铜钱树种子休眠特性及破眠技术研究

2019-09-13曹运梅赵振军费永俊

种子 2019年8期

曹运梅，张建，向云，赵振军，费永俊

(长江大学园艺园林学院，湖北荆州 434000)

铜钱树(PaliurushemsleyanusRehder)为鼠李科马甲子属落叶乔木植物，生于海拔1 300 m以下的山地丛林中，高可达15 m，树皮暗灰色，枝条常具刺。喜光，稍耐阴；喜温暖气候及肥沃、湿润而排水良好之微酸性土壤，耐寒性不强；能适应城市环境，对有害气体有较强抗性；生长缓慢，萌蘖力强，耐修剪，为石灰岩的指示植物剂[1]，主要分布在湖北、甘肃、陕西、安徽、江苏、湖南等地。铜钱树树皮含有鞣质，可提炼栲胶[2]。幼苗可作为砧木嫁接枣树，根系发达，造林成活率高，幼苗生长健壮、迅速、抗病虫害等[3]。铜钱树是优良的园林绿化、防风固沙、改良土树种，翅果果型特别，是优良的观赏树种，有较高的开发利用和科研价值。铜钱树主要以种子繁殖，其内果皮木栓化，外果皮角质化，种皮具蜡质[4]，种子不易脱出且具有休眠特性，但目前关于铜钱树种子休眠的原因还未见报道。本研究旨在了解铜钱树种子休眠特性并探寻破除种子休眠的方法，从而缩短发芽时间，提高铜钱树发芽率，以期为铜钱树种质资源保护和可持续利用提供参考。

图版Ⅰ 铜钱树种子形态及解剖

1 材料与方法

1.1 材料

铜钱树种子于2017年9月采自湖北省荆门市京山县绿林镇。铜钱树株高5 m左右，胸径5 cm，生长在半山腰，树多刺，较瘦小。

1.2 方法

1.2.1种子质量及形态解剖

种子收集：用布把果实包裹住，然后用硬物击打，使种子从果实中掉落。

百粒重：随机选取100粒种子在电子天平上称重，重复5次。

百果重：在采取的果实中随机选择选取100颗果实，置于电子天平上称重，重复5次。

种子形态观察与检测：将铜钱树果实去掉果翅后放置显微镜下观察其形态特征。

1.2.2种子活力测定

采用TTC法[5]测定种子活力。随机选取新鲜饱满种子20粒，放在清水中浸泡24 h，置于25 ℃左右的室温内，使其充分吸胀。取出沿着种脐种脊进行解剖，取种子一半备用，将其放入0.5%的TTC溶液中，置于25 ℃黑暗环境中，染色2 h，清水冲洗数次，根据胚的染色部位以及染色深浅的情况来对种子生活力进行判断。

1.2.3种子吸水曲线测定

参考刘雅琪等[6]的方法。精选带果翅果实、去果翅果实和取饱满种子30粒，将样品放入装有足够量水的容器中，置于25 ℃左右的室温内，使其吸水，并开始计时，每隔2 h取出样品称重1次，称重前用吸水纸吸干种子表面的水分，直至2次吸水测定的值接近恒值为止。

净吸水率(%)=[(吸水后样品的重量-吸水前样品重量)/吸水前样品重量]×100%。

1.2.4热水浸种处理

将种子分别浸泡在装有40 ℃和60 ℃热水的2个烧杯中，盖住让其自然冷却；浸泡24 h，以在25 ℃左右的水中浸泡24 h的种子作为对照。

1.2.5过氧化氢腐蚀种子

将种子分别浸泡在30%的过氧化氢中1，2，3 h，用自来水冲洗数遍；以在25 ℃左右的水中浸泡的种子为对照。

1.2.6赤霉素(GA3)处理

将种子分别置于50，100，150，200 mg·L-1的赤霉素中，浸泡24 h，倒出浸泡液，反复冲洗种子；以在清水中浸泡24 h的种子为对照。

1.3 发芽试验

以上处理的种子采用培养皿发芽法，将种子置于放有滤纸的培养皿中，加入适量的水，置于25 ℃人工气候培养箱中进行发芽试验。每处理50粒种子，连续进行16 d的培养。逐日定时观察，记录种子发芽数和发霉数，芽长为种子的一半即视为发芽。测定铜钱树种子的发芽率、发芽势(8 d)、发芽指数以及发霉率。

发芽率(%)=(发芽种子数/供试种子总数)×100%；

发芽势(%)=(规定时间内发芽种子数8 d/供试种子总数)×100%；

发芽指数=在时间t日发芽种子数/相应发芽天数；

发霉率(%)=(发霉种子数/供试种子总数)×100%。

2 结果与分析

2.1 种子质量及形态解剖

2.1.1种子(果实)质量测定

经测定，铜钱树种子的百粒重平均为(0.471 7±0.067 7)g；百果重平均为(1.788±0.146 8)g。

2.1.2种子形态观察与解剖

铜钱树种皮表面光滑，质密(如图版Ⅰ-1)，栅栏组织较厚，种皮硬化，种脐部较薄，水分可以从此进入，但很难进行气体的交换。现以新采集的种子进行解剖观察，将解剖种子用番红进行染色，如图版Ⅰ-2和图版Ⅰ-3，子叶发育完全，胚轴、胚根形态可见，种脐位置栅栏组织较薄，利于胚根突破种皮。

2.2 TTC测定种子生活力

新鲜种子(如图版Ⅱ-1)经TTC染色后呈淡红色，但着色不均匀，有一部分未能着色，表明铜钱树种子形态结构完整，但其呼吸作用低，生活力较弱。经过氧化氢2 h(如图版Ⅱ-2)和3 h(如图版Ⅱ-3)腐蚀处理，种皮未见明显腐蚀，但其种脐位置发黑(图版Ⅱ-2)，随着腐蚀时间延长，黑色区域越来越多，水渍状更加明显(图版Ⅱ-3)，种子活力完全丧失。结果表明：铜钱树种皮栅栏组织较厚，而种脐部较薄，且种脐是种子吸水的重要部位。

图版Ⅱ TTC染色观察

2.3 种子吸水性测定分析

由图1可知：种子、去果翅和带果翅3个处理在前2 h净吸水率都是呈直线上升的趋势。去果翅在4 h后吸水趋于平稳，种子和带果翅处理在2 h后仍在继续吸水，在24 h后吸水速率趋于平稳。去果翅、种子和带果翅处理最高吸水率分别为40.6%、62.6%、138.5%。带果翅吸水率最高，为去果翅的2.21倍，为种子的3.41倍。说明果皮透水能力很差，果翅具有很强的吸水能力，且果壳致密，吸收的水分多是粘附在果壳上的果翅吸水导致的，吸水完成后，砸开果壳，未见水分，表明果壳具有不透水不透气的特性，是铜钱树种子休眠的一个重要原因。

2.4 种子发芽率的统计分析

2.4.1不同浓度赤霉素对铜钱树种子萌发的影响

由表1和图2可知，铜钱树种子的萌发率随赤霉素浓度呈先升高后降低再升高的特点。铜钱树种子在50～200 mg·L-1赤霉素浓度下均能发芽，在100 mg·L-1时发芽率达到最高，但在150 mg·L-1时，发芽势和发芽指数均高于100 mg·L-1，且与100 mg·L-1一样发芽率均在30%以上。在200 mg·L-1时发芽势和100 mg·L-1时相同，且发芽率差异不大，均在40%以上，但在200 mg·L-1时，发芽势和发芽指数均低于150 mg·L-1。说明铜钱树种子最适合的浓度为100～150 mg·L-1。发芽势和发芽指数在150 mg·L-1时达到最高，为26%和4.027，说明铜钱树种子在150 mg·L-1时萌发最整齐且活性最强。在赤霉素处理中，发霉率呈现先降低再升高的趋势。对照组的种子发霉率最高，为56%。说明赤霉素处理能够增加种子的活力。在150 mg·L-1时种子发霉率最低，为0%，但在200 mg·L-1时，种子的发霉率为10%，且其发芽势和发芽指数均低于150 mg·L-1时。说明高浓度的赤霉素对种子活力有一定的抑制作用。

图2 不同浓度赤霉素对铜钱树种子萌发的影响

2.4.2过氧化氢不同时间处理对铜钱树种子萌发的影响

由表1可知，在对照组中，铜钱树种子没有发芽，其发霉率也最高，达52%。铜钱树种子在过氧化氢处理1 h时，种子有发芽。随着处理时间的增加，均没有发芽，说明过氧化氢长时间的腐蚀可能会让整个种皮崩溃，从而对胚造成较大伤害，导致种子不能萌发。

表1 不同处理对铜钱树种子萌发的影响

处理处理梯度发芽率/%发芽势/%发芽指数发霉率/%赤霉素/(mg·L-1)ck0.000565027.380.3675210044.1142.0833215030.0264.027020040.0141.17010过氧化氢处理时间/hck0.00052113.9101.752820.0004230.00018温汤浸种/℃ck7.74168400.000366029.480.54232

2.4.3温汤浸种对铜钱树种子萌发的影响

由表1可知，对照组种子有发芽，但是发霉率也最高，达68%，可能与种子本身的活力有一定关系；对发霉种子进行解剖后发现，种子胚已经腐烂，因此在前期选种时应选择高质量的种子进行试验。在热水处理条件下，40 ℃处理没有发芽，但在60 ℃时，发芽率为29.4%，且各项发芽指标均达最高，适宜温度的水可使种皮软化、种脐脐缝开口变大，增强种子的透水透气性，且在60 ℃时发霉率最低(32%)。

3 讨论

3.1 铜钱树种子休眠原因

种子休眠的原因很多，成熟种子有5种常见的休眠类型[7]：生理休眠、物理休眠、综合休眠、形态休眠和形态生理休眠。铜钱树种子休眠原因较复杂，铜钱树果翅膜质化，从种子吸水曲线可以看出果翅能够吸水，且其吸水能力较强，说明果翅不影响铜钱树种子水分渗透。对照组种子也能发芽，但其发霉率最高且都超过50%，最高达68%，可能是种子本身活力不足，长时间不发芽导致发霉率增高。铜钱树种子种脐部较薄，其余部位栅栏组织较厚，种皮硬化，导致水分只能从种脐进入，且铜钱树果皮较坚硬，透水和透气性极差，导致种子很难萌发。自然条件下，铜钱树种子萌发需要2年以上，这进一步说明果皮和种皮的机械障碍限制铜钱树种子的萌发。铜钱树种子具有硬实性，种皮坚硬、质密而很难进行吸胀萌发。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)沉淀等不同，因而硬实程度不同[8]。多数硬实种子的种皮相当坚硬，会限制水分的渗入和气体的交换，从而抑制呼吸，使种子不能获得萌发所需要的能量，从而对种胚存在机械束缚作用[9-10]。对于硬实种子，一般采用的方法主要有物理、化学和生物学的方法。本实验中采用了过氧化氢腐蚀和温汤浸种等方法，旨在破除铜钱树种子的硬实，提高发芽率，缩短萌发时间。结果表明，过氧化氢处理可使铜钱树种子萌发，但容易对种子造成腐蚀，使种子丧失活力。采用60 ℃热水处理效果较好，种子的发芽率高，但发芽缓慢。

3.2 种子在不同条件下的萌发特性

解剖结果表明，铜钱树种子属于双子叶无胚乳种子。赤霉素处理，种子即可快速萌发，说明赤霉素能够打破其生理休眠，从而诱导种子萌发。随赤霉素浓度提高，种子发芽率呈上升趋势，在150 mg·L-1条件下，可提高种子的发芽势和发芽指数，不同浓度赤霉素均可解除铜钱树种子休眠，但浓度对最终的发芽率影响不大。过氧化氢处理处理1 h，种子有发芽，随着处理时间的增加，发芽率急剧下降，说明过氧化氢处理对胚的损伤较大，从而影响发芽率。热水处理条件下，60 ℃处理种子能够萌发。说明铜钱树种子在一定温度条件下，种皮软化，种脐的缝隙增大，增加种子的透水透气性，使其打破休眠，但采用赤霉素打破其生理休眠最好。浓硫酸浸泡10 s，表面的蜡质层迅速溶解，但种子受到严重腐蚀，不能发芽，解剖发现种仁已腐烂。

3.3 铜钱树种子败育情况分析

铜钱树果实较多，但其果实空瘪败育也较高，在采集的铜钱树果实中，果实完全败育率达24.4%，在可育果实中，每个果实平均含有种子(1.711±0.113)粒，可育种子(0.96±0.105)粒，种子败育率高达44.2%。种子败育率高，可能与授粉不足有关，还应开展传粉生物学的研究，对其授粉受精进行观察，进一步确定败育原因。铜钱树种子败育可能与其生长环境有一定影响，因其生长在半山腰，水分和营养供应不足，树势较弱，影响种子的发育及其质量。因此，获得高质量的种子非常重要，应选择体积较大、色泽光亮的种子进行育苗。种子未膨大的为硬实种子，这类种子不吸水不透气，在较小果实中，容易出现硬实种子；种子膨大，没有光亮，是瘪粒种子吸水导致，上述2种类型种子在催芽之前都应剔除。