垂珠花種子特性與休眠機制破除方法

許曉崗 郭曉旭 吳秀萍 劉政

摘要：為探尋垂珠花種子的休眠機理及其破眠方法，以采自江蘇南京棲霞山的垂珠花種子為材料，通過對其吸水率、不同層積時期種子生理生化指標的測定及萌發(fā)抑制物分析，并用不同藥劑處理進行發(fā)芽試驗。結果表明，垂珠花種子為綜合休眠型，休眠原因包括種皮障礙、內源抑制物的存在以及生理后熟現(xiàn)象。經(jīng)1 200 mg/L GA3預處理24 h并結合低溫沙藏層積30 d即可逐步解除垂珠花種子休眠，發(fā)芽率最高達43.47%。

關鍵詞：垂珠花;安息香科;種子休眠;休眠解除;GA3

中圖分類號： S685.990.1 ?文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）16-0163-04

收稿日期：2018-04-19

基金項目：江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目（編號：PAPD）;江蘇省常熟市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)關鍵技術創(chuàng)新項目（編號：CN201710）;江蘇省南京市綠化園林局科技項目（編號：YLKJ201812ZD）。

作者簡介：許曉崗（1968—），男，江蘇南京人，博士，副教授，高級工程師，從事植物資源利用研究。

垂珠花（Styrax dasyanthus Perkins）為安息香科（Styracaceae）落葉小喬木，生于向陽山坡次生林中，皖、閩、桂、貴、冀、湘、蘇、贛、魯、川等省份均有分布[1];其花盛開時繁花似雪，清香優(yōu)雅，朵朵下垂，葉可藥用，種子可榨油，是一種集觀花、觀果、藥用、芳香及油料多用資源植物，具有很大的綜合開發(fā)利用價值及廣闊的園林應用前景[2-3]。垂珠花這一類種皮堅硬的種子，種殼機械阻礙可能是致其發(fā)芽困難的原因之一，但可能不是其休眠的主要原因。本試驗以江蘇南京棲霞山垂珠花為材料，旨在通過對垂珠花種子休眠特性進行研究，探明其種子休眠的原因，并探索打破休眠的有效方法，為提高垂珠花有性繁殖系數(shù)，也可為該屬其他植物的開發(fā)利用提供理論基礎和技術借鑒。

1 材料與方法

1.1 供試材料及采集地狀況

種子于2017年8月中旬在南京棲霞山（32°09′06″N、118°57′30″E），以直接采摘果實而獲得，同年于南京林業(yè)大學進行試驗。采集地屬北亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，受季風影響明顯，雨量充沛，光照充足，四季分明，6月中旬至7月初為梅雨季節(jié)，年平均氣溫15.1 ℃，極端最高溫43 ℃，極端最低氣溫-14 ℃;年平均降水約1 000 mm，年日照時數(shù)1 722 h，無霜期229 d，年均相對濕度76%。

1.2 測定指標及方法

1.2.1 種子活力

（1）用TTC法[4]測定新采收的垂珠花種子生活力，試驗重復3次，每個重復100粒種子。

（2）發(fā)芽試驗。取飽滿的種子，發(fā)芽床為鋪有濾紙與濕沙的培養(yǎng)皿，每皿30粒，置于25 ℃恒溫光照培養(yǎng)箱進行發(fā)芽試驗。以連續(xù)3 d中每天的發(fā)芽率不超過參試種子總數(shù)的1%視為萌發(fā)結束[5]，持續(xù)30 d，統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)并計算發(fā)芽率。

1.2.2 種皮障礙觀測

（1）種子透水性分析。采用稱質量法測定種子吸水率[6]。

（2）種子透氣性及機械處理分析。選取未沙藏種子，用 0.3% H2O2[7]于室溫浸種5 h，使種皮受到輕度腐蝕，清水沖洗后用800 mg/L GA3處理24 h，以蒸餾水浸種5 h為對照，同時取未沙藏種子進行刻傷處理，以空白為對照，每個重復30粒，重復3次。種子發(fā)芽方法同上。

1.2.3 種子萌發(fā)抑制物質測定

分別將低溫層積沙藏0、30、60、90、120 d的種子的種皮、胚乳及胚分離，種皮和胚乳從100粒種子中獲取，胚因量較少而從200粒種子中獲取，用10倍于組織質量的蒸餾水分別溶解種皮、胚乳和胚的萃取物，置于25 ℃恒溫箱浸泡48 h，浸提液分別浸泡白菜籽12 h，以空白對照，置于25 ℃培養(yǎng)箱中發(fā)芽試驗，36 h后測定白菜籽發(fā)芽率，重復3次。

內源物抑制率：抑制率=（1-處理/對照）×100%。

1.2.4 種子可溶性糖、可溶性蛋白含量的測定

分別用蒽酮比色法[8]和考馬斯亮藍G-250染色法[9]測定經(jīng)不同沙藏時間的種子中可溶性糖及可溶性蛋白的含量。

1.2.5 種子破眠組合試驗

將新采收的垂珠花種子干燥，剝除果皮和雜質，陰干后采取室溫干藏、室溫沙藏、低溫層積處理（4 ℃）、自然低溫層積處理、變溫層積處理（25 ℃/4 ℃）和種子預處理后低溫層積處理（500、800、1 200 mg/L GA3預處理）6種方法。至0、30、60、90、120 d分別取出種子進行發(fā)芽試驗，方法同“1.2.1”節(jié)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用Microsoft Excel及SPSS 17.0進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 種子的生活力及其萌發(fā)

由表1可以看出，垂珠花種子平均生活力為43.63%，而發(fā)芽試驗所得其發(fā)芽勢、發(fā)芽率均為0，遠低于生活力，表明種子存在極顯著的休眠現(xiàn)象[10]。

2.2 種皮透性及其對發(fā)芽的影響

2.2.1 透水性及其對發(fā)芽的影響

圖1顯示，3組處理（CK;T1，60 ℃熱水處理;T2，機械刻傷處理的種子60 ℃熱水處理）的吸水率變化趨勢基本一致：前24 h為種子快速吸水期，吸水率呈直線上升;24 h后吸水速率緩慢上升，并漸趨平衡;58 h后基本達到吸水飽和。在吸水后期，CK與T2處理的吸水率大致相等，表明種皮透水性并不是制約種子萌發(fā)的主要原因。

2.2.2 透氣性及其對發(fā)芽的影響

由圖2可見，處理1（0.3% H2O2 5 h+800 mg/L GA3處理24 h）、處理2（刻傷處理）增強了垂珠花種子的種皮透氣性，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢較CK均顯著提高，說明垂珠花種子的種皮透氣性較差，影響種子萌發(fā)。但處理1、處理2的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢均未超過 12.5%，未達到其種子平均生活力水平，表明垂珠花種皮透氣性雖影響種子萌發(fā)，但并不是主要原因。綜合考慮垂珠花種皮的透水性和透氣性，表明種皮障礙是其休眠的原因之一，但并非主要原因。

2.3 種子萌發(fā)抑制物質的化感活性

從圖3可見，垂珠花種子各部分水提液對白菜種子發(fā)芽均有抑制作用，抑制活性從強到弱依次表現(xiàn)為種胚>胚乳>種皮，且隨著層積時間的延長，對白菜種子的抑制作用減弱。由圖4、圖5可見，垂珠花種子各部分浸提液對白菜幼苗和根的生長也存在抑制作用，隨著層積時間的增加，抑制作用減弱，對應的白菜幼苗高、根長逐漸上升。說明垂珠花種子各部分均存在不同濃度的水溶性萌發(fā)抑制物，影響了種子的萌發(fā);種子須經(jīng)過一段時間的層積處理，逐漸分解萌發(fā)抑制物，從而解除種子休眠。

2.4 不同處理方法對種子萌發(fā)的影響

2.4.1 不同貯藏方式處理

由表2可知，6種儲藏方式中，室溫干藏處理（Ⅰ）所得結果最差，累積發(fā)芽率、發(fā)芽勢均為0，種子未萌發(fā);室溫沙藏處理（Ⅱ）、變溫沙藏處理（Ⅲ）、低溫（4 ℃）沙藏處理（Ⅳ）及自然低溫沙藏處理（Ⅴ）效果不佳，累積發(fā)芽率、發(fā)芽勢均低于20%;只有1 200 mg/L GA3預處理后低溫沙藏層積處理（Ⅵ）能顯著提高垂珠花種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢，有效打破其種子休眠。說明生理休眠可能是限制種子萌發(fā)的主要因素。

2.4.2 綜合處理

由圖6可看出，不同濃度赤霉素預處理的垂珠花種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢有明顯區(qū)別，1 200 mg/L GA3浸種處理能顯著提高垂珠花種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢，有利于種子打破休眠;隨著低溫層積時間的延長，垂珠花種子的發(fā)芽率與發(fā)芽勢亦均呈上升趨勢。CK組層積初始種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢均為0，說明種子存在休眠現(xiàn)象。隨著層積時間的延長，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢有所提高，表明可通過低溫層積處理來加速種子生理后熟進程，從而促進種子萌發(fā)。而用 1 200 mg/L ?GA3處理24 h后4 ℃低溫層積120 d發(fā)芽率和發(fā)芽勢最高，分別達到44.4%和35.56%，該處理組合與CK組及其他組合之間均存在極顯著或顯著差異，故GA3預處理結合低溫層積的效果更佳。

在層積過程中，無論是不同GA3濃度變化處理，還是低溫層積時間的變化，各處理組發(fā)芽勢、發(fā)芽率差異性明顯，說明一定濃度GA3處理結合4 ℃低溫沙藏30 d即可逐步打破垂珠花種子的休眠，120 d時效果更佳。

2.5 層積處理對種子中可溶性糖、可溶性蛋白含量的影響

由圖7可知，垂珠花種子在層積過程中可溶性糖含量出現(xiàn)了“上升→降低→上升”的波動變化。層積0～30 d，種子內貯藏的淀粉初步分解，可溶性糖含量小幅度上升;而在層積 30～60 d時，種子發(fā)育需要足夠的能量，可溶性糖被大量利用，其含量急劇下降，僅為18.34 mg/g;隨著層積時間的延續(xù)，種內淀粉持續(xù)分解，可溶性糖含量又由下降轉為上升趨勢，60～120 d這段時間內，其含量不斷上升，恢復到了 34.83 mg/g。

可溶性蛋白含量同可溶性糖含量變化一致，亦呈現(xiàn)出上升后降低再逐步升高的趨勢。層積30 d后，種子內部組織開始分化，蛋白質含量略有上升，達50.13 mg/g;層積60 d時，其含量驟然降低至27.84 mg/g，分化劇烈;90～120 d內可溶性蛋白含量呈現(xiàn)出逐步上升的趨勢，分化階段完成，此時也為部分種子開始發(fā)芽的階段，含量回升至43.47 mg/g（圖7）。

3 結論與討論

3.1 垂珠花種子休眠特性溯源

野外垂珠花生境調查發(fā)現(xiàn)，垂珠花生長于土層瘠薄、多礫石的山坡中，生長環(huán)境惡劣。其種子于8月中旬成熟，須經(jīng)歷夏、秋、冬至翌年春天（3月下旬），其間有長達7個月的干旱、冷熱等環(huán)境變化，直至氣候條件適宜時才能得以萌發(fā)。垂珠花種子生活力較高，卻難以萌發(fā)，表明種子本身具有休眠特性，與種子生活力無關。其種皮致密，透水性、透氣性較差，種仁富含油脂，吸水性不強，極大程度地減少種子內部的代謝活動，以確保種子能在不良環(huán)境中較好地保存。王桂萍等在赤霉素處理同屬的野茉莉種子過程中發(fā)現(xiàn)，野茉莉種子播種后，部分種子當年沒有發(fā)芽，至翌年3—4月才發(fā)芽，即野茉莉種子存在生理后熟現(xiàn)象，第2年種子成熟后一旦遇上適合的環(huán)境條件便可以萌發(fā)，從而產(chǎn)生滯后性萌發(fā)現(xiàn)象[11]。從本試驗所得結果推測，垂珠花和野茉莉有著相似的休眠特性，也存在生理后熟現(xiàn)象。綜上所述，垂珠花種子屬于綜合休眠，種皮的高度不滲透性、內源抑制物質的存在以及生理后熟抑制種子的萌發(fā)，這種特性是該物種長期適應其生存環(huán)境的結果。

3.2 垂珠花種子休眠機理

種子休眠和萌發(fā)過程中都進行著物質代謝和轉化。在層積過程中，前期（0～30 d）可溶性糖、可溶性蛋白含量增加，可能來源于淀粉或脂肪等不斷降解;層積30～60 d時，種子的呼吸作用加強，內部組織分化加劇，代謝或轉化加速，可溶性糖、可溶性蛋白被消耗，其含量大幅下降;層積后期（60～120 d），也是跨年度時期，隨著種子后熟作用的進行和內源抑制物質的變化，可溶性糖、可溶性蛋白含量迅速增加，為種子萌發(fā)提供物質和能量基礎，這段時期內種子萌發(fā)率顯著提高，與種子發(fā)芽測定結果相吻合。垂珠花種子在萌發(fā)過程中，內源抑制物和生理后熟可能是限制種子萌發(fā)的主要因素。有關垂珠花種子各部分內源抑制物的種類和含量，有待于進一步分析研究。

3.3 垂珠花種子休眠破除方法

垂珠花種子的休眠是種皮障礙、內源抑制物質與生理后熟共同作用的綜合休眠。因此，打破垂珠花種子休眠的關鍵是同時克服種皮障礙、分解轉化內源抑制物質以及加快后熟進程。本試驗中垂珠花種子貯藏的最佳方式為GA3預處理結合低溫沙藏層積處理，它能降低內源抑制物活性、促進種子內部物質的代謝轉化，有效解除垂珠花種子的休眠，使其發(fā)芽率得到較大幅度的提高。種子經(jīng)1 200 mg/L GA3預處理后低溫沙藏層積120 d后，可使其發(fā)芽率、發(fā)芽勢分別達到4347%、38.37%，約為CK的10、16倍，接近種子生活力。

3.4 建議

本試驗中所得出的處理方式能有效解除垂珠花種子休眠，且簡單易行便于推廣。處理所得的垂珠花種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢均未超過50%，仍處于較低的發(fā)芽水平，在生產(chǎn)實踐中會造成不必要的資源浪費。針對其種子休眠程度不同所產(chǎn)生的階段性萌發(fā)現(xiàn)象，提出種子動態(tài)貯藏的方法，當年未萌發(fā)的種子第2年同新種子繼續(xù)進行層積處理，使每一批種子在不同時段內均有萌發(fā)的機會，從而提高種子利用率，使其在生產(chǎn)上更具應用價值。

參考文獻：

[1]Huang Y L，F(xiàn)ritsch P W，Shi S H. Styracaceae[M]//Wu Z Y，Raven P H，Hong D Y. Flora of China. Beijing：Science Press; St. Louis：Missouri Botanical Garden Press，2003：491-553.

[2]許曉崗，丁芳芳，李蘇蓉，等. 生長調節(jié)劑對垂珠花硬枝扦插生根及其氧化酶活性的影響[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學學報，2014（1）：89-98.

[3]許曉崗，吳秀萍，丁芳芳. 垂珠花自然居群表型性狀及遺傳多樣性分析[J]. 西北植物學報，2017（8）：1517-1524.

[4]閆 芳，毛著鴻，王勤禮，等. 黃瑞香種子生活力測定技術研究[J]. 草地學報，2014（1）：145-149.

[5]許曉崗，丁芳芳，李 翔，等. 東京野茉莉種子休眠機制及其破除方法初探[J]. 西北植物學報，2012（11）：2270-2278.

[6]賈金蓉，馬誠義，馬 紅. 野黍種子休眠特性及破除方法[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2017，45（14）：88-91.

[7]Zeng Y J，Wei J P，Yu L，et al. Seed viability，germination and dormancy of Nitraria roborowskii （Nitrariaceae）[J]. Seed Science and Technology，2016，44（3）：647-653.

[8]馬艷芝，王向東，陳桂平，等. 酵母浸膏對北柴胡種子萌發(fā)的影響及評價[J]. 種子，2017（6）：4-8.

[9]居 萍，李良俊. 七葉樹種子層積過程中生理生化的研究[J]. 種子，2015，34（12）：15-20.

[10]黃 丹，許岳香，胡海波. 植物種子休眠原因與機理的研究進展[J]. 亞熱帶植物科學，2010（2）：78-83.

[11]王桂萍，胡光平，韓堂松，等. 赤霉素處理對野茉莉種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J]. 林業(yè)科技，2013，38（5）：10-13.