丹霞梧桐不同成熟度种子的形态及萌发特性研究

罗晓莹， 古龙海， 莫罗坚(.韶关学院旅游与地理学院， 广东 韶关 5005； .东莞市林业科学研究所， 广东 东莞 5306)

丹霞梧桐(FirminanadanxiaensisH. H. Huse & H. S. Kiu)为我国特有的锦葵科(Malvaceae)梧桐属(Firmiana)小乔木。该种最早于1987年在广东丹霞山被发现，之后一直被认为只分布于此地，但近年来陆续在广东南雄、英德和始兴发现新分布点[1]。丹霞梧桐为国家二级重点保护植物，还被纳入全国120种及广东省17种极小种群植物(PSESP)保护计划中[2-3]。丹霞梧桐高3～10 m，树形美观，花色绚丽，叶形宽大，适合培育为造林先锋树种、道路绿化树种和庭园观赏树种[4]。

目前，关于丹霞梧桐种子的研究工作较少，Luo等[5]研究发现，丹霞梧桐完全成熟干燥的种子具有物理休眠的现象，造成常规育种出苗期长，萌发不整齐的问题，影响该种的大规模生产[5]。本试验着重研究丹霞梧桐不同成熟度种子的萌发率与种子特性的相关性，以期为丹霞梧桐种子的适宜采收期和育种提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采收时间及方法

2018年7月在丹霞山内随机选取6株长势良好的丹霞梧桐作为采集种子的母树，标记为母树1～母树6。分别在7月6日、7月13日、7月20日、7月27日对每株母树进行种子采集，各母树采集的种子混合后装入密封袋带回实验室进行实验。各株母树种子采集情况详见表1。

表1 不同采收日母树采收种子数量Table 1 Number of seeds harvested from mother trees on different harvesting days

1.2 丹霞梧桐种子基本特征数据测定

直径：使用数码游标卡尺(精度0.02 mm)测量不同采收期饱满种子的直径，每次测量50粒，3个重复，共测量150粒种子。

千粒重：使用电子天平(精度千分之一)测定当天采回的新鲜种子鲜重，每次测量100粒，3个重复，共测量300粒种子。

含水量：随机选取45粒饱满种子，每组15粒，3个重复，称量鲜重后置于培养皿中，用130 ℃高温[6]烘干至恒重后称量其干重。

饱满率：随机选取新鲜种子150粒，每组50粒，3个重复。记录霉变、空瘪及虫蛀种子数量。

种子活力[7]：随机选取45粒饱满种子，每组15粒，3个重复，新鲜种子于室温(30 ℃)中吸水24 h后去除外种壳，将种仁完全浸没于1% TTC溶液中，于室温黑暗环境下染色12 h，用流水清洗种仁2次，在培养皿中用解剖刀将种仁对半切开，记录染红面积>2/3的种子为有活力种子。

1.3 吸水实验

随机选取90粒饱满种子，将种子分为实验组和对照组，两个处理组均重复3次，每个重复15粒种子。实验组种子用解剖针对种壳进行刺破处理，对照组不做任何处理。实验前称取种子的初始鲜重，然后将种子置于烧杯中，室温下用蒸馏水浸泡。每2 h取出种子一次，用吸水纸吸干种子表面水分，然后用电子天平称重，直到种子的重量恒定后实验终止。

吸水率WI(%)=[(Wi-Wd)/Wd]×100%，其中Wi和Wd分别为种子的湿重质量和干重质量。

1.4 萌发实验

于200孔育苗穴盆中放置纯河沙。每次采集不同成熟度种子后，随机挑选饱满种子15粒，3个重复。每穴埋入1粒种子，用沙子覆盖种子2～3 mm。自播种当天起，每天浇水500 mL，记录并移走当天萌发的种子。种子萌发以子叶顶出沙子表面为准，持续观察35 d。

萌发率(GP)、萌发指数(GI)和萌发速率指数(GRI)采用以下公式计算：

GP(%)=(Ng/NT)×100%，其中Ng为萌发种子数，NT为总种子数；

GI=∑(Gt/Dt)，其中Gt为在播种后t日的发芽数，Dt为相应的发芽天数；

GRId-1(%)=∑[(Gi-Gi-1)/i]，其中i为发芽计数日，Gi为第i天的种子萌发率，Gi-1为第i-1天的种子萌发率。

1.5 数据分析

利用SPSS 23.0软件对不同成熟度种子基本特征的差异、吸水实验、萌发实验数据进行单因素方差分析。利用SPSS软件内置双变量相关分析(Kendall’s tau-b)对种子成熟度与基本特征和萌发指标的相关性进行分析。

2 结果与分析

2.1 丹霞梧桐不同成熟度果实及种子的形态特征

通过比较4次采收的果实及种子的形态特征，将丹霞梧桐成熟期果实及种子从形态上划分为四个阶段：绿熟期、黄熟期、褐熟期、黑褐期(图1)。

图1 丹霞梧桐不同成熟期果皮、种子外观及种子内部Fig.1 The appearance of peel and seeds and seed interior of Firmiana danxiaensis at different maturity stages

绿熟期(7月6日采收)：果皮为绿色，含水量充足；种子外观呈绿色，外种皮饱满、无皱缩，易剥离；剥开种皮后种仁呈白色，质地脆，可揉碎，有汁液，内种皮白色，合点端黑褐色斑点不明显，种壳内壁绿色(图1 a)。

黄熟期(7月13日采收)：果皮为黄色，含水量下降；种子外观呈黄色，外种皮略微皱缩，易剥离；剥开外种皮后种仁呈白色，质地软，揉捏可变形，不易碎，内种皮褐色，合点端黑褐色斑点明显，种壳内壁黄绿色(图1 b)。

褐熟期(7月20日采收)：果皮为褐色，含水量少；种子外观呈褐色，外种皮已皱缩为较硬的壳，难剥离；剥开种壳后种仁呈深黄色，质地干硬，揉之不易变形，内种皮脱落或黏附在种壳内壁上，种壳内壁白色(图1 c)。

黑褐期(7月27日采收)：果皮为黑褐色，出现皱缩，较脆；种子外观呈黑褐色，外种皮皱缩，难剥离；剥开种壳后种仁呈蜡黄色，坚硬，揉捏不变形，内种皮脱落或黏附在种壳内壁上，种壳内壁白色(图1 d)。

2.2 丹霞梧桐不同成熟度种子的质量特征

由表2可知，丹霞梧桐种子的直径、千粒重和含水量的变化具有内在的一致性：它们均随着成熟度的不断提高而减小，且这三项指标的前两个成熟阶段(绿熟期和黄熟期)与后两个成熟阶段(褐熟期和黑褐期)均有显著性差异。丹霞梧桐的种子饱满率则随着成熟度的增加而增加，这可能是因为随着种子不断脱水干燥，虫蛀、空瘪粒等不饱满的种子很容易被风等外界因素吹落。丹霞梧桐的种子活力在4个成熟阶段没有显著差异且均高于93%，说明4个阶段的种子均已生理成熟，具备萌发的能力。

表2 丹霞梧桐不同成熟度种子的质量特征Table 2 Quality characteristics of Firmiana danxiaensis seeds at different maturity levels

注：每组曲线后不同字母表示数据间存在极显著差异(p<0.01)。 图2 丹霞梧桐不同成熟度种子的吸水率Fig.2 Water absorption rates of Firmiana danxiaensis seeds at different maturity levels

2.3 吸水实验

由图2 a可知，绿熟期实验组和对照组种子吸水率差异不显著，且最终吸水率都低于8%，说明此时期种皮刺破与否，种子都无法吸收太多外界的水分，这可能与该时期种子自身的含水量(61.35%)较饱和有关(表2)。

黄熟期实验组对照组与实验组种子吸水率比绿熟期均有明显上升，分别达32.48%和28.33%，但两者之间差异不显著(图2 b)。由表3可以看出，黄熟期对照组未刺破种皮种子的吸水率与褐熟期、黑褐期对照组种子无显著差异，而与绿熟期对照组种子差异显著，由此可以推断黄熟期及后两个成熟期阶段的对照组种子的吸水可能仅是干燥皱缩的外种皮的吸水造成的。由于黄熟期种子自身的含水量(50.23%)仍然较高(表2)，因此该时期实验组的刺破种皮的种子对外界水分的吸水率(32.48%)仍然不大(表3)。

褐熟期和黑褐期对照组种子吸水率仅为21.64%和24.66%，实验组则急剧上升至86.50 %和91.96%，两组数据之间差异极显著(p<0.01)(图2 c、图2 d)。此外，由表3可以看出，褐熟期与黑褐期实验组的吸水率与绿熟期和黄熟期的实验组种子差异显著，说明随着种子的不断脱水，褐熟期和黑褐期干燥的种壳已经成为严重阻隔种子吸水的物理障碍，刺破种壳可以使种子大量吸水。

表3 丹霞梧桐不同成熟度种子的吸水率比较Table 3 Comparison of water absorption rates of Firmiana danxiaensis seeds at different maturity levels

2.4 萌发实验

由图3和表4可以看出，不同成熟度种子的萌发进程差异较大。其中，黄熟期种子最早萌发(第10天)，且萌发时间集中(播种后10～20 d)(图3)，GP、GI及GRI均最高，GI和GRI均与其他成熟度种子有显著差异(p<0.05)(表4)。

图3 丹霞梧桐不同成熟度种子的萌发进程Fig.3 Germination process of Firmiana danxiaensis seeds at different maturity levels

表4 丹霞梧桐不同成熟度种子的萌发指标Table 4 Germination indexes of Firmiana danxiaensis seeds at different maturity levels

褐熟期种子各项指标与黄熟期最为接近，首次萌发天数和GP与黄熟期种子没有显著差异，但GI和GRI与黄熟期种子有显著差异(p<0.05)(表4)。这表明褐熟期种子的萌发速率较慢，从图3也可以印证，褐熟期种子萌发时间较分散，播种后12～34 d均有陆续萌发。

绿熟期和黑褐期种子首次萌发天数较长，分别为15 d和21 d，萌发主要集中在中后期(图3)，GP、GI及GRI均处于较低水平(表4)。

2.5 丹霞梧桐种子成熟度与种子质量特征及萌发指标的相关性分析

运用SPSS 23.0软件进行双变量相关分析，揭示了丹霞梧桐种子成熟度(X1)主要与种子的质量特征数据，包括直径(X5)、含水量(X6)、千粒重(X7)有极显著负相关。千粒重与GI(X2)、GRI(X3)、GP(X4)3个萌发指标和直径、含水量两个质量指标均呈显著正相关(表5)。

表5 丹霞梧桐不同成熟度种子质量特征及萌发指标的相关分析Table 5 Correlation analysis of seed quality characteristics and germination indexes of Firmiana danxiaensis seeds at different maturity levels

3 讨 论

根据果皮及种子的外观形态特征对种子的成熟度进行划分是较常见的一种方法[8-10]。本试验根据不同时期采收的丹霞梧桐种子，其果皮、外种皮颜色上表现出由绿到褐、表面由光滑到皱缩的变化，将其形态成熟期划分为绿熟期、黄熟期、褐熟期和黑褐期(图1)。由于每年气候及环境条件的波动性，可能会影响种实的成熟时间。因此，根据不同成熟度果实及种子的形态特征来确定每年丹霞梧桐种子的适宜采收期是一个较为简易的初步识别方法。

随着种子成熟度的不断增加，除形态特征在不断变化外，种子的一系列质量特征也在不断改变。表现为直径、千粒重、含水量持续下降(表2、表5)，进而促使果实与种子外观和内部形态发生变化(图1)。

此外，吸水及萌发实验的结果表明，随着种子的不断脱水，褐熟期和黑褐期干燥的种壳已经成为种子吸水的物理障碍(图2、表3)，进而影响褐熟期种子的GI和GRI显著低于黄熟期，表现为种子萌发延迟、不整齐；黑褐期的GP、GI及GRI进一步显著降低，种子进入休眠的状态(图3、表4)。综上表明，从褐熟期开始，硬化的种壳通过阻碍种仁吸水，影响着种子的萌发进程。

相关分析结果显示，千粒重与GI、GRI和GP三个萌发指标均呈显著正相关。因此，通过测定千粒重，结合种实的形态特征，可以定量的指导野外采种工作，即如果当年采集的种子是需要随采随播的，则当种子持续脱水干燥进入黄熟期，千粒重下降到150～280 g之间时(表2)，进行种子采收，该时间采收的丹霞梧桐种子萌发早、萌发期集中、萌发率最高(图3，表4)；形态特征是种子生理特性的外在表现，虽然根据形态特征来确定适宜采种期简单易行，但人为划分的4个形态成熟期之间是一个连续模糊的过程，界线不清晰。因此，通过“形态特征”+“质量特征”的方式，以形态成熟期结合千粒重这个定量的质量指标来确定丹霞梧桐的适宜采种期，则更科学严谨。