东北红豆杉种子休眠机理与处理方法

杨 威 郑德龙 金汉帅 薛 爽 蔡世霞

（吉林市农业科学院 吉林吉林 132000）

东北红豆杉（Taxus cuspidata Sieb. et Zucc.）是红豆杉科（Taxaceae）红豆杉属（Taxus Linn.）常绿乔木，主要分布于中国吉林长白山、老爷岭、张广才岭，俄罗斯、朝鲜、日本也有分布[1]。 东北红豆杉繁殖主要有播种和扦插2 种方法， 扦插繁殖的树苗根系和主干发育不良，无主根和主干，只在园林绿化中应用，无法实现山林种群恢复。 种子繁殖树苗质量好，有主根主干，可以通过野化训练，恢复种群[2]。 东北红豆杉种子具有休眠的特性，当年采收的种子不能发芽，红豆杉种子种皮厚实、坚硬，阻碍了水分和气体交换。 种子含有内源激素赤霉素、脱落酸、吲哚乙酸等，虽然种胚结构完整，但不能萌发，需要经过两冬一夏的时间，才能解除休眠。 红豆杉种子深度休眠的特性极大地限制了红豆杉产业的发展,科研工作者为了研究红豆杉属植物的休眠特性做了大量工作，到目前为止，对红豆杉属植物种子的休眠机理仍不十分清楚，需要做出更积极的努力[3-5]。

本试验从2018 年12 月开始到2021 年6 月结束， 历时2 年半时间， 通过调查东北红豆杉种群分布，采集红豆杉种子，对红豆杉种子解除休眠做了大量的研究工作。 尤其是针对东北红豆杉种子的沙藏处理、化学处理、机械处理对于解除休眠、种子萌发和发芽率的影响做了全面的试验研究， 取得了一些试验成果，以期为红豆杉科学研究、生产实践提供参考和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验采用的东北红豆杉种子于2018－2021 年采自吉林市松花江边绿化带。 室内试验在吉林市农业科学院中心化验室进行， 室外试验场地是吉林市农业科学院园艺试验区，沙壤土，pH 为7。 试验室用水为桶装纯净水，试验地用水为深井自来水。 试验用赤霉素是活性最高的赤霉酸（GA3）。

1.2 试验方法

1.2.1 种皮观察2018－2021 年采收的红豆杉种子，经自然干燥，用解剖显微镜观察种皮结构，研究其结构对吸水透气性的影响， 为红豆杉种子处理提供理论依据和技术指导。

1.2.2 种皮处理对种子吸水性影响试验本试验研究不同方法处理种皮对种子吸水性的影响。 利用2018－2021 年采收的红豆杉种子，自然干燥。 试验设计了4 个处理和1 个对照，处理A：完全剥去种皮；处理B：人工刺破种皮；处理C：粗沙抛光磨蚀种皮；处理D：浓硫酸腐蚀种子3 h；对照（CK）：种皮完好不处理。 将不同方法处理的红豆杉种子，放入纯净水中浸泡，分别于4 h、8 h、16 h、24 h、48 h 调查种子吸水率。

1.2.3 不同温度和不同时间的层积处理试验本试验研究了不同温度、 不同时间沙藏层积处理对种子发芽的影响，采用2018 年采收的红豆杉种子，自然干燥，室内存放，用纯净水浸泡4 h，然后与含水量10%的湿沙混合。 处理A： 温度5℃； 处理B： 温度10℃； 处 理C： 温 度15℃； 处 理D： 温 度20℃； 对 照（CK）：室外自然环境下沙藏处理。 以上每个温度处理各设计5 个沙藏处理时间：6 个月、12 个月、18 个月、24 个月、30 个月，每个处理1 000 粒，3 次重复，试验室培养，测定种子发芽率。 本项试验从2018 年12 月开始沙藏层积处理， 沙藏30 个月的试验是2021 年6 月测试发芽率，持续时间2 年半，均是在同一试验室相同温度条件下进行。

1.2.4 种皮处理方式和不同时间的层积处理试验本试验研究不同人工处理种皮后，在相同温度下沙藏对种子发芽率的影响，对2018 年采收的红豆杉种子，自然干燥后，采用上述 “1.2.2” 处理方式对种皮进行处理。 处理A：完全剥去种皮；处理B：人工刺破种皮；处理C：粗沙抛光磨蚀种皮；处理D：浓硫酸腐蚀种子3 h；对照（CK）：种皮完好不处理。 在试验室自然温度下进行沙藏， 沙藏时间为6 个月、12 个月、18 个月、24 个月、30 个月，每个处理1 000 粒，3 次重复，试验室培养，测定种子发芽率。 本项试验从2018 年12 月开始到2021 年6 月结束，也是在同一试验室相同温度条件下进行。

1.2.5 种皮处理方式和不同浓度的激素处理试验本试验研究人工处理种皮的种子， 在外源激素作用下对发芽率的影响。 上述人工处理种皮的种子继续进行激素处理。 激素处理分为2组： Ⅰ组是单独赤霉素（GA3）处理， 浓度分别为50 mg/L、 100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L；Ⅱ组是赤霉素（GA3）和细胞分裂素（6-BA）混合处理，在上述各浓度赤霉素（GA3）处理中分别加入6-BA 10 mg/L。 水处理为对照（CK）。 激素处理的方法是先用激素浸泡种子1 h，然后在试验室自然温度下，沙藏处理6 个月，每个处理1 000 粒，3 次重复，试验室培养，测定种子发芽率。本项试验从2020 年12 月开始到2021 年6 月结束， 在同一试验室相同温度条件下进行。

2 结果与分析

2.1 种皮特性与种子休眠

2018－2021 年连续4 年采收的东北红豆杉种子，经过解剖显微镜观察发现， 红豆杉种子的种皮坚硬厚实，随机取出100 粒干燥的红豆杉种子，测量平均厚度为0.8 mm。种皮由3 部分组成：最外面一层是厚壁细胞，表面角质化，鳞片状，凸凹不平，平均厚度约为0.1 mm，角质层细胞小而紧实，鳞片状结构透水性差，阻断水分进入种子内部；中间一层为木栓层，平均厚度为0.4 mm；最里面一层种皮为膜质，半透明，这种结构的种皮严重地阻止水分吸收和气体交换，是导致红豆杉种子休眠的主要因素。

2.2 不同种皮处理对种子吸水性的影响

种皮完好、未经处理的红豆杉种子，在纯净水中浸泡16 h，仍然漂浮在水面，证明无法吸收水分，浸泡24 h，有19%的种子吸水膨胀。 去掉种皮的种子，浸泡8 h，有9%的种子吸水膨胀。 刺破种皮的种子，浸泡16 h，有12%的种子吸水膨胀。 浓硫酸处理3 h的种子，浸泡24 h ，有12%种子吸水膨胀。 浸泡48 h后，所有处理种皮的种子超过90%吸水膨胀，对照组的种子吸水率仅为76% （表1）。

表1 不同种皮处理下红豆杉种子的吸水率（单位：%）

2.3 不同温度和不同时间的层积处理对种子发芽的影响

种皮完整的红豆杉种子，各温度沙藏处理6 个月不能发芽， 必须经过两个冬天一个夏天的沙藏处理才能发芽，处理18 个月时，对照（CK）发芽率最高，达到38%，说明温度变化可以提高发芽率。 各温度沙藏层积处理18 个月时，对照（CK）发芽率达到最大，各处理继续沙藏发芽率反而下降，说明长时间的处理，部分红豆杉种子已经失去活性（表2）。

表2 不同温度和不同时间沙藏处理下红豆杉种子的发芽率（单位：%）

2.4 不同种皮处理方式和沙藏时间对种子发芽的影响

人工处理种皮的红豆杉种子，发芽时间提前，6个月开始发芽，其中去掉种皮的种子，6 个月发芽率最高，达到23%。对照处理，12 个月才开始发芽。处理18 个月时，对照发芽率最高，达到36%，其他处理反而下降。 沙藏处理24 个月时，去掉种皮的种子失去发芽能力。 各处理的红豆杉种子，因为种皮受到破环，在沙藏处理时，部分种子失去活性，完全去掉种皮的种子失去发芽能力， 说明红豆杉种皮对种子具有保护作用（表3）。

表3 不同种皮处理方法和沙藏时间下红豆杉种子的发芽率（单位：%）

2.5 不同激素处理对种子发芽的影响

不同激素处理的红豆杉种子， 效果比较好的是赤霉素（GA3）200 mg/L 和赤霉素（GA3）+细胞分裂素（6-BA）10 mg/L， 处理B 沙藏层积处理6 个月时，发芽率分别达到26%和25%，各处理明显高于对照，各处理间差异不显著，赤霉素（GA3）200 mg/L 和赤霉素（GA3）200 mg/L +细胞分裂素（6-BA）10 mg/L 处理[6]，差异也不显著（表4、表5）。

表4 不同激素（Ⅰ组）处理下红豆杉种子的发芽率（单位：%）

表5 不同激素（Ⅱ组）处理下红豆杉种子的发芽率（单位：%）

3 结论与讨论

3.1 东北红豆杉种皮生理结构

通过镜检观察， 东北红豆杉种子的种皮坚硬厚实，分为3 层：最外面一层厚壁细胞表面角质化，鳞片状，凸凹不平，这种结构具有防水功能，蝴蝶的翅膀、荷叶的表面都是这种结构，可以阻断水分进入种子内部；中间一层为木栓层，坚硬厚实，支撑起种皮的结构，保护种子；最里面一层种皮为膜质，半透明，这种膜状结构可以有效地阻止水分吸收和气体交换，是导致红豆杉种子休眠的主要因素。

3.2 种皮处理对种子吸收水分的影响

通过人工剥去种皮、刺破种皮、粗沙抛光磨损、浓硫酸浸泡腐蚀等方法， 处理红豆杉种皮， 结果表明，完全剥去种皮的红豆杉种子，8 h 开始吸水膨胀。刺破和磨损种皮的种子，16 h 开始吸水膨胀。 浓硫酸处理的种子，24 h 开始吸水膨胀。 以上4 种处理的种子，48 h 完成吸水膨胀， 对照材料48 h 才开始吸水。试验证明， 红豆杉种子的种皮限制了种子对水分的吸收，阻止了气体交换。

3.3 种皮处理对种子发芽的影响

经过种皮处理的红豆杉种子，可以提前发芽，其中去掉种皮的种子，6 个月发芽率最高，达到23%。 对照处理，12 个月时才开始发芽。 沙藏层积处理18 个月时，对照发芽率最高，达到36%，其他处理反而下降，去掉种皮的种子完全失去发芽能力。 对照处理是在室外自然环境中进行，温度随季节变化明显，说明变温处理可以提高红豆杉种子发芽率。 各种处理的红豆杉种子在沙藏处理时，部分种子失去活性，完全去掉种皮的种子失去发芽能力， 说明红豆杉种皮对种子具有保护作用。

3.4 激素处理对种子发芽的影响

激素处理的种子， 沙藏层积6 个月就可以发芽，说明外源激素可以改变种子， 解除红豆杉种子的休眠，效果最好的是赤霉素（GA3），细胞分裂素（6-BA）作用不明显。 试验证明，外源激素处理，可以提前解除红豆杉种子的休眠， 与沙藏层积处理的种子发芽率差异不显著， 说明外源激素对于提高种子发芽率效果不明显。

3.5 讨论

红豆杉种子的休眠特性是一个十分复杂的生理现象，种皮的结构、胚的大小、内源激素的含量都是影响红豆杉种子休眠和萌发的因素。 种皮的结构既是限制因素又有保护作用。 红豆杉种子中含有大量的ABA，而GA3含量却很低，高浓度的ABA 是导致东北红豆杉种胚进入休眠状态的主要原因之一。 红豆杉种子沙藏层积处理2 个月时，内源ABA 浓度迅速降低，GA3含量变化不大，沙藏层积4 个月时，随着ABA 浓度的进一步降低，GA3含量开始升高，沙藏层积6～8 个月时，GA3含量迅速增加[7-8]，此时种子胚后发育完成，内源激素的变化导致种子休眠解除，开始萌发。 温度的变化可以加速内源激素的降解，由于各种激素降解速度不同，导致其比例发生明显变化，促进这一过程的完成。