利用比重分选技术的福建柏种子分选

康淑琴，姬 莉，褚宣佑，吴小建，马祥庆

(福建农林大学 林学院，福建 福州350002)

福建柏（Fokienia hodginsii（Dunn）Henry et Thomas）是柏科建柏属的重要造林树种，多分布在我国南方 102°～120°E、22°～28.5°N 范围内，适生于海拔 580～1 500 m 的温暖湿润山地森林中[1-2]，其中在福建中部地区分布最多。福建柏生长迅速，材性优良，树形优美，木材含抗菌和抗肿瘤的芳香油，是一种集材用、观赏、生态保护于一体的优良造林树种[3-6]。由于长期以来人为的破坏，福建柏天然分布面积变小，且多处于散生状态，天然更新能力差，被列为国家二级濒危保护植物[7]。因此，如何加强福建柏种苗繁育研究，扩大其人工种群，成为当前林业生产急需解决的重大课题。

众多学者对福建柏进行了大量研究，但主要集中在福建柏人工造林成效方面，有关福建柏种苗繁育研究相对较少，仅有福建柏扦插和组培育苗的研究报道[8]，目前生产上还主要以种子育苗为主。由于福建柏种子存在大量空粒、瘪粒和无活力种子，导致育苗过程中福建柏种子发芽率低[9]，因此，如何精准分选出福建柏的高活力种子，剔除空粒、瘪粒和无活力种子，提高其种子的发芽率，显得极为迫切。

长期以来，有关林木种子的高效分选技术一直是林木种子研究领域的热点[10-11]。种子分选主要是利用正常有活力种子与异常种子在质量、密度、性状、大小、表面结构、光泽度、颜色、弹性、斑点等物理性质的差异及不同种子在生理化学特性、光学响应特征的差异进行分离[12-13]。利用种子在生理化学特性、光学响应特征的差异进行分选的技术有介电分选[14]、代谢物电子鼻装置、内含物核磁共振分析仪、色选-光电分选[15-16]、近红外光谱[17]、X-ray成像、种皮叶绿素荧光[18]、计算机视觉和图像技术[19]等，这些技术的分选精度高，但均需要借助昂贵的仪器和较高的操作技术要求，在生产上较难普及应用。而传统林木种子风选、水选等物理方法，不需要大型仪器，操作容易，成本低，实用性强，在生产上有广泛的应用前景。水选（液选）技术只要有合适的比选介质及其比重，就可将种子分离。不同林木种子的比选介质和处理方法均会对分选精度产生影响，比重小的种子可通过浸泡增加其比重，或是利用有机溶剂进行分选，比重大的种子可利用蔗糖、氯化钠等溶液进行分选[20]。但目前有关福建柏种子的比重分选技术研究还比较缺乏。

本论文以福建柏种子为研究对象，利用比重分选技术，通过设计不同分选溶液、不同浓度和不同浸泡时间进行处理，探讨不同分选措施对福建柏种子分选精度的影响，筛选适合福建柏种子分选的适宜分选溶液、分选液浓度和浸泡时间，确定适合福建柏种子的比重分选方法，为福建柏人工育苗提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择福建安溪县国有林场2019年11月采集的福建柏种子为试验材料。试验前将福建柏种子进行揉搓去除种翅，用0.005 g/L的高锰酸钾溶液浸泡消毒30 min，然后用清水冲洗10～15 min，最后用滤纸擦干备用[21]。

1.2 试验设计

选择不同分选溶液、不同分选液浓度及不同浸泡时间3个因素进行试验设计。参考前人研究，选择蔗糖、氯化钠两个不同比重的分选溶液，每种溶液分别设置4种分选浓度 (0、50、100和150 g/L)，同时在不同分选溶液和分选液浓度的处理中设置浸泡种子1、2、3 d处理。共设计24个不同试验处理，每个试验处理200粒种子，重复4次，同时设置水溶液的对照处理（CK）。

表1 试验设计

1.3 测定方法

1.3.1 种子发芽试验

首先把经消毒后的种子按照试验处理分别在烧杯（250 mL）中浸泡1、2、3 d；再把不同浸泡时间的种子放入不同浓度的氯化钠和蔗糖溶液中震荡3～5 min，随后分别收集、清洗漂浮种子和下沉种子，计算漂浮种子和下沉种子的粒数。用漂浮和下沉种子分别开展发芽试验，每个9 cm的培养皿放50粒种子，放在培养试验箱中培养，每天观测记录种子发芽数，发芽结束后进行种子活力测定。对照组种子仅进行消毒和蒸馏水浸泡处理，种子不进行沉浮分离，同样进行发芽试验和种子活力测定。

随机选取不同处理的上浮种子、下沉种子和对照组不分离种子各50粒，在25℃湿度85%的培养箱中进行发芽试验，每天观测记录发芽种子数（当胚根长到2 mm时即为发芽种子），30 d后测定发芽种子根长。

1.3.2 休眠种子活力测定

选择不同试验处理的种子取样测定种子活力。采用TTC（2,3,5-氯化三笨基四氮唑）法测定种子活力[22]。30 d后将未萌发种子进行种子活力测定，通过染色法来确定有活力和没有活力种子，有活力的种子确定为休眠种子。

1.3.3 发芽指标计算[23]

发芽率G（%）=n/N×100%（n:表示发芽种子数；N:表示供试种子数）。活力种子数m=发芽种子数+休眠种子数。种子活力比例Gm（%）=m/N×100%（m表示活力种子数；N表示供试种子数）。分选精度=Gs-Gf（Gf表示上浮种子活力比例；Gs表示下沉种子活力比例）。

1.3.4 种子酶活性测定

在不同试验处理中选择分选效果最好的种子进行酶活性测定[24-25]。采用氮蓝四唑（NBT）光化还原法测定种子超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈创木酚比色法测定种子过氧化物酶（POD）活性；采用紫外吸收法测定种子氧化氢酶（CAT）活性；采用硫代巴比妥酸法测定种子丙二醛（MDA）含量。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel、SPSS 20.0（statistical product and service solutions,IBM 公司）软件进行数据分析,用Origin 8.5（OriginLab公司）软件进行图形绘制。

2 结果与分析

2.1 不同分选处理对福建柏种子发芽指标影响的方差分析

多因素方差分析结果表明（表2）：不同试验处理对福建柏分选后下沉种子的活力及其分选精度有不同影响。浸泡时间对福建柏种子发芽率无显著影响，其它因素对种子发芽率有显著影响；比选溶液、溶液浓度、浸泡时间及其交互作用对下沉种子的活力均有极显著影响（P＜0.01），比选溶液、溶液浓度及其交互作用对下沉种子活力指数有极显著影响（P＜0.01），种子浸泡时间与比选溶液交互作用对福建柏种子活力指数无显著影响（P＞0.05）；比选溶液、溶液浓度、浸泡时间对福建柏种子分选精度有极显著影响（P＜0.01）。可见，福建柏种子浸泡后利用不同浓度的比选溶液进行种子分选有利于提高其种子的分选精度。

表2 不同处理对福建柏种子发芽指标影响的方差分析

2.2 不同比选溶液对福建柏种子分选效果的影响

从图1可知，不同比选溶液对福建柏种子的活力比例有不同影响。随氯化钠溶液浓度增加，福建柏下沉种子的比例下降，下沉种子中具有活力种子的比例下降。其中，150 g/L氯化钠处理中超过55%福建柏种子上浮，特别是含水量较低处理种子均呈上浮状态。因此利用小于100 g/L的氯化钠溶液进行福建柏种子分选效果更好。

图1 不同溶液分选处理对福建柏种子活力比例的影响

从图1可知，随蔗糖溶液浓度增加，福建柏上浮种子中具有活力种子的比例增加，下沉种子中具有活力种子的比例下降。其中浸泡2、3 d福建柏种子在100～150 g/L浓度分选时，下沉有活力种子比例超过47.5%，上浮种子中具有活力种子的比例低于4.5%，最低为0.8%。可见利用大于100 g/L的蔗糖溶液进行福建柏种子分选效果更好，可将大部分空粒种子剔除。

从图1看出,蔗糖溶液分选处理不仅下沉种子的比例高于氯化钠分选溶液，而且下沉种子中有活力种子比例也高于氯化钠分选溶液，因此，利用蔗糖溶液进行福建柏种子分选效果比氯化钠溶液处理的效果更佳。

2.3 不同比选液浓度对福建柏种子分选效果的影响

选择种子浸泡3 d后进行不同比选液浓度的分选效果见表3。不同氯化钠浓度处理种子的发芽率、活力指数和分选精度存在差异，其中以50 g/L浓度的氯化钠溶液处理的分选精度较高，但均低于纯水对照，可见利用氯化钠溶液进行福建柏种子分选的效果不好，还不如用水的分选效果。这可能与本试验设计的氯化钠溶液浓度偏高有关。

表3 浸泡三天条件下不同比选液浓度对福建柏种子分选效果的影响

从表3看出，不同蔗糖浓度处理福建柏种子的发芽率、活力指数和分选精度存在差异，其中以100 g/L浓度蔗糖处理的发芽率、活力指数和分选精度最高，发芽率、活力指数和分选精度分别为30%、68.6%和91.9%，分别是水选对照的1.4、0.9和1.1倍。可见，利用100 g/L浓度的蔗糖溶液进行福建柏种子分选效果最好。

2.4 不同浸泡时间对福建柏种子分选效果的影响

选择分选液浓度100 g/L条件下不同浸泡时间处理的分选效果见图2。在氯化钠100 g/L浓度条件下不同浸泡时间处理福建柏下沉种子的发芽率、活力指数、活力比例及分选精度随着浸泡时间的增加而上升。其中种子发芽率以浸泡3 d处理最高，与浸泡1 d处理相比提高了1.9倍，活力指数、活力比例和分选精度以浸泡2 d处理最高，与浸泡1 d处理相比分别提高了4.6、9和4.7倍。可见福建柏种子浸泡2、3 d后进行氯化钠溶液分选效果更好。

图2 100g/L浓度条件下不同浸泡时间对福建柏种子分选效果的影响

在蔗糖100 g/L浓度条件下不同浸泡时间处理福建柏下沉种子的发芽率、活力指数、活力比例及分选精度存在不同程度差异。其中种子发芽率和活力指数均以浸泡2 d处理最高，分选精度以浸泡3 d处理最高。可见福建柏种子浸泡3 d后进行蔗糖溶液分选效果更好。

2.5 分选效果较好处理的有活力福建柏种子的酶活性分析

鉴于不同试验处理中以浸泡3 d后在100 g/L浓度蔗糖溶液中分选处理的效果最好，本研究选择该试验处理的上浮、下沉种子进行种子酶活性测定。

从表4看出，不同分选处理种子的酶活性存在显著差异。与对照相比，上浮和下沉种子中的POD和SOD活性均显著降低（P＜0.05）。在有活力种子中，分选后种子与对照相比CAT和MDA含量有所下降；在无活力种子中，分选后种子酶活性高于对照组，总体来看下沉种子酶活性比上浮种子更高。在种子萌发过程中种子的吸涨作用促进发芽，从而导致种子酶活性发生明显变化。

表4 有活力的上浮和下沉种子酶活性的比较

3 讨论

利用正常有活力种子与异常种子在物理性质和生理化学特性的差异进行种子分选是常见的提高林木种子发芽率方法，其中利用不同溶液进行种子分选技术操作容易，成本低，实用性强，在林业生产上有广泛应用前景。Daneshvar利用蔗糖溶液进行刺柏种子分选研究，收集到的下沉刺柏种子发芽率可达77%，分选精度为74%，而去除掉的漂浮种子中活种子仅占4%[23]。于文来[26]等利用小麦种子蛋白质吸收水分比淀粉多的原理，将浸泡后的种子进行分选，能够获得高蛋白小麦种子。陈荣振[27]等利用不同比重的氯化钠与蔗糖溶液分选小麦种子，可获得高蛋白小麦种子。朱丽伟等[28]利用硫酸溶液分离乌拉尔甘草等种子发现：溶液比重越大，分选出的种子发芽率和活力越高，而且虫蚀率越低。本研究表明：不同分选溶液对福建柏种子发芽率、活力指数、活力比例及分选精度均有显著影响，用100 g/L蔗糖溶液分选的福建柏种子分选精度达91.9%。但氯化钠溶液的分选效果不佳，在100、150 g/L浓度处理中福建柏种子多呈上浮状态，可能与设计的氯化钠溶液浓度偏高有关。

本研究中氯化钠溶液的福建柏种子分选效果低于蔗糖溶液，这可能在同种浓度梯度条件下氯化钠溶液的比重大于蔗糖有关。水的比重为1 kg/m3，在0～150 g/L浓度下氯化钠溶液的比重为1～1.1047 kg/m3，蔗糖溶液比重为1～1.084 kg/m3，而且研究表明种子在溶液中的沉浮还与溶液的粘度有关，氯化钠溶液的粘度小于蔗糖溶液的粘度[29]，可见蔗糖溶液比氯化钠溶液更适合福建柏种子的分选。

4 结论

不同分选溶液、不同分选液浓度和不同浸泡时间对福建柏种子的发芽率、活力指数、活力比例及分选精度均有显著影响。利用蔗糖溶液进行福建柏种子的分选效果优于氯化钠溶液，浸泡3天后利用100 g/L蔗糖溶液处理种子的分选精度最高，为91.9%。利用比重分选技术进行福建柏种子的分选效果显著，可剔除种子中绝大部分的无活力种子，提高保留种子的发芽率，该技术是值得生产上推广的种子分选技术。