细胞分裂素和赤霉素对3种山茶科种子萌发特性的影响

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(广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所, 广西 桂林 541006)

山茶科(Theaceae)植物种类繁多，全科约36属700种，广泛分布于热带和亚热带，主要集中于亚洲，其中我国分布有15属480余种[1]。山茶科植物具有重要的经济价值，如茶组中多种茶的嫩叶可加工成茶叶，是风靡世界的饮品；石笔木属和金花茶组内多种植物花色艳丽、树形优美，观赏价值极高；油茶组和红山茶组内60多种植物茶籽含有丰富的油脂，是广泛种植的重要油料植物，具有较高的食用和药用价值[1-8]。此外，山茶科植物还包含多种具有经济用途和观赏价值的种类尚未被开发利用[9-12]。由于环境变化和过度采集，山茶科内大部分野外资源日益减少，已有不少种类被列为稀有濒危种[13-15]。山茶科种子具有坚实质密的种皮，透水和透气性差，属于顽拗性种子且具有休眠特性，野外种子萌发率和成苗率低[16-17]。因此，打破山茶科种子休眠，提高发芽率和成苗率是山茶科植物扩大开发利用的重要手段之一。

博白大果油茶(Camelliagigantocarpa)、多齿红山茶(Camelliapolyodonta)、石笔木(Tutcheriachampioni)均为山茶科常绿乔木树种，花硕大，树形优美，茶籽油脂含量高，是极具价值的园林树种和油料植物[18-23]。目前，3种山茶科植物只有零星栽培或处于野生状态，产业化程度不高，其繁殖手段主要采用扦插方式[20-22,25]，而相关种子育苗技术及外源激素对种子萌发影响的研究报道偏少。因此，本研究采用不同浓度的赤霉素(GA3)、细胞分裂素(6-BA)对博白大果油茶、多齿红山茶、石笔木的种子进行处理，研究其对3种山茶科种子发芽的影响，以期为外源激素用于山茶科种子育苗提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

3种山茶科种子采集于桂林植物园内，采收时间为2017年10月中下旬，果实采收后置于阴凉处，待果皮开裂后，取出种子，并将种子冷藏于4 ℃冰箱。

1.2 实验方法

1.2.1 种子重量及形态观察

试验在广西植物研究所园林园艺研究中心进行。对采集后的3种山茶科种子形状、大小、颜色等形态特征进行观察。使用精密电子天平、游标卡尺分别测量50颗种子形态特征：长、宽、厚，测百粒重及单粒种子重量，百粒重重复测量10次，计算各指标的变异系数。

1.2.2 种子萌发抑制试验

参照陈香波等[26]的方法，将3种山茶科种子材料的种皮和胚分离，并称取博白大果油茶、多齿红山茶的外种皮、内种皮和胚各0.5 g；由于石笔木的内外种皮难分离，因此，称取石笔木的种皮和胚各0.5 g，分别用研钵研磨，研磨后置于锥形瓶中，加入100 mL 80%甲醇，放入4 ℃冰箱，浸提60 h，浸提过程中振荡数次，过滤后得到种子不同物质的醇提取物。将3种山茶科种子不同部位醇提取物为原液稀释到5%，同时以80%甲醇为原液稀释到5%，作为甲醇对照。用5%的醇提取物和甲醇对照浸泡白菜种子3 h，设置3个重复，每个重复100粒种子，另外设置无菌水处理组。将浸泡后的种子放入2层滤纸的培养皿中，并加入适量对应的浸泡液润湿滤纸，于25 ℃种子培养箱避光培养，48 h后测定发芽率。

1.2.3 种子破休眠处理

选择无病虫害的3种山茶科种子各30粒，用0.5%的高锰酸钾浸泡15 min后，蒸馏水冲洗干净。在各激素浸泡24 h，其中6-BA和GA3分别设计400，200，100 mg/L不同浓度梯度。对照组(Control group)为蒸馏水浸泡24 h，3种山茶科种子和激素浓度梯度各设置3个重复。将处理完成后的种子放入铺有2层发芽纸的萌发盒内，种子萌发期间保持湿润，种子培养箱内进行种子萌发实验，培养箱温度设置为25 ℃，湿度为90%，黑暗培养。每3天观察1次种子发芽情况，以胚根伸长2 mm为种子发芽标准，持续观测60 d。 测试指标如下：

发芽启动时间为从发芽试验开始到第1粒种子开始萌发所需天数(d)

发芽率(%)=(种子发芽数/试验种子总数)×100%；

相对发芽率(%)=(处理组发芽数/对照组发芽数)×100%；

发芽势(%)=(规定时间内发芽种子总数/供试种子总数)×100%；

发芽指数=∑在不同时间的发芽数/相应的发芽天数。

1.2.4 数据统计与分析

采用SPSS 16.0软件对数据进行统计分析。差异显著性分析应用Duncan法进行多重比较检验，检验显著性水平为0.05，计算数据采用平均值±标准误表达。

2 结果与分析

2.1 3种山茶科种子形态特征和种子重量

图1所示，博白大果油茶和多齿红山茶种子外种皮均呈茶褐色，石笔木种子种皮呈现黑褐色或茶褐色。3种山茶科种子种皮角质坚硬，且光滑无毛。测定结果发现(见表1)：3种山茶科种子体积大小依次为：博白大果油茶>多齿红山茶>石笔木。变异指数显示，3种山茶科种子长度平均变异系数值相对较小，而种子宽度和厚度平均变异系数相对较大。此外，不同山茶科种子重量有显著差异，博白大果油茶种子颗粒最大，质量最大，为3.779 g/颗，多齿红山茶次之，最低为石笔木种子，平均为1.899 g/颗。

注：A为博白大果油茶；B为多齿红山茶；C为石笔木。 图1 3种山茶科种子形态特征

图2 3种山茶科种子各部位浸提液对白菜种子萌发的抑制作用

表1 3种山茶科种子形态特征

注：表中同行不同小写字母表示在0.05水平的差异显著性。下同。

2.2 种子萌发抑制作用

3种山茶科种子各部分提取液对白菜种子萌发的抑制结果见图2，其中博白大果油茶种子的萌发抑制物质主要存在于内外种皮中，与甲醇对照间存在显著差异，且外种皮提取液对白菜种子萌发抑制强于内种皮提取液，具有显著性差异。多齿红山茶的萌发抑制物质主要存在于外种皮和胚中，与甲醇对照间存在显著差异，而内种皮提取液处理白菜种子的萌发率显著高于外种皮提取液，且具有显著性差异。石笔木种子的5%种皮和胚提取液对白菜种子萌发无明显抑制作用，与甲醇对照组间无显著差异。

2.3 不同激素浓度处理对3种山茶科种子萌发的影响

2.3.1 不同激素浓度对博白大果油茶种子萌发的影响

表2所示，博白大果油茶种子经激素浸泡24 h后的博白大果茶种子在6 d时可以启动发芽，而对照组在12 d时才启动发芽，表明6-BA和GA3对博白大果油茶种子萌动有一定的促进作用。在48 d时，博白大果油茶种子萌发基本结束，其统计结果见表2，其中浓度为6-BA 100 mg/L和GA3200 mg/L浸泡的博白大果油茶种子萌发率最高，分别达到99.07%和99.05%，不同激素浓度浸泡24 h的种子发芽率均高于对照组发芽率。表明6-BA和GA3对博白大果油茶发芽有促进作用，但与对照相比无显著性差异。在发芽势方面，除了GA3100 mg/L处理组发芽势低于对照组外，其余处理组发芽势均高于对照组，其中6-BA 100 mg/L处理下的发芽势最高，达到87.69%，显著高于对照组，表明博白大果油茶种子在激素处理后，促进种子生命力，萌发速度加快。此外，激素处理后的种子发芽指数显著高于对照，且具有显著性差异，表明激素处理后的博白大果油茶种子发芽速度和整齐度均高于对照组。

2.3.2 不同激素浓度对多齿红山茶种子萌发的影响

通过分析发现，在第12天时，不同浓度GA3处理的多齿红山茶种子均出现萌动，而不同浓度6-BA处理组和对照组均在15 d时启动萌发，GA3处理的多齿红山茶萌发结束时间为第42天，6-BA处理组和对照组萌发结束时间为第54天，表明GA3处理多齿红山茶种子24 h后，能促进其提早萌发，缩短种子萌发时间。表3结果显示，GA3处理多齿红山茶种子的发芽率、相对发芽率、发芽势、发芽指数均显著高于6-BA处理和对照组，且具有显著性差异，其发芽率达95.9%～98.8%，而6-BA处理的发芽率为72.8%～85.5%，对照组发芽率为86.37%，表明GA3处理能提高多齿红山茶种子发芽率和种子生命力。

表2 不同激素浓度处理下博白大果油茶发芽情况

表3 不同激素浓度处理下多齿红山茶发芽情况

表4 不同激素浓度处理下石笔木发芽情况

2.3.3 不同激素浓度对石笔木种子萌发的影响

通过分析可知，石笔木种子发芽启动所需时间较长，对照组在第40天左右种子才启动萌发，而GA3处理石笔木种子24 h后，在27 d发芽启动，6-BA处理的种子在第30～39天启动发芽，表明GA3处理石笔木种子能促进其发芽，缩短萌发启动时间。表4结果显示，低浓度的GA3和6-BA有利于石笔木种子萌发，高浓度反而抑制种子萌发。与对照组相比，浓度为100 mg/L的GA3处理后的石笔木发芽率、相对发芽率、发芽势、发芽指数显著升高，其发芽率达到28.62%，表明GA3处理石笔木种子能提高其发芽率，但萌发率依然偏低，不能有效打破石笔木种子休眠。

3 结论与讨论

山茶科种子属于厚实种子，种皮坚硬。本研究中3种供试山茶科种子均具有坚实的外种皮，体积大而重，3种山茶科种子长度平均变异系数值相对较小，而种子宽度和厚度平均变异系数相对较大，与浙江红山茶类似[27]，博白大果油茶与多齿红山茶种子形状接近，均与石笔木种子形状差异较大，可能是不同属间差异所致。博白大果油茶种子质量最大，平均单粒种子重可达3.8 g左右(CV：0.035)。有研究发现，种子质量越大，其贮存内含物质越多，种子生命力越强[28]，吕晓梅等对5种山茶属种子萌发特性进行比较发现：长柱红山茶重量最大，其发芽率、发芽指数、发芽势均显著高于其他4种山茶属种子[16]。本试验中，博白大果油茶种子启动萌发时间早于多齿红山茶和石笔木，且发芽率、发芽指数均高于后两者，可能与博白大果油茶种子所含内含物质较多，为种子萌发过程提供营养物质和能量。而石笔木种子质量最小，所含内含物质最少，导致其萌动所需时间较长，发芽率偏低，萌发整齐度较差。

本研究发现，博白大果油茶的萌发抑制物质主要集中在种皮中，多齿红山茶的萌发抑制物质主要集中在外种皮和胚中，且萌发抑制物活性较高，但在种子萌发实验中发现，博白大果油茶和多齿红山茶萌发率均较高，推测其可能与萌发过程中萌发抑制物质容易向外溶解有关，从而解除其对种子萌发的抑制作用。石笔木的种皮和胚提取液对白菜种子无明显抑制作用，但其种子萌发率偏低，仅有12.67%，可能原因：一是抑制试验所使用的萌发抑制物质浓度为5%，所含活性物质浓度较低；二是种子萌发过程与种皮厚度、致密度密切相关[29]，有研究发现，坚硬的种皮是阻碍山茶科种子吸水的重要因素[16]，去除种皮后的厚壳红瘤果茶种子，发芽率明显提高，萌发时间提前[30]。石笔木的种皮厚度和质密度较大，对石笔木种子吸水和萌动有一定的阻碍作用，从而导致石笔木发芽率偏低。

种子的休眠和萌发实际是促萌发因子与抑制萌发物质相互竞争的结果[26]。植物激素ABA(脱落酸)是促种子休眠的重要因子之一，其间接参与调控和维持种子休眠[31]。而GA3是萌发的主要促进因子，在种子萌发过程中与ABA互为拮抗关系，可解除种子休眠状态，促进种子萌发[31-32]。此外，细胞分裂素能促进多种物种解除休眠，与GA协同促进种子萌发[31]。大量研究发现，外源添加GA3、6-BA可提高种子萌发效果，减少萌发时间[26,33-36]。本研究中，较蒸馏水浸种处理，GA3、6-BA浸泡博白大果油茶种子，发芽率、发芽整齐度有所上升，且发芽时间提前。同样处理多齿红山茶发现，GA3浸泡种子后，能促进种子萌发，发芽时间提前，而6-BA则对种子萌发作用不大。有研究发现，贵州石笔木种子存在生理后熟现象，用100 mg/L 6-BA和300 mg/L GA3共同浸泡24 h，种子活力上升，且发芽率达 96.7%[37-38]，有效打破其休眠。本试验中，低浓度的GA3能提高石笔木的发芽率、发芽整齐度，且发芽时间提前，但发芽率依然偏低，可能是石笔木同样存在生理后熟现象，需进一步对其进行研究。