垂珠花种子特性与休眠机制破除方法

许晓岗 郭晓旭 吴秀萍 刘政

摘要：为探寻垂珠花种子的休眠机理及其破眠方法，以采自江苏南京栖霞山的垂珠花种子为材料，通过对其吸水率、不同层积时期种子生理生化指标的测定及萌发抑制物分析，并用不同药剂处理进行发芽试验。结果表明，垂珠花种子为综合休眠型，休眠原因包括种皮障碍、内源抑制物的存在以及生理后熟现象。经1 200 mg/L GA3预处理24 h并结合低温沙藏层积30 d即可逐步解除垂珠花种子休眠，发芽率最高达43.47%。

关键词：垂珠花;安息香科;种子休眠;休眠解除;GA3

中图分类号： S685.990.1  文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）16-0163-04

收稿日期：2018-04-19

基金项目：江苏高校优势学科建设工程资助项目（编号：PAPD）;江苏省常熟市农业产业关键技术创新项目（编号：CN201710）;江苏省南京市绿化园林局科技项目（编号：YLKJ201812ZD）。

作者简介：许晓岗（1968—），男，江苏南京人，博士，副教授，高级工程师，从事植物资源利用研究。

垂珠花（Styrax dasyanthus Perkins）为安息香科（Styracaceae）落叶小乔木，生于向阳山坡次生林中，皖、闽、桂、贵、冀、湘、苏、赣、鲁、川等省份均有分布[1];其花盛开时繁花似雪，清香优雅，朵朵下垂，叶可药用，种子可榨油，是一种集观花、观果、药用、芳香及油料多用资源植物，具有很大的綜合开发利用价值及广阔的园林应用前景[2-3]。垂珠花这一类种皮坚硬的种子，种壳机械阻碍可能是致其发芽困难的原因之一，但可能不是其休眠的主要原因。本试验以江苏南京栖霞山垂珠花为材料，旨在通过对垂珠花种子休眠特性进行研究，探明其种子休眠的原因，并探索打破休眠的有效方法，为提高垂珠花有性繁殖系数，也可为该属其他植物的开发利用提供理论基础和技术借鉴。

1 材料与方法

1.1 供试材料及采集地状况

种子于2017年8月中旬在南京栖霞山（32°09′06″N、118°57′30″E），以直接采摘果实而获得，同年于南京林业大学进行试验。采集地属北亚热带季风湿润气候区，受季风影响明显，雨量充沛，光照充足，四季分明，6月中旬至7月初为梅雨季节，年平均气温15.1 ℃，极端最高温43 ℃，极端最低气温-14 ℃;年平均降水约1 000 mm，年日照时数1 722 h，无霜期229 d，年均相对湿度76%。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 种子活力

（1）用TTC法[4]测定新采收的垂珠花种子生活力，试验重复3次，每个重复100粒种子。

（2）发芽试验。取饱满的种子，发芽床为铺有滤纸与湿沙的培养皿，每皿30粒，置于25 ℃恒温光照培养箱进行发芽试验。以连续3 d中每天的发芽率不超过参试种子总数的1%视为萌发结束[5]，持续30 d，统计发芽数并计算发芽率。

1.2.2 种皮障碍观测

（1）种子透水性分析。采用称质量法测定种子吸水率[6]。

（2）种子透气性及机械处理分析。选取未沙藏种子，用 0.3% H2O2[7]于室温浸种5 h，使种皮受到轻度腐蚀，清水冲洗后用800 mg/L GA3处理24 h，以蒸馏水浸种5 h为对照，同时取未沙藏种子进行刻伤处理，以空白为对照，每个重复30粒，重复3次。种子发芽方法同上。

1.2.3 种子萌发抑制物质测定

分别将低温层积沙藏0、30、60、90、120 d的种子的种皮、胚乳及胚分离，种皮和胚乳从100粒种子中获取，胚因量较少而从200粒种子中获取，用10倍于组织质量的蒸馏水分别溶解种皮、胚乳和胚的萃取物，置于25 ℃恒温箱浸泡48 h，浸提液分别浸泡白菜籽12 h，以空白对照，置于25 ℃培养箱中发芽试验，36 h后测定白菜籽发芽率，重复3次。

内源物抑制率：抑制率=（1-处理/对照）×100%。

1.2.4 种子可溶性糖、可溶性蛋白含量的测定

分别用蒽酮比色法[8]和考马斯亮蓝G-250染色法[9]测定经不同沙藏时间的种子中可溶性糖及可溶性蛋白的含量。

1.2.5 种子破眠组合试验

将新采收的垂珠花种子干燥，剥除果皮和杂质，阴干后采取室温干藏、室温沙藏、低温层积处理（4 ℃）、自然低温层积处理、变温层积处理（25 ℃/4 ℃）和种子预处理后低温层积处理（500、800、1 200 mg/L GA3预处理）6种方法。至0、30、60、90、120 d分别取出种子进行发芽试验，方法同“1.2.1”节。

1.3 数据处理

数据用Microsoft Excel及SPSS 17.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 种子的生活力及其萌发

由表1可以看出，垂珠花种子平均生活力为43.63%，而发芽试验所得其发芽势、发芽率均为0，远低于生活力，表明种子存在极显著的休眠现象[10]。

2.2 种皮透性及其对发芽的影响

2.2.1 透水性及其对发芽的影响

图1显示，3组处理（CK;T1，60 ℃热水处理;T2，机械刻伤处理的种子60 ℃热水处理）的吸水率变化趋势基本一致：前24 h为种子快速吸水期，吸水率呈直线上升;24 h后吸水速率缓慢上升，并渐趋平衡;58 h后基本达到吸水饱和。在吸水后期，CK与T2处理的吸水率大致相等，表明种皮透水性并不是制约种子萌发的主要原因。

2.2.2 透气性及其对发芽的影响

由图2可见，处理1（0.3% H2O2 5 h+800 mg/L GA3处理24 h）、处理2（刻伤处理）增强了垂珠花种子的种皮透气性，其发芽率、发芽势较CK均显著提高，说明垂珠花种子的种皮透气性较差，影响种子萌发。但处理1、处理2的种子发芽率、发芽势均未超过 12.5%，未达到其种子平均生活力水平，表明垂珠花种皮透气性虽影响种子萌发，但并不是主要原因。综合考虑垂珠花种皮的透水性和透气性，表明种皮障碍是其休眠的原因之一，但并非主要原因。

2.3 种子萌发抑制物质的化感活性

从图3可见，垂珠花种子各部分水提液对白菜种子发芽均有抑制作用，抑制活性从强到弱依次表现为种胚>胚乳>种皮，且随着层积时间的延长，对白菜种子的抑制作用减弱。由图4、图5可见，垂珠花种子各部分浸提液对白菜幼苗和根的生长也存在抑制作用，随着层积时间的增加，抑制作用减弱，对应的白菜幼苗高、根长逐渐上升。说明垂珠花种子各部分均存在不同浓度的水溶性萌发抑制物，影响了种子的萌发;种子须经过一段时间的层积处理，逐渐分解萌发抑制物，从而解除种子休眠。

2.4 不同处理方法对种子萌发的影响

2.4.1 不同贮藏方式处理

由表2可知，6种储藏方式中，室温干藏处理（Ⅰ）所得结果最差，累积发芽率、发芽势均为0，种子未萌发;室温沙藏处理（Ⅱ）、变温沙藏处理（Ⅲ）、低温（4 ℃）沙藏处理（Ⅳ）及自然低温沙藏处理（Ⅴ）效果不佳，累积发芽率、发芽势均低于20%;只有1 200 mg/L GA3预处理后低温沙藏层积处理（Ⅵ）能显著提高垂珠花种子的发芽率和发芽势，有效打破其种子休眠。说明生理休眠可能是限制种子萌发的主要因素。

2.4.2 综合处理

由图6可看出，不同浓度赤霉素预处理的垂珠花种子发芽率和发芽势有明显区别，1 200 mg/L GA3浸种处理能显著提高垂珠花种子的发芽率和发芽势，有利于种子打破休眠;隨着低温层积时间的延长，垂珠花种子的发芽率与发芽势亦均呈上升趋势。CK组层积初始种子发芽率和发芽势均为0，说明种子存在休眠现象。随着层积时间的延长，其发芽率、发芽势有所提高，表明可通过低温层积处理来加速种子生理后熟进程，从而促进种子萌发。而用 1 200 mg/L  GA3处理24 h后4 ℃低温层积120 d发芽率和发芽势最高，分别达到44.4%和35.56%，该处理组合与CK组及其他组合之间均存在极显著或显著差异，故GA3预处理结合低温层积的效果更佳。

在层积过程中，无论是不同GA3浓度变化处理，还是低温层积时间的变化，各处理组发芽势、发芽率差异性明显，说明一定浓度GA3处理结合4 ℃低温沙藏30 d即可逐步打破垂珠花种子的休眠，120 d时效果更佳。

2.5 层积处理对种子中可溶性糖、可溶性蛋白含量的影响

由图7可知，垂珠花种子在层积过程中可溶性糖含量出现了“上升→降低→上升”的波动变化。层积0～30 d，种子内贮藏的淀粉初步分解，可溶性糖含量小幅度上升;而在层积 30～60 d时，种子发育需要足够的能量，可溶性糖被大量利用，其含量急剧下降，仅为18.34 mg/g;随着层积时间的延续，种内淀粉持续分解，可溶性糖含量又由下降转为上升趋势，60～120 d这段时间内，其含量不断上升，恢复到了 34.83 mg/g。

可溶性蛋白含量同可溶性糖含量变化一致，亦呈现出上升后降低再逐步升高的趋势。层积30 d后，种子内部组织开始分化，蛋白质含量略有上升，达50.13 mg/g;层积60 d时，其含量骤然降低至27.84 mg/g，分化剧烈;90～120 d内可溶性蛋白含量呈现出逐步上升的趋势，分化阶段完成，此时也为部分种子开始发芽的阶段，含量回升至43.47 mg/g（图7）。

3 结论与讨论

3.1 垂珠花种子休眠特性溯源

野外垂珠花生境调查发现，垂珠花生长于土层瘠薄、多砾石的山坡中，生长环境恶劣。其种子于8月中旬成熟，须经历夏、秋、冬至翌年春天（3月下旬），其间有长达7个月的干旱、冷热等环境变化，直至气候条件适宜时才能得以萌发。垂珠花种子生活力较高，却难以萌发，表明种子本身具有休眠特性，与种子生活力无关。其种皮致密，透水性、透气性较差，种仁富含油脂，吸水性不强，极大程度地减少种子内部的代谢活动，以确保种子能在不良环境中较好地保存。王桂萍等在赤霉素处理同属的野茉莉种子过程中发现，野茉莉种子播种后，部分种子当年没有发芽，至翌年3—4月才发芽，即野茉莉种子存在生理后熟现象，第2年种子成熟后一旦遇上适合的环境条件便可以萌发，从而产生滞后性萌发现象[11]。从本试验所得结果推测，垂珠花和野茉莉有着相似的休眠特性，也存在生理后熟现象。综上所述，垂珠花种子属于综合休眠，种皮的高度不渗透性、内源抑制物质的存在以及生理后熟抑制种子的萌发，这种特性是该物种长期适应其生存环境的结果。

3.2 垂珠花种子休眠机理

种子休眠和萌发过程中都进行着物质代谢和转化。在层积过程中，前期（0～30 d）可溶性糖、可溶性蛋白含量增加，可能来源于淀粉或脂肪等不断降解;层积30～60 d时，种子的呼吸作用加强，内部组织分化加剧，代谢或转化加速，可溶性糖、可溶性蛋白被消耗，其含量大幅下降;层积后期（60～120 d），也是跨年度时期，随着种子后熟作用的进行和内源抑制物质的变化，可溶性糖、可溶性蛋白含量迅速增加，为种子萌发提供物质和能量基础，这段时期内种子萌发率显著提高，与种子发芽测定结果相吻合。垂珠花种子在萌发过程中，内源抑制物和生理后熟可能是限制种子萌发的主要因素。有关垂珠花种子各部分内源抑制物的种类和含量，有待于进一步分析研究。

3.3 垂珠花种子休眠破除方法

垂珠花种子的休眠是种皮障碍、内源抑制物质与生理后熟共同作用的综合休眠。因此，打破垂珠花种子休眠的关键是同时克服种皮障碍、分解转化内源抑制物质以及加快后熟进程。本试验中垂珠花种子贮藏的最佳方式为GA3预处理结合低温沙藏层积处理，它能降低内源抑制物活性、促进种子内部物质的代谢转化，有效解除垂珠花种子的休眠，使其发芽率得到较大幅度的提高。种子经1 200 mg/L GA3预处理后低温沙藏层积120 d后，可使其发芽率、发芽势分别达到4347%、38.37%，约为CK的10、16倍，接近种子生活力。

3.4 建议

本试验中所得出的处理方式能有效解除垂珠花种子休眠，且简单易行便于推广。处理所得的垂珠花种子发芽率、发芽势均未超过50%，仍处于较低的发芽水平，在生产实践中会造成不必要的资源浪费。针对其种子休眠程度不同所产生的阶段性萌发现象，提出种子动态贮藏的方法，当年未萌发的种子第2年同新种子继续进行层积处理，使每一批种子在不同时段内均有萌发的机会，从而提高种子利用率，使其在生产上更具应用价值。

参考文献：

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