榉树种子休眠与萌发特性探讨

李国祥, 孙兰平, 张克亮*

(1. 扬州大学实验农牧场, 江苏 扬州 225009; 2. 扬州大学园艺与植物保护学院, 江苏 扬州 225009)

种子作为植物繁殖的重要载体，在植物生活史中扮演着重要的角色。从全球范围来看，绝大多数植物新成熟的种子都具有休眠[1-2]特性。榉树(Zelkovaserrata)，为榆科榉属，国家二级重点保护树种。榉树的树形优美，秋叶红艳，是重要的园林绿化树种；同时，树皮与树叶还具有清热解毒的功效[3-4]。种子繁殖是榉树繁殖的主要手段，然而，榉树种子的休眠特性导致了榉树的出苗率低，阻碍了榉树的开发利用[5]。目前，对榉树的研究主要集中在幼苗生长[6-7]、组织培养[8]和遗传育种改良[9-10]等方面，而对榉树种子的萌发特性和休眠打破研究较少。因此，研究榉树种子的休眠与萌发特性，找出打破种子休眠的最佳方法和最适的萌发环境，对榉树的育苗有参考价值。

1 材料和方法

1.1 材料

成熟榉树种子于2019年10月采自扬州大学文汇路校区，采收后的种子置于阴凉通风处自然晾干。为防止种子生理状态发生改变，试验在14 d内进行。

1.2 方法

1.2.1 种子大小、质量和含水量的测定 随机选取榉树种子10粒在电子天平上称量，随后放入75 ℃烘箱中48 h，测量种子干质量以及种子含水量。同时，随机选取20粒种子用游标卡尺测量长度、宽度、厚度和种胚长度。

1.2.2 种子的吸水特性 随机选取种子200粒，分成8组，每组25粒，其中4组种子用手术刀划破种皮，称量种子最初质量记为Wi。然后将种子放置在铺有2层湿润滤纸的培养皿中，分别吸胀0，0.5，1，2，4，6，8，10，12，24，36，48 h后取出，用滤纸迅速擦干，称量记为Wf，称完放回培养皿中。种子吸水率Wr计算公式为：

Wr=[(Wf-Wi)/Wi]×100%，

1.2.3 新成熟种子的萌发特性 试验设置4组，每组种子25粒。将种子放置在铺有2层滤纸的培养皿中，分别加入蒸馏水6 mL。将培养皿置于5/15，10/20，15/25，20/30 ℃(夜晚/白天)的培养箱内。设置12 h光照/12 h黑暗和全黑暗2种试验条件。每隔5 d观察1次萌发数。萌发测试40 d后，计算最终萌发率。

1.2.4 划破种皮对休眠打破的影响 试验设置4组，每组种子25粒，其中2组种子用手术刀进行划破种皮处理。随后在5/15，10/20，15/25,20/30 ℃(夜晚/白天)温度和12 h光照/12 h黑暗条件下进行萌发试验。每隔5 d观察萌发数1次。萌发测试40 d后，计算最终萌发率。

1.2.5 冷层积对休眠打破的影响 将3个分别装有400粒榉树种子的饭盒放在4 ℃冰箱中层积，每个月取出1盒，进行萌发试验(具体方法同1.2.4)。每隔2 d观察萌发数1次。萌发测试40 d后，计算最终萌发率。

1.2.6 野外埋藏对休眠打破的影响 将榉树种子装在3个尼龙网袋中，每袋装种子100粒，于2019年11月分别在1，3,5 cm的深度下埋藏1个月。埋藏结束后取出种子，进行萌发试验(具体方法同划破种皮打破休眠试验)。每隔2 d观察1次萌发数。萌发测试18 d后，计算最终萌发率。

1.2.7 数据统计与分析 所有数据采用SPSS 20.0 进行统计分析。采用二因子方差分析(Two-Way ANOVA)分析温度和光照对新成熟种子、划破种皮、野外埋藏种子萌发率的影响以及层积时间和温度对种子萌发率的影响。如果方差分析显著，采用LSD比较不同处理间的差异。

2 结果与分析

2.1 种子大小、质量和含水量

新成熟的榉树种子为不规则的扁球心形，种子棕褐色或黄褐色。种子千粒重为(14.642±0.665) g。种子长度、宽度、厚度分别为(4.053±0.210)，(3.657±0.092)，(2.523±0.046) mm。种子含水量为7.82%。种胚和种子长度比值为(0.762±0.014)。

2.2 种子吸水特性

新成熟的榉树种子可以吸水，划破种皮可以增加种子的吸水速率和吸水量。种子在前12 h吸水较快，划破种皮的种子和完整种子的吸水率分别为(60.86±3.50)%，(55.67±1.46)%；经过24 h后，种子质量几乎不再增加，此时划破种皮的种子和完整种子的吸水率分别为(64.27±2.57)%，(57.56±0.82)%(见图1)。

图1 榉树新成熟种子的吸水曲线

2.3 新成熟种子的萌发

不论在光照还是黑暗条件下，新成熟的榉树种子在40 d内不同温度下的萌发率均<10%(见图2)，表明新成熟的榉树种子处于休眠状态。温度对种子萌发的影响显著(P=0.016)，种子仅在5/15，10/20 ℃下可以萌发，而在15/25，20/30 ℃下不能萌发。光照(P=0.766)，以及光照与温度的交互作用(P=0.636)，对种子萌发率的影响不显著。

图2 新成熟的榉树种子在不同温度条件下光照(12 h/12 h)(A)和全黑暗(B)中的萌发率

2.4 种皮划破处理对打破休眠的影响

不管是完整的种子还是划破种皮处理，榉树种子的萌发率在不同温度和光照条件下都小于10%，表明划破种皮不能有效提高榉树种子的萌发率(P=0.344)，但划破种皮处理可以使种子萌发时间提前15 d(见图3)。

图3 新成熟的榉树种子在未划破种皮(A)和划破种皮(B)后不同温度条件下的萌发率

2.5 冷层积对休眠打破的影响

随着冷层积时间的延长，种子的萌发率逐渐增加(P<0.05)，且层积3个月后，置于5/15 ℃(N/D)条件下种子的萌发率显著高于其他温度(P<0.05)，第40 天萌发率为(66±6)%(见图4)。

图4 新成熟的榉树种子在不同温度条件下冷层积1个月(A)、冷层积2个月(B)和冷层积3个月(C)的萌发率

2.6 野外埋藏对休眠打破的影响

野外埋藏能有效打破榉树种子休眠，且萌发率在10/20 ℃温度条件下增长最明显，但不同埋藏深度间萌发率存在差异(P<0.05)(见图5)。埋藏深1 cm的种子休眠打破最快，18 d后萌发率达(82±6.22)%，深3 cm的次之(74±4.76)%，埋藏深度5 cm 种子休眠释放率最低。

图5 新成熟的榉树种子在不同温度条件下埋藏1 cm(A)、3 cm(B)和5 cm(C)的萌发率

3 讨论

种子只有在适宜的时间和空间下萌发，才能保障幼苗的存活，实现种群的成功更新[11]。本研究中，新成熟的榉树种子在各温度和光照条件下萌发率均低于10%，说明榉树种子存在休眠特性。这与前人的研究结果相似，沈建军等[3]对榉树种子进行不同温(40，60，80 ℃)水中浸种和不浸种处理后，其发芽率均为0。种皮的不透水或不透气一般是种子休眠的主要原因之一[12]，在相同的温度和光照条件下，与完整种子相比，划破种皮后的白花草木樨(Melilotusalbus)种子萌发率能提高96%[13]。在本研究中，新成熟的榉树种子能够快速吸水，吸水12 h即可达到饱和状态，且划破种皮后萌发率没有显著提高，因此榉树种子不具有物理休眠或复合休眠的特性，种皮不是造成种子休眠的主要原因。此外，榉树种子的E/S值(胚与种子的长度比值)为0.762，这表明榉树种子不存在形态休眠或者形态生理休眠[13-14]。因此，根据文献[1]的划分标准，榉树种子属生理休眠。

冷层积被广泛用于模拟温带植物种子在冬季所经历的情况，很多种子需要低温才能产生休眠解除[15]，如Selinumcarvifolia和林当归(AngelicasylvestrisL.)[16]。本研究发现，冷层积能有效打破榉树种子的休眠，且随着冷层积时间的延长，种子萌发率逐渐增加。这可能是榉树种子在长期进化过程中对环境适应的对策，这种对策可以防止榉树种子在成熟后的冬季萌发，减少幼苗在冬季寒冷低温下的灭绝风险。同时，层积3个月后，榉树种子在凉爽的(夜/昼5/15，10/20 ℃)温度条件下萌发效果最显著，这与田英翠等[17]的研究结果相符。榉树对较低温度的萌发需求，可以保证种子在早春温度上升时迅速的萌发，以尽早占据生态位。

当种子埋在自然生境中，埋藏深度在1 cm的种子休眠被有效解除，置于夜/昼温度10/20 ℃下，种子萌发率显著提高。研究表明，湿沙贮藏也能显著提高榉树种子的萌发率[3,17]。然而，随着埋藏深度的增加，萌发率有所下降，但仍然显著高于对照，这与王彦荣等[18]对3种荒漠植物种子的研究结果相似。这种差异可能是由不同埋藏深度土壤温度不同所致。从生态学角度看，埋藏较浅的种子打破休眠更快，可以更早地参与种群更新，而位于土壤深层的种子萌发率较低，种子可以有更多的机会保留在土壤中，有利于土壤种子库的维持。从林业生产角度来看，榉树种子随着播种深度的增加，种子萌发率下降，所以在实际播种中，为了保证最大的出苗率，建议种子浅播。除此之外，前人的研究发现，赤霉素处理也能显著提高种子的萌发率[3,17]，但赤霉素和冷层积或野外埋藏的交互作用是否会进一步提高榉树种子的萌发率，还需进一步探讨。

综上所述，本文通过对榉树种子休眠与萌发特性的研究，发现新成熟的榉树种子具有生理休眠，冷层积和浅层(1 cm)的野外埋藏能打破种子休眠。种子在夜/昼温度5/15，10/20 ℃下具有较高的萌发率。在实际生产过程中，可以对采收的榉树种子在冬季进行沙藏，来年春季进行播种。