珍贵物种顶果木种子休眠及解除方法研究

(广东生态工程职业学院，广州 510520)

顶果木(Acrocarpusfraxinifolius)，属云实科顶果木属落叶大乔木，是我国三级保护植物，主要分布于我国的贵州、广西和云南[1-2]。顶果木材质轻韧，花纹优美，心材少开裂耐腐蚀，不仅是制造上等家具的优选材料，而且其木纤维壁薄而细长，也是纤维工业的优良原料，具有较为广阔的市场前景[3-4]。顶果木种子具有一定的休眠习性，种子处理不当常导致出苗率低、出苗不齐，严重限制了其推广和应用。如何提高顶果木种子的发芽率和整齐度已成为当前亟待解决的关键问题之一[5]。

种子休眠是自然界中较为常见的一种现象，其机理主要有机械休眠、生理休眠、形态休眠及物理休眠等，其解除方法主要有砂磨法、浸种法、射线处理法、激素处理法、药剂处理法等[6-10]。目前关于顶果木的研究主要集中在苗木培育[11]、栽培技术[12]及组织培养[13]等方面，而关于种子休眠机理及解除方式的研究较为薄弱，已成为限制顶果木推广及应用的重要因素之一。

本研究以顶果木种子为试验材料，在明确其种子特征及休眠习性的基础上，分析了砂磨、热水浸种、浓H2SO4浸泡及GA3处理对种子发芽率、发芽势、发芽指数及硬实率的影响，筛选出2种最佳的休眠破除方法并进行复合处理，以期获得顶果木种子最佳的处理方法，为顶果木的栽培生产和物种保护提供一定的理论借鉴和参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用顶果木种子产自广西百色隆林，由广东林科种苗有限公司提供。试验用浓H2SO4和GA3均为分析纯，购自广东中广南风化玻有限公司。试验于2018年5月在广东生态工程职业学院森林培育实验室开始实施。

1.2 试验方法

1.2.1种子特征测定

随机选取30粒籽粒饱满的种子，在光学显微镜下观察种子色泽、形状，用游标卡尺测定种子大小，用分析天平测定种子千粒重。

1.2.2种子休眠特性测定

硬实率测定：随机选取种子100粒，于常温纯水中浸泡24 h，观察并统计种子吸胀情况，计算硬实率，3次重复。

种子萌发抑制物的提取和生理活性鉴定：参照叶燕莹等[14]的方法，提取顶果木种子种皮和种胚萌发抑制物，并以清水为对照进行萌发试验。每个萌发处理100粒小白菜种子，3次重复，5 d后测定发芽和生长情况。

1.2.3硬实种子处理方法

砂磨处理：将种子放入含有粗砂的研钵中进行研磨，时间分别为10、30、50、70、90 min。

热水浸种处理：将种子分别放入温度为50、60、70、80、90、100 ℃的纯水中进行热水浸种，保持各自温度20 min后，自然冷却至室温。

浓H2SO4处理：种子分别用质量分数为98%的浓H2SO4浸泡10、20、30、40、50、60 min，随后立即用蒸馏水进行冲洗。

GA3处理：种子分别用浓度为50、100、150、200、300、400 mg·L-1的GA3浸泡30 min，随后立即用蒸馏水进行冲洗。

复合处理：采用上述处理方法中效果较好的2种对种子进行复合处理。

上述处理中，每个处理包含200粒种子，重复3次，处理完成后进行发芽试验。

1.2.4发芽试验

采用培养皿进行发芽试验，将各处理的种子均匀放置于铺有2层滤纸的培养皿中，光照培养箱培养条件为：光照15 h/9 h(光/暗)，温度(23±2)℃，3次重复，每个重复200粒种子，以不做任何处理种子为对照(ck)。第5天开始计数种子发芽数，直到连续3 d无新种子发芽为止，并按照如下公式计算发芽率、发芽势、发芽指数和硬实率：

发芽率(%)=(发芽种子数/供试种子总数)×100%；

发芽势(%)=(试验初期7 d内发芽种子数/供试种子总数)×100%；

硬实率(%)=(未吸胀种子数/试验种子总数)×100%；

发芽指数=∑Gt/Dt；式中，Dt表示相应天数，Gt表示第t天的发芽数。

1.3 数据处理及分析

用Excel 2013软件进行实验数据整理、计算及作图，采用SPSS 18.0软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 种子特征及休眠特性

试验用顶果木种子表面呈灰褐色，卵圆形有光泽。由表1可知，顶果木种子长7.52 mm，宽5.53 mm，厚1.89 mm，千粒重35.65 g，种子发芽率为18.00%，硬实率为79.50%，坚硬的种皮对种子发芽具有一定的机械阻力，是造成顶果木种子发芽率低的主要原因之一。顶果木种子浸提液对小白菜种子萌发及生长的影响试验结果(表2)表明，顶果木种子的种皮和种胚浸提液对小白菜种子萌发和幼苗生长均具有显著的抑制作用(p<0.05)，说明顶果木种子中含有一定的发芽和生长抑制物，生理性休眠也是顶果木种子发芽率低的主要原因。

表1 顶果木种子特征

表2 顶果木种子浸提液对小白菜种子萌发及生长的影响

注：表中同列肩注不同字母表示差异达到显著水平(p<0.05)。

下同。

2.2 砂磨对顶果木种子萌发的影响

由表3可知，砂磨处理可显著提高顶果木种子的发芽率、发芽势和发芽指数，显著降低硬实率(p<0.05)，且上升或降低幅度随砂磨时间的延长而表现为先升高后趋于平稳的趋势。砂磨时间为70 min时效果最佳，发芽率及发芽势分别较对照(未处理)提升60.00个百分点和37.50个百分点，硬实率较对照降低60个百分点，发芽指数提高3.62%。砂磨时间为90 min时，虽然发芽率、发芽势及发芽指数均较70 min有所增长，但均未达到显著差异水平(p>0.05)。因此，选择砂磨时间以70 min为宜，发芽率、发芽势、发芽指数及硬实率分别达到78.00%、44.00%、21.52和19.50%。

表3 砂磨对顶果木种子萌发的影响

2.3 热水浸种对顶果木种子萌发的影响

由表4可知，热水浸种可显著提高顶果木种子的发芽率、发芽势和发芽指数，显著降低硬实率(p<0.05)，且随着水温的升高，发芽率、发芽势和发芽指数均先升高后降低，而硬实率则逐渐降低。与ck(常温浸种)相比，80 ℃热水浸种处理的顶果木种子发芽率及发芽势分别提升66.50个百分点和64.50个百分点，硬实率降低72.00个百分点，发芽指数提高4.37%，均较对照达到显著差异水平。水温为90 ℃和100 ℃处理时，虽然种子硬实率较80 ℃处理低，但发芽率、发芽势及发芽指数仍低于80 ℃处理，这可能是由于高温对种子内部造成一定的损害，导致发芽能力降低。因此，选择热水浸种时，以80 ℃为宜，发芽率、发芽势、发芽指数及硬实率分别达到84.50%、71.00%、25.04和7.50%。

2.4 浓H2SO4对顶果木种子萌发的影响

由表5可知，浓H2SO4处理可显著提高顶果木种子的发芽率、发芽势和发芽指数，显著降低硬实率(p<0.05)，且随着处理时间的延长，发芽率、发芽势和发芽指数均先升高后降低，而硬实率则逐渐降低。与ck(常温浸种)相比，浓H2SO4处理40 min的顶果木种子发芽率及发芽势分别提升71.50个百分点和69.50个百分点，硬实率降低67.00个百分点，发芽指数提高4.70%，均较对照达到显著差异水平(p<0.05)。处理时间为50 min和60 min时，种子硬实率较40 min处理低，但发芽率、发芽势及发芽指数仍低于40 min处理，这可能是由于种子长时间浸没于浓H2SO4时，种子内部会造成一定的损害，降低发芽能力。因此，选择H2SO4处理时，以处理时间40 min为宜，发芽率、发芽势、发芽指数及硬实率分别达到89.50%、76.00%、26.54和12.50%。

表4 热水浸种对顶果木种子萌发的影响

表5 浓H2SO4对顶果木种子萌发的影响

2.5 GA3对顶果木种子萌发的影响

由表6可知，GA3处理可显著提高顶果木种子的发芽率、发芽势和发芽指数，显著降低硬实率(p<0.05)，且存在一定的“低促高抑”现象。与ck(常温浸种)相比，浓度为200 mg·L-1的GA3处理效果最佳，顶果木种子发芽率及发芽势分别提升61.00个百分点和56.50个百分点，硬实率降低64个百分点，发芽指数提高3.95%，均较对照达到显著差异水平(p<0.05)。处理浓度为300 mg·L-1和400 mg·L-1时，发芽率、发芽势及发芽指数均低于200 mg·L-1处理，硬实率高于200 mg·L-1处理，这可能是由于赤霉素对顶果木种子的萌发具有一定的“低促高抑”效应所致。因此，选择GA3处理时，以浓度200 mg·L-1为宜，发芽率、发芽势、发芽指数及硬实率分别达到79.00%、63.00%、23.05和15.50%。

表7 浓H2SO4和GA3综合处理对顶果木种子萌发的影响

表6 GA3对顶果木种子萌发的影响

2.6 浓H2SO4和GA3复合处理对顶果木种子萌发的影响

选取表现较好的浓H2SO4和GA3进行复合处理，具体操作为：先将种子在浓H2SO4中浸泡40 min，随后用蒸馏水冲洗干净，再将种子在200 mg·L-1GA3溶液中浸泡30 min。复合处理结果如表7所示，与浓H2SO4和GA3单一处理效果相比，浓H2SO4和GA3复合处理可进一步提高顶果木种子的发芽率、发芽势和发芽指数，降低硬实率(p<0.05)。浓H2SO4和GA3复合处理条件下，顶果木种子发芽率较ck、浓H2SO4和GA3分别提升77.50、16.50、6.00个百分点；发芽势较ck、浓H2SO4和GA3分别提升77.50、21.00、8.00个百分点；发芽指数较ck、浓H2SO4和GA3分别提升5.10%、5.37%和1.88%；硬实率分别较ck、浓H2SO4和GA3降低75.50、11.50、8.50个百分点，这可能是由于顶果木种子休眠由机械休眠和生理休眠共同引起，而二者复合处理综合了浓H2SO4的机械休眠解除效应和GA3的生理休眠解除效应，因而处理效果显著优于二者单独处理。因此，选择顶果木种子处理方案时，以浓H2SO4处理40 min和浓度200 mg·L-1GA3综合处理效果最佳，发芽率、发芽势、发芽指数及硬实率分别达到95.50%、84.00%、28.42和4.00%。

3 结论与讨论

在适宜种子萌发的环境条件下，种子仍不能萌发的现象叫种子休眠，是种子在长期进化过程中形成的一种自我保护机制[15]。本试验中，顶果木种子发芽率仅为18.00%，硬实率达到79.50%；同时，顶果木种子存在萌发抑制物，其提取液显著抑制了小白菜种子萌发和生长，这说明顶果木种子同时存在物理性休眠和生理性休眠，这是导致顶果木种子发芽率低、出苗整齐度差和野生资源减少的重要原因之一。本结果与叶燕莹等[14]对铁包金种子的研究结果较为一致。

赵堂君等研究表明，机械破损、热水浸种和浓H2SO4是解除种子硬实休眠较为常用的3种方法[16]。机械破损是通过机械或人工外力来破坏硬实种子种皮，从而增加种皮透气性，促进种子萌发；热水浸种可通过软化种皮、改善透气性来解除因硬实而造成的休眠，促进种子萌发，浸种温度和时间与种皮薄厚及种子大小密切相关；浓H2SO4利用其自身的强酸性来腐蚀种皮，打破栅栏组织的屏障，增大种皮透性，是打破种子硬实最常用的试剂之一。本研究结果表明，砂磨处理、热水浸种处理及浓H2SO4处理均可显著提高顶果木种子的发芽率、发芽势和发芽指数，显著降低硬实率(p<0.05)。其中，砂磨时间以70 min为宜，发芽率、发芽势、发芽指数及硬实率分别达到78.00%、44.00%、21.52和19.50%；热水浸种以80 ℃处理效果最佳，发芽率、发芽势、发芽指数及硬实率分别达到84.50%、71.00%、25.04和7.50%，温度过高会对种子内部造成一定的损害，导致发芽能力降低；浓H2SO4处理以40 min为宜，发芽率、发芽势、发芽指数及硬实率分别达到89.50%、76.00%、26.54和12.50%，处理时间过长则会对种子产生损害，导致种子活力降低。本研究结果与伊风艳等[6]对野生黄花苜蓿种子及赵堂君等[16]对花木蓝种子的研究结果较为一致。

前人研究表明，植物生长调节剂在破除种子生理休眠，促进种子萌发方面具有显著效果，其中GA3在种子处理中已得到广泛应用[14,17-18]。本研究结果表明，GA3处理可显著提高顶果木种子的发芽率、发芽势和发芽指数，显著降低硬实率(p<0.05)，且存在一定的“低促高抑”现象。以浓度200 mg·L-1处理效果最佳，发芽率、发芽势、发芽指数及硬实率分别达到79.00%、63.00%、23.05和15.50%。本研究结果与叶燕莹等[14]对铁包金种子、张瑞等[17]对窄叶野碗豆种子和任永权等[18]对华重楼种子的研究结果较为一致。

与浓H2SO4和GA3单一处理效果相比，浓H2SO4浸泡40 min和200 mg·L-1GA3浸泡30 min复合处理显著提高了顶果木种子的发芽率、发芽势和发芽指数，显著降低硬实率(p<0.05)。复合处理的发芽率、发芽势、发芽指数及硬实率分别达到95.50%、84.00%、28.42和4.00%，其原因可能是复合处理综合了浓H2SO4的机械休眠解除效应和GA3的生理休眠解除效应，因而处理效果显著优于二者单独处理。

综上所述，顶果木种子兼具硬实休眠和生理休眠习性，砂磨、热水浸种、浓H2SO4处理和GA3处理均可显著提升顶果木种子的发芽率、发芽势、发芽指数，显著降低硬实率，其中以浓H2SO4浸泡40 min和200 mg·L-1GA3浸泡30 min复合处理效果最佳，发芽率、发芽势、发芽指数及硬实率分别达到95.50%、84.00%、28.42和4.00%。本结果可以为顶果木的栽培生产和物种保护提供一定的理论借鉴和参考。