不同处理对野皂荚与皂荚种子发芽的影响

李刚, 韩凤英, 罗岸, 赵福永

长江大学生命科学学院，湖北 荆州 434025

野皂荚（Gleditsia microphyllaGordon ex Y. T.Lee）和皂荚（Gleditsia sinensisLam.）同属豆科云实亚科皂荚属，雌雄异株，染色体数目均为2n=28[1]。在植株形态、生理特征、生长习性及地域分布上，两者差异较大。野皂荚多为灌木，其自然群体主要分布于沿太行山脉的河北、山东、河南等7 个省份的石灰岩地质地区，适宜海拔在130～1 300 m；而皂荚多为落叶乔木，广泛分布于我国河北、广东、湖南等18 个省区，适宜海拔为0～2 500 m[2]。野皂荚种子，俗称胡里豆、皮扁豆等，其内胚乳富含半乳甘露聚糖，是一种天然化工原料，由其加工成的“龙胶粉”是一种高附加值产品，广泛应用于石油钻探、纺织印染、医药、食品等行业[3-6]。同时，野皂荚根系发达，具有耐贫瘠和干旱、适应性强等特点，是一种理想的荒山绿化和水土保持树种[7,8]。因此，种植野皂荚具有广泛的经济效益和生态效益。

但是，野皂荚种子硬实率高，种皮透水性差，自然条件下极难吸胀萌发。郑健等[9]研究发现，用浓H2SO4对野皂荚种子酸蚀30 min 处理，发芽率可达84%；贾军等[10]比较研究发现，浓H2SO4酸蚀优于高温水浴，98%的浓H2SO4酸蚀25 min，野皂荚种子的发芽率可达86%，远高于高温水浴法的50%左右的发芽率。浓H2SO4酸蚀法被广泛用于处理种皮厚、难吸胀的种子，并能显著提高其发芽率，但从环保、种子安全等角度考虑，机械破皮并结合水浴浸种法简单可靠、更易推广。为此，本研究采用机械破皮法，并结合水浴浸种，对野皂荚及皂荚种子的萌发条件进行探讨，以期获得较高发芽率的野皂荚和皂荚种子的催芽成苗技术，为野皂荚及皂荚的规模化育苗、育林提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 种子来源

野皂荚种子于2018 年10 月采集于河北省邯郸市磁县陶泉乡南大沟与慧峪村交界处（东经113.989789，北纬36.403619，海拔740 m）。皂荚（刀皂）种子于2018 年11 月采集于湖南省衡阳市南岳区光明村（东经112.684907，北纬27.209003，海拔480 m）。种子经脱粒后晒干，去除杂质及破损、瘪粒和虫害种子，于4 ℃冰箱保存备用。

1.2 研究内容与方法

1.2.1 野皂荚与皂荚种子的主要形态特征与特性

选取健康、饱满的野皂荚与皂荚种子，分别用游标卡尺和电子天平测量其种子长度、宽度、厚度及百粒重等指标，并用数码相机拍照；然后用砂纸进行机械破皮，水浴浸种直至所有种子都完全吸胀。剥除种皮，分离胚乳和胚，然后分别将胚乳和胚置于培养皿内于65 ℃烘箱中烘干至恒重，分别称重。每处理种子100 粒，3 重复。

1.2.2 不同破皮位置对种子发芽的影响

选取健康、饱满的种子，用400 目砂纸于种子胚根端、子叶顶端及种子中部分别进行破皮处理，以微露胚乳或子叶为准，以不破皮处理组为对照。种子直接播种于黏土中，每处理种子100 粒，3 重复。1 星期后统计不同处理组种子的发芽率。

1.2.3 不同浸种温度对种子发芽的影响

浸种温度设定25 ℃、37 ℃、42 ℃3 个梯度，对胚根端破皮后的种子，每处理温度用蒸馏水分别进行8 h、16 h、24 h 不同时长浸泡处理，期间每10 h换水1 次。每处理种子100 粒，3 重复。统计不同温度及浸泡时长种子的吸胀率、发芽率。

1.2.4 不同土质对种子出苗的影响

采用5 孔×10 孔育苗盘（孔深5 cm），播种前一日分别用黏土、沙土和营养土进行填充，并用自来水浇透。次日按每孔1 粒播种，深度约2～3 cm，并用土覆盖。后每日早晚各补水1 次，于25±2 ℃、2500 Lx、光周期（16 h/8 h，L/D）条件下萌发。1 星期后统计不同处理的种子出苗率。

发芽相关指标计算：

1.2.5 数据处理与分析

本文图表均采用Excel 2019 软件制作，其中吸胀率、发芽率等数据通过SPSS 22.2 软件进行平方根反正弦转化后，使之达到方差齐性要求，对不同处理水平之间、不同测量指标之间均采用单因素方差分析，运用LSD 两两比较，以P＜0.05 为差异显著（平方根反正弦转化公式为ARSIN（SQRT（源数据））×180/3.1415926）。

图 1 野皂荚与皂荚种子的形态与结构Fig. 1 Seed morphology and structure of Gleditsia microphylla (Gm) and Gleditsia sinensis (Gs)

2 结果与分析

2.1 野皂荚与皂荚种子的主要形态特征与特性

野皂荚种子通常呈扁平盾状，棕褐色或黄绿色（见图1-A）；种子长约8.94 mm，宽约7.29 mm，百粒重约15.15 g（见表1），其种子中胚（见图1-B）和胚乳（见图1-C）分别约占种子干重的27.64%和40.26%。皂荚种子通常呈梭形、略扁，棕褐色（见图1-D）；种子长约11.86 mm，宽约7.50 mm，百粒重约38.02 g（见表1），其种子中胚（见图1-E）和胚乳（见图1-F）分别约占种子干重的23.22%和33.79%。野皂荚种子和皂荚种子的胚乳在烘干前均为半透明状，烘干后前者的胚乳易发生褐变，而后者的胚乳则基本保持不变，可能与其化学物质的成分和含量差异有关[5,6]。

表 1 野皂荚与皂荚种子主要形态指标Tab. 1 Main morphological indexes of seeds from Gleditsia microphylla and Gleditsia sinensis

2.2 不同破皮位置对种子发芽的影响

对野皂荚及皂荚种子在胚根端、子叶顶端及种子中部破皮处理后的发芽率统计发现，不论是野皂荚还是皂荚种子，其破皮处理组的发芽率均要高于不破皮处理组（见图2）；在不破皮条件下，皂荚种子的发芽率（29.00±3.61%）要显著高于野皂荚种子（6.67±1.53%），可能与两种种子的种皮结构差异导致的透水性差异有关，未萌发的皂荚种子大多有不同程度的吸胀，而未萌发的野皂荚种子则大多处于未吸胀状态。胚根端破皮处理组，在野皂荚和皂荚种子的3 个破皮处理组中的发芽率最高，分别为47.67±4.51%和49.00±5.20%，其原因可能在于，胚根端破皮可使种子胚根最先接触到水分，利于胚根的萌动和突破种皮物理屏障的伸长生长。其中在顶端破皮处理后皂荚种子的发芽率显著高于野皂荚种子发芽率，而在种孔和中部破皮处理后发芽率无明显差异。

图 2 野皂荚与皂荚种子不同破皮位置处理组与对照组发芽率Fig. 2 Germination rate of seeds treated with different scraping position and control from Gleditsia microphylla and Gleditsia sinensis

2.3 不同浸种温度对种子发芽的影响

种子破皮后，其胚和胚乳对温度可能更为敏感，温度过高可能降低其活力和发芽率。因此，本研究设置了25 ℃、37 ℃和42 ℃3 个浸种温度。对不同浸种温度并结合不同浸种时长的种子吸胀率和发芽率统计发现，皂荚种子在25 ℃浸种24 h 后，完全吸胀的种子约占3.33±1.53%；37 ℃浸种16 h 后的吸胀率为94.33±2.08%。而野皂荚种子相对较小（见表1），种子完全吸胀速率较快，25 ℃浸种16 h后的吸胀率为70.00±6.24%，24 h 后的吸胀率可达100%，而37 ℃浸种8 h 其吸胀率即可达100%。从发芽率看，不同浸种温度和时长条件下，野皂荚和皂荚种子的平均发芽率均可达70%以上；野皂荚种子在37 ℃浸种8 h 后的发芽率最高，达88.67±3.06%，而皂荚种子在37 ℃浸种16 h 后的发芽率达最高值，90.00±3.00%（见图4）。同时还发现，完全吸胀的野皂荚和皂荚种子其出苗高峰期集中在播种后的第6～7 天，出苗整齐。

图 3 不同浸种温度和时长条件下野皂荚与皂荚种子的吸胀率Fig. 3 Imbibition rate of seeds treated with different soaking temperature and time from Gleditsia microphylla and Gleditsia sinensis

图 4 不同浸种温度和时长条件下野皂荚与皂荚种子的发芽率Fig. 4 Germination rate of seeds treated with different soaking temperature and time from Gleditsia microphylla and Gleditsia sinensis

2.4 不同土质对种子出苗的影响

对完全吸胀后的野皂荚和皂荚种子在黏土、沙土和营养土中的发芽率统计发现，两种种子在黏土中的发芽率均要高于沙土和营养土中的发芽率，分别达88.33±3.51%和94.33±2.08%，在沙土和营养土中两种种子发芽率的差异又要比黏土中大（见图5）。萌发过程中观察发现，同样浇水量的情况下，沙土和营养土由于保水性较好，水分较难散失，不利于种子的有氧呼吸，且易滋生真菌等有害菌，可能是其发芽率和成苗率偏低的原因。

图 5 不同土质条件下野皂荚与皂荚种子的发芽率Fig. 5 Germination rate of seeds germinated in different soils from Gleditsia microphylla and Gleditsia sinensis

3 讨论

种子吸胀是种子萌发的前提和必备条件，水分对种子内储存干物质的转化和相关酶的激活至关重要。然而，野皂荚和皂荚种子具有坚硬的种皮，自然条件下水分极难透过。前人[9,10]大多采用高温水浴法、酸蚀法等进行处理，其发芽率可达80—90%。但是，从种子安全角度考虑，这些方法的安全系数偏低，若技术参数掌控不到位，极易影响发芽率和成苗，同时还可能存在环境污染问题（废酸液），不易推广。

本研究采用机械破皮和水浴浸种相结合的方法，野皂荚种子的发芽率同样可达约90%。种子的萌发首先表现在胚根的伸长生长，对野皂荚及皂荚种子胚根端进行机械破皮处理，不仅可以促进水分快速进入种子内部并激活萌发相关生物酶类，还有利于胚根突破种皮物理屏障进行伸长生长。实际操作时应注意，破皮不宜过度，否则易伤到根尖生长点而影响胚根生长，400 目砂纸破皮效果较好。浸种温度不宜过高，尤其是对胚根端破皮的种子，温度过高和处理时间过长可能会对根尖生长点造成不同程度的伤害以及胚乳的液化，从而影响胚根的伸长生长和子叶对胚乳营养的吸收和利用，进而影响萌发成苗率。37 ℃较为合适，较小的野皂荚种子8 h即可完全吸胀，而较大的皂荚种子16 h 也可完全吸胀。25 ℃虽也可保证种子的安全和完全吸胀，但处理时间偏长，而42 ℃处理易导致胚乳因吸胀过度撑破种皮或液化，播种后易滋生真菌等有害微生物。

从不同土质对野皂荚和皂荚种子的成苗率影响来看，采用黏土效果较好，但黏土也存在多次浇水后易板结的问题，不利于种子的破土。若将黏土与营养土按一定比例混合，效果会否更好，值得进一步试验证明。野皂荚和皂荚种子胚乳中营养丰富，种皮破裂后极易被土壤细菌、真菌等利用，用2‰的多菌灵溶液对土壤进行预处理后对成苗率有进一步的改善。

因此，本研究所获得的野皂荚和皂荚种子的萌发参数，为将来的规模化育苗、育林储备了技术基础。