石果红山茶和红花瘤果茶的种子特性及生物学意义

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(1.贵州大学林学院， 贵阳 550025； 2.贵州科学院， 贵阳 550001； 3.贵州省植物园， 贵阳 550004)

石果红山茶(CamellialapideaWu)隶属于山茶科山茶属(CamelliaL.)红山茶组(Sect.Camellia(L.)Dyer)滇山茶亚组(Subsect.Reticulata Chang)毛蕊系(Ser.Villosae Chang)，为常绿阔叶小乔木，花红色，叶片光亮，叶脉明显，主要分布在贵州南部，广西和广东西部[1-2]。红山茶组是山茶属中种类最多的类群，是著名的观赏花木和用材树种，在我国具有悠久的资源利用历史[3]。红花瘤果茶(CamelliarubituberculataChang ex Lin et Lu)隶属于山茶科山茶属瘤果茶组(Sect.Tuberculata Chang)，为小乔木，花红色，子房与果实表面具有瘤状突起，是山茶属中保持了原始性状的特化种类，目前发现仅分布在我国的西南地区，瘤果茶组是我国亚热带地区的特有类群，保留了原始性状特征[4]。近年来，由于石果红山茶和红花瘤果茶的资源价值突显、随着人们发掘利用的越来越广泛，其野生资源已趋于匮乏[5]，加强其种群繁衍及生物多样性的保护利用已刻不容缓。种子是植物种群得以延续和繁衍的关键，种子特性研究对植物生殖规律的探索及其种群扩散有科学意义[6]，同时种子的长度、宽度、高度、体积、千粒重造成了种子形态的差异，决定着种子的遗传品质和植物的生长发育[7]。检测研究了石果红山茶和红花瘤果茶2种植物的种子特征，并讨论了其种子特征差异的生物学意义，以期为植物种质资源的保护和利用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 材 料

试验所用种子采集于贵州省荔波县翁昂乡拉内村和兴仁县田湾乡新寨村，分别于野生的常绿落叶阔叶混交林和常绿落叶阔叶林中采集，采集数量皆为鲜种子10 kg，种子于通风良好的室内自然晾干备用。2种山茶种子产地概况如表1所示。

1.2 方 法

1.2.1 种子形态特征

用四分法随机抽取发育饱满的种子，利用游标卡尺测量种子大小，并直观比较种子的形状、大小、色泽，观察种子的种脐、外种皮、内种皮和种胚是否发育完全。

1.2.2 种子千粒重

随机取100粒种子，分别称量，设置3次重复，取其平均质量乘以10，即为种子的千粒重。

1.2.3 种子含水量

采用高温恒温烘箱干燥法测定山茶种子的含水量。随机称取3组，每组50 g，均匀地放入样品盒内，用105 ℃烘箱烘12 h，取出后在干燥器中冷却至室温后称量。

表1 石果红山茶和红花瘤果茶产地概况及采种情况

植物种类产地名称海拔高度(m)年均气温(℃)和相对湿度(%)土壤类型和pH值生境特征采集点分布区(km2)采种时间(年/月/日)种子完好率(%)石果红山茶荔波翁昂拉内村800～130016.479黄壤5.5～7.0常绿落叶阔叶混交林12017/10/2080.5红花瘤果茶兴仁县田湾乡新寨村635～148515.377黄棕壤5.8～6.8常绿阔叶林22017/11/2060

种子含水量计算公式如下：

含水量(%)=(m2-m3)/(m2-m1)×100%，式中m1为样品盒的质量，m2为样品盒和样品烘前的质量，m3为样品盒和样品烘后质量，单位为g。

1.2.4 种子吸水率

从测定样品中选取100粒种子，称重W，然后放置烧杯中，加蒸馏水浸泡，放置在25 ℃恒温箱中吸水。每隔2 h取出种子，用滤纸将种子表面的水分吸干，用电子天平称量Wt，至Wt趋于稳定时结束，3次重复。吸水率(%)=[(Wt-W)/W]×100%[8]。用吸水纸吸干种子表面的水分后称量，直至种子质量基本恒定。种子吸水率(%)=(m1-m)/m×100%，式中：m1为吸水后的质量，m为吸水前的质量，单位为g。

1.2.5 种子生活力

随机选取种子50粒，取3个重复，采用TTC(氯化三苯四唑)染色法测定其生活力。对经过消毒杀菌的种子，去除外种皮，室温下蒸馏水浸泡6 h，再将每粒种子沿胚纵轴切成两半，加入0.50%的TTC溶液，在30 ℃恒温箱中12 h黑暗条件下染色，染色完毕后，清水冲洗，目测其染色情况，对照胚用沸水煮20 min，最后根据染色的部位和染色程度，按国际种子检验法鉴定种子有无生活力，全部或者大部分被染色的为有活力的种子，没有着色或大部分不着色的为无活力种子[9]。生活力(%)=有活力种子数/种子总数×100%。

1.2.6 脂 肪

称取种子切片2 g，在105 ℃烘30 min，趁热倒出研磨至出油，再用脱脂棉蘸取少量石油醚擦拭研钵上的种子碎末和脂肪，全部置入滤纸筒并放入索氏提取器的吊篮里，篮底塞一层脱脂棉，最后用脱脂棉塞入上部，压住试样，防止粉末溢出。抽提瓶用蒸馏水洗净105 ℃烘1 h，拿出冷却称量质量m1，加入约45 mL石油醚，并安装在吊篮下方，温度调至75～80 ℃。抽提约4～5 h后取出抽提瓶，在105 ℃烘箱烘至石油醚和水分挥发完全，称量重量m2[10]。

脂肪含量(%)=(m2-m1)/2×100%。

1.2.7 可溶性糖

种子在110 ℃烘箱中烘干水分，降低温度到70 ℃烘过夜，取0.1 g种子研磨放入试管中，取3个重复，加15 mL蒸馏水。沸水浴10 min冷却过滤至100 mL容量瓶中定容，吸取1 mL品液，加蒽酮试剂5 mL于沸水浴10 min，取出冷却并在620 nm波长测定OD值[11]。

1.2.8 淀 粉

将提取可溶性糖后的残渣在50 mL容量瓶中加20 mL蒸馏水沸水浴15 min，再加入高氯酸2 mL提取15 min冷却过滤并定容为50 mL。取1 mL样品液加入0.5 mL蒽酮乙酸乙酯和5 mL浓硫酸，冷却至室温，以空白作对照，在630 nm波长下测量OD值。

1.2.9 可溶性蛋白质

采用考马斯亮蓝G-250染色法[10]，称取0.1 g种子，加入5 mL预冷的磷酸缓冲液，在冰浴下研磨成匀浆，离心20 min，所得上清液为提取液，吸取0.1 mL加入5 mL考马斯亮蓝试剂，混匀，放置2 min，在595 nm波长测量OD值。

1.2.10 实验数据

用SPSS 21.0软件进行分析，采用Excel软件进行图表处理。

2 结果与分析

2.1 石果红山茶和红花瘤果茶种子的特征差异

2.1.1 种子形态特征

种子的形态是一个相对稳定的性状，种子形态特征与种子的萌发及生长密切相关，影响着群落中植被的更新。对2种山茶种子的形态特征进行检测的结果如表2所示。石果红山茶种子种脐、外种皮，内种皮和种胚发育完整，红花瘤果茶部分种子被昆虫取食，空壳率和霉变率较高，完整种子的种皮和种胚发育完好。石果红山茶种子的体积大于红花瘤果茶，颜色较深，两者外种壳纹路无明显区别，石果红山茶呈现茶褐色，红花瘤果茶颜色为茶棕色，两者种子的形状相似，都为扇球形。检测结果显示，石果红山茶种子的长、宽、厚均值分别为1.797，1.271，1.398 cm。红花瘤果茶种子的长、宽、厚均值分别为1.642，1.137，1.332 cm。石果红山茶种子的长、宽、厚均值均大于红花瘤果茶。

表2 石果红山茶和红花瘤果茶种子的形态特征

形态特征石果红山茶红花瘤果茶长(cm)1.797±0.0521.642±0.057宽(cm)1.271±0.0521.137±0.057厚(cm)1.398±0.0571.332±0.046颜色茶褐色茶棕色形状扇球形扇球形

2.1.2 种子生物学特性分析

对2种山茶种子千粒重、吸水率、含水量和生活力的检测分析结果如表3所示：2种山茶种子的千粒重存在显著差异(p<0.05)，石果红山茶中种子千粒重高于红花瘤果茶。采用TTC染色法测定种子生活力表明，石果红山茶生活力94.08%，红花瘤果茶生活力83.22%，石果红山茶种子生活力高于红花瘤果茶，红花瘤果茶种子的霉变率和空壳率较高、种子质量较石果红山茶差。

表3 2种山茶种子千粒重、含水量、生活力、吸水率

检测指标石果红山茶红花瘤果茶石果红山茶和红花瘤果茶的指标差异值千粒重(g)1557.88±78.291425.60±17.10+132.28含水量(%)25.86±0.4528.61±0.20-2.75生活力(%)94.08±0.2983.22±0.16+10.86不去皮种子吸水率(%)11.01±1.179.75±1.06+1.26去皮种子吸水率(%)20.64±5.358.81±3.60+11.83

种子含水量是影响种子寿命的重要因素，干燥的种子能储存较久，也能保持较高的生活力，若种子含水量较高，在储存过程中会有不同程度的发霉，种子活力下降，种子寿命缩短[12]。试验分别取5组山茶种子检测其含水量，2种山茶种子含水量的差异如图1所示，红花瘤果茶的含水量为28%～29%，高于石果红山茶的含水量为25%～26%，种子含水量低，种子内部的代谢活动越缓慢，消耗的种子营养物质也很少，产生的自由基也少，膜系统被保护，种子的劣变也就缓慢，劣变程度弱[13]。已有研究认为，一般树木种子适合储存的含水量为5%～12%，种子含水量低于9%时，种子携带的微生物才不会活动旺盛，有利于树木种子的储藏[14]。含水量高的种子较含水量底的易腐烂，含水量影响着种子的生活能力，试验证明了红花瘤果茶种子生活力低于石果红山茶。

图1 石果红山茶和红花瘤果茶的含水量差异

一般情况下，随着时间的延长，植物种子的吸水过程逐渐变慢，达到一定的时间后，种子的含水量达到了饱和状态，含水量相对保持不变，不同的植物之间，达到饱和的时间不同[15]。2种山茶种子吸水率如图2所示，完整的山茶种子在前10 h急剧吸水，10 h后吸水速度变缓，去种皮和不去种皮处理的种子吸水率均在23 h后趋于饱和稳定状态，因此这2种山茶种子的吸水过程大致分为急剧吸水期、稳定吸水期和饱和吸水期3个阶段。在生产实践上，应该保证2种山茶在萌发过程中前23 h供给种子充足的水分。石果红山茶和红花瘤果茶的吸水率存在差异，石果红山茶不去皮的种子吸水率(14.44%)和去皮种子的吸水率(24.72%)均高于红花瘤果茶(13.48%、12.89%)，去皮的石果红山茶种子吸水率显著高于不去皮的种子，说明石果红山茶的种皮是影响其种子吸水率的重要因素。去皮后的红花瘤果茶种子吸水率较不去皮种子吸水率变化不明显，表明红花瘤果茶的种皮对其种子的吸水率影响不显著。

图2 石果红山茶和红花瘤果茶种子的吸水率变化

2.2 种子储藏物质含量差异的比较

大粒种子质量重的比质量轻的含有更多的储藏营养物质，而种子的营养物质含量高低会直接影响到种子萌发及其生活力[16]。种子粒小，其储藏营养物质就少，提供给种子生长发育过程中所需的营养就少，会影响种子的生活力和发芽率，导致种群扩散困难[17]。

实验结果如图3所示，石果红山茶的可溶性蛋白质含量为7.76%，可溶性糖含量为24.17%、脂肪含量为12.18%、淀粉含量为3.80%；红花瘤果茶的可溶性蛋白质含量为9.43%、可溶性糖含量为23.58%、脂肪含量为5.82%、淀粉含量为5.51%。红花瘤果茶的可溶性蛋白质含量高于石果红山茶，石果红山茶的可溶性糖含量与红花瘤果茶差异不大，其淀粉含量低于红花瘤果茶，脂肪含量约为红花瘤果茶的2倍，2种山茶种子的淀粉、脂肪、可溶性蛋白质含量差异显著(p<0.05)。

图3 石果红山茶和红花瘤果茶种子的贮藏营养物质比较

3 结论与讨论

3.1石果红山茶和红花瘤果茶种子都属于大粒种子，平均千粒重分别为1 557.88 g和1 425.60 g。二者的可溶性糖、脂肪、可溶性蛋白质、淀粉含量分别为24.17%、23.58%，12.18%、5.82%，7.76%、9.43%和3.80%、5.51%；种子生活力分别为94.08%、83.22%；种子千粒重与种子生活力呈正相关关系。红花瘤果茶的可溶性蛋白质含量和淀粉含量高于石果红山茶，可溶性糖含量和脂肪含量低于石果红山茶。不去皮的石果红山茶种子吸水率(14.44%)高于不去皮的红花瘤果茶种子吸水率(13.48%)，去皮的石果红山茶种子吸水率达24.72%，显著高于不去皮的种子吸水率。石果红山茶的种皮是影响其种子吸水率的重要因素，红花瘤果茶不去皮种子和去皮种子的吸水率差距不明显，表明红花瘤果茶的种皮对种子的吸水率无明显影响。

3.2植物种子，特别是野生植物种子的生物学特性是植物种群与所生存的环境协同作用的结果。石果红山茶的生境较为潮湿，相应的种子含水量和霉变率低于红花瘤果茶，为种子的萌发提供了保障。红花瘤果茶生境所处的海拔较高，年均温度和相对湿度相比于石果红山茶所在的生境都较低，种群生境比石果红山茶狭窄，种群遭受了更多的生境胁迫，种子完好率低于石果红山茶，其霉变率与种子含水量呈正相关关系，这使红花瘤果茶的自然繁殖受到阻碍，是导致其分布区狭窄和物种稀有濒危的重要原因之一。

3.3实验研究进一步表明，植物的种子特征影响着种子对环境的适应性、种子萌发与幼苗生长，也影响着种群的繁衍和物种散布，植物种子的生物学特性是植物区系和植物地理学的基础。种子生态学是研究种子与环境关系的科学，也是实践与理论相结合的学科[18]，因此，开展野生植物种子特性及其生态学方面的研究、特别是对稀有濒危植物的种子生物学特性及其生态适应性的深入研究，为珍稀濒危植物的保护与利用提供科学依据具有重要的科学意义和现实价值。