刺槐种子硬实特性及萌发促进的研究

方 芳 ，彭祚登 ，郭志民 ，马 鑫 ，孙 龙 ，江 荷

（1.北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083；2. 国有洛宁县吕村林场，河南 洛宁 471700）

刺槐种子硬实特性及萌发促进的研究

方 芳1，彭祚登1，郭志民2，马 鑫1，孙 龙1，江 荷1

（1.北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083；2. 国有洛宁县吕村林场，河南 洛宁 471700）

刺槐种子发芽促进过程中常有部分种子表现出硬实现象，硬实种子对播种育苗的出苗率有很大影响。采用100、90、80、70 ℃热水浸种和浓硫酸浸泡5、10、15、20、30 min 2种方法处理刺槐硬实种子，并结合扫描电镜观察，探讨解除刺槐种子硬实性的最佳方法。结果表明：刺槐种子的种皮对刺槐种子的吸胀具有明显的机械阻碍作用，采用浓硫酸和高温处理，能有效打破刺槐硬实种子的硬实特性，其中采用浓硫酸处理刺槐硬实种子以30 min效果最佳，在25 ℃下发芽率可达到96.3%；热水处理以80 ℃最好，在25 ℃温度下发芽率为84.0%。

刺槐；硬实种子；浓硫酸；热水浸种；发芽率

硬实是豆科植物种子中存在的普遍现象，主要是由种皮的不透水性造成的[1]。解除种子硬实现象在生产实践中有重要意义。刺槐Robinia pseudoacacia 作为我国栽培广泛的豆科乔木树种，因其种子萌发存在硬实现象，常常导致育苗播种后场圃发芽率低、发芽不整齐、发芽期长，大大降低了刺槐播种育苗的成效。

目前硬实种子的催芽处理较普遍且效果较好的方法主要是硫酸和碱浸种处理、机械处理以及温水浸种处理。如对阴山胡枝子硬实种子处理的研究表明，浓硫酸处理20 min效果最好[2]，而对白刺花种子硬实破除的最好方法是机械破皮[3]。本试验以刺槐种子为材料，研究了不同方法解除硬实的效果，并结合扫描电镜观察，对刺槐种皮的形态结构、种子硬实与萌发特性进行了研究，以期为刺槐硬实种子的萌发特性研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料来源

供试刺槐种子于2012年9月上旬采自河南省洛阳市洛宁县国营吕村林场，采集荚果，去果皮，剔除虫蛀、霉烂种子后，于4℃冰箱冷藏备用。

外部形态观察：该批刺槐种子为黑褐色肾形，种皮平滑有光泽。种子平均长（4.93±0.29）mm，种子平均宽（2.94±0.17）mm，种子平均厚度（1.75±0.22）mm；种子净度（98.30±0.76）%，含水量（8.55±0.24）%，千粒质量（24.73±1.02）g。

1.2 试验方法

1.2.1 实验材料处理

1.2.1.1 硬实种子的获得

将刺槐种子于45℃温水中浸种24 h，选取种皮依旧坚硬不吸胀的种子进行试验。

1.2.1.2 硬实种子的处理

（1）热水处理 将250粒种子分别浸泡在盛有100、90、80、70 ℃热水的烧杯中，自然冷却，24 h后做发芽试验，3次重复。

（2）浓硫酸处理 250粒种子用98%的浓硫酸分别浸泡5、10、15、20、30 min后，用自来水冲洗干净，在自来水中浸泡24 h后进行发芽试验，3次重复。

（3）对照 将250粒种子浸泡在自来水的烧杯中，24 h后做发芽试验，3次重复。

（4）发芽试验 吸胀的种子整齐摆放在发芽皿内，放入25 ℃恒温光照培养箱中进行发芽试验，16 h全光照，8 h黑暗。每组100粒，4次重复。每天记录发芽的种子数，连续3 d没有种子萌发记为发芽结束。统计发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。

1.2.1.3 扫描电镜样品制备

选取硬实的刺槐种子，分别用98%的浓硫酸浸泡0、15、30 min后，用自来水冲洗干净，于滤纸上充分晾干，用无水乙醇清洗后，粘于扫描电镜的样品台上，在SBC-12型离子溅射仪中溅射1 min后在KYKY-2800扫描电镜下观察[4]。

1.2.2 指标测定

（1）种子外部形态的测定 选取饱满的刺槐种子20粒，分别测量每粒种子的长、宽、厚，3次重复。

（2）种子净度的测定 随机称取100 g种子，将杂质和净种子分离，然后称量净种子的质量，计算种子净度，3次重复。

（3）种子含水量测定 取去除杂质的刺槐种子5 g置于恒重的称量瓶中，然后放入100 ℃的烘箱内烘12 h，取出后在干燥器内冷却至室温后称质量，按下式计算含水量（C），3次重复。

式中：W1为最后一次恒重时称量瓶的质量；W2为未进行烘干前称量瓶加种子的质量；W3为烘干后称量瓶加种子的质量[5]。

（4）种子千粒质量 千粒质量是用来表明种子饱满程度的重要指标，在农业生产上也是播种量的重要依据。用四分法选取1 000粒种子称质量，3次重复，取平均值[6]。

（5）种子吸水率的测定

称取未经任何处理的和划破种皮的刺槐种子各100粒，分别放入盛有50 mL 45℃水的烧杯中浸泡，搅拌冷却，于4、8、12、16、20、24、28、32 h分别取出种子，在滤纸上吸干种子表面水分，称质量并记录，3次重复。吸水率(R)公式为：

R=(m0-m1)/m0×100%。

式中：m0为浸种前种子的质量；m1为浸种后种子的质量。

2 结果与分析

2.1 刺槐种子的吸水特性

通过图1可以看出， 未经处理和划破种皮的刺槐种子在吸水率上存在显著差异（p＜0.05）。划破种皮的种子在前4 h内吸水速率最快，4～12 h速度有所下降，12 h后吸水逐渐趋于平稳；未经处理的种子在前12 h内吸水速率最快，12 h后吸水趋于平稳。32 h内未经处理的种子吸水率的最高值仅为24.16%，而划破种皮的种子的吸水率的最高值达到了107.19%，是未处理种子的4.44倍。由此可见，种皮是限制刺槐种子吸水障碍的主要原因。

图1 刺槐种子吸水性能进程Fig.1 Water absorption of R. pseudoacacia seeds

2.2 不同处理对硬实种子吸胀率的影响

从表1可以看出，不同处理对刺槐硬实种子吸胀率的影响程度不同，对照的吸胀率仅为1.7%，70 ℃水浸泡的吸胀率为9.1%；随着水温的升高，硬实种子的吸胀率越来越高，100 ℃水浸泡的种子吸胀率可达51.5%。浓硫酸腐蚀5 min对刺槐种子硬实的解除有一定作用，但是效果欠佳。随着浓硫酸腐蚀时间的增加，种子的吸胀率明显提高。用98%的浓硫酸处理30 min，种子吸胀率可达到81.2%。方差分析表明，不同处理对种子吸胀率影响达到显著性差异。

表1 不同处理对硬实种子吸胀率的影响Table 1 Effects of different treatments on hardness seeds imbibition rate

2.3 不同处理对硬实种子萌发的影响

不同温度热水处理的刺槐种子发芽率、发芽势和萌发指数不同，随着水温的升高，各项指标依次降低。水温低于80℃，种子的发芽率大于80%；70℃热水浸泡对刺槐种子的萌发效果最好，100℃热水浸泡的刺槐种子发芽率只有7.33%（见表2）。

浓硫酸处理不同时间的刺槐种子发芽率、发芽势和萌发指数不同。与对照相比，不同处理时间对刺槐种子发芽率都显著提高，其中以处理30 min的效果最好，发芽率达到96.33%，发芽势达到94%，萌发指数为87.07。

表2 不同处理对硬实种子萌发的影响†Table 2 Effects of different treatments on hardness seeds germination rate

2.4 扫描电镜观察结果

通过扫描电镜观察发现：刺槐硬实种子的表皮有一层致密的蜡状物，富有光泽，属疏水性，会阻止种子吸水。种皮细胞具有栅栏层，栅栏层是有长柱状的石细胞紧密排列而成的，这是水分进入的主要障碍（见图2-B）。98%浓硫酸处理15 min的刺槐种子表皮的蜡状物被浓硫酸腐蚀，表皮发生轻度皱缩，表层和骨状细胞层开裂，出现裂纹（见图2-C、E），这可能是水分进入的主要途径。处理30 min的刺槐种子，浓硫酸进一步腐蚀种子的表皮，表皮高度皱缩（见图2-D），这可能是浓硫酸的脱水特性导致的。

通过扫描电镜观察刺槐种子外种皮结构，发现外种皮的横切面是由角质层、外种皮、内种皮3部分构成的（见图2-F）。外种皮为较厚的栅栏组织，木栓化，纵向排列紧密，对种子的透性有一定影响。内种皮紧贴外种皮，是由大的薄壁细胞组成，排列疏松。

3 结论与讨论

3.1 刺槐种子的硬实性

由于种皮坚硬而很难进行吸胀萌发的种子称为硬实性种子，不同植物的种皮细胞层次和排列、色素种类和量以及不透明物质（角质层、蜡质、胶质和半纤维层）沉积等不同，因而硬实程度不同[7]。许多豆科植物种子都具有硬实特性，有的硬实率高达90%以上[8]。从种子的吸水曲线可以看出，刺槐种子是典型的硬实性种子，未经任何处理的种子透水性差，32 h内的吸水率仅为20.58%，这严重影响了刺槐种子的吸胀萌发，所以破除种子硬实性对于种子萌发是十分必要的。经过划破处理的刺槐种子32 h吸水率达到107.16%，可见种皮阻碍了刺槐种子的吸水进程，这与决明子、毛柄小勾儿茶等植物的种子相似[9-16]。

图2 刺槐硬实种子的扫描电镜观察Fig. 2 SEM observation of hardness seeds of R. pseudoacacia

3.2 98%浓硫酸浸泡对刺槐硬实种子的影响

用98%浓硫酸浸泡对破除刺槐种子的硬实休眠的效果显著，随着处理时间的延长，刺槐种子的吸胀率不断增加，且发芽率、发芽势、萌发指数也不断提高，处理30 min后，吸胀率达到81.2%，发芽率和活力指数也达到了最大值，分别为96.3%和215.58。所以，综合上述因素，98%浓硫酸处理刺槐硬实种子的最佳处理时间以30 min为宜。

3.3 热水浸泡对刺槐硬实种子的影响

热水浸泡种子可以软化种皮，当用100 ℃处理刺槐种子24 h后，其吸胀率最高为51.5%，显著高于其它热水处理。但是种子的发芽率、发芽势、活力指数相对较低，同时出现了畸形苗。这可能是由于100 ℃水浸泡种子，水温过高，导致种胚中相关酶活性降低，甚至失活，从而影响了种子的萌发。所以，综合吸胀率、发芽率和活力指数3个指标，刺槐种子用80℃左右的热水浸泡效果最好。

刺槐硬实种子硬实性是由种皮的不透性引起的，导致种皮不透性的原因有几种：一是种皮外表面具有一层比较厚的角质层，且随着种子成熟而增加，这是一层具有疏水性的蜡质，会阻止种子吸水；二是种皮细胞含有栅状细胞以及骨状石细胞，形成致密的保护层[17]。浓硫酸是强酸，具有炭化、灼伤物质表面的特性，且具有脱水性，所以，浓硫酸解除刺槐硬实种子的硬实休眠机理可能是通过腐蚀掉种皮表面的蜡质，然后脱水，导致种皮皱缩产生了裂纹，加快了种子的吸水进程。

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Study on seed hardness characteristic and germination promoting of Robinia pseudoacacia seeds

FANG Fang1, PENG Zuo-deng1, GUO Zhi-min2, MA Xin1, SUN Long1, JIANG He1
(1. Key Lab. of Forest Cultivation and Protection Co-established by Province and China Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China ; 2. State-owned Forest Farm of Luoning County, Luoning 471700, Henan, China)

In germination promoting, some Robinia pseudoacacia seeds have hardness phenomenon, the hardness seeds had a big effect on germination rate of sowing and seedling. In this experiment, the seeds were soaked in hot water under temperatures of 100, 90, 80 and 70℃ and simultaneously soaked by concentrated sulfuric acid respectively with 5, 10, 15, 20 and 30 minutes, observed under SEM,to explore the best method to break the seed hardness. The results show that the seed coat had a signif i cant inhibition on the water imbibition of R. pseudoacacia seeds, and the best method was obtained in the trial when the concentrated sulfuric acid was used for 30 minutes and the seeds soaked in hot water under 80℃. At this time, the germination percentage recorded were 96.3% and 84.0% under 25℃ respectively.

Robinia pseudoacacia; hardiness of seeds; concentrated sulfuric acid; soaking seed in hot water; germination percentage

S722.1

A

1673-923X(2013)07-0072-05

2012-10-16

国家“十二五”林业公益行业专项基金资助项目（201004021）

方 芳（1986-），女，安徽黄山人，硕士研究生，主要从事林木种苗培育理论与技术研究

彭祚登（1964-），男，重庆人，副教授，博士，主要从事林木种苗培育理论与技术的研究；E-mail：zuodeng@sina.com

[本文编校：谢荣秀]