加拿大红叶紫荆种子休眠与萌发特性

刘 飞，庞晶晶，张克亮

(1.徐州生物工程职业技术学院，江苏徐州 221006；2.江苏省宝应县农业农村局，江苏宝应 225819；3.扬州大学园艺与植物保护学院，江苏扬州 225009)

种子是农业生产的基础，在植物种质资源保存和遗传多样性方面发挥着重要的作用[1-2]。由于长期的进化适应，生长在不同生境中的植物具有不同的种子休眠特性[3-5]。从生物学角度来说，休眠可以降低种子在冬季萌发而使幼苗冻死的风险[1，4]。在生产上，如果种子具有休眠，常常会导致出苗率低的问题[6]。通过对种子休眠和萌发的研究，可以增加对植物适应环境方式的了解，还可以为农业生产提供科学理论指导和技术保障。

加拿大红叶紫荆(Cerciscanadensis‘Forest Pansy’)为豆科紫荆属加拿大紫荆的栽培品种[7]。它初春花叶同放，叶片鲜红，花色丰富、色彩鲜艳，在园林造景时具良好的观赏价值[8]。此外，该物种具有较强的抗寒和耐碱盐能力，适合在我国大部地区种植[9]。种子繁殖是加拿大红叶紫荆的主要繁殖方法之一，然而，因为其种子的休眠特性，导致了萌发周期较长，出苗率低，严重阻碍了加拿大红叶紫荆进一步的开发利用[7]。目前，对加拿大红叶紫荆的研究主要集中在植株对干旱胁迫的响应[10]、组织培养[11]、嫁接育苗[12]等方面，而在加拿大红叶紫荆种子萌发特性方面的研究很少。鉴于此，本试验以加拿大红叶紫荆种子为研究对象，通过调查种子吸水率及温度和光照对萌发的影响，确定种子的休眠类型。在此基础上，通过低温层积、热水、浓硫酸处理等方式找出打破种子休眠的最佳方法，以期为降低加拿大红叶紫荆育苗成本提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

新成熟的加拿大红叶紫荆种子于2020年11月购自宿迁蓝海种业有限公司。购买的种子保存在-18 ℃条件下备用。

1.2 试验方法

1.2.1 种子大小、质量和含水量的测定 随机选取加拿大红叶紫荆的种子10粒，用游标卡尺分别测量种子的长、宽、厚。另外，使用分析天平测定种子质量，随后将种子放入75 ℃的烘箱中，48 h后测量种子干质量与含水量。

1.2.2 种子的吸水特性 随机选取加拿大红叶紫荆种子200粒，分成8组，每组25粒。用手术刀划破其中4组的种皮，称量并记录8组种子的质量。随后，将8 mL蒸馏水加入到直径为10 cm的培养皿中，放入种子，分别进行0、2、4、6、8、10、12、24、48、64 h的吸胀处理，随后取出种子擦干并称质量，称完放回培养皿。计算种子吸水率：

Wr=(Wf-Wi)÷Wi×100%。

式中：Wr代表种子吸水率；Wf为种子吸收特定时间的水分后的质量；Wi代表最初种子质量。

1.2.3 新成熟种子的萌发特性 在直径为10 cm的培养皿中加入8 mL蒸馏水，并放入种子。将培养皿放置在5/15(黑暗12 h/光照12 h，下同)、10/20、15/25、20/30 ℃的培养箱内。在12 h光照—12 h黑暗(以下简称光照)和24 h全黑暗下进行试验。全黑暗指的是将培养皿放入不透光的黑色袋中。萌发测试30 d后，计算最终萌发率。

1.2.4 划破种皮对种子萌发的影响 随机选取8组种子，每组种子25粒，其中4组种子用手术刀划破种皮。然后，种子置于5/15、10/20、15/25、20/30 ℃ 的黑暗和光照条件下萌发。萌发试验进行30 d，试验结束后，统计最后的种子萌发率。

1.2.5 划破种皮+冷层积处理对种子萌发的影响 将用蒸馏水湿润好的干净沙子放置在直径为 20 cm、深为10 cm的铁盒底部，沙子上平铺2层滤纸。随机选取1 200粒划破种皮的种子放在滤纸上，盖紧铁盒，然后放在4 ℃的冰箱内，层积3个月。每个月取出400粒种子，分别在5/15、10/20、15/25、20/30 ℃条件下进行萌发试验。每天观察并记录1次萌发情况。萌发测试30 d后，计算最终萌发率。

1.2.6 划破种皮+赤霉素(GA)处理对种子萌发的影响 在直径为10 cm的培养皿里铺2层滤纸，随后放入划破种皮的加拿大红叶紫荆种子。每个培养皿中分别加入8 mL浓度为0(蒸馏水对照)、250、500、1 000 mg/L 的赤霉素溶液。随后在5/15、10/20、15/25、20/30 ℃条件下进行萌发试验。萌发测试30 d后，计算最终萌发率。

1.2.7 浓硫酸+冷层积处理对种子萌发的影响 将种子放入含有50 mL浓硫酸的烧杯中分别处理15、30、45、60 min，完成后倒入土壤筛中，用自来水冲洗10 min，置于吸水纸上晾干。然后将处理不同时间的种子(以未经浓硫酸处理的种子为对照)放在4 ℃ 的冰箱内层积3个月。在层积结束后，于15/25 ℃条件下进行萌发试验。萌发测试30 d后，计算最终萌发率。

1.2.8 湿热+冷层积处理对种子萌发的影响 分别将种子置于65、80、95 ℃的水浴锅内处理5 min，然后将种子置于4 ℃的冰箱内层积3个月。在层积结束后，于15/25 ℃条件下进行萌发试验。萌发测试30 d后，计算最终萌发率、死亡率和休眠率。

1.3 数据分析

所有数据均以“平均值±标准误”的形式表示。萌发试验均设置了4次重复，每次重复25粒种子。每天观察并记录1次萌发情况。采用方差分析比较不同处理对加拿大红叶紫荆种子萌发率的影响。如果方差分析结果存在显著差异，则用Duncan’s法进行多重比较。所有数据分析均在SPSS 21.0中进行。

2 结果与分析

2.1 种子大小、质量和含水量

新成熟的加拿大红叶紫荆种子为阔卵圆形，扁平，黑褐色，表面光滑。种子千粒质量为(20.564±0.862)g。种子长度、宽度、厚度分别为(4.422±0.113)、(2.691±0.112)、(1.153±0.040)mm。种子含水量为8.47%

2.2 种子吸水特性

在100粒种皮未破坏的加拿大红叶紫荆种子中，只有4粒种子可以吸水(体积增大)。划破种皮后，种子的吸水速率即吸水量迅速增加。种子吸水速率在前8 h最快，吸水率达(71.258±1.984)%；24 h后种子吸水达到饱和，质量几乎不再增加，此时划破种皮的加拿大红叶紫荆种子和完整种子的吸水率分别为(79.067±2.528)%、(3.467±2.537)%(图1)。

2.3 新成熟种子的萌发特性

无论在光照条件还是黑暗条件下，新成熟的加拿大红叶紫荆种子在30 d内不同温度、光照条件下的萌发率均小于5%。方差分析结果表明，温度(P=0.070)、光照(P=1.000)及二者的交互作用(P=0.602)对种子萌发率影响不显著。

2.4 划破种皮对种子萌发的影响

种子萌发率在划破种皮后显著提高(P<0.05)，然而，最高萌发率仅有12%(图2)。方差分析结果表明，温度(P=0.137)、光照(P=0.999)及二者的交互作用(P=0.955)对划破种皮的加拿大红叶紫荆种子萌发率影响不显著。

2.5 划破种皮+冷层积处理对种子萌发的影响

通过划破加拿大红叶紫荆种子的种皮+冷层积处理能够有效提高萌发率(图3)，且种子萌发率随层积时间的延长为逐渐增加。3个月的冷层积可以使种皮被切的种子发芽率达到80%以上。方差分析结果表明，萌发温度(P<0.001)、低温层积时间(P<0.001)以及二者的交互作用(P<0.05)对种子萌发率具有显著影响。

2.6 划破种皮+赤霉素处理对种子萌发的影响

划破种皮+赤霉素处理能够显著提高加拿大红叶紫荆种子的萌发率(P<0.001)(图4)。其中250、500 mg/L赤霉素处理的效果>1 000 mg/L的处理效果。

2.7 浓硫酸+冷层积处理对种子萌发的影响

浓硫酸处理对加拿大红叶紫荆种子的萌发率影响显著(P<0.001)(图5)。在0～30 min内，随着处理时间的延长，萌发率也逐渐提高，而在30 min之后，萌发率则随着处理时间的延长而开始下降。

2.8 湿热+冷层积处理对种子萌发的影响

湿热(温水)处理可以显著提高种子的萌发率。随着水温的升高，休眠种子的比例逐渐减小，但是种子的死亡率也逐渐增加(图6)。

3 讨论与结论

Baskin等将种子休眠分成物理、生理、形态、形态生理和复合5种休眠类型[13]。其中，具有物理休眠的种子通常具有较厚的栅栏层，导致种子不能吸水[14]。生理休眠是由于胚的生长势弱或种子内部含有的萌发抑制物质引起的[15-16]；具有形态休眠的种子胚通常较小且发育不完全，需要在种子脱落后进行发育成熟[13]；形态生理和复合休眠分别指种子具有物理+生理和生理+形态的休眠类型[5]。

本研究中，新成熟的加拿大红叶紫荆种子在各个温度条件下的萌发率均<5%，表明它们的种子具有休眠特性。未划破种皮的种子在吸水72 h后，种子质量仅增加了3.4%，这是由于在试验所选取的100粒种子中，有4粒种子可以吸水，而剩余的96粒种子均不能吸水。在划破种皮后，种子的质量迅速增加，在吸水2 h后，种子的质量增加了33%，表明加拿大红叶紫荆休眠具有物理休眠的特性。在用手术刀划破种皮后，种子虽然能正常吸水，但是最高萌发率只有12%，说明除物理休眠外，种子还具有其他的休眠类型。将损伤种皮后的种子经过不同时间的冷层积或不同浓度的赤霉素处理后，萌发率均可大幅提升，表明加拿大红叶紫荆的种子还具有生理休眠的特性。综上所述，加拿大红叶紫荆的种子具有物理休眠和生理休眠的特性，即具有复合休眠特性。

目前，已报道的具有复合休眠特性的物种主要集中在豆科和牻牛儿苗科[1，13]的植物种子中。具这类休眠的种子需要分别打破物理休眠和生理休眠，种子才能萌发[13]。在自然生境下，生理休眠主要依靠冬季的低温打破；在实验室内，可以通过赤霉素和冷(或暖)层积的方式打破[1]。本研究的结果与之一致，通过3个月的4 ℃冷层积或500 mg/L赤霉素处理均可使萌发率达到80%以上。

土壤温度的剧烈变动是打破物理休眠的主要方式，尤其是在春季，白天的温度突然升高，而晚上的温度突然下降，通过热胀冷缩的作用使种子表皮破裂[17]。湿热和浓硫酸处理是人工打破物理休眠常用的方法，其目的在于人为地损伤种皮结构[1]。但是这些方法都存在有不确定性，若处理时间太短，则会使休眠打破不彻底，而处理时间太长，则会导致种胚损、种子死亡或形成发育畸形的幼苗等[18-20]。胡小文等对印度田菁种子的研究发现，硫酸处理是打破印度田菁种子休眠最有效的方法，大于80%的种子在经硫酸处理6 min后可以萌发，而当硫酸处理时间增至15 min时，只有小于20%的种子可以萌发[21]。本研究中，30 min的浓硫酸处理可以显著破除加拿大红叶紫荆种子的休眠，在 30 min 之后，随着处理时间的延长，萌发率开始下降，说明浓硫酸在腐蚀掉种皮之后腐蚀到了种胚。此外，通过热水处理发现，随着处理温度的升高，种子萌发率和死亡率都在逐渐升高，这也是由于高温损伤了加拿大红叶紫荆的种皮结构，随着高温时间的延长，种胚死亡率逐渐增加的原因。

通过研究加拿大红叶紫荆种子的形态结构、种子吸水特性以及种子休眠的打破方式得出加拿大红叶紫荆种子具有复合休眠特性。通过划破种皮、浓硫酸处理30 min或80 ℃温水处理5 min能有效打破种子的物理休眠，而通过3个月的4 ℃冷层积或500 mg/L赤霉素处理可以有效打破生理休眠。在实际生产过程中，可以对采收的加拿大红叶紫荆种子机械损伤种皮，而后在冬季进行沙藏，来年播种。