野生秀麗四照花種子生物學(xué)特性及萌發(fā)研究

阮淑明，巫智斌，賴(lài)士淦

(福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 南平 353000)

山茱萸科(Cornaceae)山茱萸屬(Cornus)四照花亞屬(subg.Syncarpea)類(lèi)群分布范圍廣，集彩花、彩葉、彩果于一身，是優(yōu)良的彩色樹(shù)種[1]；其果營(yíng)養(yǎng)豐富，味甜可食亦可釀酒，有通經(jīng)、活血、消腫等功效，為珍稀野生果樹(shù)種質(zhì)資源[2—4]；木材堅(jiān)硬，為優(yōu)良的特種用材樹(shù)種；根系發(fā)達(dá)，能很好地固土保水，是荒山荒地綠化、美化以及恢復(fù)土壤肥力的重要樹(shù)種資源[5]，具較大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，園林觀(guān)賞類(lèi)需求量不斷增加[6]。四照花植物包括東亞四照花和北美四照花兩大類(lèi)群。東亞四照花共10種(含亞種)，其中，秀麗四照花(Cornus hongkongensissubsp.elegans)為常綠小喬木或灌木，生于海拔250～1200 m森林，分布于江西、福建、浙江等地[7]，是具有良好觀(guān)賞價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的鄉(xiāng)土樹(shù)種[8]。

種子的休眠特性是植物適應(yīng)環(huán)境的繁殖策略之一，四照花種子具生理休眠[9—10]。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前自然生境中四照花多為散生狀態(tài)，與其種子休眠性強(qiáng)較難萌發(fā)有一定關(guān)系。周健等[11]發(fā)現(xiàn)大花四照花(C. florida)種皮存在透水性障礙。余道平等[12]發(fā)現(xiàn)峨眉四照花(C. capitatavar.emeiensis)的種子為光不敏感或光中性種子，溫度對(duì)萌發(fā)有顯著影響。易詠梅等[13—14]也發(fā)現(xiàn)致密堅(jiān)硬的種皮嚴(yán)重阻礙種子吸水，發(fā)芽需經(jīng)過(guò)低溫階段。而光照有利于香港四照花(C. hongkongensis)種子發(fā)芽，并且最適光照條件為1000 1x[15]。目前秀麗四照花栽培馴化技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)研究較少，有關(guān)其種子萌發(fā)條件及休眠特性的研究和報(bào)道極少，本試驗(yàn)以建寧野生秀麗四照花種子為研究對(duì)象，進(jìn)行生物學(xué)特性研究，為秀麗四照花的引種、馴化及綜合利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

秀麗四照花果實(shí)采集于福建省三明市建寧縣，該縣地處閩西北邊陲，與江西省接壤，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，又有大陸性山地氣候特點(diǎn)，冬夏干濕差異懸殊，地形復(fù)雜，立體氣候及地區(qū)小氣候差異顯著。按照林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)四照花播種育苗技術(shù)規(guī)程》(LY/T2682-2016)的方法，于2020年11月在果實(shí)成熟變紅時(shí)采集，堆漚成熟后洗出種子。

1.2 方法

1.2.1 種子形態(tài)觀(guān)察與基本營(yíng)養(yǎng)測(cè)定

隨機(jī)抽取10組，每組100粒新鮮種子，在體視鏡(型號(hào)為OLYMPUS SZ61)下觀(guān)察種子形態(tài)，用電子分析天平(型號(hào)為FA2004)稱(chēng)量，百粒法計(jì)算千粒重，并用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量種子長(zhǎng)、寬、厚度(為種子腹線(xiàn)與背線(xiàn)的最大距離[16])等指標(biāo)，數(shù)值以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。根據(jù)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定種子蛋白質(zhì)(食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定GB5009.5-2016)與脂肪(食品中脂肪的測(cè)定第一法GB5009.6-2016)含量。

1.2.2 種子透水性測(cè)定

參照楊文權(quán)等[17]的方法測(cè)定種子吸水率。取20粒完整新鮮干種子與 20粒刺破皮種子(用刀具挫磨種子種臍部位)，重復(fù)3次。將6組種子分別放入燒杯再加入40 mL 蒸餾水，置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行吸水試驗(yàn)，定期(前37 h內(nèi)每2 h測(cè)定一次，后每4 h測(cè)定一次，72 h后每12 h測(cè)定一次，測(cè)3次)將種子取出，用濾紙吸干種子外部水分，用 1/10000電子分析天平稱(chēng)量，直至種子吸水飽和。種子吸水率(%)=(濕重–干重)/干重×100%。

1.2.3 種子變溫處理

種子用10%滅菌靈浸泡20 min，后用蒸餾水清洗干凈備用。種子萌發(fā)試驗(yàn)培養(yǎng)基質(zhì)為細(xì)水苔，含水量10%，用自封袋作為培養(yǎng)容器，每隔7 d檢查種子發(fā)芽情況，并及時(shí)補(bǔ)充水分，保持基質(zhì)濕潤(rùn)，剔除發(fā)霉種子，下同。

將種子直接置于普通人工氣候培養(yǎng)箱培養(yǎng)，設(shè)置30 ℃ / 20 ℃變溫(30 ℃、8 h，光照強(qiáng)度為1200 μmol·m-2·s-1；20 ℃、16 h，無(wú)光照)和 30 ℃ / 15 ℃變溫(30 ℃、8 h，光照 1200 μmol·m-2·s-1；15 ℃、16 h，無(wú)光照)兩種處理培養(yǎng)，以恒溫(15 ℃，其中8 h 光照 1200 μmol·m-2·s-1，16 h 無(wú)光照)培養(yǎng)為對(duì)照，每處理50粒種子，5次重復(fù)。

1.2.4 化學(xué)處理的種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)

分別使用30% H2O2和30% NaOH浸種5、10、15 min，每處理50粒種子，5次重復(fù)。以無(wú)處理直接催芽為對(duì)照，培養(yǎng)條件為30 ℃ / 20 ℃變溫。

1.2.5 低溫層積處理的種子萌發(fā)試驗(yàn)

將種子置于4 ℃冰箱進(jìn)行低溫層積處理，處理時(shí)間為7、14、21、28 d。期間定期打開(kāi)自封袋，翻動(dòng)細(xì)水苔。以種子無(wú)處理直接催芽為對(duì)照，每處理50粒種子，5次重復(fù)。

1.2.6 種子萌發(fā)判定及指標(biāo)計(jì)算

種子的萌發(fā)以胚根破皮而出為標(biāo)志[18]。選用萌發(fā)時(shí)滯、發(fā)芽勢(shì)、萌發(fā)率、平均萌發(fā)時(shí)間等4個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)種子活力。萌發(fā)時(shí)滯為萌發(fā)試驗(yàn)開(kāi)始至第1粒種子萌發(fā)的時(shí)間(d)；發(fā)芽勢(shì)(%)為90 d內(nèi)種子發(fā)芽率；萌發(fā)率(%)為萌發(fā)種子數(shù)占播種種子數(shù)百分比；平均萌發(fā)時(shí)間=Σ(ti×ni)/Σni，式中ti為播種之日起第i天，ni為播種后第i天萌發(fā)的種子數(shù)[19]。種子兩周內(nèi)無(wú)萌發(fā)視為試驗(yàn)結(jié)束。用 Excel 2007和SPSS19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子形態(tài)特征及營(yíng)養(yǎng)成分

秀麗四照花種子多為扁圓形，種臍位于稍尖一端，另一端寬大。種臍有一臍溝，為細(xì)長(zhǎng)裂縫，裂縫周?chē)悬S色物質(zhì)，腹縫線(xiàn)為種孔的延長(zhǎng)線(xiàn)，但未延伸到種子頂端，外種皮光滑呈土黃色，多被一層白色物質(zhì)，堅(jiān)硬致密(圖1A)。種子千粒重為(76.91±0.32) g，種子的長(zhǎng)度(5.81±0.68) mm、寬度(5.10±0.74) mm、厚度(3.99±0.59) mm。經(jīng)檢測(cè)，秀麗四照花種子中蛋白質(zhì)含量 3.13 g·100 g–1，脂肪含量5.1 g·100 g–1。

圖1 秀麗四照花種子萌發(fā)形態(tài)Fig. 1 Seed germination of Cornus hongkongensis subsp.elegans

秀麗四照花種子有兩片豆瓣?duì)钭尤~，種子吸水后，種臍裂縫張開(kāi)，胚根伸出，胚軸伸長(zhǎng)，將子葉推出土面，屬于子葉出土型萌發(fā)(圖1B、圖1D)。在種子萌發(fā)過(guò)程中，可見(jiàn)堅(jiān)硬的種皮包著子葉的一層“內(nèi)膜”，在子葉伸展過(guò)程中不易撐開(kāi)，同時(shí)種皮不能完全脫落仍全部或部分鉗制子葉不能展開(kāi)(圖1C)，可能造成種子不能發(fā)芽、不能出土以及出土后不能順利展開(kāi)子葉等困難，進(jìn)而影響種子萌發(fā)與生長(zhǎng)發(fā)育。

2.2 種子透水性

種皮完整種子和破皮種子的吸水情況如圖2所示。從圖中可看出，相同時(shí)間內(nèi)刺破皮種子吸水率稍高于完整種子，但吸水變化情況無(wú)顯著差異。吸水過(guò)程大致可分為快速吸水期、緩慢吸水期、飽和期三個(gè)過(guò)程。在前20 h內(nèi)，種子快速吸水，在20～50 h為緩慢吸水期，60 h后進(jìn)入飽和期，但種子在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中吸水率低于8%。說(shuō)明堅(jiān)硬致密的種皮較大地阻礙了種子的透水性，不利于種子萌發(fā)過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的水解，極大地影響了種子萌發(fā)，與前人研究的結(jié)果相似[11,13—14]。

圖2 秀麗四照花種子吸水曲線(xiàn)Fig. 2 Water absorption curve of Cornus hongkongensis subsp. elegans seeds

2.3 變溫處理的四照花種子萌發(fā)情況

從表1可看出，在兩種變溫條件下，秀麗四照花種子各萌發(fā)參數(shù)(萌發(fā)時(shí)滯、發(fā)芽勢(shì)、萌發(fā)率、平均萌發(fā)日數(shù))與對(duì)照有顯著差異，說(shuō)明變溫促進(jìn)秀麗四照花種子的萌發(fā)。其中30 ℃ / 15 ℃變溫處理的種子各萌發(fā)參數(shù)均優(yōu)于30 ℃ / 20 ℃溫度條件，萌發(fā)時(shí)滯(35.00 d)極顯著低于30 ℃ / 20 ℃溫度條件，發(fā)芽勢(shì)和萌發(fā)率極顯著高于30 ℃ / 20 ℃溫度條件，說(shuō)明溫差大更利于四照花種子萌發(fā)。

表1 不同溫度培養(yǎng)秀麗四照花種子的萌發(fā)參數(shù)Table 1 Germination parameters of Cornus hongkongensis subsp. elegans seeds in different treatments

30 ℃ / 15 ℃變溫處理的平均萌發(fā)日數(shù)(71.46 d)短于30 ℃ / 20 ℃處理的平均萌發(fā)日數(shù)(85.16 d)，但是并未表現(xiàn)出顯著性差異，說(shuō)明秀麗四照花種子的平均萌發(fā)日數(shù)對(duì)變溫敏感但對(duì)溫差影響不敏感。

2.4 化學(xué)處理對(duì)四照花種子萌發(fā)的影響

從表2可看出，在30% H2O2和30% NaOH浸泡種子的不同時(shí)間處理之間以及與對(duì)照相比，萌發(fā)時(shí)滯和發(fā)芽勢(shì)均沒(méi)有顯著差異(P＞0.05)。

表2 不同化學(xué)處理的秀麗四照花種子萌發(fā)參數(shù)Table 2 Germination parameters of Cornus hongkongensis subsp. elegans seeds in different chemical treatments

在萌發(fā)率方面，種皮經(jīng)酸、堿處理的種子之間無(wú)顯著差異，但堿處理的種子萌發(fā)率顯著低于對(duì)照組(P＜0.05)。說(shuō)明種皮的酸堿處理對(duì)秀麗四照花種子萌發(fā)沒(méi)有促進(jìn)作用。

30% H2O2處理種皮的種子平均萌發(fā)時(shí)間與對(duì)照無(wú)顯著差異。30% NaOH浸泡種皮的三種處理中，處理10 min的平均萌發(fā)日數(shù)與對(duì)照差異顯著。

綜上，種皮經(jīng)堿處理，種子萌發(fā)率降低，但處理10 min的種子平均萌發(fā)日數(shù)縮短。

2.5 低溫層積處理的四照花種子萌發(fā)情況

從表3可看出，種子經(jīng)4 ℃低溫層積處理，萌發(fā)時(shí)滯、發(fā)芽勢(shì)、萌發(fā)率和平均萌發(fā)時(shí)間并未優(yōu)于對(duì)照組。相反，低溫處理7 d，萌發(fā)時(shí)滯顯著長(zhǎng)于對(duì)照，發(fā)芽勢(shì)顯著低于對(duì)照；處理7 d和14 d萌發(fā)率顯著低于對(duì)照。

表3 不同低溫層積處理秀麗四照花種子的萌發(fā)參數(shù)Table 3 Germination parameters of Cornus hongkongensis subsp. elegans seeds in different low temperature stratification treatments

3 結(jié)論與討論

3.1 四照花種皮是影響種子萌發(fā)的重要因素

實(shí)驗(yàn)表明，秀麗四照花種子的吸水率不高，機(jī)械損傷種皮后種子吸水率也增加不大，因秀麗四照花種子粒小，種皮堅(jiān)硬度高，敲擊種子時(shí)易傷及胚，而用刀具挫磨種子種臍部位不到位，種子吸水仍受阻。水分是林木種子萌發(fā)必需的啟動(dòng)條件，種皮不易透氣透水，限制種子萌發(fā)，種子的休眠期一般也較長(zhǎng)[20]。對(duì)秀麗四照花種皮進(jìn)行堿處理10 min，可顯著縮短種子平均萌發(fā)時(shí)間，可見(jiàn)四照花種皮堅(jiān)硬致密是抑制種子萌發(fā)的重要因素。

3.2 變溫促進(jìn)四照花種子萌發(fā)

適宜的溫度可打破種子休眠，有利于種子吸水和氣體交換[20]。Fordham[21]指出，變溫加速了林木種子的生理成熟，從而提高種子發(fā)芽率。變溫處理可有效破除硬實(shí)種子和生理后熟種子的休眠，尤其對(duì)野生植物種子特別有效[22]，本試驗(yàn)中30 ℃/15 ℃與30 ℃/20 ℃兩種變溫條件下，溫差大的30 ℃/15℃處理對(duì)四照花種子萌發(fā)有更好的促進(jìn)作用，萌發(fā)時(shí)滯短，萌發(fā)率和發(fā)芽勢(shì)高。

四照花是廣布于中國(guó)亞熱帶和暖溫帶的古老物種。研究發(fā)現(xiàn)，降水量變異、最冷月份的最低溫和最冷季度的平均溫度是影響四照花物種分布的3個(gè)最主要因子，雖然分布較廣，但在海拔500～1500 m的暖溫帶常綠闊葉林生長(zhǎng)最好，種群數(shù)量最多[23]。暖溫帶的分界線(xiàn)是日均溫穩(wěn)定通過(guò) 10 ℃時(shí)年積溫達(dá)到3400 ℃的溫度線(xiàn)[24]。劉文[25]認(rèn)為種子萌發(fā)與最低溫度和積溫有關(guān)，萌發(fā)最低溫度較低的物種積溫較高，最低溫度高的物種積溫較低，下一步可深入研究秀麗四照花種子萌發(fā)的最低溫度和所需積溫，從而找出更適宜的溫差范圍，以提高種子萌發(fā)率。

在特定溫度下，種子休眠快速解除需要進(jìn)行吸脹，通常稱(chēng)之為層積[26]，層積處理為解除具有后熟特性種子休眠的有效方法[27]。對(duì)種子可進(jìn)行低溫層積、暖溫層積或變溫層積。對(duì)秀麗四照花種子采取4 ℃低溫層積處理7、14、21、28 d，觀(guān)察其萌發(fā)效果，不同層積時(shí)間處理的種子萌發(fā)率無(wú)顯著差異，且萌發(fā)效果均顯著低于30 ℃/15 ℃變溫處理。低溫吸脹使夏季一年生種子休眠解除，而高溫吸脹則使冬季一年生種子休眠解除[28]。秀麗四照花種子為冬季一年生種子，故后續(xù)研究可從暖溫層積或變溫層積中探索最適的層積溫度與時(shí)間，以更好地促進(jìn)種子萌發(fā)。