不同处理方式对元宝枫种子发芽的影响

鲁 敏,乔伟光, 师鹏飞,尚海军,闫 婷,2,孟显悦

(1. 内蒙古自治区林业科学研究院,内蒙古 呼和浩特 010010; 2. 沙地生物资源保护与培育国家林业局重点实验室,内蒙古 呼和浩特 010010; 3. 内蒙古达拉特荒漠生态系统国家定位观测研究站,内蒙古 鄂尔多斯 014300; 4. 内蒙古自治区林业和草原监测规划院,内蒙古 呼和浩特 010020)

元宝枫(Acertruncatum)为槭树科槭属植物,其适应范围广、抗逆性强[1],秋叶色变化多样、木材质优、叶片可用于制茶,种仁油脂含量 40%～50%,油脂中含有的神经酸成分可用于脑损伤修复[2],是集生态、观赏和经济价值为一身的中国特有乡土植物,也是内蒙古科尔沁沙地天然疏林的重要组成树种[3-4]。近年来,随着人们对林业保健食品认识水平的不断提高,元宝枫作为新资源树种,其籽油、叶片等成分的提取提纯及功能开发利用等方面的研究不断深入[5],对元宝枫种苗的需求量也在逐年增加[6]。目前,播种繁育是元宝枫育苗的主要方式,但由于其果皮及种皮障碍导致种子存在一定程度生理休眠[7-9],出现发芽率低、出苗不整齐、育苗成效低等问题。为此,本试验以元宝枫种子为材料,通过分析不同种子处理方式、不同方式浸种、不同培养基质对元宝枫种子发芽的影响,探索实用、有效的元宝枫种子处理方法,进而提升其播种育苗效率。

1 材料与方法

1.1 试验材料及研究区概况

元宝枫种子采自内蒙古兴安盟科尔沁右翼中旗五角枫自治区级自然保护区(45°00′56″—45°18′09″N,120°20′59″—121°44′41″E)。该保护区平均海拔280 m,年均气温 5.5 ℃,年均降水量383 mm,年蒸发量 2 391.3 mm,年日照时数 3 132.5 h,无霜期140 d 左右,年平均风速 4.5 m·s-1。保护区内主要乔木建群种有元宝枫、榆树(Ulmuspumila)、大果榆(Ulmusmacrocarpa) 等,主要灌木树种有山杏(Prunussibirica)、绣线菊(Spiraeasalicifolia)等。2022年10月选择生长健壮、结实量大、无病虫害的优良单株作为采种母树,将采集的种子带回实验室晾晒,剔除坏种及干瘪种子,种子自然干燥后密封装袋置于4 ℃冰箱中贮藏备用。

1.2 种子形态观察及千粒重测定

准备好元宝枫完整种子、剥除果皮种子以及剥除种皮种子,种子处理情况如图1所示。每种处理的种子选取500粒,设置5个重复,每个重复100粒,利用游标卡尺测量种子长度、宽度及厚度。种子千粒重参照《林木种子检验规程》(GB 2772—1999),采用百粒法进行测定。

注:A为完整种子;B为剥除果皮种子;C为剥除种皮种子。图1 元宝枫种子不同处理状态Fig.1 Different treatment states of Acer truncatum seeds

1.3 种子吸水测定

元宝枫带果皮的完整种子、剥除果皮种子以及剥除种皮种子,每种处理选取饱满、无病害的种子150粒,设3组重复,每组重复 50 粒,分别称重并记录后,于2022年11月14日早上8:00开始,用纱布将上述3种处理种子包好放入烧杯置于25 ℃培养箱中,加蒸馏水吸胀,分别于2,4,6,8,10,12,24,48,72,96 及120 h取出,滤纸吸干表面水分后迅速称重,根据吸水前后质量变化计算吸水率,计算公式为:吸水率=(浸种后种子重量-浸种前种子重量)/浸种前种子重量×100%。

1.4 种子萌发试验

选取饱满、大小均匀的元宝枫完整种子、剥除果皮种子以及剥除种皮种子,用 0.1% 的高锰酸钾消毒处理2 h后清水冲洗,进行如下处理:(1)不浸种;(2)25 ℃浸种24 h;(3)55 ℃浸种24 h。

将上述处理后的种子分别置于灭菌湿滤纸、灭菌湿细砂(砂子湿度控制在 40% 左右,手攥成团松开即散)、灭菌脱脂棉的培养皿中。各处理因素及水平见表1,处理的编号为T1～T9。5组重复,每组 50 粒种子,于光照培养箱中进行种子发芽试验,设置培养条件为25 ℃、光照12 h·d-1、相对湿度 40%,每天做好萌发过程记录,并及时补充水分使滤纸保持湿润,以种子胚根突破种皮1 mm 为发芽标准,直到连续5 d不再有种子发芽,停止试验,计算种子发芽率。

表1 元宝枫种子萌发试验处理因素及水平设置表Tab.1 Treatment factor and level settings for Acer truncatum seed germination test

1.5 数据分析

使用 Excel 进行数据的统计和计算,数据以平均值±标准偏差表示,利用SPSS 23.0 对数据进行方差分析及Duncan多重比较进行分析。

2 结果与分析

2.1 元宝枫种子特性

元宝枫种子为双翅果,两翅通过着生痕连接在一起,张开成锐角或钝角。翅果晾干后的千粒重为 170.90 g,果皮及种皮占翅果总重量的 30% 左右;翅连同其内种子的平均长度为 24.72 mm,翅宽 10.23 mm。剥除果皮后,种子呈压扁状且有褐色种皮包裹,平均长和宽分别为 10.30 mm、6.79 mm。元宝枫种子的种皮较薄,剥除种皮后的种仁呈淡黄色,种仁长度占翅果长的1/3,见表2。

表2 元宝枫种子的基本特性Tab.2 Basic characteristics of Acer truncatum seeds

2.2 元宝枫种子吸水特性分析

由图2可知,剥除果皮和剥除种皮的元宝枫种子吸水规律一致,随浸泡时间延长种子吸水率呈先增加后降低并趋于饱和。在浸泡0～2 h为急剧吸水阶段,2～4 h为缓慢吸水阶段,6 h后剥除果皮和剥除种皮的种子基本达到吸水饱和,达到饱和状态的吸水率分别为 55.00% 及 46.00% 左右。相比之下,完整种子随浸泡时间延长,种子吸水率变化趋势为较平稳的增加过程。浸种18 h后达到最大吸水率,此后吸水趋于饱和,达到饱和状态的吸水率为 45.00% 左右。此外,不同处理种子的最大吸水率为:剥除种皮种子(56.27%)>完整种子(47.05%)>剥除果皮种子(47.01%),方差分析结果显示,最大吸水率在剥除种皮种子与完整种子及剥除果皮种子间的差异显著(P<0.05)。由此可见,完整种子浸种预处理时间不得少于18 h;种皮是阻碍元宝枫种子水分吸收的主要因素之一,去除种皮可促进种子快速吸水。

图2 元宝枫种子不同处理的吸水率变化曲线Fig.2 Change curve of water absorption for Acer truncatum seeds with different treatments

2.3 元宝枫种子发芽特性分析

对元宝枫种子开展种子处理方式(因素A)、浸种温度(因素B)及培养基质(因素C)的9个试验处理进行极差分析,根据极差R值的大小可确定影响元宝枫种子萌发各因素主次关系。由表3可知,因素A的极差最大,R值为 49.80;因素C的极差最小,R值为 4.91,说明因素A对元宝枫种子萌发的影响最大,因素C对其萌发的影响最小,即3个因素对种子萌发影响的主次关系为A>B>C。在T1～T9的试验组合中,T8处理(剥除种皮+25 ℃浸种24 h+灭菌滤纸)的发芽率最高,为 80.07%;T6处理(剥除果皮+55 ℃ 浸种24 h+灭菌滤纸)的发芽率最低,为 5.33%。故元宝枫种子萌发的最优组合为A3B2C1。

表3 元宝枫种子发芽率极差分析Tab.3 Extreme difference analysis of Acer truncatum seed germination percentage

因素A对元宝枫种子萌发影响的差异达到了显著水平(P<0.05),因素B、因素C对元宝枫种子萌发的影响不显著,也进一步说明元宝枫种子处理方式对其发芽率的影响最明显,方差分析与极差分析的结果一致(表4)。

表4 元宝枫种子发芽率的方差分析结果Tab.4 ANOVA results of Acer truncatum seed germination

3 结论与讨论

元宝枫为双翅果,两翅间由着生痕连接,张开成锐角或近于钝角,成熟时易分离,种子呈圆形压扁状,其外有果皮及种皮包被,成熟果皮为淡黄色,种皮颜色为棕褐色,种皮内紧裹形态饱满的淡黄色种仁,果皮及种皮占其翅果重量的1/3左右。

开展种子吸水动态规律研究,不仅可了解其果皮及种皮透水情况,探究种皮及果皮对种子萌发障碍的影响作用[9],也可为其育苗浸种的预处理时间制定提供参考依据[10-12]。完整种子浸种24 h后吸水至饱和状态,剥除果皮及剥除种皮的种子吸水至饱和所需时间较短(浸种4 h后)。由此推测,果皮对于元宝枫种子吸水过程有一定延迟作用,但种皮相对较薄,对种子吸水延缓作用不明显。完整种子及剥除果皮种子达到饱和状态的吸水率基本相同,与剥除种皮种子的吸水率差异达到显著水平,说明元宝枫种子果皮的透水性较好,但种皮对水分吸收存在一定障碍,这一结论与三花槭(Acertriflorum)、色木槭(Acermono)等种皮透水性试验结果相同[13-15]。此外,元宝枫种子吸水试验结果表明,在育苗生产中,完整的元宝枫种子可采取浸种24 h的预处理措施有利于其萌发。

植物种子在萌发的过程中,由于种皮限制及其内含有萌发抑制物等原因导致种子存在不同程度休眠[16],在生产实践中常采用物理去皮或刻伤、温度处理及沙藏处理等方式提前预处理种子来提高其发芽率[17-20]。本研究结果显示,元宝枫种子剥除种皮后,25 ℃浸种处理24 h ,于灭菌滤纸上培养的发芽率最高。上述结果表明元宝枫种子剥除种皮后,由于解除了种皮中的抑制物及其对种子的机械束缚,种子的水分及气体交换能力加强,显著提高了种子的发芽率,也是本试验中影响元宝枫种子萌发的最主要因素。在梣叶槭(Acernegundo)、色木槭等槭属植物果皮及种皮对其种子萌发影响的研究中也发现,种皮是导致其种子萌发率低的重要因素[21]。在种子浸种处理方面,相比热水浸种,25 ℃浸种的萌发效果最佳。李久道等[22]利用80 ℃水温浸泡处理元宝枫种子后无一发芽,这可能是由于槭属植物种子的种皮较薄,热水预处理可导致种仁中的部分活性成分受损。此外,元宝枫种子室内萌发试验以灭菌滤纸为培育基质较灭菌湿细砂及脱脂棉的发芽效果好,但各处理间的差异不显著。

综上所述,元宝枫完整种子浸种24 h后吸水至饱和状态,其果皮透水性较好,种皮对水分吸收存在一定障碍,剥除种皮后,由于去除了种皮中的抑制物及其对种子的机械束缚,种子发芽率显著提高。在育苗实践中,可采用25 ℃浸种24 h对元宝枫种子进行预处理,提高其发芽率及出苗整齐度。