唐棣种子休眠机制与萌发特性研究

鲁星池，宿 昊，王永康，卢建军，蔡 靖*

(1.西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100; 2.陕西省宁东林业局，陕西 长安 710100；3.宝鸡市马头滩林业局，陕西 宝鸡 721006)

唐棣属在全球约有25种，主产北美，我国产2种，分别为唐棣(Amelanchiersinica)和东亚唐棣(A.asiatica)，分布于陕西南部、甘肃东南部、四川东部、湖北西部，树形优美，花朵繁密，果实营养丰富，兼具较高的观赏价值与食用价值，是不可多得的园林绿化树种[1]，但康棣种子发芽率低、繁殖困难是关键限制因素。国内外唐棣研究报道较少，尹鹏先等研究了东亚唐棣(A.asiatica)茎段组培影响因素，建立了组培优化技术体系[3]。何志宇等研究了培养基、激素、蔗糖等对东亚唐棣增殖的影响，优化了培养条件[4]。有关唐棣种子休眠与萌发的研究尚未见报道。为此我们进行了唐棣种子休眠机制与萌发特性研究。

1 材料与方法

1.1 试验材料

唐棣种子采自陕西省太白县桃川镇的野生植株。

唐棣种子萌发抑制物——白菜(Brassicapekinensis)种子， 2017年5月从陕西省杨凌某种业公司购得，纯度≥96.0%，净度≥98.0%，发芽率≥85.0%，含水量≤7.0%。

1.2 试验方法

1.2.1 种子含水量测定 按GB/T12531-1990干燥法测定。

1.2.2 种子千粒重测定 采用百粒重法测定种子千粒重, 计算公式为：千粒重(g)=10×(W1+W2+…+W8)/8，其中W1，W2，…，W8为随机选取的每100粒唐棣种子的重量(g)。

1.2.3 种子吸水性能测定 分别挑选，称取5份唐棣种子各2.0 g，用纱布包裹，挂上标签做好标记，放于不同的三角瓶中，种子与水的比例为1∶3(体积比)，然后将它们分别置于20，30，40，50，60 ℃等五个不同温度条件下，用分析天平称量种子吸水后的质量，每次称量前用滤纸将种子表面水分吸干。前4个温度条件下，按4 h内每隔1 h称量1次、4 h后每隔2 h称量一次的程序进行测定；60 ℃条件下，每隔0.5 h称量1次，重复3次，取平均值，并记录每次称量的数据。

种子吸水率=(Ux-U0)/U0×100%，其中，Ux表示第x次拿出时所测得的种子质量(g)，U0表示初始种子质量(g)。

1.2.4 沙藏时间对种子萌发的影响 将唐棣种子用0.5%高锰酸钾溶液于室温下消毒30 min，用蒸馏水清洗净，并选出完整、籽粒饱满种子备用；取细沙，过筛、消毒后用水润湿，放入培养皿中，再在每个培养皿放入50粒上述待用种子。在低温(0～4 ℃)条件下沙藏，设置三个贮藏时间梯度(30，60，90 d)，每个处理3次重复，每个重复100粒种子；沙藏过程中保持湿润，沙藏结束后，放于温室萌发，观察是否发芽。

1.2.5 不同浓度GA3对沙藏唐棣种子萌发的影响 依照上述(1.2.4)沙藏时间结论，试验分50，100，200，400，800 mg·L-1等五个不同的GA3浓度，以清水为对照，每一个处理浓度设置3次重复，每次重复0粒种子，在沙藏不同时间(30，60，90 d)后取出唐棣种子，用不同浓度的GA3(0，50，100，200，400，800 mg·L-1)浸泡种子24 h，进行温室萌发，每隔一段时间，记录发芽株数(三个重复，取平均值)，试验过程中记录始发芽时间和每天的发芽粒数, 统计最终的发芽率、发芽势和发芽指数。

发芽势(G)=n/N×100%，发芽率(Gr)=∑(Gt/N)×100%，发芽指数(Gi)=∑(Gt/Dt)

式中，Gt表示在第t日时的发芽数，n表示自发芽之日起前5日发芽种子数，N表示供试种子总数，Dt表示相应的发芽日数。

试验所得数据用Microsoft Excel 2013进行整理和作图, 用SPSS 22.0.0.0对相关数据进行方差分析。

1.2.6 种子不同浸提液对萌发的影响

(1) 浸提液提取

选取饱满、光亮的唐棣种子，烘干后，粉碎过筛，备用。

甲醇浸提液制取：取5 g上述种子粉末置于锥形瓶内，并加入200 ml 80%的甲醇溶液，混匀后用保鲜膜封口密闭置于0～4 ℃的冰箱内，浸提36 h，每隔2 h进行摇晃，36 h后取出抽滤，弃残渣取滤液用旋转蒸发仪40 ℃恒温旋转蒸干，加入去离子水溶解摇匀，并用去离子水定容至100 ml作为母液，然后配制成浓度为25%、50%、75%和100%的溶液备用。

水浸提液制取：取5 g上述种子粉末置于锥形瓶内，加入200 ml蒸馏水，混匀用保鲜膜封口后置于室温浸提36 h，每隔2 h进行摇晃，36 h后取出抽滤，弃残渣取滤液作为母液，然后配制成浓度为25%、50%、75%和100%的溶液备用。

(2)白菜种子处理

取最新白菜种子，用0.5%高锰酸钾溶液于室温下消毒30 min，用蒸馏水洗净残留的高锰酸钾溶液，并选出籽粒饱满的种子备用。

(3)不同浸提液对白菜种子发芽的影响

水浸提液的定性研究：分别取纯水作为对照和用上述的不同浓度水浸提液待用液浸泡白菜种子3 h，取培养皿垫入双层滤纸后，均放置浸泡后的白菜种子150粒，每组处理设置3个重复，然后加上述处理的唐棣种子不同浓度的水和甲醇浸提液润湿滤纸。放于25 ℃恒温光照培养箱中，每天定期观察，记录白菜种子在不同浓度浸提液下的萌发情况统计48 h，计算发芽率。

甲醇浸提液的定性研究：用上述制取的不同浓度甲醇浸提液待用液，其他步骤与上述水浸提液处理相同，计数96 h，计算发芽率。

2 结果与分析

2.1 种子含水量和吸水规律

根据实验结果可知：唐棣种子的含水量为(11.53±0.16)%。在唐棣种子开始吸水后的4 h内，随着水浴温度的升高，吸水量也在迅速增加，2 g种子吸水增加量在0.90～1.25 g之间，吸水量随水的温度升高而增加。30 ℃时的吸水量与40 ℃时相近， 60 ℃时吸水率最高,达65.84%。4～6 h时除了50 ℃水浴温度，其他水浴温度种子吸水量都趋于缓和，吸水量在0～0.02 g之间。6 h之后，60 ℃下种子吸水量迅速下降，而50，40，30 ℃的吸水量则增加(图1)；最终种子吸水率在55%～69%之间，说明其种子吸水性能良好。

图1 不同水浴时间唐棣种子吸水量变化

2.2 种子千粒重和种子形态的观察

根据实验观察和测定，唐棣种子千粒重为(12.156 1±0.054 2)g，种子表皮大部分呈褐色或深褐色，少部分种皮为黑色的种子不具胚，说明这些种子不具发芽能力。

2.3 不同沙藏时间对种子萌发特性的影响

沙藏试验结果为，沙藏30，60 d的种子发芽率均为0，只有沙藏90 d的种子才能萌发，但发芽率极低，仅为8.89%，说明唐棣种子具有深度生理休眠特性。

2.4 不同GA3浓度对唐棣沙藏种子萌发的影响

2.4.1 不同浓度GA3对沙藏30 d唐棣种子发芽的影响

(1)发芽率

沙藏30 d的唐棣种子，在试验5个GA3浓度处理下的种子发芽率为(1.35±0.57)%～(7.68±4.23)%，其中浓度为800 mg·L-1的处理最低且低于对照，其余4个浓度处理的发芽率都高于对照的(3.36±1.36)%，5个浓度处理之间及其与对照之间的差异都不显著(表1)。表明试验的GA35个浓度对沙藏30 d的唐棣种子发芽率的影响不明显，即没有显著促进发芽率提升的作用。

表1 沙藏30 d唐棣种子不同浓度GA3下的发芽率

沙藏30 d的唐棣种子，在试验5个GA3浓度处理下的种子发芽率为(1.35±0.57)%～(7.68±4.23)%，其中浓度为800 mg·L-1的处理最低且低于对照，其余4个浓度处理的发芽率都高于对照的(3.36±1.36)%，5个浓度处理之间及其与对照之间的差异都不显著(表1)。表明试验的GA35个浓度对沙藏30 d的唐棣种子发芽率的影响不明显，即没有显著促进发芽率提升的作用。

(2) 发芽势

沙藏30 d的唐棣种子，在试验5个GA3浓度处理下的种子发芽势为(0.76±0.26)%～(6.72±1.93)%，其中浓度为800 mg·L-1的处理最低且低于对照，其余4个浓度处理的发芽率都高于对照的(2.31±0.76)%，5个浓度处理之间及其与对照之间的差异都不显著(表2)。表明试验的GA35个浓度对沙藏30 d的唐棣种子发芽势的影响不明显。

表2 沙藏30 d唐棣种子不同浓度GA3下的发芽率

(3) 发芽指数

沙藏30 d的唐棣种子，在试验5个GA3浓度处理下的种子发芽指数为(0.73±0.32)～(1.62±0.84)，其中浓度为800 mg·L-1的处理最低且低于对照，其余4个浓度处理的发芽率都高于对照的(0.75±0.32)，其中50 mg·L-1，100 mg·L-1，800 mg·L-1间有显著性差异(表3)。表明GA3处理能使种子活力增强。

表3 沙藏30 d唐棣种子不同浓度GA3下的发芽率

2.4.2 不同浓度GA3对沙藏60 d唐棣种子发芽的影响

(1) 发芽率

表4显示，沙藏60 d的唐棣种子，在试验5个GA3浓度处理下的种子发芽率为(2.00±2.00)%～(11.33±5.03)%，其中浓度为800 mg·L-1的处理最低且低于对照，其余4个浓度处理的发芽率都高于对照的(5.33±3.06)%，其中800 mg·L-1与其它浓度间有显著性差异(表4)。说明50 mg·L-1浓度的GA3处理能提高种子活力 ，表明试验的50 mg·L-1浓度的GA3是沙藏60 d的唐棣种子的最佳处理浓度。

表4 不同浓度GA3对沙藏60 d唐棣种子的发芽率

(2)发芽势

沙藏60 d的唐棣种子，在试验5个GA3浓度处理下的种子发芽势为(1.33±1.17)% ～(10.91±3.00 )%，其中浓度为800 mg·L-1的处理最低且低于对照，其余4个浓度处理的发芽率都高于对照的(4.24±1.96 )%，其中50 mg·L-1，100 mg·L-1与400 mg·L-1，800 mg·L-1间有显著性差异，且50 mg·L-1浓度处理的发芽势最高为(10.91±3.00)%(表5)。表明试验的50mg·L-1浓度的GA3能使沙藏60 d的唐棣种子出芽更整齐。

表5 不同浓度GA3对沙藏60 d唐棣种子的发芽势

(3) 发芽指数

沙藏60 d的唐棣种子，在试验5个GA3浓度处理下的种子发芽指数为(0.49±0.43)～(2.87±1.84)，其中浓度为800 mg·L-1的处理最低且低于对照，其余4个浓度处理的发芽率都高于对照的(1.33±0.47)，其中50 mg·L-1，800 mg·L-1间有显著性差异(表6)。说明50 mg·L-1GA3处理能明显使种子活力增强。

表6 不同浓度GA3对沙藏60 d唐棣种子的发芽指数

(4) 发芽进程

沙藏60 d的唐棣种子，在浓度为800 mg·L-1的处理发芽率最低且不随时间变化，其余4个浓度处理的发芽率都高于对照的发芽率且随着时间的变化先增加后保持稳定，其中50 mg·L-150 mg·L-1GA3处理的种子发芽率最高(图2)。

图2 不同浓度GA3处理且沙藏60 d的唐棣种子发芽率变化

2.4.3 不同浓度GA3对沙藏90 d唐棣种子发芽的影响

(1)发芽率

从表7看出，沙藏90 d的唐棣种子，在试验5个GA3浓度处理下的种子发芽率为(1.35±0.57)%～(7.68±4.23)%，其中浓度为800 mg·L-1的处理最低且低于对照，其余4个浓度处理的发芽率都高于对照的(3.36±1.36)%，其中50 mg·L-1与800 mg·L-1浓度间有显著性差异(表7)。说明50 mg·L-1浓度的GA3处理能提高种子活力 ，表明试验的50 mg·L-1浓度的GA3是沙藏90 d的唐棣种子的最佳处理浓度。

表7 不同浓度GA3对沙藏90 d唐棣种子的发芽指数

(2)发芽势

表8看出，沙藏90d的唐棣种子，在试验5个GA3浓度处理下的种子发芽势为(5.88±3.10)%～(13.09±4.77)%，其中浓度为800 mg·L-1的处理最低且低于对照，其余4个浓度处理的发芽率都高于对照的(9.15±3.46)%，其中800 mg·L-1与其它浓度间有显著性差异，且50 mg·L-1浓度处理的发芽势最高为(13.09±4.77)%(表8)。表明试验的50 mg·L-1浓度的GA3能使沙藏90 d的唐棣种子出芽更整齐。

表8 不同浓度GA3对沙藏90 d唐棣种子的发芽指数

(3)发芽指数

从表9看出，沙藏90 d的唐棣种子，在试验5个GA3浓度处理下的种子发芽指数为(2.62±2.60)～(10.44±1.52)，其中浓度为800 mg·L-1的处理最低且低于对照，其余4个浓度处理的发芽指数都高于对照的(4.51±1.49)，其中50 mg·L-1与100 mg·L-1，200 mg·L-1，800 mg·L-1间有显著性差异(表9)。说明50 mg·L-1GA3处理能明显使种子活力增强。

表9 不同浓度GA3对沙藏90 d唐棣种子的发芽指数

(4)发芽进程

图3显示，沙藏90 d的唐棣种子，在浓度为800 mg·L-1的处理发芽率最低且随时间变化幅度最小，其余4个浓度处理的发芽率都高于对照的发芽率且随着时间的变化先增加后在第6～9 d后保持基本恒定，其中50～150 mg·L-1GA3处理的种子发芽率最高、进入发芽率恒定时间最早。

图3 不同浓度GA3对沙藏90 d唐棣种子萌发进程的影响

2.5 唐棣种子浸提液对白菜种子发芽率的影响

2.5.1 水浸提液对白菜种子发芽率的影响 从表10看出，25%～100%唐棣种子水浸提液处理的白菜种子发芽率为(45.17±0.42)%～(61.61±3.42)%，随浓度升高而降低，不同浓度间差异显著，且除25%浓度外其它浓度处理都显著低于对照，表明唐棣种子水浸提液对白菜种子发芽率有抑制作用，浓度越高抑制作用越强，但只有当水浸提液浓度超过一定值之后作用才显著；唐棣种子含有水溶性抑制种子萌发物质。

表10 不同浓度唐棣种子浸提液下的白菜种子发芽率

2.5.2 唐棣种子甲醇浸提液对白菜种子发芽率的影响 表10显示，25%～100%唐棣种子甲醇浸提液处理的白菜种子发芽率为(5.78±1.39)%～(30.44±3.01)%，随浓度升高而降低，不同浓度间差异显著，且不同浓度处理的发芽率都显著低于对照，表明唐棣种子甲醇浸提液对白菜种子发芽率有抑制作用，浓度越高抑制作用越强；唐棣种子含有溶于甲醇的抑制种子萌发物质。

从唐棣种子水浸提液、甲醇浸提液分别都有抑制白菜种子发芽作用，且同浓度水浸提液、甲醇浸提液处理下的白菜种子发芽率不同的结果可以看出，唐棣种子中至少存在2种或2类抑制种子发芽物质，一类是水溶性的，一类是溶于甲醇的。

甲醇浸提液处理所得的白菜种子发芽率均明显小于清水处理；未经甲醇浸提液处理的白菜种子发芽率最高为85.33%，甲醇浸提液处理后，白菜种子发芽率明显降低。用25%，50%，75%和100%的甲醇浸提液处理的白菜种子发芽率分别为30.44%，19.78%，11.78%和5.78%，比对照相应降低了54.89%，65.55%，73.55%和79.53%，说明浓度越高，抑制作用越明显。各浓度甲醇浸提液处理间的白菜种子发芽率均达到了显著水平，说明唐棣种子内含有脂溶性抑制物。

3 结论与讨论

本研究结论为，唐棣种子具有深度生理休眠特性，GA3预处理并不能够显著提高其种子萌发率，种子至少3个月的低温沙藏才能解除休眠；50 mg·L-1GA3浓度是唐棣种子处理的最佳浓度，800 mg·L-1抑制唐棣种子的萌发；唐棣种子吸水性能良好，随温度升高吸水速率加快, 最终吸水率在55%～69%之间，不具有物理休眠特性；种子内部含有水溶性和脂溶性萌发抑制物，具有化学休眠特性；种子收获后，可选择干燥后再进行贮藏，翌年可通过低温沙藏解除生理休眠，选用适当浓度的外源GA3可以缩短沙藏过程所用时间。

植物的繁殖方式分为有性繁殖和无性繁殖[5]。影响种子繁殖的因素有很多，包括外部生态环境因素和内部生理因素，对不同植物来说, 影响种子萌发的主要因子也有差异[6-9]。水分是种子繁殖和植物生长必不可少的环境因子之一[10]。从吸水速率来看，唐棣的吸水速率会随着浸种温度的升高而加快，从而缩短种子达到饱和所需的时间，但如果温度过高则会导致种子呼吸速率过快而出现胚胎死亡的现象，这在繁育工作中是不可取的[11]。植物种子中存在萌发抑制物质是导致种子休眠的一个主要因素，种子中的很大一部分发芽抑制物质是一些简单的小分子有机物质，这些物质影响了种子的后熟和发芽，导致休眠[12]。通过唐棣种子水和甲醇浸提液的生物测定，说明唐棣种子浸提液对白菜种子发芽率有明显的抑制作用，且随着浸提液浓度的提高，抑制作用递增，说明唐棣种子含有水溶性和脂溶性的抑制物可抑制白菜种子萌发，因此可以推断唐棣种子浸提液中含有某些化学成分，能抑制白菜的生长，它们可能与唐棣种子的休眠有密切关系，但它们的抑制能力是否对种子萌发产生效应尚不能确定，而且其在后熟过程中是否起作用也有待于进一步研究。

GA3是植物中非常重要的一种激素，已经证明GA3可以通过增强休眠的释放而促进种子的萌发，但对于不同植物它的作用机制也不尽相同[13-15]。本次实验中GA3处理结果符合种子的深度休眠的特性。GA3虽然没有显著提高种子的发芽率和发芽势，但其处理缩短了沙藏时间，原因可能是GA3在种子萌发过程中能够提高胚胎生长的速率[16]，使胚提早突破种皮。