丹霞梧桐不同成熟度種子的形態(tài)及萌發(fā)特性研究

羅曉瑩， 古龍海， 莫羅堅(jiān)(.韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院， 廣東 韶關(guān) 5005； .東莞市林業(yè)科學(xué)研究所， 廣東 東莞 5306)

丹霞梧桐(FirminanadanxiaensisH. H. Huse & H. S. Kiu)為我國特有的錦葵科(Malvaceae)梧桐屬(Firmiana)小喬木。該種最早于1987年在廣東丹霞山被發(fā)現(xiàn)，之后一直被認(rèn)為只分布于此地，但近年來陸續(xù)在廣東南雄、英德和始興發(fā)現(xiàn)新分布點(diǎn)[1]。丹霞梧桐為國家二級重點(diǎn)保護(hù)植物，還被納入全國120種及廣東省17種極小種群植物(PSESP)保護(hù)計(jì)劃中[2-3]。丹霞梧桐高3～10 m，樹形美觀，花色絢麗，葉形寬大，適合培育為造林先鋒樹種、道路綠化樹種和庭園觀賞樹種[4]。

目前，關(guān)于丹霞梧桐種子的研究工作較少，Luo等[5]研究發(fā)現(xiàn)，丹霞梧桐完全成熟干燥的種子具有物理休眠的現(xiàn)象，造成常規(guī)育種出苗期長，萌發(fā)不整齊的問題，影響該種的大規(guī)模生產(chǎn)[5]。本試驗(yàn)著重研究丹霞梧桐不同成熟度種子的萌發(fā)率與種子特性的相關(guān)性，以期為丹霞梧桐種子的適宜采收期和育種提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采收時(shí)間及方法

2018年7月在丹霞山內(nèi)隨機(jī)選取6株長勢良好的丹霞梧桐作為采集種子的母樹，標(biāo)記為母樹1～母樹6。分別在7月6日、7月13日、7月20日、7月27日對每株母樹進(jìn)行種子采集，各母樹采集的種子混合后裝入密封袋帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。各株母樹種子采集情況詳見表1。

表1 不同采收日母樹采收種子數(shù)量Table 1 Number of seeds harvested from mother trees on different harvesting days

1.2 丹霞梧桐種子基本特征數(shù)據(jù)測定

直徑：使用數(shù)碼游標(biāo)卡尺(精度0.02 mm)測量不同采收期飽滿種子的直徑，每次測量50粒，3個(gè)重復(fù)，共測量150粒種子。

千粒重：使用電子天平(精度千分之一)測定當(dāng)天采回的新鮮種子鮮重，每次測量100粒，3個(gè)重復(fù)，共測量300粒種子。

含水量：隨機(jī)選取45粒飽滿種子，每組15粒，3個(gè)重復(fù)，稱量鮮重后置于培養(yǎng)皿中，用130 ℃高溫[6]烘干至恒重后稱量其干重。

飽滿率：隨機(jī)選取新鮮種子150粒，每組50粒，3個(gè)重復(fù)。記錄霉變、空癟及蟲蛀種子數(shù)量。

種子活力[7]：隨機(jī)選取45粒飽滿種子，每組15粒，3個(gè)重復(fù)，新鮮種子于室溫(30 ℃)中吸水24 h后去除外種殼，將種仁完全浸沒于1% TTC溶液中，于室溫黑暗環(huán)境下染色12 h，用流水清洗種仁2次，在培養(yǎng)皿中用解剖刀將種仁對半切開，記錄染紅面積>2/3的種子為有活力種子。

1.3 吸水實(shí)驗(yàn)

隨機(jī)選取90粒飽滿種子，將種子分為實(shí)驗(yàn)組和對照組，兩個(gè)處理組均重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)15粒種子。實(shí)驗(yàn)組種子用解剖針對種殼進(jìn)行刺破處理，對照組不做任何處理。實(shí)驗(yàn)前稱取種子的初始鮮重，然后將種子置于燒杯中，室溫下用蒸餾水浸泡。每2 h取出種子一次，用吸水紙吸干種子表面水分，然后用電子天平稱重，直到種子的重量恒定后實(shí)驗(yàn)終止。

吸水率WI(%)=[(Wi-Wd)/Wd]×100%，其中Wi和Wd分別為種子的濕重質(zhì)量和干重質(zhì)量。

1.4 萌發(fā)實(shí)驗(yàn)

于200孔育苗穴盆中放置純河沙。每次采集不同成熟度種子后，隨機(jī)挑選飽滿種子15粒，3個(gè)重復(fù)。每穴埋入1粒種子，用沙子覆蓋種子2～3 mm。自播種當(dāng)天起，每天澆水500 mL，記錄并移走當(dāng)天萌發(fā)的種子。種子萌發(fā)以子葉頂出沙子表面為準(zhǔn)，持續(xù)觀察35 d。

萌發(fā)率(GP)、萌發(fā)指數(shù)(GI)和萌發(fā)速率指數(shù)(GRI)采用以下公式計(jì)算：

GP(%)=(Ng/NT)×100%，其中Ng為萌發(fā)種子數(shù)，NT為總種子數(shù)；

GI=∑(Gt/Dt)，其中Gt為在播種后t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)；

GRId-1(%)=∑[(Gi-Gi-1)/i]，其中i為發(fā)芽計(jì)數(shù)日，Gi為第i天的種子萌發(fā)率，Gi-1為第i-1天的種子萌發(fā)率。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 23.0軟件對不同成熟度種子基本特征的差異、吸水實(shí)驗(yàn)、萌發(fā)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析。利用SPSS軟件內(nèi)置雙變量相關(guān)分析(Kendall’s tau-b)對種子成熟度與基本特征和萌發(fā)指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 丹霞梧桐不同成熟度果實(shí)及種子的形態(tài)特征

通過比較4次采收的果實(shí)及種子的形態(tài)特征，將丹霞梧桐成熟期果實(shí)及種子從形態(tài)上劃分為四個(gè)階段：綠熟期、黃熟期、褐熟期、黑褐期(圖1)。

圖1 丹霞梧桐不同成熟期果皮、種子外觀及種子內(nèi)部Fig.1 The appearance of peel and seeds and seed interior of Firmiana danxiaensis at different maturity stages

綠熟期(7月6日采收)：果皮為綠色，含水量充足；種子外觀呈綠色，外種皮飽滿、無皺縮，易剝離；剝開種皮后種仁呈白色，質(zhì)地脆，可揉碎，有汁液，內(nèi)種皮白色，合點(diǎn)端黑褐色斑點(diǎn)不明顯，種殼內(nèi)壁綠色(圖1 a)。

黃熟期(7月13日采收)：果皮為黃色，含水量下降；種子外觀呈黃色，外種皮略微皺縮，易剝離；剝開外種皮后種仁呈白色，質(zhì)地軟，揉捏可變形，不易碎，內(nèi)種皮褐色，合點(diǎn)端黑褐色斑點(diǎn)明顯，種殼內(nèi)壁黃綠色(圖1 b)。

褐熟期(7月20日采收)：果皮為褐色，含水量少；種子外觀呈褐色，外種皮已皺縮為較硬的殼，難剝離；剝開種殼后種仁呈深黃色，質(zhì)地干硬，揉之不易變形，內(nèi)種皮脫落或黏附在種殼內(nèi)壁上，種殼內(nèi)壁白色(圖1 c)。

黑褐期(7月27日采收)：果皮為黑褐色，出現(xiàn)皺縮，較脆；種子外觀呈黑褐色，外種皮皺縮，難剝離；剝開種殼后種仁呈蠟黃色，堅(jiān)硬，揉捏不變形，內(nèi)種皮脫落或黏附在種殼內(nèi)壁上，種殼內(nèi)壁白色(圖1 d)。

2.2 丹霞梧桐不同成熟度種子的質(zhì)量特征

由表2可知，丹霞梧桐種子的直徑、千粒重和含水量的變化具有內(nèi)在的一致性：它們均隨著成熟度的不斷提高而減小，且這三項(xiàng)指標(biāo)的前兩個(gè)成熟階段(綠熟期和黃熟期)與后兩個(gè)成熟階段(褐熟期和黑褐期)均有顯著性差異。丹霞梧桐的種子飽滿率則隨著成熟度的增加而增加，這可能是因?yàn)殡S著種子不斷脫水干燥，蟲蛀、空癟粒等不飽滿的種子很容易被風(fēng)等外界因素吹落。丹霞梧桐的種子活力在4個(gè)成熟階段沒有顯著差異且均高于93%，說明4個(gè)階段的種子均已生理成熟，具備萌發(fā)的能力。

表2 丹霞梧桐不同成熟度種子的質(zhì)量特征Table 2 Quality characteristics of Firmiana danxiaensis seeds at different maturity levels

注：每組曲線后不同字母表示數(shù)據(jù)間存在極顯著差異(p<0.01)。 圖2 丹霞梧桐不同成熟度種子的吸水率Fig.2 Water absorption rates of Firmiana danxiaensis seeds at different maturity levels

2.3 吸水實(shí)驗(yàn)

由圖2 a可知，綠熟期實(shí)驗(yàn)組和對照組種子吸水率差異不顯著，且最終吸水率都低于8%，說明此時(shí)期種皮刺破與否，種子都無法吸收太多外界的水分，這可能與該時(shí)期種子自身的含水量(61.35%)較飽和有關(guān)(表2)。

黃熟期實(shí)驗(yàn)組對照組與實(shí)驗(yàn)組種子吸水率比綠熟期均有明顯上升，分別達(dá)32.48%和28.33%，但兩者之間差異不顯著(圖2 b)。由表3可以看出，黃熟期對照組未刺破種皮種子的吸水率與褐熟期、黑褐期對照組種子無顯著差異，而與綠熟期對照組種子差異顯著，由此可以推斷黃熟期及后兩個(gè)成熟期階段的對照組種子的吸水可能僅是干燥皺縮的外種皮的吸水造成的。由于黃熟期種子自身的含水量(50.23%)仍然較高(表2)，因此該時(shí)期實(shí)驗(yàn)組的刺破種皮的種子對外界水分的吸水率(32.48%)仍然不大(表3)。

褐熟期和黑褐期對照組種子吸水率僅為21.64%和24.66%，實(shí)驗(yàn)組則急劇上升至86.50 %和91.96%，兩組數(shù)據(jù)之間差異極顯著(p<0.01)(圖2 c、圖2 d)。此外，由表3可以看出，褐熟期與黑褐期實(shí)驗(yàn)組的吸水率與綠熟期和黃熟期的實(shí)驗(yàn)組種子差異顯著，說明隨著種子的不斷脫水，褐熟期和黑褐期干燥的種殼已經(jīng)成為嚴(yán)重阻隔種子吸水的物理障礙，刺破種殼可以使種子大量吸水。

表3 丹霞梧桐不同成熟度種子的吸水率比較Table 3 Comparison of water absorption rates of Firmiana danxiaensis seeds at different maturity levels

2.4 萌發(fā)實(shí)驗(yàn)

由圖3和表4可以看出，不同成熟度種子的萌發(fā)進(jìn)程差異較大。其中，黃熟期種子最早萌發(fā)(第10天)，且萌發(fā)時(shí)間集中(播種后10～20 d)(圖3)，GP、GI及GRI均最高，GI和GRI均與其他成熟度種子有顯著差異(p<0.05)(表4)。

圖3 丹霞梧桐不同成熟度種子的萌發(fā)進(jìn)程Fig.3 Germination process of Firmiana danxiaensis seeds at different maturity levels

表4 丹霞梧桐不同成熟度種子的萌發(fā)指標(biāo)Table 4 Germination indexes of Firmiana danxiaensis seeds at different maturity levels

褐熟期種子各項(xiàng)指標(biāo)與黃熟期最為接近，首次萌發(fā)天數(shù)和GP與黃熟期種子沒有顯著差異，但GI和GRI與黃熟期種子有顯著差異(p<0.05)(表4)。這表明褐熟期種子的萌發(fā)速率較慢，從圖3也可以印證，褐熟期種子萌發(fā)時(shí)間較分散，播種后12～34 d均有陸續(xù)萌發(fā)。

綠熟期和黑褐期種子首次萌發(fā)天數(shù)較長，分別為15 d和21 d，萌發(fā)主要集中在中后期(圖3)，GP、GI及GRI均處于較低水平(表4)。

2.5 丹霞梧桐種子成熟度與種子質(zhì)量特征及萌發(fā)指標(biāo)的相關(guān)性分析

運(yùn)用SPSS 23.0軟件進(jìn)行雙變量相關(guān)分析，揭示了丹霞梧桐種子成熟度(X1)主要與種子的質(zhì)量特征數(shù)據(jù)，包括直徑(X5)、含水量(X6)、千粒重(X7)有極顯著負(fù)相關(guān)。千粒重與GI(X2)、GRI(X3)、GP(X4)3個(gè)萌發(fā)指標(biāo)和直徑、含水量兩個(gè)質(zhì)量指標(biāo)均呈顯著正相關(guān)(表5)。

表5 丹霞梧桐不同成熟度種子質(zhì)量特征及萌發(fā)指標(biāo)的相關(guān)分析Table 5 Correlation analysis of seed quality characteristics and germination indexes of Firmiana danxiaensis seeds at different maturity levels

3 討 論

根據(jù)果皮及種子的外觀形態(tài)特征對種子的成熟度進(jìn)行劃分是較常見的一種方法[8-10]。本試驗(yàn)根據(jù)不同時(shí)期采收的丹霞梧桐種子，其果皮、外種皮顏色上表現(xiàn)出由綠到褐、表面由光滑到皺縮的變化，將其形態(tài)成熟期劃分為綠熟期、黃熟期、褐熟期和黑褐期(圖1)。由于每年氣候及環(huán)境條件的波動(dòng)性，可能會(huì)影響種實(shí)的成熟時(shí)間。因此，根據(jù)不同成熟度果實(shí)及種子的形態(tài)特征來確定每年丹霞梧桐種子的適宜采收期是一個(gè)較為簡易的初步識(shí)別方法。

隨著種子成熟度的不斷增加，除形態(tài)特征在不斷變化外，種子的一系列質(zhì)量特征也在不斷改變。表現(xiàn)為直徑、千粒重、含水量持續(xù)下降(表2、表5)，進(jìn)而促使果實(shí)與種子外觀和內(nèi)部形態(tài)發(fā)生變化(圖1)。

此外，吸水及萌發(fā)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，隨著種子的不斷脫水，褐熟期和黑褐期干燥的種殼已經(jīng)成為種子吸水的物理障礙(圖2、表3)，進(jìn)而影響褐熟期種子的GI和GRI顯著低于黃熟期，表現(xiàn)為種子萌發(fā)延遲、不整齊；黑褐期的GP、GI及GRI進(jìn)一步顯著降低，種子進(jìn)入休眠的狀態(tài)(圖3、表4)。綜上表明，從褐熟期開始，硬化的種殼通過阻礙種仁吸水，影響著種子的萌發(fā)進(jìn)程。

相關(guān)分析結(jié)果顯示，千粒重與GI、GRI和GP三個(gè)萌發(fā)指標(biāo)均呈顯著正相關(guān)。因此，通過測定千粒重，結(jié)合種實(shí)的形態(tài)特征，可以定量的指導(dǎo)野外采種工作，即如果當(dāng)年采集的種子是需要隨采隨播的，則當(dāng)種子持續(xù)脫水干燥進(jìn)入黃熟期，千粒重下降到150～280 g之間時(shí)(表2)，進(jìn)行種子采收，該時(shí)間采收的丹霞梧桐種子萌發(fā)早、萌發(fā)期集中、萌發(fā)率最高(圖3，表4)；形態(tài)特征是種子生理特性的外在表現(xiàn)，雖然根據(jù)形態(tài)特征來確定適宜采種期簡單易行，但人為劃分的4個(gè)形態(tài)成熟期之間是一個(gè)連續(xù)模糊的過程，界線不清晰。因此，通過“形態(tài)特征”+“質(zhì)量特征”的方式，以形態(tài)成熟期結(jié)合千粒重這個(gè)定量的質(zhì)量指標(biāo)來確定丹霞梧桐的適宜采種期，則更科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。