苦槠传播体的萌发特性与种子休眠类型

乐新贵 王正伟 宁 馨 孙锡青，3 宋以刚*

（1. 江西阳际峰国家级自然保护区管理局，贵溪 335400；2. 上海辰山植物园，华东野生濒危资源植物保育中心，上海 201602；3. 闵行区青少年实践教育基地，上海 201111）

种子是种子植物特有的有性繁殖器官，是以另外一种形式存在的植物体，是植物生活史中最薄弱的环节，极易受到不利环境的干扰，导致建植失败。种子能否顺利萌发是植物占领新的分布区、更新种群和完成生活史的第一个环节，也是极为关键的一环。所以，植物通过控制种子萌发时间，确保种子在条件最适宜的环境下萌发，来增加其后代的成活率。生长在不同环境下中的植物，由于长期的进化适应形成了不同的种子萌发和休眠特性，这对幼苗的建植成功起着重要的作用。

种子的休眠类型主要有无休眠（non-dorman‑cy，ND）、物理休眠（physical dormancy，PY）、生理休眠（physiological dormancy，PD）、形态休眠（morpho‑logical dormancy，MD）、复合休眠（PY+PD）和形态生理休眠（morphophysiological dormancy，MPD）6种类型。种子休眠类型的确定不但能够更好地认识植物自我更新能力，还能够为种子育苗提供技术指导。目前，壳斗科（Fagaceae）的种子萌发特性与休眠类型的研究非常薄弱，主要集中在北半球广布的栎属（）植物中。然而，分布在东亚和东南亚地区的栲属（）和石栎属（）的种子萌发与休眠的研究非常少见。

苦槠（）是壳斗科栲属植物，主要分布在中国的长江以南五岭以北的华东和华中山区，海拔200～1 000 m。苦槠的种子富含淀粉、维生素和矿质元素，是我国传统特色食品苦槠豆腐、苦槠糕和苦槠凉粉的原材料。苦槠作为我国亚热带常绿阔叶林的重要建群树种之一，由于频繁的人为干扰和长期的人工针叶速生林快速发展，其天然面积日趋减少，种质资源破坏严重。作为我国重要的经济树种之一，苦槠已经被列为国家二级保护植物。

目前，国内对苦槠种子的研究主要集中在以下两个方面。首先，苦槠种子成分及其在食品开发上的应用是目前研究重点领域之一；其次，苦槠种子的生物地理学和与动物取食的关系方面也有学者开展了一些研究。但是，苦槠种子的萌发与休眠特性仍然不清楚。因此，本研究期望通过开展以下几个方面的研究，阐明苦槠种子的萌发特性与休眠类型：（1）苦槠种子的形态性状；（2）苦槠种子的吸水特性；（3）去除果皮对苦槠种子的影响；（4）不同温度下，苦槠种子萌发的差异。

1 材料与方法

1.1苦槠种子的收集与预处理

苦槠种子采集于江西省鹰潭市阳际峰国家级自然保护区内。果实采自一个种群的12棵成年植株。2020 年10 月22 日果实成熟后采集并寄往上海辰山植物园开展相关试验。首先，把采集到的果实进行初步筛选。通过水浮法进行筛选，筛选出成熟、完整、无虫蛀的种子，用1%高锰酸钾溶液消毒30 min，再用蒸馏水冲洗干净、表面风干。然后，将果实进行随机分组，分别用于形态测量、吸水检测和萌发试验。剩余的所有种子，放入自封袋中，在低温种子保存柜中4 ℃保存。

1.2果实形态特征、重量和含水量

苦槠种子成熟时，其传播体是其果实，因此本文中除了专用名词外，均严格区分果实和种子的用词。随机选取30 粒果实，用游标卡尺进行果实长度和果实宽度的测量，然后称量果实的鲜质量。将果实的果皮与种子进行分离，称量种子的鲜质量；随后将每个果实的果皮和种子分别装入信封袋中标记清楚，放入烘箱中103 ℃烘干48 h。烘干以后，分别称量果皮干质量和种子干质量。含水量的计算公式为：

1.3吸水率

选取处理好的果实60 粒，其中30 粒去除果皮保留种子；然后用电子天平称取30 粒果实和30 粒种子的初始鲜质量。随后，将果实和种子浸入纯水中（每24 h更换一次），置于20 ℃的恒温条件下，进行吸水试验观测含水量的变化。在试验开始后的前5 d，每12 h 进行一次质量称量；随后每隔2 d进行一次质量的称量。每颗种子或者果实的称量至胚根萌发为止（胚根生长长度大于5 mm 视为胚根萌发）。吸水的测定持续2 周（种子的胚根萌发率大于80%），然后将所有果实和种子放入烘箱中103 ℃烘干48 h，称量干质量。

1.4种子萌发

苦槠的种子萌发试验共设置2种处理：完整果实（传播体）和去除果皮的完整种子。种子萌发共设置15/5 ℃、20/10 ℃、25/15 ℃、30/20 ℃和35/25 ℃5 个温度梯度，每个温度梯度设置3 组重复，每个重复为10 粒果实或10 粒种子。将果实和种子放入装满蛭石的苗木穴盘中，置于相应的培养箱中，培养箱设置为黑暗∶光照=12 h∶12 h和相应温度梯度。种子萌发每2 d 进行一次观察统计和浇水，分别统计胚根和胚芽的萌发时间（胚根>5 mm 视作胚根萌发；胚芽>5 mm视作胚芽萌发）。

1.5数据处理

数据统计与作图采用Microsoft Office Excel 2010和Origin 8.5进行。

2 研究结果

2.1苦槠种实的基本特征

通过测量发现，采集于江西省鹰潭市阳际峰国家级自然保护区内的苦槠果实长度约为13.66 mm，宽度约为13.16 mm，长宽比接近于1。苦槠果实的鲜质量约为1.33 g，种子的鲜质量约为1.12 g，果皮鲜质量约占果实鲜质量的15.8%。苦槠果实干质量、种子干质量和果皮干质量分别约为0.79、0.64 和0.15 g，种子干质量约占果实干质量的81%。苦槠果实的含水量（40.38%）和种子含水量（42.62%）基本相似，且明显高于果皮的含水量（28.51%）（见表1）。

表1 苦槠果实和种子的基本性状Table 1 The basic characters of fruits and seeds of C.sclerophylla

2.2苦槠种子的吸水率

完整果实和去除果皮以后的种子在吸水过程中重量变化不显著。经过3周的吸水试验，果实鲜质量无明显变化。种子在3周的吸水试验过程中，鲜质量有上升趋势，但是变化不明显。在种子吸水试验过程中，种子培养3 d 开始出现子叶开裂的现象，培养10 d左右种子开始发芽（见图1）。

图1 苦槠果实和种子的重量随着吸水过程的变化趋势Fig.1 The tendency of the mass of fruits and seeds followed with the water absorption process in C.sclerophylla

2.3不同温度梯度和果皮去除对胚根萌发的影响

试验表明，苦槠完整果实的种子萌发速度显著低于去除果皮以后种子萌发速率。苦槠果实在15/5 ℃、20/10 ℃和30/20 ℃3 个温度梯度培养1 个月以后，种子均未萌发；在25/15 ℃这一温度梯度下培养30 d 以后，种子萌发率低于10%；在35/25 ℃这一温度梯度下，苦槠果实在第16 天开始萌发，30 d 以后果实的累计种子萌发率约为40%（见图2）。

图2 不同温度梯度下完整果实的累积种子萌发率随时间的变化Fig.2 Percentage of cumulative seed germination of intact fruits under the different temperature regimes with time

苦槠的传播体除去果皮以后显著提高了种子的萌发率和萌发速率。苦槠种子在15/5 ℃和20/10 ℃2个温度梯度下培养30 d以后，种子未萌发。苦槠种子在25/15 ℃、30/20 ℃和35/25 ℃3 个温度梯度下培养30 d 以后，种子萌发率均接近或高达100%。另外，在30/20 ℃和35/25 ℃两个温度梯度下，苦槠种子在第6 天左右就已经全部萌发，显著快于25/15 ℃这一温度梯度（第14 天达到最大值）（见图3）。

图3 不同温度梯度下去除果皮的苦槠种子的种子萌发率随时间的变化趋势Fig.3 Percentage of cumulative seed germination of seed（removed the pericarp） under the different temperature regimes with time

3 讨论

壳斗科植物具有能源植物、粮食作物和经济作物的三重作用，其资源是我国尚待开发的宝库。壳斗科植物的种子富含淀粉（40%～70%），可食用或酿酒，是我国重要的淀粉资源植物之一。苦槠的淀粉含量高达50%，是我国福建、江西和湖南的特色美食之一；其种子萌发特性的研究能够为种子的育苗工作提供理论支撑。

3.1苦槠果实基本特性及其影响因素

已有研究表明，同一物种采集于不同产地和不同年份的种子形态性状会存在不同程度的差异。岳华峰等对苦槠种子形态性状的地理变异分析发现，随着纬度的降低，苦槠种子变长，体积增大，质量增加。然而，这一研究中，混淆了果实和种子的概念，我们推测其文中所说的种子实际上是苦槠的果实。与岳华峰等的研究结果对比发现，本研究中采自江西阳际峰的苦槠果实质量明显偏低，但是果实的长和宽与湖南衡阳的较为相近。由于采自不同的年份，年际气候的差异对果实形态的影响也较大，所以对果实和种子的形态研究要基于空间和时间2 个尺度上来进行。本研究中，我们重点关注了同一种群内果实和种子各个性状的比较，研究表明，果实成熟以后果实和种子的含水量均约为40%，种子干质量占果实干质量的80%以上。因此苦槠果实内种子的占比非常高，这样有利种子萌发过程中的养分供应；同时，也是体现其食用价值较高的指标之一。

3.2苦槠种子休眠类型的探讨

水分是种子萌发的必备条件之一，因此种子吸水是种子萌发过程中非常重要的一个环节。苦槠的果实（传播体）经过20 d 吸水试验，发现其果实的含水量并没有显著增加；其种子的质量在吸水检测过程中略有增加，并且在种子吸水10 d 以后，开始陆续萌发。因此，试验表明，苦槠的果皮对种子的吸水过程有一定的阻碍作用。

种子萌发试验表明，在不同温度梯度下，完整的果实经过30 d 的萌发试验，均未达到50%以上的种子萌发率。然而，去除果皮以后，种子在25/15 ℃、30/20 ℃和35/25 ℃3 个温度梯度下，培养10 d左右种子萌发率均达到或接近100%。这一结果表明苦槠的果实去除果皮以后，其种子能够在较大范围的温度条件下萌发。因此，在苦槠的种子育苗过程中，我们建议对苦槠的果皮进行软化或者去除处理，能够极大地提高种子育苗效率。另外，基于苦槠种子萌发过程的以下2个特点：（1）苦槠的传播体（果实）被覆不透水的果皮；（2）果皮对种子萌发具有明显的阻碍作用，去除以后明显解除了种子的休眠状态；我们可以明确的界定苦槠传播体的休眠类型为物理休眠。

3.3壳斗科中首次发现物理休眠的意义

具有物理休眠的植物还在不断地被发现，近年来发现具有物理休眠的新纪录科包括海人树科（Surianaceae）、龙眼茶科（Sphaerosepalaceae）和野牡丹科（Melastomataceae）等。苦槠种子具有物理休眠的这一特性在壳斗科中尚属首次报道；因此，本研究为具有物理休眠的植物类群增加了一个新的科。另外，前人研究表明，物理休眠的种子与顽拗性种子可能存在着某种联系。目前，已知具有物理休眠的顽拗性种子的物种分布较为狭窄，集中分布在漆树科（Anacardiaceae）、旋花科（Convolvulaceae）、锦葵科（Malvaceae）和豆科（Fa‑baceae）等12 个科中。壳斗科的大部分植物种子具有顽拗性的特点，本研究的对象苦槠也不例外。因此，壳斗科是同时具有脱水敏感性和物理休眠特性的一个新科。

从系统发育学的角度来说，物理休眠是较为进化的种子休眠类型。物理休眠主要是从无休眠和生理休眠两种休眠类型转换而来。目前，已知具有物理休眠的植物类群主要集中在系统发育较为进化的蔷薇分支中。在系统进化树上，壳斗科隶属于蔷薇分支的壳斗目；所以，本研究支持物理休眠是一种较为进化的种子休眠类型。