紫葉加拿大紫荊種子休眠與萌發(fā)特性研究

摘要 以紫葉加拿大紫荊種子為研究材料，解剖觀察種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，觀察種子的吸水特性和種子的萌發(fā)情況，驗(yàn)證其種子具有雙重休眠特性。對(duì)種子用濃硫酸進(jìn)行不同時(shí)間的酸蝕，再用不同濃度赤霉素處理，結(jié)果表明，可有效打破種子的休眠，促進(jìn)紫葉加拿大紫荊種子萌發(fā)。用濃硫酸酸蝕25 min再進(jìn)行300 mg/L赤霉素浸泡處理效果最佳，其種子發(fā)芽率為（60.0±3.3）%。

關(guān)鍵詞 紫葉加拿大紫荊；種子；休眠；萌發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào) S792.99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）14-0073-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.14.016

Research on Dormancy and Germination Characteristics of Cercis canadensis ‘Forest Pansy’ Seeds

XIONG Zuo-ming1， YANG Jia-huan2， ZHANG Ke-liang2

（1.Guangling College， Yangzhou University， Yangzhou， Jiangsu 225009;2.College of Horticulture and Plant Protection， Yangzhou University， Yangzhou， Jiangsu 225009）

Abstract The seeds of Cercis canadensis ‘Forest Pansy’ were used as research materials. The internal structure， water absorption and germination of the seeds were observed. The results showed that the seeds of Cercis canadensis ‘Forest Pansy’ had double dormancy. The seeds were etched with concentrated sulfuric acid for different time and then treated with gibberellin of different concentrations. The results showed that the seed dormancy could be broken effectively and the seed germination of Cercis canadensis ‘Forest Pansy’ could be promoted. It turned out that the best treatment was acid etching with concentrated sulfuric acid for 25 min and soaking with 300 mg/L gibberellin， and the germination rate was （60.0±3.3）%.

Key words Cercis canadensis ‘Forest Pansy’;Seeds;Dormancy;Germination

基金項(xiàng)目 江蘇省蘇北科技專(zhuān)項(xiàng)“特色花木高效栽培技術(shù)集成應(yīng)用于推廣”（SZ-HA2017023）。

作者簡(jiǎn)介 熊作明（1967—），男，江蘇阜寧人，副教授，碩士，從事觀賞植物栽培生理研究。

收稿日期 2023-09-15

紫葉加拿大紫荊（Cercis canadensis ‘Forest Pansy’）為豆科紫荊屬，是由加拿大紫荊（C.canadensis）演變而來(lái)的新品種［1］。對(duì)干旱、高溫、嚴(yán)寒等不良環(huán)境都有較好的抗性，對(duì)土壤的肥力要求不高［2］。其在北美地區(qū)被廣泛應(yīng)用，是一種既能觀花又能觀葉的優(yōu)良彩色葉景觀樹(shù)種［3］，深受人們的喜愛(ài)。紫荊的花、葉和皮均有一定的藥用價(jià)值［4］。但因其引種培育的方法受到了環(huán)境條件和遺傳性狀的影響，在生產(chǎn)規(guī)模和質(zhì)量方面遠(yuǎn)未達(dá)到我國(guó)對(duì)新觀賞樹(shù)種的要求［5］，制約了其在我國(guó)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。目前對(duì)紫葉加拿大紫荊種子的萌發(fā)特性和打破休眠研究較少。因此，對(duì)于找出合適的方法打破紫葉加拿大紫荊種子的休眠對(duì)其生產(chǎn)上規(guī)?；缇哂兄匾默F(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)所用的材料于2019年11月從上?；ㄏ惴N業(yè)有限公司購(gòu)買(mǎi)，挑選無(wú)蟲(chóng)害、無(wú)破損和飽滿(mǎn)的種子作為試驗(yàn)材料。

1.2 方法

1.2.1 種子形態(tài)指標(biāo)觀察與測(cè)定。

隨機(jī)選取100粒正常種子在分析天平上稱(chēng)重，重復(fù)3次取平均值。然后，將種子放入75 ℃烘箱中48 h，測(cè)量種子的干重，計(jì)算種子的含水量［6］。再隨機(jī)挑選30粒種子，用游標(biāo)卡尺測(cè)量種子的寬度、長(zhǎng)度和厚度。

1.2.2 種子形態(tài)解剖觀察。

隨機(jī)挑選飽滿(mǎn)的完整種子，用手術(shù)刀進(jìn)行解剖，通過(guò)體視鏡進(jìn)行觀察取照。

1.2.3 種子吸水曲線測(cè)定。

分別挑選完整飽滿(mǎn)和用手術(shù)刀劃破種皮的紫荊種子各50粒。用萬(wàn)分之一分析天平稱(chēng)取其質(zhì)量，然后將稱(chēng)取好的種子放入裝有相同量清水的燒杯中，于室溫條件下開(kāi)始吸水，分別在3、6、9、12、24、36、48 h取出種子，擦干種子表面水分后分別進(jìn)行稱(chēng)重，最后計(jì)算種子的吸水率并繪制吸水曲線，比較2種不同處理的種子吸水差異。種子吸水率計(jì)算公式：

吸水率=（吸水后的質(zhì)量-吸水前的質(zhì)量）/吸水前的質(zhì)量×100%

1.2.4 完整的成熟種子萌發(fā)特性。

挑選飽滿(mǎn)的種子，每組種子25粒，共4組。將種子放置在鋪有2層濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中。將培養(yǎng)皿放置4、5/15、10/20、15/25、20/30 ℃的變溫培養(yǎng)箱中，每12 h進(jìn)行1次變溫，在變到較高溫度時(shí)進(jìn)行光照（12 h光照/12 h黑暗），每隔3 d觀察 1 次萌發(fā)數(shù)。萌發(fā)測(cè)試 30 d 后，計(jì)算萌發(fā)率。

1.2.5 劃破種皮對(duì)休眠打破的影響。

手術(shù)刀劃破種皮，每組種子25粒，共4組。將種子放置在鋪有2層濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中。將培養(yǎng)皿放置于4、5/15、10/20、15/25、20/30 ℃的變溫培養(yǎng)箱中，每12 h變溫1次，在較高溫度時(shí)進(jìn)行光照，設(shè)置12 h光照12 h 黑暗，每隔3 d觀察1次萌發(fā)數(shù)。萌發(fā)測(cè)試30 d后，計(jì)算最終萌發(fā)率。

1.2.6 濃硫酸結(jié)合赤霉素對(duì)種子萌發(fā)的影響。

用濃硫酸對(duì)種子分別酸蝕5、10、15、20、25、30 min，然后用流水清洗種子至中性，再用100、200、300 mg/L濃度赤霉素（GA3）浸泡24 h，用清水清洗種子。每組種子25粒，重復(fù)4次，在15/25 ℃和12 h光照/12 h黑暗的光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。試驗(yàn)期間，每2 d進(jìn)行觀察，記錄種子發(fā)霉數(shù)、發(fā)芽數(shù)和新鮮粒，以胚根長(zhǎng)伸出種皮1 mm為種子的萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)定紫葉加拿大紫荊種子的發(fā)芽率。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

使用 EXCEL 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)種子的吸水率和種子萌發(fā)率等進(jìn)行制圖，種子的萌發(fā)率以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差來(lái)表示，所有數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子形態(tài)指標(biāo)

新成熟的紫葉加拿大紫荊種子為卵圓形，種皮顏色為黃綠色，種子成熟時(shí)間在10月下旬左右。種子基本參數(shù)：

縱長(zhǎng)（4.37±0.16） mm，橫寬（2.83±0.14） mm，厚度（1.12±0.10） mm，百粒重（2.28±0.05） g，含水量（9.78±0.16）%。

2.2 種子形態(tài)觀察

由圖1可知，紫葉加拿大紫荊的種子具有明顯的種臍，種皮較為致密，發(fā)生硬化。種臍部位有明顯的開(kāi)裂，有較為發(fā)達(dá)的維管系統(tǒng)，種子內(nèi)部有一條輸水通道。成熟的種子子葉呈黃色，胚根和子葉形態(tài)可見(jiàn)，種子的絕大部分由子葉占據(jù)，子葉較大且發(fā)育完全，周?chē)心z狀胚乳，因此種子不存在形態(tài)休眠。種皮分為3層結(jié)構(gòu)，最外圍的是角質(zhì)層，其次是柵欄細(xì)胞層和薄壁細(xì)胞層。其中柵欄細(xì)胞呈單層長(zhǎng)柱狀，一般與種皮表面垂直，種皮的絕大部分由柵欄細(xì)胞組成，通常認(rèn)為致密的柵欄細(xì)胞會(huì)阻礙空氣和水分的進(jìn)入，同時(shí)增加種皮的硬度和厚度［7］，在柵欄層內(nèi)部存在著一條與種皮表面平行的明線，研究認(rèn)為這是阻礙種子吸水的主要原因［8］。這些原因?qū)е伦先~加拿大紫荊種子難以吸水和透氣，導(dǎo)致種子的物理休眠。

2.3 種子的吸水特性

從圖2可以看出，紫葉加拿大紫荊完整種子和破皮種子在吸水率上均存在明顯差異。破皮種子在前24 h為快速吸水期，吸水率快速上升。24 h后吸水率總體趨于平穩(wěn)。完整種子的吸水率明顯低于破皮種子，吸水36 h后，破皮種子基本處于飽和吸水狀態(tài)，吸水率為86.3%，而完整種子到48 h時(shí)仍在吸水，但吸水率僅有9.71%。

2.4 成熟種子的萌發(fā)特性

由表1可知，在12 h的光照條件下，無(wú)論在何種溫度條件下，新成熟的紫葉加拿大紫荊種子不萌發(fā)，且種子的硬粒（未吸脹）百分比較高，新鮮粒百分比（吸脹后未萌發(fā)也未死亡的）較低，表明種子處于休眠狀態(tài)。

2.5 劃破種皮對(duì)種子萌發(fā)的影響

由表2可知，經(jīng)手術(shù)刀劃破種皮之后，種子能正常吸脹，但經(jīng)過(guò)萌發(fā)試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)種子仍不能正常萌發(fā)，表明劃破種皮不能有效提高種子的萌發(fā)率。這表明紫葉加拿大紫荊種子除了種皮導(dǎo)致的休眠以外，還存在生理休眠。

2.6 不同酸蝕時(shí)間、不同濃度赤霉素處理對(duì)種子萌發(fā)的影響

由表3可知，隨著GA3濃度的提升，種子的萌發(fā)率增大，且差異顯著（P<0.05）。而酸蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，提升了種子的萌發(fā)率，種子在酸蝕25 min時(shí)，在300 mg/L GA3處理下達(dá)到最大萌發(fā)率60.0%，且與其他處理種子萌發(fā)率差異顯著（P<0.05）。在酸蝕30 min時(shí)萌發(fā)率并未進(jìn)一步增大，結(jié)合種子剩余的新鮮粒和死亡率的變化，發(fā)現(xiàn)隨著酸蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，新鮮粒含量不斷減少，而死亡率提升顯著（P<0.05），這可能是酸蝕的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)種子造成損傷，導(dǎo)致種子更加容易發(fā)霉腐爛。

3 討論

種子只有在適宜的環(huán)境條件下才能正常萌發(fā)，實(shí)現(xiàn)種群的正常更新［9-10］。因此，確定種子的休眠特性和萌發(fā)機(jī)制，對(duì)于保障植物生長(zhǎng)和種群的繁衍具有重要的生態(tài)學(xué)意義［11-12］。該研究中，未經(jīng)過(guò)處理的新成熟的紫葉加拿大紫荊種子，在各溫度及光照條件下均不能正常萌發(fā)，說(shuō)明紫荊種子存在休眠特性。種皮的透氣性和透水性差一般是種子休眠的主要原因之一［13-14］。該研究中，新成熟的紫葉加拿大紫荊種子的種皮透水性差，難以正常吸水，而用手術(shù)刀劃破種皮的種子能夠快速吸水，吸水24 h即可達(dá)到飽和狀態(tài)。此時(shí)種子雖然能夠正常吸水，但種子仍難以正常萌發(fā)。通過(guò)解剖觀察紫葉加拿大紫荊種子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，胚乳占據(jù)種子的絕大部分空間，在結(jié)合陳鎮(zhèn)等［15］的研究，可知紫荊種子不存在形態(tài)休眠。據(jù)此，紫葉加拿大紫荊種子除了物理休眠外還存在生理休眠。

打破種子休眠的方法有很多，金繼良等［16］研究發(fā)現(xiàn)，以80 ℃熱水浸泡種子結(jié)合250 mg/L赤霉素進(jìn)行沙藏，可以有效促進(jìn)種子的萌發(fā)，但其并未說(shuō)明沙藏天數(shù)。黃萍等［17］研究發(fā)現(xiàn)，50 mg/L赤霉素處理能有效打破阿拉伯婆婆納種子休眠，這與該研究結(jié)果一致。濃硫酸能有效腐蝕種皮，解除種子的硬實(shí)，使得紫葉加拿大紫荊種子正常吸水，從而打破種子的物理休眠。適當(dāng)延長(zhǎng)種子的酸蝕時(shí)間不但能使種子更有效吸水，而且減小了種皮對(duì)種子萌發(fā)的阻礙作用，能有效提升種子的萌發(fā)率。但隨著種子種皮被腐蝕，胚乳也進(jìn)一步暴露出來(lái)，導(dǎo)致種子易發(fā)霉腐爛，甚至酸蝕時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)直接損傷到種胚，導(dǎo)致種子的死亡率顯著提升。該研究用酸蝕25 min結(jié)合300 mg/L赤霉素處理種子的萌發(fā)率最高，達(dá)60%，是打破紫葉加拿大紫荊種子雙重休眠的最佳組合。但是更高濃度的赤霉素是否能進(jìn)一步提高種子的萌發(fā)率，還有待后續(xù)研究。

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