华西小石积种子休眠原因及萌发初探

李佛莲，魏灵敏，潘跃芝，王仕玉

(1.云南农业大学 园林园艺学院，云南　昆明650201；2.中国科学院昆明植物研究所，云南　昆明650201)



华西小石积种子休眠原因及萌发初探

李佛莲1,2，魏灵敏1，潘跃芝2，王仕玉1

(1.云南农业大学 园林园艺学院，云南昆明650201；2.中国科学院昆明植物研究所，云南昆明650201)

摘要：通过对华西小石积种子的形态、吸水性能、发芽试验和种子萌发抑制物的研究，并利用浓硫酸酸蚀和赤霉素处理其种子进行发芽试验，旨在探寻华西小石积种子休眠的原因并寻求相应的破眠方法。结果表明，华西小石积种子休眠的原因源于其外种皮的机械阻碍和种子内源抑制物的存在。用浓硫酸和不同浓度的赤霉素综合处理可以打破种子休眠，促进种子萌发，其中以浓硫酸酸蚀20min再以浓度为300mg/L的GA3浸泡24h处理可以使种子的萌发率达到50%。研究结果将为华西小石积种苗繁育提供参考。

关键词：华西小石积；种子萌发；休眠原因；破眠方法

华西小石积(Osteomelesschwerinae)俗称沙糖果，落叶或半常绿灌木,为蔷薇科(Rosaceae)小石积属(Osteomeles)植物，分布于四川、云南、贵州、甘肃等地，生长在海拔1 500～3 000m的山坡灌木丛或向阳干燥地带。其枝条萌芽力强，生长迅速，根系发达，耐旱，耐瘠薄，尤其耐牛羊啃食，是植被恢复、改良土壤、保持水土、涵养水源的优良乡土树种[1～2]。同时，其病虫害少，根和叶具有清热解毒、收敛止泻、治疗痢疾、风湿痹痛等功效。

刘善修等[3]利用华西小石积枝条特性，育种开发了华西小石积的潜在园艺价值。郭星[2]为增加白龙江干旱河谷脆弱区植被恢复的造林树种，根据华西小石积耐旱耐贫瘠的特点，对其进行采种育苗技术的探讨。然而，华西小石积目前多处于野生状态，种子繁殖是其主要的繁殖途径，现有关其种子休眠与萌发的研究尚未见报道。本试验采用称重法测定种子的吸水性能[4～6]，用种子的水浸提液对白菜籽萌发的生物鉴定方法[4,7～10]测定种子内源抑制物的存在，采用化学药剂浓硫酸的酸蚀作用以及赤霉素处理的方法[4,9～14]来打破种子休眠，旨在探讨其种子休眠特性，寻找破除种子休眠的有效方法，以期为华西小石积种苗快繁提供技术支持，也为打破种子休眠方面的研究提供基础参考数据，并为人工开发利用野生植物资源奠定理论基础。

1材料和方法

1.1试验材料

华西小石积种子采自云南石林，于2014年7月采集其果实经水浸泡洗去果肉后晾干得到。供试白菜籽(津绿60)从市场上购买，浓硫酸纯度为95.0%～98.0%(西陇化工股份有限公司)，赤霉素由上海生物化学试剂商店经销。

1.2试验方法

1.2.1种子的物理特性

以目测法观察华西小石积果实和种子的外形、色泽、质感等，用游标卡尺测量种子的纵径与横径，精确至1mm。采用以百粒重换算千粒重的方法得出种子的千粒重[15]，精确至0.01g。用手持折光仪测量果肉的含糖量。

1.2.2种子的吸水性能测定

取完整种子和破裂种子(借助外力将种子的外种皮破裂)各20粒，用电子天平称其干重，即0h的重量；然后将种子置于培养皿中，加入25℃恒温条件下的蒸馏水40mL，并置于25℃恒温条件下吸水，分别于2h、4h、6h、8h、10h、12h、24h、36h、48h、60h、72h、84h、96h时取出种子，用滤纸吸干种子表面的水分后用电子天平称其湿重[4～6]。直至种子吸水饱和，即其湿重不再增加为止。每个处理3个重复，计算其平均值，并以此来判断其种皮透水性。

吸水率(%)=(浸种后重量-浸种前重量)/浸种前重量×100%。

1.2.3种子发芽试验

取完整的种子和去除外种皮的种子各60粒，分成3×20，整齐排列在装有滤纸的培养皿中，加入适量的蒸馏水，置于12h光照、12h黑暗和25℃恒温环境下培养。培养期间加蒸馏水保湿，每天定时观察种子，发霉的种子取出用蒸馏水洗净再放回去，若有腐烂的种子要及时去除。以胚根突破种皮约2～3mm为萌发标准，直至连续3d种子的发芽数为0时[16]结束试验。

发芽率(%)=n/N×100%；发芽势(%)=Gpt/N×100%。其中，n指正常发芽的种子数量，N指播种的种子数量，Gpt指发芽达到高峰时的种子数量。

1.2.4种子内源抑制物的活力测定

种子的休眠可能是由于种子内存在着抑制生长的物质，如醛类、酚类、有机酸、脱落酸、生物碱等，而这些物质中有易溶于极性溶剂(H2O、乙醇、甲醇)的某些成份[4,7～9]。依据该原理，分别称取种子的外种皮和去除外种皮的种子各1g，研磨成粉末，加入5mL蒸馏水，置于4℃的环境中密封浸泡48h；用离心机离心得滤液，加蒸馏水反复离心3次，合并3次得到的滤液[16]，用蒸馏水分别定容为质量浓度0.1g/mL、0.2g/mL(每毫升溶液所含浸提物的质量)的水浸提液，置于4℃冰箱保存。

用白菜籽测定水浸提液的活性[4,9～10]。设置0.1g/mL、0.2g/mL 2个浓度梯度，用蒸馏水作对照。分别用不同浓度的水浸提液和蒸馏水室温下浸泡白菜籽3h，随后取出整齐排列于加有滤纸的培养皿中，加入2mL不同浓度的水浸提液和蒸馏水，置于25℃恒温箱中培养。每个处理30粒白菜籽，3次重复。每隔12h观察并记录白菜籽的萌发情况，以计算不同处理的发芽势；培养48h时统计白菜籽的发芽率。

为使培养皿中萌发环境湿润，要定时观察，前24h补给同体积的对应浓度的水浸提液和蒸馏水，24h后均补给同体积的蒸馏水。

1.2.5不同处理对种子萌发的影响

浓硫酸酸蚀处理。用浓硫酸处理华西小石积的种子10min、20min和30min，期间用玻璃棒搅拌，随后流水冲洗24h，洗去表面的碳化物质后置于放有2层滤纸的培养皿中于12h光照、12h黑暗和25℃恒温的环境萌发[9]；蒸馏水处理作对照，各处理均3个重复，每个重复20粒种子，观察并记录萌发情况。

浓硫酸预处理后赤霉素处理。根据Khan[11]的三因子学说，先用浓硫酸处理华西小石积的种子10min、20min和30min，期间用玻璃棒搅拌，随后流水冲洗24h，再用浓度为0mg/L、100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L的赤霉素溶液浸泡24h[12～14]，流水冲洗10min，装入培养皿，加适量蒸馏水，置于12h光照、12h黑暗和25℃恒温的环境萌发。每种处理3个重复，每个重复20粒种子，观察并记录萌发情况。

1.2.6数据分析

本试验采用Excel 2007和SPSS 17.0软件进行数据统计分析和图表处理，采用单因素方差比较不同处理对种子萌发的影响，处理间均值比较采用Duncan多重比较法(P<0.05)。

2结果与分析

2.1种子的物理特性

华西小石积的果实为梨果，呈卵形或近球形，成熟的果实显蓝黑色，萼片宿存；果肉的含糖量在22%～27%，每个果实含有5粒种子。种子呈三棱形，外种皮为黄色，坚硬且厚，表面粗糙不光滑。种子长约3.00～4.96mm，平均长度为3.68mm；宽度约1.40～2.52mm，平均宽度为2.52mm；种子的千粒重为8.125g。

2.2种子的吸水性能

完整种子和破裂种子的吸水率变化趋势基本一致(图1)。其中，0-4h种子快速吸水；4-6h时，完整种子仍快速吸水，而破裂种子吸水速率变慢，吸水率变化平缓；6-8h完整种子和破裂种子吸水率均表现为下降，完整种子表现更明显。随后8-24h，完整种子的吸水率变化不明显，24h之后，吸水率在36h和48h分别有下降和上升趋势，之后吸水率变化又不明显；而破裂种子在8-10h时缓慢增加，10-12h变化不明显，12-36h吸水率有显著的下降，由24.51%下降为15.56%，36-60h破裂种子的吸水率再一次快速增加。60-96h完整种子吸水达到饱和，此时的吸水率为21.79%；而破裂种子吸水率先下降，随后吸水率变化不明显，吸水达到饱和，此时吸水率为14.78%。方差分析表明，华西小石积完整种子与破裂种子的吸水率差异不显著(F=1.656,P=0.210)。

图1　华西小石积种子吸水性能

2.3种子萌发

对比发现，完整种子始发芽的时间晚，萌发率为20%；去除外种皮的种子，经蒸馏水处理第5d便开始萌发，萌发率为40%(表1)。对种子萌发进行30d的观察，完整种子和去除外种皮的种子的萌发分别在培养的第21d和18d时达到发芽数高峰，之后发芽数不再增加，萌发停止。

表1　华西小石积完整种子和去外壳的种子在25℃时萌发情况

2.4种子内源抑制物对白菜籽萌发的影响

蒸馏水处理的白菜籽在培养12h内最先最快萌发(图2)，萌发率明显地快速增长，且36h完全萌发，累积萌发时间短，速度快。种子外种皮水浸提液处理的白菜籽，比去除外种皮的种子水浸提液处理的萌发要早，前者12h内白菜籽萌发速率缓慢，后者24h内萌发率为0；24h后加蒸馏水补湿，由种子水浸提液处理的白菜籽萌发速度加快，萌发率明显地快速上升。种子水浸提液处理的白菜籽72h后才基本萌发完全，累积萌发时间长。

华西小石积种子不同部位水浸提液处理的白菜籽的萌发率明显低于CK处理(图3)。其中，外种皮不同浓度的水浸提液对白菜籽的萌发率影响存在极显著的差异(F=93.875,P=0.000)，去除外种皮的种子不同浓度的水浸提液对白菜籽萌发率影响也存在显著差异(F=56.438,P=0.000)。不同浓度的外种皮水浸提液处理的白菜籽萌发率均超过60%，而去除外种皮的种子水浸提液处理的白菜籽的萌发率均未超过50%。

图2　华西小石积种子水浸提液对白菜籽萌发的影响

图3　　　　华西小石积种子不同部位不同浓度的浸提液

2.5不同处理对种子萌发率的影响

华西小石积的种子经浓硫酸处理在相同条件下培养10d，种子均未萌发，直到第12d，浓硫酸处理30min的种子开始萌发，随后2d开始萌发的是CK对照的种子，而浓硫酸处理20min和10min的种子培养了20d后才陆续萌发(图4)。浓硫酸处理30min的种子萌发持续到第17d，之后就停止萌发，累积萌发率为25%；蒸馏水CK对照的种子萌发持续到第27d，之后停止萌发，累积萌发率为20%；后两者萌发晚，持续时间长且萌发率低。同时，华西小石积种子经浓硫酸酸蚀处理10min、20min和30min之间存在显著差异(F=78.147,P=0.000)。

图4　　　　浓硫酸处理不同时间的华西小石积

浓硫酸预处理后赤霉素(GA3)处理。浓硫酸浸泡相同时间再经不同浓度的GA3处理，对华西小石积种子萌发情况存在显著影响(图5)，随着GA3浓度的升高，华西小石积种子的萌发率普遍形成先升高后下降再升高的趋势。其中，浓硫酸浸泡10min后，浓度为200mg/L和300mg/L的GA3处理的种子萌发率显著高于其他浓度的处理，萌发率分别为35%和40%；浓硫酸浸泡20min浓度为300mg/L的GA3处理的种子得到最高萌发率为50%；浓硫酸浸泡30min的情况下，经浓度为200mg/L和500mg/L的GA3处理种子萌发率显著高于其他处理，发芽率为40%和30%。

图5　　　　浓硫酸和赤霉素综合处理下华西小石积

4结论与讨论

华西小石积的种子吸水过程中种子的吸水率出现下降的现象，这与板蓝根[18]、川续断[19]的种子吸水情况相同。这可能与种子内含物随着浸泡时间的延长，发生一系列的生理生化反应而随水外渗有关，也表明其胚具有一定吸水性。

种子的发芽与水分的多少相关，只有吸收大量水分，氧气才更易进入种子，种子才能实现萌发所需的各种变化和生理作用[9,17]。而种皮是种子最先接触到水的结构，种子的外源休眠往往与种皮透性有关，测定种皮透性是了解种子休眠生理原因的常见方法之一[4]。本研究发现，华西小石积的种子外种皮坚硬，需借助外力才能使其破裂；完整种子和破裂种子的总吸水量不高，饱和时吸水率分别为21.79%和14.78%，可见华西小石积种子外种皮透水性差，吸水性能弱。这与银沙槐(Ammodendronargenteum)、青钱柳(Cyclocaryacaliurus)、大果蔷薇(Rosevwebbiana)、冬青(Ilexchinensis)[20～23]种子种皮透水性研究结果一致。在种子发芽过程中，去除外种皮的种子起始萌发时间远远比完整种子要早，且萌发率是完整种子的2倍。由此可见，华西小石积种子休眠与种皮透性无关，主要是受到坚硬的外种皮造成的机械阻碍。

抑制物的存在是引起种子休眠的重要因子，它们以极微量的浓度来影响细胞的分裂、分化、伸长和发育，最终推迟或抑制同种或异种植物种子发芽[7,24]。华西小石积种子各部位的水浸提液对白菜籽的萌发产生了明显的抑制作用，表明华西小石积种子存在抑制物，这与王艳华等[26]对大山樱种子各部水浸提液的白菜籽萌发试验结果相符。不同水浸提液处理的白菜籽萌发到24h均出现拐点(图2)，蒸馏水在一定程度上可以稀释抑制物。但是，华西小石积种子的抑制物种类、含量尚未见报道，还有待进一步的研究。

植物种子的内源激素和种子萌发环境共同调控种子的休眠及萌发。打破种子的休眠，促使种子萌发，除了要提供种子萌发所需要的水分、氧气、温度等环境条件，还要打破种子硬实，改变内源激素的比例[25]。而且王家源[25]、王艳华等[26]研究也发现，在许多情况下，种子休眠不单因为种子存在抑制物，而是取决于种子萌发促进物和抑制物的相对平衡。华西小石积种子不同浓度的水浸提液对白菜籽的萌发存在明显的影响，导致华西小石积种子休眠的原因有两大方面：种皮的机械阻碍和种子内源抑制物的存在。其中，用浓硫酸处理种子可使种皮软化和破裂，加快水分的吸收和气体的交换，尤其对无透性的硬粒树种非常有效[4]。本文选用浓硫酸的酸蚀作用处理种子外种皮，在一定程度可以提高种子的萌发率。而经浓硫酸酸蚀后赤霉素处理的种子，通过对处理后的种子萌发率的分析得到，浓硫酸酸蚀20min后浓度为300mg/L的GA3浸泡24h，可以使种子的萌发率达到50%，是此次试验中萌发率最高的处理组合。但浓硫酸本身具有强烈的腐蚀性，操作上存在危险性，不能满足生产要求，需进一步寻找能快捷地解除华西小石积种子休眠，提高萌发率的方法。

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Seed Dormancy Characteristics and Germination Physiology of Osteomeles schwerinae C.K.Schneid

Li Fo-lian1,2,Wei Ling-min1,Pan Yue-zhi2，Wang Shi-yu1

(1.College of Horticulture and Landscape Architecture,Yunnan Agricultural University,Kunming Yunnan 650201,P.R.China;2.Kunming Institute of Botany,Chinese Academy of Science,Kunming Yunnan 650201,P.R.China)

Abstract:To improve the seed germination rate of Osteomeles schwerinae C.K.Schneid,the causes of seed dormancy and the methods for breaking dormancywere studies.The results showed that the seed dormancy of Osteomeles schwerinae C.K.Schneid could be attributed to the mechanical obstruction of the seed coat and the inhibitory substance.Sulfuric acid and GA(3 )treatment could overcome the seed dormancy and improve germination rate.Soaking the seeds in sulfuric acid for 20minutes and then 300mg/L GA3 for 24h could improve its seed germination rate to 50%.

Key words:Osteomeles schwerinae C.K.Schneid;seed germination;cause of dormancy;dormancy breaking methods

中图分类号：Q 945

文献标识码：A

文章编号：1672-8246(2016)02-0089-06

通讯作者简介：王仕玉(1965-)，女，副教授，主要从事园艺植物种质资源教学与科研。Email:wsygfg@aliyun.com

第一作者简介：李佛莲(1991-)，女，硕士生，主要从事野生植物资源保护与利用研究。Email: m15198779795@163.com

*收稿日期：2015-07-01