特有珍稀植物血皮槭种子的生物学特征和贮藏特性研究

郭幸飞， 乔 琦， 李 婷

（河南科技大学农学院／牡丹学院， 河南 洛阳471023）

血皮槭（Acer griseum）为槭树科槭树属落叶乔木，系中国特有种和濒危种［1］。血皮槭的树皮呈红褐色，常成卷曲的纸状薄片剥落，较为奇特，也被称为Paper Bark Maple，且入秋后叶片的颜色呈鲜红色，具有极 高 的 观 赏 价 值［2］。1901 年，西 方 植 物 学 家威尔·马格斯雷夫等在湖北首次发现血皮槭，惊叹于它的美丽，将其与珙桐一起作为园林树种引入到欧洲［3］，1993年，血皮槭还荣获了英国皇家园艺学会园艺奖。血皮槭不仅具有观赏价值，而且具有用材和药用价值［4－5］，但由于盗伐破坏严重和天然种群更新困难，被认定为国家二级树种，亟待建立种子库保存其种质资源。目前，有关血皮槭的种子休眠机制、播种育苗、遗传多样性评价及其天然更新等方面已展开了部分研究［6－10］，但尚未开展全面系统的保护生物学研究。野外调查发现，血皮槭主要通过种子繁殖进行有效更新，但野生血皮槭林下幼苗和幼树较为罕见，这是因为其种子同时具有机械障碍和生理休眠，需要1～2年的时间才能打破休眠，这是影响其天然更新的主要因素之一。同时野外结实率较低且存在大小年现象，因此其种质资源较为珍贵。2000年，邱园率先发起了“千年 种 子 库”（Millennium Seed Bank，http：／／www.kew.org／science／collections／seed－collection）计划，该计划致力于通过促进种子保存技术的获取和转让以鼓励世界范围内的植物保护，并希望藉此为科学研究和野外引种提供种源。本实验拟通过研究血皮槭种子的生物学特性和不同贮藏方法对种子萌发率的影响，以期获得长期保存血皮槭种子的有效方法，有效建立其种子库，为其入选“千年种子库”计划提供有效的科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

于2015年9—10月期间，从位于河南省伏牛山区系的洛阳市嵩县天池山（TCS）、嵩县白云山（BYS）和栾川县白马潭（BMT）等地采集血皮槭种子，用长枝剪随机剪取翅果后装于采集袋中。

1.2 方 法

1.2.1 种子生物学特征测定

新鲜种子采收后，先去除杂质，然后挑出形态完整、无病虫害的翅果，进一步折算其形态完整性的概率，用游标卡尺测定翅果的翅长和翅宽。将翅果从中间剪开后，去除翅翼部分，将其视为带有果壳的种子（简称去翅带壳种子），测定其种长、种厚、初始含水率、千粒重和空壳率等生物学指标。其中种子含水率采用种子库常规测定方法（105℃、17h的烘箱测定），以刚采收回来的新鲜去翅带壳种子重量为基础计算含水率。以上各指标均为随机测定各居群的100粒种子，重复3次。

1.2.2 种子生活力的测定

种子活力测试采用常规TTC染色法，根据实验进程，每月定期随机选取形态完整、无病虫害的带壳种子30粒为1组，进行活力测定，重复3次，浸泡在45℃恒温水浴锅中，然后用镊子去除果壳剥去种皮得到种胚，并将其沿腹缝线切成两半，切面朝下置于50mL烧杯中，加入配好的30mL 0.5%TTC溶液，放入35℃黑暗的恒温箱中染色3h，染色结束后即进行鉴定。倒出TTC溶液，用清水将种子清洗2～3次，观察种子染色的情况，统计有生活力的种子数量。生活力高的种子胚芽及胚通红，生活力一般的色浅红，无生活力的种子只有胚是浅红色或不染色，胚芽无色［11］。

1.2.3 不同贮藏条件对种子生活力的影响

将采集的新鲜种子采用4种方法贮藏处理：低温（4℃冰箱）干藏，室温干藏，湿沙室温（25℃）贮藏（种子与沙子比例为1∶3，沙子湿度一般在10%～15%适宜），低温湿沙贮藏（4℃冰箱，种子与沙子比例为1∶3，沙子湿度一般在10%～15%适宜）。每月定期分别从每个处理种子中随机取出30粒种子进行活力测定，重复3次，统计分析实验数据。

1.2.4 野外萌发试验

于2015年9—10月期间，在白马潭自然保护区中，株高5m以上的10株血皮槭附近10m2范围内，随机播撒共500粒新鲜种子，做好标记，每月定期派专人统计种子的萌发情况，并分别记录为：萌发、腐烂死亡、丢失、紧密未萌发。

1.3 数据分析

用 SPSS 22.0软件、Excel 2003处理和计算平均值、标准误，平均数据用“平均数±标准误（S.E.）”表示，差异达到显著的变量，对均数的多重比较采用最少显著差数法（LSD），显著性水平概率为0.05。

2 结果与分析

2.1 地理分布

血皮槭属于中、高山植物，集中分布在海拔1 000～1 800m 之间［12］，系中国特有分布，野生资源主要集中在我国的中部地区，据中国数字植物标本馆（CVH）的相关标本和文献的记录，血皮槭主要分布在山西、河南、湖北、湖南、重庆和陕西各省区（表1），从植物区系地理分析可知，血皮槭属于我国特有种分布类型，其中河南伏牛山地区和四川城口是目前最大的种群分布地点［13－14］。

表1 血皮槭全国分布统计

2.2 血皮槭种子的生物学特征

血皮槭花期4月，果熟期为9—10月［15］，翅果椭圆形或球形，熟时棕褐色，两翅张开近锐角或直角，果表面有毛，内含1～2颗种子，小坚果近球形，系子叶出土无胚乳型种子，在试验地随机采取的翅果完整率为82%。

2.3 不同居群果实性状变异方差分析

洛阳天池山位于洛阳市嵩县德亭乡天山路，白云山国家森林公园位于河南省洛阳市嵩县天铜路南部伏牛山腹地原始林区，白马谭在河南洛阳栾川庙子镇庄子村。血皮槭各采集点的生境状况列于表2。

表2 血皮槭采集地点的生境概况

各个血皮槭居群翅果的翅长、翅宽、去翅带壳种子的种长、种厚等以及初始含水率、千粒重、空壳率等种子生物学特征列于表3。从表3可看出：果实翅长、翅宽、种厚、种长平均值最大的居群在白云山，而千粒重、含水率最高的是天池山居群，千粒重为270.34g，含水率为13.10%，空壳率最高的也是在白云山居群，其平均值为63.20%。

表3对血皮槭3个居群的果实生物学性状进行测定，表4进一步研究了血皮槭居群内和居群间的差异，发现血皮槭的种长、空壳率、千粒重在居群间的差异达到极显著水平，含水率达到显著水平，翅长、翅宽、种厚差异不显著。说明血皮槭生物学性状在居群间存在着差异，这种差异与各个居群所处的生长环境、遗传因素和人为扰动有关，居群间的差异为保护种质资源提供了物质基础。

2.4 不同贮藏时间对种子生活力的影响

科学的保存方法能让种子寿命延长，生命力强，并且播种后能保证出苗整齐健壮；保存不合理，种子易腐烂且生活力降低，容易造成缺苗［16］。采用TTC的方法测定血皮槭种子的生活力。每隔1个月分别从每个处理种子中随机取出30粒种子为1组，进行活力测定，重复3次，统计分析实验数据。图1结果表明，血皮槭种子的生活力低，翅果完好率为82%，空壳率平均高达59%，具有种仁的种子生活力平均低于29%，也就是意味着自然界真正有活力的种子不足15%。不同保存方法对血皮槭种子生活力的影响较大，充足的水分和温度是种子保持生活力的必要条件，低温湿沙贮藏介质沙子的含水率在10%～15%时，贮藏时间6个月具有最高的生活力率。低温干藏过程中，种子因失去大量的水分失去活性，室温湿沙贮藏过程中，种子能保持合适的水量，但没有合适的温度，低温湿沙贮藏可以维持种子内的水分以及温度保持生命力。说明血皮槭种子存在后熟过程，需要保持适合的水分。作为常规性种子，低温湿沙贮藏方法是保存血皮槭种子的合适方法。

表3 血皮槭种子生物学特性

表4 各居群间果实性状方差分析

图1 不同贮藏方法和时间对血皮槭种子生活力的影响

2.5 不同贮藏方法对种子发芽率的影响

种子的保存方法对种子萌发率的影响是种子生理研究的基础和热点［17］。由图2可看出，在相同的保存时间下，不同贮藏方法对血皮槭种子的发芽率影响都不同，且对发芽率的影响差异显著，低温湿沙贮藏法的发芽率极显著高于其他3种贮藏方法，室温湿沙贮藏法的发芽率极显著高于低温贮藏法。

图2 不同保存方法对血皮槭种子发芽率的影响

2.6 野外萌发试验

从2015年10月开始记录数据，白马潭随机播撒的种子仅有3粒萌发，其中1粒在次年4月萌发，另外2粒于2017年3月萌发，占0.6%，其它46%的种子腐烂死亡，38%的种子紧密未萌发，余者丢失。

图3 血皮槭种子野外萌发情况

3 结论与讨论

种子是植物生活史的一个重要环节，是幼小的植物体进行有性繁殖的重要器官之一，联系着植物体的上下代，掌握着种群的命运［18－19］。种子萌发阶段是珍稀濒危植物对环境胁迫抵抗力最弱的时期，任何影响种子萌发的因素都会直接影响到植物更新，进而影响种群的稳定性［20－21］。影响种子萌发的内因包括种子的大小、重量、生活力及含水率等诸多生物学性状因素［22］。本实验结果表明：果实翅长、翅宽、种厚、种长平均值最大都是在白云山，千粒重、含水率最高的在天池山，千粒重为270.34g，含水率为13.10%，空壳率最高的在白云山，为63.20%。血皮槭的种长、空壳率、千粒重在居群间的差异达到极显著水平，说明血皮槭生物学性状在居群间存在着差异，这种差异首先与各个居群所处的生长环境和其遗传因素有关，同时也和人为扰动有一定关联。尽管三地同属于伏牛山区系，但由于其间城镇和公路建设完善，人类活动丰富，生境廊道的缺失使得不同居群的花粉交流产生障碍，造成初步的地理隔离。

血皮槭种子近球形，两翅张开近锐角或直角，有利于种子的扩散；种子种壳坚硬且厚，保护种胚不易受到损害，利于形成种子库。种子的大小与种子萌发时间和萌发率没有显著差异。因此，在对血皮槭进行播种时，首先要筛选种子是否空壳，除去空壳的种子；其次需要对种子进行表面灭菌杀毒。带壳种子的贮藏处理使得坚硬的果壳软化，增强其通透性，可以消除抑制发芽的物质，是常用的解除休眠的有效方法［23］。种子在贮藏处理的过程中，由于存在呼吸代谢作用，种子的各种养料开始消耗［24－26］。研究表明，经一定的贮藏方法，种子的寿命会有显著差异［27］。只要了解种子的贮藏特性，尤其是衰老和死亡的原因，在贮藏种子的实践中就能用针对性的措施更为有效控制其生活力，保持其优良的播种品质［28］。因此，可以选择合适的贮藏处理来保持种子活力，特定的贮藏处理下，达到延长种子寿命的目的。

实验结果表明，血皮槭种子的生活力低，空壳率高达60%，有胚种子的生活力最高还不足30%，充足的水分和温度是种子保持生活力的必要条件。不同贮藏方法对血皮槭种子的发芽率影响都不同，且对发芽率的影响差异极显著，低温湿沙贮藏法的发芽率极显著高于其他3种贮藏方法，而室温湿沙贮藏法的发芽率极显著高于低温贮藏法，贮藏时间6个月具有最高的生活力率。低温干藏过程中，种子因失去大量的水分失去活性，室温湿沙贮藏过程中，种子能保持合适的水量，但没有合适的温度，低温湿沙贮藏可以维持种子内的水分以及温度保持生命力。说明血皮槭种子存在一定的后熟过程，需要保持适合的水分，低温湿沙贮藏方法是保存血皮槭种子的合适方法。

对血皮槭的生物学特征的研究表明，野生血皮槭的生活力低，空壳率高，导致血皮槭从种子到幼苗的成功率低，这是其濒危的原因之一。低温4℃湿沙贮藏的保存方法是适合贮藏血皮槭种子的方法。

［1］汪松，谢焱.中国物种红色目录（第一卷）［M］.北京：高等教育出版社，2004：354.

［2］钱又宇，薛隽.世界著名观赏树木：茶条槭血皮槭［J］.世界园艺，2008（3）：68－69.

［3］托比·马格斯雷夫，克里斯·加德纳，威尔·马格斯雷夫（杨春丽，袁瑀译）.植物猎人［M］.广州：希望出版社，2005：164.

［4］中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志（第46卷）［M］.北京：科学出版社，1981：66.

［5］傅立国，洪涛.中国高等植物（第8卷）［M］.青岛：青岛出版社，2001：337.

［6］kling G J，Meyer M M.Effects of Phenolic Compounds and Indoleacetic Acid on Adventitious Root Initiation in Cuttingss of Phaseolus aureus，Acer saccharinum，and Acer griseum［J］.Hortscience，1983（18）：352－354.

［7］杜丽雁，张春涛，高强，等.血皮槭播种育苗技术［J］.林业实用技术，2005（3）：24.

［8］陈丽，李冰，王梅，等.血皮槭的愈伤组织培养研究［J］.北京园艺，2010（8）：170－172.

［9］张川红，郑勇奇，吴见，等.血皮槭种子休眠机制研究［J］.植物研究，2012，32（5）：573－577.

［10］Sun S，Yu X D，Zheng Y Q，et al.Isolation and characterization of Twenty－Seven polymorphic micro－satellite loci in the endangered maple，Acer griseum （Dicotyledoneae：Aceraceae）［J］.Biochemical System－atics and Ecology，2014（56）：99－103.

［11］欧阳志勤，苏文华，张光飞.稀有植物云南金钱槭种子萌发特性的研究［J］.云南植物研究，2006，28（5）：509－514.

［12］陈朋，于雪丹，张川红，等.中国特有种血皮槭的天然更新［J］.林业科学，2013，49（3）：159－164.

［13］吴征镒.中国种子植物属的分布区类型专辑［J］.云南植物研究，1991（增刊）：29.

［14］吴征镒，路安民，汤彦承.中国被子植物科属综论［M］.北京：科学出版社，2003：702.

［15］傅书遐，傅坤俊.中国植物志［M］.北京：科学出版社，1984，34：8－10.

［16］张玉凤，董经纬，姜菊生，等.种子贮藏的研究进展［J］.安徽农业科学，2007，35（19）：5 855－5 856.

［17］曹基武，刘春林，张斌，等.珍稀植物银杉的种子萌发特性［J］.生态学报，2010，30（15）：4 027－4 034.

［18］赖江山，李庆梅，谢宗强.濒危植物秦岭冷杉种子萌发特性的研究［J］.植物生态学报，2003，27（5）：661.

［19］马绍宾，姜汉侨.小粟科鬼臼亚科种子大小变异式样及其生物学意义［J］.西北植物学报（自然科学版），1999，19（4）：715.

［20］Mills M H，Schwartz M W.Rare plants at the extremes of distrbution：Broadly and narrowly distributed rare species［J］.Biodivers Conserv，2005，14：1 401.

［21］Manfred J，Lesley P，Birgitte S.Habitat specificity，seeds germination and experimental trans location of the endangered herb Brachycom emuelleri（Asteraceae）［J］.Biol Conserv，2004，116：251.

［22］刘有军，刘世增，康才周，等.青海云山种子萌发特性［J］.干旱区研究，2013，30（5）：877－881.

［23］王莉芳，欧蒙维，谭艳芳.濒危物种德保苏铁种子萌发特性研究［J］.种子，2014，33（2）：26－29.

［24］Perez－Femandez MA，Lamont B B，Marwick AL，et al.Germination of seven exotic weeds and seven native species in south－western Australian under steady and fluctuating water supply［J］.2000，21：323－336.

［25］Jerome D，Oscar JR，Thierry V，et al.Soil seed bank and seed domancy in wild populations of lima bean （Fabaceae）：considerations for in suit and EX suit conservation［J］.American Journal of Botany，2002，89（10）：1 644－1 650.

［26］Gabriella Colucci，Fabio Apone，Nicole Alyeshmemi，et al.Chrispeels GCRI the putative Arabidopsis G protein－coupled receptor gene is cell cycle－regulated，and its overexpression abolishs seed dormancy and shortens time to flowering［J］.PANS，2002（7）：4 736－4 741.

［27］王云，唐书国，陈巧敏，等.土荆芥种子贮藏与萌发特性的研究［J］.草业科学，2008，25（2）：103－106.

［28］中国科学院北京植物研究所植物园种子组.种子工作手册［M］.北京：科学出版社，1960：28.