不同品種花椒種子性狀及種子芽菜生長特性1)

閆晶晶 李慶梅 張子晗 馮賽 祝燕

(中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，北京，100091)

種子是農(nóng)作物和林木的種植材料或者繁殖材料[1]，也是植物生活史中特殊且重要的階段。種子萌發(fā)長成幼苗，在幼苗階段植物表現(xiàn)最為敏感、脆弱[2-3]，但通過幼苗的生長情況可以很好地反映植物對環(huán)境的適應(yīng)性，并判斷種子質(zhì)量的優(yōu)劣。種子性狀與幼苗生長之間的確存在密切的關(guān)系，這種關(guān)系會(huì)影響種子萌發(fā)率、幼苗形態(tài)性狀以及苗木對環(huán)境的競爭能力等諸多方面[4-5]。

花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim)為蕓香科花椒屬落葉灌木或者小喬木，高度可達(dá)3～7 m[6]。全世界花椒屬植物約有250種，我國約有39種，14個(gè)變種[7]，其中栽培比較常見的品種有大紅袍、小紅袍、大花椒、白沙椒、枸椒等，其分類依據(jù)不同，叫法也不一[8]?；ń犯蛋l(fā)達(dá)、固土能力強(qiáng)，有防風(fēng)固沙的作用，而且花椒經(jīng)濟(jì)用途極其廣泛，因此，花椒是一種生態(tài)經(jīng)濟(jì)型樹種[9-10]。此外，花椒芽苗作為一種稀有的芽類蔬菜，不僅營養(yǎng)豐富，而且具有獨(dú)特的麻香味，因此被作為烹飪的食材，廣受喜愛?，F(xiàn)有的花椒芽菜來源主要是從花椒樹上采摘的花椒嫩芽，但采摘困難大，季節(jié)性強(qiáng)，產(chǎn)量低[11]。近年來，人們嘗試采用花椒種子繁殖芽菜，不僅可以將采收果皮為調(diào)料后的花椒種子變廢為寶，而且產(chǎn)出的種子芽菜營養(yǎng)價(jià)值更高，綠色安全，且具有一定的醫(yī)療保健作用[12-13]。但是目前獲得花椒種子芽菜存在一定困難，原因是花椒種子種皮具有較厚的油脂蠟質(zhì)層且內(nèi)含萌發(fā)抑制物質(zhì)，即使在適宜的發(fā)芽條件下也很難發(fā)芽，因此，育苗難度大[14-15]。目前關(guān)于花椒的研究中，還未涉及對不同品種花椒種子幼苗生長差異的比較分析。本研究以3個(gè)不同品種(大紅袍、九葉青花椒和竹葉花椒變種)種子為試驗(yàn)材料，通過測定與分析不同品種的種子性狀及幼苗生長特點(diǎn)，為花椒種子芽菜培育提供參考。

1 材料與方法

材料來源：試驗(yàn)所用材料采集于山東省棗莊市和重慶市江津區(qū)(表1)。于2020年9—10月采種，每個(gè)品種采自當(dāng)?shù)赝荒笜淞只蚍N子園，根據(jù)GB 2772—1999《林木種子檢驗(yàn)規(guī)程》[16]，測得種子初始含水量。采用編織袋包裝，貯藏于冰箱4 ℃保存。

表1 不同品種花椒種子編號(hào)及種子水分情況

種子質(zhì)量測定：參照GB 2772—1999《林木種子檢驗(yàn)規(guī)程》[16]，采用百粒法，測定種子質(zhì)量。

種形指數(shù)測定：每個(gè)品種隨機(jī)數(shù)取試驗(yàn)種子50粒，各設(shè)置4個(gè)重復(fù)。使用電子游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)測定種子的橫徑和縱徑，橫徑與縱徑的比值即為種形指數(shù)[17]。

形狀占比及質(zhì)量占比測定：每個(gè)品種隨機(jī)數(shù)取試驗(yàn)種子100粒，各設(shè)置4個(gè)重復(fù)，分別數(shù)取出半球形及球形的數(shù)量，并用電子天平(精度為0.001 g)對每個(gè)品種中半球形和球形的所有種子分別進(jìn)行稱量。半球形種子與球形種子數(shù)量的比值即為形狀占比，半球形種子與球形種子質(zhì)量的比值即為質(zhì)量占比。

種子預(yù)處理：將不同品種花椒種子各取50 g，在清水中浸泡2～3 h后，去掉漂浮種子，取下沉種子。在始溫40 ℃的水中加入少許食用堿(Na2CO3)，充分溶解后，放入下沉種子然后用紗布搓洗種子表面油脂蠟質(zhì)，直到種子表層顏色由黑亮色變成褐色，手感由光滑變粗糙，再用大量清水沖洗干凈[15]。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的KMnO4溶液浸種消毒15 min，之后蒸餾水沖洗干凈，然后將花椒種子放于4 ℃恒溫條件下濕沙層積60 d，層積過程中，每10 d進(jìn)行補(bǔ)水、翻動(dòng)透氣。

發(fā)芽試驗(yàn)：層積結(jié)束后，用清水沖洗種子表面的沙子，然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的KMnO4溶液浸種消毒15 min，蒸餾水沖洗干凈。在25 ℃條件下，蒸餾水中浸種36 h后(24 h時(shí)換水1次)，置于基質(zhì)為蛭石的發(fā)芽盒中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，每個(gè)品種取100粒，設(shè)置4個(gè)重復(fù)。于變溫條件白天25 ℃/光照8 h，夜間20 ℃/黑暗16 h的人工氣候箱中培養(yǎng)。于45 d后結(jié)束發(fā)芽試驗(yàn)，置床次日起每天透氣并及時(shí)補(bǔ)充水分，觀察并記錄發(fā)芽種子數(shù)，培養(yǎng)15 d計(jì)算發(fā)芽勢，發(fā)芽結(jié)束后計(jì)算最終發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)(IG)。

發(fā)芽率=(規(guī)定時(shí)間內(nèi)正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽勢=(發(fā)芽高峰日時(shí)的累計(jì)正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

IG=∑(Gt/Dt)。

式中：Gt為t時(shí)間發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽的時(shí)間。

生長指標(biāo)測定：發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，每個(gè)品種隨機(jī)選取10株幼苗，設(shè)4個(gè)重復(fù)(不足10株的以實(shí)際測量株數(shù)為準(zhǔn))。用直尺測定苗高和根長，精確度0.1 cm；用電子游標(biāo)卡尺測量地徑，精確度0.01 mm；用電子天平稱量鮮質(zhì)量，精確度0.000 1 g。

數(shù)據(jù)處理：采用Excel2010整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，SPSS 26.0分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行單因素方差分析和Duncan多重比較不同品種間種子性狀及幼苗生長性狀的差異(在0.05水平上檢驗(yàn)不同處理間差異的顯著性)，并采用Pearson相關(guān)分析探討不同品種種子性狀與幼苗生長特性的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種花椒種子性狀差異性

由表2可見：不同品種花椒種子性狀有一定差異。3個(gè)品種的種子質(zhì)量差異顯著，九葉青種子質(zhì)量最大，竹葉花椒變種最小，種子質(zhì)量分別為21.74和19.47 mg/粒，兩者相差2.27 mg/粒。3個(gè)品種的橫徑、縱徑均是竹葉花椒變種與大紅袍、九葉青種子存在顯著差異，3個(gè)品種中大紅袍橫徑和縱徑均最大，分別為3.05和3.83 mm。大紅袍形狀占比及質(zhì)量占比均與九葉青、竹葉花椒變種差異顯著，九葉青形狀占比和質(zhì)量占比均最大，大紅袍形狀占比和質(zhì)量占比均最小，表明九葉青花椒種子半球形數(shù)量多于大紅袍花椒種子，九葉青和竹葉花椒變種的形狀占比和質(zhì)量占比差異不顯著，表明九葉青和竹葉花椒變種半球形數(shù)量相近。

表2 不同品種花椒種子性狀

對不同品種花椒種子性狀進(jìn)行方差分析(見表3)，結(jié)果表明，種子性狀在品種間和品種內(nèi)均存在著變異，除種形指數(shù)外，其他性狀在品種間存在極顯著差異。品種間的變異，以形狀占比和質(zhì)量占比變異系數(shù)最大，分別為42.83%和43.33%，其次為種形指數(shù)和橫徑，變異系數(shù)均大于15%，其他變異系數(shù)小于10%。

表3 花椒種子性狀變異及方差分析結(jié)果

各性狀在品種內(nèi)變異也較大。品種內(nèi)也是質(zhì)量占比的變異系數(shù)最大，變異范圍為7.51%～34.90%，大紅袍變異系數(shù)最大，竹葉花椒變種變異系數(shù)最小。種子形狀占比變異范圍7.57%～30.29%，大紅袍和九葉青變異系數(shù)大于16%，竹葉花椒變種變異系數(shù)最小。種形指數(shù)和橫徑變異范圍差異不大，分別為12.82%～17.34%和12.81%～16.66%，變異系數(shù)均大于12%，均是大紅袍變異系數(shù)最小、竹葉花椒變種變異系數(shù)最大。品種內(nèi)縱徑變異范圍為7.82%～8.98%，大紅袍變異系數(shù)最大。品種內(nèi)種子質(zhì)量變異最小，范圍在0.59%～2.49%之間，九葉青變異系數(shù)最小，大紅袍變異系數(shù)最大。

對3個(gè)品種花椒種子性狀研究發(fā)現(xiàn)，除種形指數(shù)外，種子質(zhì)量、橫徑、縱徑、形狀占比與質(zhì)量占比在品種間都存在極顯著的差異，這與種子自身遺傳特性以及采種母樹林或種子園所處地理、氣候、光照等環(huán)境條件有關(guān)。其中種子質(zhì)量的品種間變異系數(shù)最小，其次是縱徑，表明這兩個(gè)性狀相對比較穩(wěn)定，且相關(guān)性分析表明，種子質(zhì)量與種子縱徑成顯著的正相關(guān)關(guān)系，與橫徑不存在相關(guān)性，這與徐軍等[18]對不同產(chǎn)地白刺種子的研究以及謝英贊等[19]對不同種源區(qū)楨楠種子的研究存在差異，其研究結(jié)果均表明，種子質(zhì)量與縱橫徑均顯著正相關(guān)。

2.2 不同品種花椒種子發(fā)芽比較

表4及表5表明，在發(fā)芽期內(nèi)，3個(gè)品種花椒種子的發(fā)芽狀況存在著明顯的差異。大紅袍種子發(fā)芽最早，竹葉花椒變種種子發(fā)芽最晚；8～14 d內(nèi)，大紅袍種子發(fā)芽率均高于九葉青種子和竹葉花椒變種種子；15 d，九葉青種子發(fā)芽率超過大紅袍種子，發(fā)芽勢達(dá)到34.00%，并且發(fā)芽率開始快速上升，大紅袍種子發(fā)芽勢為14.50%，發(fā)芽速度開始減慢，竹葉花椒變種種子發(fā)芽勢最低，為9.50%。15 d后，九葉青種子發(fā)芽率顯著高于大紅袍種子和竹葉花椒變種種子，45 d發(fā)芽結(jié)束，3個(gè)品種花椒種子發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)差異顯著，九葉青種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均最高，分別為47.25%和2.46。

表4 不同品種花椒種子發(fā)芽率

表5 不同品種花椒種子發(fā)芽特性

種子的發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽率、發(fā)芽勢是衡量種子萌發(fā)能力和活力水平的重要指標(biāo)[20]，其中發(fā)芽指數(shù)反映了種子的活力水平，發(fā)芽指數(shù)越高，表明種子活力越強(qiáng)，所用發(fā)芽時(shí)間就會(huì)越短，而種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢能夠反映種子質(zhì)量的優(yōu)劣程度，發(fā)芽率越高，發(fā)芽勢越強(qiáng)，種子出苗率越高，且出苗越整齊，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也以此作為計(jì)算用種量的依據(jù)[21]?；ń贩N子出苗率低且不整齊，播種前需進(jìn)行催芽處理。因此，本研究對3個(gè)品種均先用食用堿(Na2CO3)去除種子表面的油脂蠟質(zhì)層，再濕沙層積60 d，以達(dá)到催芽的效果。3個(gè)品種最終發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均是九葉青花椒種子最高，分別達(dá)到47.25%和2.46，竹葉花椒變種種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)最低，分別為10.25%和0.70。造成此結(jié)果的原因是花椒種子存在休眠特性，且不同品種花椒種子休眠程度不同。為提高花椒種子發(fā)芽率，劉元生等[22]對花椒種子采用Na2CO3去油皮或濃硫酸處理5～10 min后再用500 mg·L-1赤霉素浸種催芽的方法均有利于花椒種子的萌發(fā)，而且能使種子的發(fā)芽率達(dá)到56.78%～72.35%。崔星星[23]對竹葉花椒(Zanthoxylumarmatum)種子脫脂后5 ℃條件下層積30 d，發(fā)芽率可以達(dá)到40.0%。費(fèi)明亮[24]對蜆殼花椒(ZanthoxylumdissitumHemsl.)種子破殼并以赤霉素浸泡后用草炭拌土，使萌發(fā)率達(dá)到68%。潘文[25]對九葉青花椒種子脫粒后用2.5% NaOH浸泡12 h，然后用清水浸泡24 h，沖洗干凈后播種，可以提高九葉青花椒發(fā)芽率和成苗率?？梢姴煌贩N花椒種子催芽方法不同，只有提高花椒種子發(fā)芽率，才能為培育優(yōu)良的花椒種子芽菜提供條件。因此，如何采用相應(yīng)的方法提高不同品種花椒種子發(fā)芽率，需要后續(xù)深入研究。

2.3 不同品種花椒幼苗生長效果差異性

由表6可知，不同品種的花椒幼苗生長形態(tài)存在差異。3個(gè)品種中，竹葉花椒變種幼苗苗高顯著低于大紅袍和九葉青花椒幼苗，其中九葉青苗高最高，竹葉花椒變種苗高最低，分別為2.78和2.07 cm。在地徑和根長方面，均是大紅袍幼苗與九葉青和竹葉花椒變種幼苗差異顯著，大紅袍幼苗地徑和根長均最大。3個(gè)品種的幼苗鮮質(zhì)量差異顯著，大紅袍幼苗鮮質(zhì)量最大，竹葉花椒變種幼苗鮮質(zhì)量最小，二者平均值相差0.06 g。

表6 不同品種花椒幼苗生長形態(tài)及多重比較結(jié)果

不同品種花椒種子萌發(fā)長成幼苗，其苗高、地徑和根長等形態(tài)指標(biāo)存在差異。綜合看，幼苗形態(tài)指標(biāo)越好，表明幼苗越健壯，抗性越強(qiáng)，不易受病蟲害，反之，幼苗易受侵害[26]。本研究中，大紅袍花椒幼苗除了苗高與九葉青幼苗差異不顯著，地徑、根長及鮮質(zhì)量都顯著高于九葉青和竹葉花椒變種的幼苗，表明3個(gè)花椒品種中大紅袍的幼苗相對健壯且生長效果較好，原因是大紅袍花椒種子發(fā)芽率低，種子長成幼苗后相對比較健壯。除此之外，若作為種子芽菜，其根長較長，會(huì)影響種子芽菜的口感，即大紅袍品種并不適合培育種子芽菜，相反，九葉青花椒種子發(fā)芽率最高，幼苗苗高最高，而且根長顯著小于大紅袍幼苗，綜合看，九葉青花椒品種更適合培育種子芽菜。

2.4 不同品種花椒種子性狀與幼苗生長的相關(guān)性

不同品種花椒種子性狀與其幼苗生長相關(guān)性分析表明(見表7)，種子性狀間存在相關(guān)關(guān)系，種子質(zhì)量與縱徑呈顯著正相關(guān)關(guān)系，橫徑和縱徑呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，表明種子長短會(huì)對種子粗細(xì)程度以及種子的質(zhì)量大小產(chǎn)生影響。形狀占比與質(zhì)量占比呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.992，說明半球形及球形種子數(shù)量，直接決定種子質(zhì)量占比大小。幼苗生長性狀間也存在相關(guān)性，地徑與根長、鮮質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，根長與鮮質(zhì)量也呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，不僅表明幼苗越粗壯，其根長會(huì)越長，而且表明幼苗粗細(xì)與根的長短直接決定幼苗鮮質(zhì)量的多少。種子性狀與幼苗生長性狀也存在不同程度的相關(guān)性，種子質(zhì)量與發(fā)芽率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.936，苗高與種子發(fā)芽率呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說明種子質(zhì)量大小會(huì)直接決定種子出苗率以及幼苗的高矮程度，這與種子營養(yǎng)成分含量有關(guān)。橫徑和縱徑均與地徑呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與苗高和鮮質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，表明種子粗細(xì)長短程度會(huì)直接決定幼苗長勢情況。形狀占比和質(zhì)量占比均與地徑、根長和鮮質(zhì)量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明球形種子對生成優(yōu)良生長性狀的幼苗有較大作用。

表7 花椒種子性狀與其幼苗生長性狀的相關(guān)系數(shù)

經(jīng)相關(guān)性分析可知，種子質(zhì)量與種子發(fā)芽率呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，種子質(zhì)量越大，發(fā)芽率越高，種子質(zhì)量小發(fā)芽率顯著降低，因此，種子質(zhì)量對種子出苗及苗木生長有較大影響，可以根據(jù)種子質(zhì)量對種子出苗情況進(jìn)行預(yù)測。種子質(zhì)量與幼苗苗高呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，說明種子質(zhì)量不僅影響種子的萌發(fā)，而且對幼苗的生長發(fā)育也有很大影響，種子質(zhì)量越大，幼苗苗高越高。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)種子橫徑、縱徑與幼苗的苗高和鮮質(zhì)量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與地徑顯著正相關(guān)，表明種子橫徑、縱徑直接決定種子大小，種子越大，種子內(nèi)所含營養(yǎng)物質(zhì)就越豐富，供給種子生長發(fā)育的營養(yǎng)就越充足，幼苗長得越健壯[27]。種子形狀占比與幼苗地徑、根長、鮮質(zhì)量呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，形狀占比越大，則半球形粒數(shù)越多，半球形種子較多的原因是母樹生長環(huán)境惡劣，受到光照、溫度及降雨量等因素的限制，母樹吸收營養(yǎng)不足，使種子多成半球形，其種子內(nèi)貯藏的營養(yǎng)物質(zhì)會(huì)相對匱乏，導(dǎo)致種子不易萌發(fā)，且無法供給幼苗正常生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，使幼苗長勢弱，效果不佳。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，花椒種子性狀對幼苗生長影響較大，這也就可以解釋種子形態(tài)特征在遺傳上相對穩(wěn)定的性狀，在品種間卻存在顯著性差異的變異。

3 結(jié)論

大紅袍、九葉青花椒以及竹葉花椒變種的種子質(zhì)量分別為：20.03、21.74和19.47 mg/粒。大紅袍花椒種子橫徑、縱徑最大，分別是3.05和3.83 mm。大紅袍花椒種子形狀占比、質(zhì)量占比均小于其他兩個(gè)品種，其球形種子數(shù)量較多。

大紅袍種子萌發(fā)最早，其幼苗地徑、根長及鮮質(zhì)量最大；但九葉青花椒種子最終發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均最高，分別為47.25%和2.46，幼苗苗高最高，達(dá)到2.78 cm。

選擇種子質(zhì)量大且發(fā)芽率高的品種更容易得到鮮質(zhì)量更大的種子芽菜，即九葉青花椒。

因花椒種子具有休眠特性且發(fā)芽率不高，是培育種子芽菜的難點(diǎn)，需要進(jìn)一步探索不同品種花椒種子發(fā)芽的最適方法，提高發(fā)芽率。此外，對于篩選適宜的種子芽菜花椒品種，除了從幼苗的苗高、地徑等指標(biāo)判斷以外，還可以通過測定幼苗的營養(yǎng)物質(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)，綜合評定花椒種子芽菜的特點(diǎn)和差異，為實(shí)現(xiàn)花椒種子芽菜工廠化培育目標(biāo)提供參考。