水分特性及贮藏条件对蒙古栎种子质量的影响

王天宠，梁新茗，张百杰，梅 梅，艾万峰，陆秀君*

（1.沈阳农业大学林学院，辽宁 沈阳 110866；2.辽宁省林业科学研究院，辽宁 沈阳 110032）

蒙古栎Quercus mongolica，又称柞树，是壳斗科Fagaceae 栎属Quercus高大乔木，在我国主要分布于东北、华北和西北等地区，是我国东北次生落叶阔叶林的主要建群树种之一[1-2]。蒙古栎喜光，耐寒，耐干旱和瘠薄，是北方珍贵用材树种、城市绿化树种，也是营造防风固沙林和水源涵养林的优良树种[3]，其枝干、叶片、果实和壳斗在食用菌培育、柞蚕饲养、栲胶提取、活性炭制作、色素提取、食品饲料加工、纺纱、酿酒和医疗保健均有广泛应用，经济价值和生态价值高，开发应用前景广阔[4]。

栎属树种的种子多属顽拗型种子，自身含水率高，因此，如何有效妥善保存种子，是当前栎属树种种子生产和育苗中面临的问题。目前栎属树种在种子贮藏方面有一定研究。辽东栎Quercus liao‐tungensis种子含水量40%~60% 时活力最高，出苗率达90% 以上[5]，但其不耐低温贮藏，其活力在4 ℃下冷藏或-4 ℃下冻藏后均显著降低[6]；栓皮栎Q.variabilis种子半致死含水量为46.31%，其最佳贮藏温度为0～2 ℃[7]；低温沙藏后的北美红栎Q.rubra、沼生红栎Q.palustris种子发芽率均高于常温沙藏[8]；栓皮栎、麻栎Q.acutissima、夏栎Q.ro‐bur、槲栎Q.aliena的种子均对脱水和低温敏感，贮藏时需要保持湿度、氧气供应以及适当的低温[9]。

随着人们对蒙古栎研究的深入，蒙古栎用苗需求量不断增加。蒙古栎主要以播种方式繁殖，因其种子难于贮藏，北方地区常采用秋季播种[10]。但秋季播种增加圃地管理用工，种子也易遭鼠类危害，同时，蒙古栎结实存在大小年现象，难以保证育苗生产的需要[11]。目前对蒙古栎种子贮藏方面的研究较少，探究种子水分特性及其对种子活力的影响，以及有效延长种子寿命的贮藏条件，是蒙古栎播种繁殖的关键技术环节。本文通过对蒙古栎种子水分特性和不同贮藏条件的研究，探究种子水分状态及湿度和温度等贮藏条件对种子活力、贮藏物质变化及播种后苗木质量的影响，以期找到蒙古栎种子贮藏的最适条件，为减少种子损失、提高出苗率提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用蒙古栎种子采自辽宁省湾甸子实验林场生长健康的成年母树。种子采收后，经人工初步筛选，去除虫蛀、破裂种子及夹杂物，获得纯净、饱满健康种子。种子含水量为50.77%，千粒质量为（2 962.68±84.09）g。种子长径为（19.90±1.68）mm，短径为（15.52±1.34）mm。

1.2 研究方法

1.2.1 蒙古栎种子吸水与失水特性

随机取蒙古栎种子20 粒称质量，然后放入105 ℃烘箱，每隔12 h 取出1 次迅速称质量，直到种子质量恒定，3 次重复，计算种子初始含水量。然后将采收的蒙古栎种子一部分放在容器中浸水处理（V种子∶V水=1∶4），容器置于恒温25 ℃水浴锅中，每2 h 选20 粒种子，用滤纸吸取种子表面水分，称质量并记录，直至种子质量不变，计算种子吸水速率；另一部分种子放入105 ℃烘箱烘干，每2 h 选20 粒种子，称其质量，计算种子失水速率。每次取样重复3 次。

1.2.2 种子含水量对种子活力的影响

根据1.2.1 测得数据，在蒙古栎鲜种与干质量含水量之间以10%间隔为梯度，每个含水量种子取20 粒，通过TTC 试剂（1% 氯化三苯基四氮唑），于25 ℃恒温染色30 min，观察胚芽染色情况，记录种子活力情况。每个处理重复3 次。

1.2.3 温度对蒙古栎种子萌发的影响

将蒙古栎种子放在室内阴凉处自然干燥24 h后，每次随机取20 粒种子，分别放在0 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃条件下进行发芽试验；另一部分种子分别放在-20 ℃、-10 ℃条件24 h 后，再转入20 ℃进行发芽试验。每个处理均重复3 次。

1.2.4 不同贮藏条件对种子质量的影响

每个处理随机选取蒙古栎种子200 粒，分别采用不同方法处理，室内低温湿藏（A）：种子吸水48 h后，与湿沙体积比1∶3 混合，置于4 ℃贮藏室；室内低温干藏（B）：种子直接装于布袋中，悬挂于4 ℃贮藏室；室内常温湿藏（C）：种子吸水48 h 后，与湿沙体积比1∶3 混合，置于常温室内（15～20 ℃）；室内常温干藏（D）：种子直接装于布袋中，悬挂于常温室内（15～20 ℃）；室外变温湿藏（E）：种子吸水48 h后，与湿沙体积比1∶3 混合，挖深1.2 m 坑，放入种沙混合物，上覆盖干树枝及树叶20～30 cm，再覆约50 cm 土壤，在沈阳冬季自然低温（-20～-10 ℃）贮藏；室外变温干藏（F）：种子直接装于布袋中，冬季悬挂于沈阳室外，经历自然空气低温变化。贮藏时间为5 个月，期间每隔1 月随机取样1 次约10 粒，重复3 次，去外种皮液氮速冻后存于-20 ℃冰箱，用于生理指标的测定。可溶性糖、淀粉含量测定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法，丙二醛含量测定采用硫代巴比妥酸显色法[12]。3次重复。余下种子翌年春季播种，以同年收集的新鲜种子秋季播种为对照。

1.3 播种及苗期管理

试验在沈阳农业大学科研基地进行。苗床规格高20 cm、宽1 m。采取横向条播的方法进行播种，行距20 cm，每行内播25 粒，开沟深度5～6 cm，覆土2～3 cm，播后适当镇压。

种子播后20 d 左右发芽出土，30 d 左右出齐。苗木生长初期每周浇水2 次，后期2 周浇水1 次，采取微喷的方法浇水，中耕除草3 次。2019 年6 月下旬，统计秋播和春播的蒙古栎出苗情况。2019 年11 月，随机抽取25 株测量苗高和地径，重复3 次。

1.4 数据处理

采用Excel 2010 和SPSS 20.0 软件进行数据处理与显著性分析。

2 结果与分析

2.1 蒙古栎种子吸水和失水特性

如图1 所示，蒙古栎种子初始含水量较高，为50.7%。其在前4 h 内吸水速率较高，30 h 后吸水变得极为缓慢，42 h 达到饱和，含水量约60%。整体看，蒙古栎种子从鲜种到吸水饱和，含水量仅上升了10% 左右，上升幅度不大，说明吸水对蒙古栎种子影响不大。105 ℃蒙古栎种子4 h 内失水速率最高，含水量迅速降至13.7%，6 h 以后失水速率显著减慢，随着时间推移，种子失水速率越来越低，直至32 h 种子内含水量接近0。

图1 蒙古栎种子的吸水速率和失水速率

2.2 蒙古栎种子含水量对种子活力的影响

含水量30%的蒙古栎种子仅胚芽染色，含水量达到40% 的种子胚轴染色，含水量50% 的种子胚根染色。种子含水量在20%时胚芽开始出现褐化；含水量降至10% 时，胚轴比种子含水量20% 时褐化加深；当含水量≤1%时，种胚被深度褐化（图2）。由此可见，含水量30%以上的种子均具有较好的活力，当含水量降至20%以下时种子活力下降明显。

图2 蒙古栎不同含水量种子的生活力

含水量40%～50%的蒙古栎种子活力较高，均高达90%以上，且差异不大；含水量30%的种子虽然活力有所下降，但仍高于80% 以上；含水量20%的种子胚芽活力误差较大，变化不稳定，存活率降至60%左右；含水量低于10%的种子均失活，含水量10%和≤1%种子的活力都为0（图3）。因此，为保证蒙古栎种子存活的安全含水量应不低于20%，其临界含水量介于10%~20%。

图3 蒙古栎不同含水量种子的活力

2.3 不同温度条件对蒙古栎种子萌发的影响

相同含水量的种子在不同温度贮藏，萌发率会受到不同程度的影响。如图4 所示，20 ℃是蒙古栎种子萌发的最适温度，萌发率58.8%，0 ℃与25 ℃的种子萌发率略低于最适温度的萌发率，但差异不显著。-10 ℃处理24 h 的种子，在最适温度下萌发率为37.8%，但-20 ℃处理的种子在恢复至最适温度后，种子会氧化变黑，胚芽失去活力，萌发率降为0。高温环境也不利于种子贮藏，超过30 ℃的温度会使种子腐烂度增加。

图4 不同温度种子的萌发率

2.4 不同贮藏条件下蒙古栎种子内含物的变化

如图5 所示，随着贮藏时间增加，各处理可溶性糖含量整体呈上升趋势，其中B 处理可溶性糖含量较稳定，说明糖类消耗较少，而D、E、F 处理的可溶性糖增加较多，且D 和F 处理在120 d 的可溶性糖含量达到最高，说明其呼吸代谢活动强。

图5 贮藏过程种子内含物变化

各处理可溶性蛋白含量呈波动变化，均于贮藏60 d 达到最低值，而后回升，其中D 处理变化幅度最大，A、B、F 处理的可溶性蛋白含量增加较多，C和E 处理的可溶性蛋白含量变化较小，说明营养物质消耗少。

各处理的淀粉含量整体变化程度较小，C 处理的淀粉含量变化较为平稳，A、B、D 和E、F 处理的淀粉含量分别于60 d 和90 d 降至最低，而后增加，说明其发生了淀粉向可溶性糖的转化以提供能量。

各处理的丙二醛含量均呈波动变化，其中B、D处理的变化幅度最大，且于120 d 时丙二醛含量均高于其它处理，说明细胞膜破坏较为严重，A、E 处理的丙二醛含量变化幅度较小，120 d 时E 处理的丙二醛含量最低，说明其种子活性最强，抗性最佳。

2.5 不同贮藏方式对苗木生长的影响

由表1 所示，6 种贮藏方式中仅3 种方式能够保存种子活力，而其他3 种贮藏方式的萌发率均<2%，说明常温和干燥不利于蒙古栎种子贮存，室外自然变温条件更有利于保持种子萌发力。然而，室内恒定低温（0 ℃）贮藏，干藏种子萌发率显著高于湿藏萌发率，说明种子含水量高，营养消耗快，从而降低萌发率。此外，室外湿藏处理的萌发率高达43.75%，且其苗木生长状态与秋季播种无显著差异。因此，室外湿藏是保证种子活力和苗木生长质量的最适方案。

表1 不同贮藏方式种子萌发率和苗木生长情况

3 结论与讨论

种子活力是种子质量的重要指标，反映其潜在萌发和出苗能力[13]。科学的贮藏方法可以使种子生活力旺盛，并且能保证作物出苗早、健壮、整齐，种子贮藏过程中种子含水量、贮藏湿度和温度对种子活力影响最大[14]。

根据种子的贮藏行为，把种子分为3 种类型。正常性种子在成熟时已经完成脱水过程，在较低的含水量下也可正常生长发育；顽拗性种子在成熟过程中不发生脱水行为，脱落时仍然保持较高含水量，对脱水和低温敏感；中间型种子可以脱水到较低的含水量（12%~15%），但对低温敏感[15]。顽拗性种子含水量与种子活力曲线存在一个拐点（临界含水量），顽拗程度不同的种子对脱水的敏感性存在较大差异，其临界含水量也不同[16]。银杏Ginkgo bi‐loba种子临界含水量范围为40.1%~45%[16]；三七Panax pseudoginseng种子最低含水量为17%[17]；板栗Castanea mollissima种子临界含水量为15%~20%[18]。本研究发现，当蒙古栎种子含水量降至20%时，存活率降至60%左右。当含水量降至10%时，存活率为0。表明蒙古栎种子临界含水量介于10%~20%，对脱水较为敏感，可能也具有一定顽拗性。

不同种子贮藏后的萌发率受干湿度环境影响的表现不一致。王生等[19]发现贮藏期间的干湿度对南天竹Nandina domestica种子活力起决定性作用，南天竹种子不适合干藏，贮藏期间应保持一定的湿润度。黄素荣等[20]发现常温干藏为桃金娘Rhodo‐myrtus tomentosa种子的最佳贮藏方式。本试验中，蒙古栎种子适合湿藏，干藏后萌发率较低，主要是因为虫害严重。室内恒定低温（0 ℃）贮藏时，干藏种子萌发率显著高于湿藏，可能是因为蒙古栎种子含水量较高，种子营养消耗快，从而降低萌发率。

不同植物长期适应环境形成的适应机制不同，所以其种子萌发的最适温度也不同[21]。哈林顿提出了种子寿命通则：在0～50 ℃的范围内，温度每降低5 ℃，种子的寿命便延长1 倍，很多研究也验证了这条通则[14]。张巧巧等[22]发现胖大海种子常温下贮藏最多不能超过45 d，而0 ℃贮藏长达195 d。李铁华等[23]分别用不同的贮藏温度（3 ℃、10 ℃、常温）贮藏榉树Zelkova serrata种子，研究发现3 ℃贮藏效果最佳。Tommasi F 等[24]认为：与25 ℃相比，4 ℃冷藏可以防止银杏种子贮藏过程中发生的氧化损伤，保持组织活力。在本研究中，蒙古栎种子在常温（25 ℃）条件下极易萌发，且虫害十分严重。6种贮藏方式中仅3 种方式能够保证种子活力。对比来看，低温是适合蒙古栎种子的贮藏方式，但贮藏温度不应该低于-20 ℃。王浩[25]研究蒙古栎种子的贮藏方式时发现，洞藏（将浸泡后的种子按种沙比1∶3 混匀放入室外1 m 深的坑中）效果最佳，且不同贮藏方式对蒙古栎苗木生长量无明显影响。这与本试验的结果一致。本试验中蒙古栎种子对脱水敏感，但是对低温不敏感，所以蒙古栎种子是否为顽拗性种子还有待进一步验证，可以猜测蒙古栎种子低温耐性相对较强，可能是由于蒙古栎产于温带地区，种子具有一定的低温耐性。

种子含有各种可溶性碳水化合物、淀粉聚合物，存贮蛋白和脂质，其对种子活力至关重要[26]。在贮藏过程中随着贮藏温度和种子含水量的降低，种子细胞质容易玻璃化，抑制细胞呼吸代谢水平[27]。种子的淀粉含量在萌发过程中呈下降趋势，从而使可溶性糖含量增加[28]。蛋白质是种子中氮的主要贮藏形式，参与种子萌发过程中各种生理生化反应，也是重要的渗透调节物质，对细胞的生命物质及生物膜起到保护作用。种子萌发过程中可溶性蛋白含量常呈先增加后降低趋势[29]。常旭等[30]发现叶底珠Flueggea suffruticosa种子萌发过程中，淀粉含量先降低后升高，可溶性糖含量逐渐增加，蛋白质含量先降低后升高，但总体变化不大。一般随着种子在贮藏过程中的劣变，丙二醛在细胞中逐渐积累。丙二醛含量越低，抵抗膜质过氧化的能力就越强，种子活力越高。张海波[31]发现，温度和含水量越高的香椿Toona sinensis种子丙二醛含量增幅越大。蒙古栎种子在室外湿藏下，可溶性糖含量逐渐升高，淀粉含量先略有降低再升高，可溶性蛋白呈波动变化，但丙二醛含量相对稳定，说明种子保持营养物质的低消耗，同时保证种子生活力，以准备在适宜条件从贮藏状态向萌发状态转化。

综上所述，蒙古栎种子有一定顽拗性，临界含水量介于10%～20%。种子贮藏不耐-20 ℃以下低温，20 ℃是其最适萌发温度，超过30 ℃种子萌发率显著下降。不同贮藏方式播种后的苗木生长状态无显著差异。其中室外湿藏（-20~-10 ℃）种子的苗木萌发率高达43.75%，储藏过程中可溶性糖含量逐渐升高，淀粉含量和丙二醛含量相对稳定。该储藏方式操作简单，种子生活力和苗木质量均保持较高质量，是蒙古栎贮藏的最佳方法。