質(zhì)量，干燥期間每隔1 h稱種子的質(zhì)量至目標(biāo)含水率質(zhì)量為止。計(jì)算目標(biāo)含水率時(shí)種子的質(zhì)量。種子質(zhì)量=[(1-MC1)/(1-MC2)]×W。式中：MC1為種子初始含水率，MC2為種子目標(biāo)含水率，W為種子初始質(zhì)量。

貯藏溫度設(shè)置：林木種子常用貯藏溫度為5 ℃，長(zhǎng)期保存種質(zhì)資源的理想條件是-18～-20 ℃[14]，水曲柳種子在室溫條件也可以貯藏。本試驗(yàn)貯藏溫度設(shè)置為：室溫(25±2)、5、-20 ℃。將各目標(biāo)含水率的水曲柳種子，平均分成3份放置在雙層密封袋內(nèi)，分別置于3個(gè)溫度條件下干燥貯藏，共9個(gè)貯藏處理，以干燥后未經(jīng)貯藏的水曲柳種子作為對(duì)照。

水曲柳種子發(fā)芽試驗(yàn)：考慮溫室播種育苗的播種時(shí)間，超過(guò)6個(gè)月種子需要長(zhǎng)期貯藏。依據(jù)種子的貯藏時(shí)間設(shè)置為短期(干燥后和干燥后1個(gè)月)、中期(3個(gè)月)、長(zhǎng)期(6個(gè)月)，依據(jù)種子的貯藏時(shí)間分別取樣，將種子復(fù)水浸泡48 h，每24 h換一次水，48 h后用0.5% KMnO4溶液浸泡30 min，自來(lái)水反復(fù)沖洗至無(wú)色。將種子置于塑料培養(yǎng)皿(9 cm)中萌發(fā)，培養(yǎng)皿底部墊有一層濾紙，每個(gè)處理設(shè)置4個(gè)培養(yǎng)皿，每皿25粒種子，萌發(fā)周期為30 d。播種種子培養(yǎng)皿放置在黑暗人工氣候培養(yǎng)箱(溫度10 ℃、濕度60%)中萌發(fā)。當(dāng)種子的胚根突破種皮2 mm時(shí)視作發(fā)芽，每天觀察記錄種子發(fā)芽粒數(shù)并換水，計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時(shí)間。計(jì)算公式如下：

發(fā)芽率=(發(fā)芽種子粒數(shù)/試驗(yàn)種子總粒數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Ag/Tg)；

發(fā)芽時(shí)間={∑(Ag×Tg)/∑Ag。

式中：Tg為發(fā)芽時(shí)間;Ag為與Tg相對(duì)應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行種子萌發(fā)數(shù)據(jù)整理，用SPSS Statistics 19.0進(jìn)行種子含水率和貯藏溫度對(duì)水曲柳種子萌發(fā)能力影響的雙因素方差分析，其中發(fā)芽率為百分?jǐn)?shù)進(jìn)行反正弦平方根轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行方差分析。當(dāng)方差分析結(jié)果顯著時(shí)，采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同含水率水曲柳種子未經(jīng)貯藏處理的萌發(fā)情況

由表1可知，解除初生休眠的水曲柳種子干燥至不同含水率狀態(tài)，未經(jīng)貯藏處理(對(duì)照組)直接萌發(fā)，不同含水率種子發(fā)芽指數(shù)差異顯著。各含水率種子平均發(fā)芽率達(dá)到90.33%，平均發(fā)芽指數(shù)達(dá)到2.01，平均發(fā)芽時(shí)間達(dá)到11.95 d。

表1 水曲柳種子干燥后未經(jīng)貯藏處理的萌發(fā)表現(xiàn)

2.2 貯藏溫度和種子含水率對(duì)解除休眠水曲柳種子短期貯藏后萌發(fā)的影響

由表2可知，隨著貯藏溫度升高，種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)降低，發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)。隨著種子含水率升高，種子發(fā)芽率降低，其中,中等含水率種子的發(fā)芽指數(shù)最高，發(fā)芽時(shí)間最短。

表2 種子含水率和貯藏溫度處理組合對(duì)短期貯藏的水曲柳種子萌發(fā)能力影響

經(jīng)方差分析，水曲柳種子含水率、貯藏溫度以及兩者交互作用對(duì)短期貯藏水曲柳種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時(shí)間影響極顯著(P<0.01)。

由表3可知，貯藏1個(gè)月(短期)的水曲柳種子與對(duì)照組的水曲柳種子平均發(fā)芽率相比，種子發(fā)芽率明顯降低。其中高含水率的水曲柳種子在室溫貯藏發(fā)芽率為28.00%，顯著低于其他貯藏處理；中等含水率和高含水率種子在-20 ℃條件下貯藏的發(fā)芽率最高，發(fā)芽率為79.00%。

貯藏1個(gè)月水曲柳種子發(fā)芽指數(shù)與平均發(fā)芽指數(shù)相比，明顯受到貯藏處理的影響。高含水率水曲柳種子貯藏在-20 ℃時(shí)種子發(fā)芽指數(shù)最高，與低含水率種子在不同溫度貯藏的種子發(fā)芽指數(shù)、中等含水率種子在室溫條件貯藏的種子發(fā)芽指數(shù)、高含水率種子在室溫貯藏和5 ℃貯藏的種子發(fā)芽指數(shù)差異顯著(P<0.05)。

貯藏1個(gè)月水曲柳種子發(fā)芽時(shí)間明顯受到貯藏影響，高含水率種子在室溫貯藏處理時(shí)，種子發(fā)芽時(shí)間顯著長(zhǎng)于其他貯藏處理，比對(duì)照組高含水率的種子發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)約7.45 d。中等含水率的種子在-20 ℃貯藏處理時(shí)種子發(fā)芽時(shí)間最短，較對(duì)照組中等含水率的種子發(fā)芽時(shí)間縮短了3.32 d。

表3 干燥后不同含水率的水曲柳種子經(jīng)不同溫度短期貯藏后的萌發(fā)情況

2.3 貯藏溫度和種子含水率對(duì)解除休眠水曲柳種子中期貯藏后萌發(fā)的影響

由表4可知，隨著貯藏溫度降低，水曲柳種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)降低、種子發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)。中等含水率種子的萌發(fā)優(yōu)于其他含水率種子。

表4 種子含水率和貯藏溫度處理組合對(duì)中期貯藏的水曲柳種子萌發(fā)能力影響

經(jīng)方差分析，種子含水率、貯藏溫度以及兩者交互作用均對(duì)水曲柳種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽時(shí)間影響均極顯著(P<0.01)。

由表5可知，水曲柳種子干燥貯藏3個(gè)月(中期)，低含水率、中等含水率種子在-20 ℃貯藏的發(fā)芽率比對(duì)照組平均發(fā)芽率有所提高。低含水率種子在-20 ℃貯藏的發(fā)芽率最高，高含水率種子室溫貯藏的發(fā)芽率最低，較對(duì)照組高含水率種子發(fā)芽率降低了77.00%。

貯藏3個(gè)月后水曲柳種子發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)升高或降低的趨勢(shì)。中等含水率種子在5 ℃貯藏、高含水率種子在-20 ℃貯藏的種子發(fā)芽指數(shù)最高，比對(duì)照組種子的發(fā)芽指數(shù)分別提高了1.14、1.16倍，顯著高于低含水率種子貯藏在各溫度下的發(fā)芽指數(shù)；高含水率種子室溫貯藏處理的發(fā)芽指數(shù)顯著低于其他貯藏處理(P<0.05)，較對(duì)照組種子發(fā)芽指數(shù)降低了1.88。

水曲柳種子干燥貯藏3個(gè)月(中期)，高含水率種子在室溫貯藏的發(fā)芽時(shí)間最長(zhǎng)，在-20 ℃貯藏的發(fā)芽時(shí)間最短，較對(duì)照組高含水率種子的發(fā)芽時(shí)間縮短了3.58 d。

表5 干燥后不同含水率的水曲柳種子經(jīng)不同溫度中期貯藏后的萌發(fā)情況

2.4 貯藏溫度和種子含水率對(duì)解除休眠水曲柳種子長(zhǎng)期貯藏后萌發(fā)的影響

由表6可知，隨著種子含水率升高，種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)降低，種子發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)。隨著貯藏溫度升高，種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)降低，發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)。

表6 種子含水率和貯藏溫度處理組合對(duì)長(zhǎng)期貯藏的水曲柳種子萌發(fā)能力影響

經(jīng)方差分析，種子含水率、貯藏溫度以及兩者交互作用對(duì)種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽時(shí)間影響均極顯著(P<0.01)。

由表7可知，水曲柳種子干燥貯藏6個(gè)月(長(zhǎng)期)時(shí)，其中4組貯藏處理的種子發(fā)芽率達(dá)到90.00%以上。高含水率種子在-20 ℃條件下貯藏的發(fā)芽率最高，與各含水率種子在室溫貯藏的發(fā)芽率、中級(jí)含水率種子在5 ℃貯藏的發(fā)芽率差異顯著(P<0.05)。室溫條件下貯藏的種子發(fā)芽率與對(duì)照組發(fā)芽率相比下降幅度較大，而高含水率種子在5 ℃長(zhǎng)期貯藏后發(fā)芽率出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

水曲柳種子經(jīng)長(zhǎng)期貯藏后，5組貯藏處理的水曲柳種子發(fā)芽指數(shù)高于對(duì)照組平均發(fā)芽指數(shù)。高含水率種子在-20 ℃貯藏種子的發(fā)芽指數(shù)最高，較對(duì)照組高含水率種子的發(fā)芽指數(shù)提高了1.47倍，與各含水率種子在室溫貯藏的發(fā)芽指數(shù)、低含水率種子在5 ℃貯藏的發(fā)芽指數(shù)、高含水率種子在5 ℃貯藏的發(fā)芽指數(shù)差異顯著(P<0.05)。高含水率種子在室溫貯藏的種子發(fā)芽指數(shù)最低，較對(duì)照組高含水率種子的發(fā)芽指數(shù)降低了68倍。

水曲柳種子經(jīng)長(zhǎng)期貯藏后，中等含水率種子在5 ℃貯藏的發(fā)芽時(shí)間最短，較對(duì)照組中燈含水率種子相比發(fā)芽，時(shí)間縮短了2.94 d，與各含水率種子在室溫貯藏的發(fā)芽時(shí)間、低含水率種子在5 ℃貯藏的發(fā)芽時(shí)間、高含水率種子在5 ℃貯藏的發(fā)芽時(shí)間差異顯著(P<0.05)。

表7 干燥后不同含水率的水曲柳種子經(jīng)不同溫度長(zhǎng)期貯藏后的萌發(fā)情況

3 結(jié)論與討論

林木種子在貯藏過(guò)程中，有效的貯藏手段是通過(guò)減緩種子的正常代謝從而不會(huì)對(duì)種子造成損傷，貯藏條件直接影響種子的活力[15-17]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同貯藏條件下，水曲柳種子發(fā)芽率的高低有一定差別，與對(duì)照相比，短期貯藏后種子發(fā)芽率下降，中期貯藏后種子發(fā)芽率呈現(xiàn)回升趨勢(shì)，長(zhǎng)期貯藏后種子發(fā)芽率差異顯著，這一結(jié)果與大部分種子隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)而發(fā)芽率降低的研究結(jié)果不同。種子經(jīng)過(guò)貯藏發(fā)芽率升高，如紫苞鳶尾(Irisruthenica)種子[18]、向日葵(Helianthusannuus)種子[19]、荒漠灌木藜科種子[20]等，而水曲柳種子在貯藏前經(jīng)過(guò)變溫層積處理，種子已解除初生休眠(形態(tài)生理休眠)，種胚完成生理生化反應(yīng)[21]，且種子萌發(fā)率不受干燥處理的影響[10]。因此，貯藏中期水曲柳種子發(fā)芽率恢復(fù)至高水平萌發(fā)狀態(tài)，排除了種胚形態(tài)生理后熟的可能性。目前，裴云霞等[22]研究楓香(Liquidambarformosana)種子、梁立東等[23]研究西伯利亞花楸(Sorbussibirica)種子干燥貯藏發(fā)現(xiàn)，種子在貯藏一段時(shí)間后種子發(fā)芽率呈現(xiàn)有升有降的波動(dòng)情況，這與水曲柳種子貯藏結(jié)果變化相似。水曲柳種子屬于脂肪類種子，關(guān)于脂肪類種子貯藏研究表明，脂肪類棉花種子在貯藏至6個(gè)月時(shí)，種子發(fā)芽率恢復(fù)至最高值，隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，種子活力逐漸下降[24]；張鳳[25]將不同類型的種子進(jìn)行低溫貯藏，發(fā)現(xiàn)脂肪類種子比淀粉類種子活力下降慢。由于種子中的脂類具有疏水性，對(duì)細(xì)胞膜起到保護(hù)作用[26]。因此水曲柳種子活力明顯受到干燥貯藏影響，短時(shí)間種子處于干燥狀態(tài)缺少自由水，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后脂肪類物質(zhì)對(duì)水曲柳種子細(xì)胞膜起到了修復(fù)保護(hù)作用。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為低溫和種子低含水率有利于種子貯藏[5-6]，但本研究發(fā)現(xiàn)，高含水率水曲柳種子在低溫貯藏條件也可以保持較高活力，高含水率種子經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期低溫貯藏后的發(fā)芽率比中、低含水率種子的發(fā)芽率高。因?yàn)槔錆癍h(huán)境下有效保證種子活力[27]，低溫貯藏使種子細(xì)胞質(zhì)玻璃化[28]，維持許多生物大分子結(jié)構(gòu)和功能完整[29]，增強(qiáng)抗氧化酶活性，延緩種子老化進(jìn)程。低溫條件滿足水曲柳種子適宜的貯藏溫度條件，不會(huì)對(duì)高含水率水曲柳種子造成凍害，反而有利于水曲柳種子萌發(fā)。不同含水率的水曲柳種子在室溫貯藏發(fā)現(xiàn)，中、高含水率種子發(fā)芽率下降太快甚至沒有萌發(fā)能力，相當(dāng)于自然老化過(guò)程，導(dǎo)致細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化，對(duì)種子造成不可逆的傷害[30-31]。中、高含水率種子不適合在室溫條件干燥貯藏，水曲柳種子安全含水率范圍為7%～10%。

綜上所述，若具備低溫貯藏條件，種子含水率需控制在7%～14%，室溫條件下貯藏種子含水率為7%；短期貯藏水曲柳種子可以選擇5 ℃條件貯藏；長(zhǎng)期貯藏水曲柳種子選擇-20 ℃較適宜。