槭树属植物种子休眠因素及打破种子休眠方法研究进展

2016-03-30吉林省林业科学研究院长春30033吉林省汪清县林业局吉林汪清3300

种子 2016年11期

，，，，，，，，， (.吉林省林业科学研究院，长春 30033； .吉林省汪清县林业局，吉林汪清 3300)

·综述·

林士杰1，赵珊珊1，张忠辉1，王梓默1，姚旭东1，张大伟1，周旭昌2，杨雨春1，王君1，包广道1
(1.吉林省林业科学研究院，长春 130033； 2.吉林省汪清县林业局，吉林汪清 133200)

槭树属植物种子具有休眠特性。休眠因素总体概括为3个方面：果皮、种皮透水透气性差，存在机械障碍；果皮、种皮及胚存在萌发抑制物；胚存在生理后熟现象。解除槭树属种子休眠，提高萌发率的主要方法，包括机械和水处理、层积处理、化学物质处理、离体胚的培养。

槭树属；种子；休眠；层积

槭属(AcerL.)，隶属于无患子目(Sapindales)槭树科(Aceraceae)，木本植物[1-2]。是槭树科的模式属，全球约200余种，我国有140余种，是世界上槭树种类最为丰富的国家[3]。槭树属一般为乔木或灌木，树姿优雅美观，叶色绚丽，叶形奇特，果实形态特异，极具观赏价值，得到园林界的青睐[1-2,4-6]。同时该属植物还具有药用、食用价值，富含单宁类、黄酮类、苯丙素类、生物碱、糖类等化合物，具有清热解毒，清肝明目，祛除风湿，行血散瘀的功效[2]，是一种很有开发利用前景的彩色树种。槭树属树种多以种子繁殖为主来延续和扩大天然群体数量，自然状态下，大多数槭树属植物种子要次年春天才能萌发，种子萌发率极低，且自然条件下种子常受到老鼠啃食，病虫害侵染导致种子丧失繁衍能力，严重影响了槭树属植物的开发利用[7-10]。因而，摸索经济、实用、简单、有效的催芽技术，显著提高场圃发芽率，是人工辅助培育扩大槭树属天然种群数量，有效遏制槭树属种质资源基因库丧失等诸多问题的关键技术所在。为此，笔者就槭树属种子休眠因素、休眠解除方法、催芽方法研究进行简要评述，旨在为更为深入的研究槭树属种子休眠机制、寻找到有效解除槭树属种子休眠的方法提供理论参考。

1 休眠的原因

槭树属种子休眠原因大致归纳为2种： 1) 果皮、种皮透水透气性、机械障碍或果皮、种皮存在一定的抑制物质造成种子休眠； 2) 部分树种胚存在生理后熟现象、缺少必须的激素或存在一定的抑制物质造成种子休眠。有的树种是单方面原因导致的休眠，有的树种是二者综合作用导致的休眠。

1.1 果皮、种皮与种子休眠的关系

果皮、种皮的存在不仅仅影响种子的透水性、透气性，也会对胚的生长产生机械阻碍作用。物种不同，果皮、种皮对种子萌发产生的抑制影响不同，即使是同类物种，果皮、种皮的作用方式也是有区别的。杨兰芳[11]、张军保[12]、肖志成[13]、石柏林[14]、余道平[15]等根据茶条槭、色木槭、三角槭、安徽槭、昌化槭、毛鸡爪槭、毛果槭、橄榄槭、梓叶槭种子吸水性试验结果，提出这些槭树种子透水性较好，因而不是抑制其自身种子萌发的主要因素。而张川红[17]、许小连[18]研究血皮槭、羊角槭吸水规律时发现，血皮槭、羊角槭吸水速度相对缓慢，认为果皮、种皮的存在在一定程度上阻碍了二者种子对水分的吸收。孙秀琴等[16]试验证实元宝枫种子透水性虽较好，但是果皮、种皮的存在严重影响了种子氧气的吸入量。孙秀琴等[16]研究发现，在25 ℃恒温，8 h光照/16 h黑暗，基质为滤纸的培养条件下，去果皮、种皮的元宝枫种子1.5 d开始萌发，6 d萌发率达到99%；完整种子第19天才开始萌发，30 d萌发率仅为2%；只去果皮的种子第3天才开始萌发，10 d萌发率仅为30%；血皮槭低温层积处理2年后种子开始萌发，但数量不多[17]，Stimart[19]将层积90 d的血皮槭种子剥出种仁，播种在蛭石内也能萌发，这2个结论也充分说明果皮、种皮的存在严重阻碍了种子的萌发。Webb,D.P[20]也认为欧亚槭的果壳阻碍了种子对氧气的吸入，机械性限制了种胚的增大。

研究表明[16]，元宝槭种子果皮细胞壁上聚集了许多排列紧密的条纹状的微纤丝，这种结构会限制胚的增大，内含萌发抑制物质的扩散；种皮含有大量的果胶质、大石细胞，鱼鳞坑状的微团，这种结构会抑制种子与外界的气体交换，降低氧气的吸入量。梁鸣等[21]结合种子解剖观测结构和种子层积试验，提出槭树属种子休眠程度和萌发所需要的时间与种子的大小、种皮厚度密切相关。

1.2 抑制物质与种子休眠的关系

大量研究表明，种子萌发受阻与其自身所含的抑制物质密切相关[22-25]。这些抑制物质会在不同程度上降低种子吸水速率、影响呼吸、抑制酶的活性、限制胚的增大，改变渗透压，从而导致种子萌发受阻[26-27]。肖志成[13]、许小连[18]、林士杰[29]、谢朋[27]等进行三角槭、羊角槭、拧筋槭、假色槭种子各分离成分甲醇浸提液生物活性测定时发现，这些树种的果皮、种皮、胚均含有抑制物质，且胚的抑制强度大于果皮、种皮；卢芳[29]测定五角枫种子甲醇浸提液抑制活性时发现，五角枫种子各部分也都含有抑制物质，但抑制活性强弱表现为：种皮gt;种胚gt;果皮；张川红[17]、张化疆[28]研究血皮槭、梣叶槭种子果皮、种皮、胚水浸液抑制活性强弱时发现，果皮、种皮、胚均含有抑制物质，且胚的抑制活性最强，从这3个结论说明这些槭树种子各部位均含有抑制物质，树种不同，每个部位含有的抑制物质的量也存在差异。吴静[9]、肖志成[13]、喻才员[31]、吕春华[32]等研究表明，鸡爪槭、美国红枫、三角槭、青榨槭、青枫种子层积处理前，采用GA3处理可有效提高种子的萌发率；孙慧明[33]研究发现，大叶槭去除种皮25 ℃条件下16 d发芽率达到55%；吴静等[9]试验表明，元宝枫、五角枫、美国红枫、鸡爪槭种胚，25 ℃培养条件下种胚3 d子叶展开，7 d胚轴、子叶开始增大，子叶由浅绿色变成深绿色，这些证实种子中可能是所有部位，也可能是某一部位含有发芽抑制因素。杨玲[34]等研究发现，色木槭种子ABA含量随着时间的延长表现为显著下降的趋势，推测ABA在种子胚休眠调控中起重要作用。Webb D P[35]根据层析试验提出，欧亚槭种子休眠一部分归因于内源ABA，一部分归因于种子内部的中性混合物。Pinfield N J[36]的结果也表明，内源ABA对挪威槭种子的休眠起到一定抑制作用。

1.3 胚与种子休眠的关系

胚休眠包括胚的形态休眠，生理休眠及二者共同作用所引起的休眠[37]。梁鸣[21]、许小连[18]等对槭属植物种子进行解剖观察，证实槭属植物种子为无胚乳而且双子叶发育完全。孙慧明[33]、吴静[9]等证实大叶槭、元宝枫、五角枫、美国红枫、鸡爪槭种胚并不存在休眠现象。张川红[17]试验证实血皮槭种胚存在深度的生理休眠现象。色木槭[34]、挪威槭[36]、欧亚槭[35]胚休眠部分归因于内源抑制剂ABA。

2 解除槭树属种子休眠的方法

2.1 机械和水处理

Arditti[23]、Lee EunJu[38]等研究证实机械和水处理能有效解除种子休眠，提高种子萌发率。吴静[9]提出经清水浸泡过的元宝枫、鸡爪槭等种子所需层积时间明显短于干种子所需的层积时间，同时试验证实元宝枫、五角枫、美国红枫、鸡爪槭去除种皮后离体胚子叶3 d展开，7 d开始膨大；李玉娟[39]将美国红枫浸泡24 h后置于不同培养方式下，发芽率达85.5%～91.5%。张川红[17]研究发现，血皮槭种子低温层积8个月才会有10多粒种子露白，但是经过敲击后再进行低温层积，4个月左右就会有10多粒种子露白。孙慧明[32]也证实，剥除种皮后的大叶槭在适宜培养条件下就会萌发。

2.2 层积和低温处理

层积处理是打破木本植物种子休眠的有效方法之一[40]。石柏林等[14]研究发现，安徽槭、昌化槭、毛鸡爪槭、毛果槭、橄榄槭、色木槭的种子在常温条件下催芽，种子发芽率只有20%左右；进行低温处理，萌发率可达70%以上。肖志成[13]、喻才员[31]、傅萼辉[41]、杜娟[42]也认为，低温层积可有效打破三角槭、青榨槭、糖槭、贵州槭种子的休眠。梁鸣等[43]筛选出打破白牛槭、假色槭种子休眠的最佳技术，假色槭采用室外层积法，白牛槭采用二次冷冻变温层积法，出苗率均达到80%左右。刘牧等[44]试验比较，雪藏元宝槭种子出苗快而整齐，侧根多，在鲜重、高度生长上表现出明显的优势。

2.3 化学物质处理

目前，采用化学物质打破种子休眠的研究越来越多，但应用于槭树属种子休眠解除的报道却很少。吕春华等[45]研究发现，0.4%次氯酸钠溶液处理青枫种子24 h，置于恒温培养箱中培养最终发芽率高达67%，40 mg /L GA3处理青枫种子40 h，置于恒温培养箱中培养最终发芽率高达61%。吴静等[9]研究表明，美国红枫、鸡爪槭经500 mg/LGA3处理48 h再经变温层积10 d即可解除休眠，而低温层积需要25 d,大大缩短了层积时间。肖志成等[13]也认为，GA3处理能有有效缩短三角槭种子的低温层积时间。喻才员等[30]研究表明，GA3处理能够显著提高青榨槭种子新采收或贮藏1～2月的种子的萌发率，随着贮藏时间的增加，促进作用也会逐渐变弱。A.M.ЛО3ДОВA[46]研究表明，加入激动素的二甲基亚砜能够有效地提高无果皮种子的发芽率，激动素+二甲基亚砜+硫脲处理在一定温度条件下能够加速完整种子的萌发。杜娟等[42]研究表明，200 mg/L GA3能显著提高贵州槭种子的萌发率，而6-BA则呈现低浓度促进，高浓度抑制的现象。

2.4 胚的培养

孙慧明[33]、吴静等[9]、孙秀琴等[16]证实，大叶槭、元宝枫、五角枫、美国红枫、鸡爪槭、元宝槭的胚并不存在休眠，去除种皮，离体胚就会萌发。刘宝光等[47]以未成熟胚为材料，采用改良MS+1.0 mg/L 6-BA+1.0 mg/L TDZ+0.5 mg/L NAA+0.2 mg/L 2,4-D进行诱导分化，改良MS+0.25 mg/L 6-BA+0.25 mg/LKT+0.1 mg/L NAA+1.0 mg/L GA3进行增殖培养，1/2 MS+0.1 mg/L NAA+0.1 mg/L IBA进行生根培养，最终生根率达87.5%，移栽苗成活率达70%以上。王振龙等[48]筛选出美国红枫种胚愈伤诱导最佳培养基为1/2 MS+2 mg/L 6-BA+0.5 mg/L IAA，增殖最佳培养基为1/2 MS+2 mg/L 6-BA+ 0.5 mg/L NAA。

3 讨论

槭树属种子休眠原因总体可以概括为3个方面： 1) 果皮、种皮的透水透气性差，存在机械障碍； 2) 果皮、种皮、胚含有萌发抑制物质； 3) 胚存在生理休眠现象。不同树种休眠的原因也不近相同，因素错中复杂，因此要解除槭树属种子休眠，提高槭树属种子场圃萌发率，需要根据树种各自的休眠因素采取相应的措施。本文总结得出采用机械和水处理、低温层积处理、植物生长调节剂、化学物质等均可解除种子休眠，或采用离体胚培养也可提高种子萌发率。

尽管大量学者对部分槭树属种子休眠因素进行了研究，在种子休眠原因及解除休眠方法方面也取得了一定的进展，但是仍有许多实质性的问题有待于进一步解决。1) 槭树属植物种胚是否存在生理后熟，还是其中哪些种类存在后熟现象需要进一步研究。2) 槭树属种子休眠是否是ABA起主要作用，其他抑制因素还包括哪些有必要进一步研究。3) 实用、有效的休眠解除技术。总体上看，槭树属种子发芽率低，休眠期长。

综上所述，针对槭树属种子休眠机制、休眠解除技术的研究仍然很少，种子休眠解除的最佳方法、萌发的适宜条件，高效的催芽技术仍有待于进一步的研究。

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Research Advances on Seed Dormancy Cause and Dormancy Breaking Method ofAcerL.

LINShijie1,ZHAOShanshan1,ZHANGZhonghui1,WANGZimo1,YAOXudong1,ZHANGDawei1,ZHOUXuchang2,YANGYuchun1,WANGJun1,BAOGuangdao1