柚木种子吸水及生活力对不同溶液浸种的响应

张合瑶，朱存福，李莲芳，沈 松，郑川玲，顾 梦，文国卫，王 帅，朱庆伟

（西南林业大学林学院，昆明 650224）

柚木（Tectona grandis），属马鞭草科（Verbenaceae）柚木属的落叶或半落叶大乔木，素有万木之王的称谓，并在缅甸享有国树的美誉[1-2]；其原产于缅甸、印度和泰国等地，是世界著名的珍贵用材树种之一[3]。中国从19世纪初期开始引种，距今已有170多年的历史，云南属中国最早引种柚木的省份[4-6]。柚木的木材质地坚硬、耐磨以及耐腐蚀，广泛用作高档地板条和家具或装饰、船舶等原材料[7]。

目前，柚木苗木的培育以种子实生繁殖为主，但其发芽率低，普遍存在发芽不整齐、发芽过程长达1～3个月等不利于苗木培育的问题；同时，种子催芽技术不够成熟，诸多文献报道的发芽技术难以重复再现或重复效果不佳等，也是该树种苗木培育一直存在的问题[8-9]。本研究通过试验，一方面了解浸种对柚木种实和种子吸水的影响，揭示其吸水特征；另一方面，分析种子生活力对不同溶剂等浸种的响应，丰富柚木种实处理技术内容的同时，为进一步的试验研究和生产实践提供柚木种实浸种促进其发芽技术研发和应用的参考。

柚木种实发芽困难的原因，普遍被认为是其种子外果皮有一层毡状绒毛，且种子核壳坚硬而不易透水透气导致的[10]。P.Elias等[11]发现，榛子（Corylus avellana）种子的吸水率与浸种时间成正比，时间尺度是决定此类种子吸水的主要因素之一。陈士林等[12]发现，GA3可明显促进玉米（Zea mays）种子吸水；凌莉芳等[13]在室温约23～60℃（每10℃为1水平）于烘箱内浸种24 h，种子和种实的平均吸水率为25.2%～34.8%和81.2%～95.2%，且随浸种温度升高，种子和种实吸水率提高，但发芽率降低，即吸水与温度相关，但超过50℃严重降低种子生活力，不宜在高温条件下浸种。

柚木种子方面，已有研究多集中于种子发芽方面，种子吸水文献较少。目前，关于柚木种子吸水率及生活力方面的研究较少，针对NaOH和GA3浸种柚木种实的研究更不多见。基于柚木种子吸水和生活力测定的试验研究不多的前提，开展本试验的研究。本研究开展柚木种实于清水（自来水）、不同浓度NaOH和GA3以及GA3溶液于温度和浓度控制下的浸种试验，了解因素水平及其组合对柚木种实及种子吸水和生活力的影响，获得有利于种实及种子吸水和保持生活力的优水平组合，丰富柚木种实处理资料的同时，为进一步的试验研究和生产实践提供柚木种实浸种的参考。

1 材料和方法

试验的柚木种实采集于德宏州瑞丽市畹町镇畹町林场，其位于 97°58′～98°10′E，24°02′～24°08′N之间，平均海拔830 m；属南亚热带山地湿润季风气候，干湿分明、雨热同季且雨量充沛，年平均降雨量为1 522.4 mm，年均相对湿度79%；年平均气温19.7℃，土壤肥沃[14-15]。采种林分属20世纪70—80年代引种营造的人工林，林龄30～40 a，林分平均胸径约35 cm，树高16 m。试验在西南林业大学森林培育实验室完成。柚木种实为除去种苞的果实，其具有较厚的毡状绒毛、中果皮和内果皮；种子则指去除核果硬壳后的种粒[16]。

采用单因素、L8（27）和L9（34）正交设计分别开展清水、NaOH、GA3温度溶液，以及GA3温度和时间尺度浸种的试验。

1.1 清水浸种时间对柚木种实吸水的影响

将净度测定后的纯净种实分为5组（每组100粒；千粒重为620.1 g），即5次重复，用1/10 000电子天平分别每组称其重量，之后，放入贴好标签的塑料盒中，加入清水（浸没种实），在室温条件下浸种，每2 h取出种实，餐巾纸吸干其表面水分，称重，直至种实趋于恒重。以称重时间为自变量构成单因素试验设计，从浸种后2 h开始测定，至26 h时，共测定13次（表1），即共13个水平或处理。

表1 清水浸种试验的因素水平Table 1 Factorial levels of the experiment for clear water soaking fruits

1.2 NaOH和GA3对种子吸水及其生活力的影响

采用L8（27）正交设计开展NaOH溶液浓度（A）及其浸种时间（B）、GA3浸种浓度（C）共3个因素的试验，每因素含2个水平（表2）。

表2 L8（27）正交试验因素水平表Table 2 Factors and levels of the L8（27） orthogonal experimental design

因素A、B和C分别排列于第1、2和4列，第3、5及6列分别为 A和 B（A×B）、A和 C（A×C）及 B 和C（B×C）的一级交互作用，第7列为 A、B 和 C（A×B×C）的二级交互作用，即除分析主效应外，全部一和二级交互作用亦进行分析（表3）。

表3 L8（27）正交试验设计Table 3 The L8（27） orthogonal design of the experiment

采用同一设计同时开展种子吸水和生活力测定试验。种子吸水包括9个处理组合，其中，正交设计8个，增加清水浸种24 h的1个对照（CK1），3次重复，每处理组合100粒种实，共需种实2 700粒；生活力测定包括10个处理组合，在吸水率测定基础上，再增加1个不处理的对照（CK2），也进行3次重复，即在吸水测定基础上增加300粒种实。

种实先用0.5%的KMnO4浸泡0.5 h进行消毒，清洗干净后，按L8（27）正交设计开展浸种，其中对照为清水浸种24 h。浸种结束后的种实敲开核果壳获取种子，分别称其质量，减去生活力测定的对照质量，获得种子吸水率；之后，去除种皮测定种子生活力。处理组合的种子吸水率按 Wpi=（Wi-W0）/W0×100%（Wpi-种子吸水率，Wi-浸种后去除核果壳的种子质量，W0-与浸种相同数量、未经浸种去除核果壳的种子质量，即测定生活力增加的对照种子质量）。

应用四唑（2，3，5-triphenyltetrazolium chloride，TTC）染色法对柚木种子生活力进行测定。将1 g的TTC粉剂溶解于100 mL蒸馏水中，即成1%浓度的TTC溶液。去除种皮的柚木种子浸入1%的TTC溶液中；TTC染色时，放在黑暗、温度为30～35℃的烘箱中，染色12 h。染色后，观察种子染色部位、面积大小等，逐粒判断种子生活力。测定结果以有生活力种子的百分率表示，即 SV=100（n/N）×100%（SV 为种子生活力，n为被染色的种子数，N为测定生活力的种子数）。

1.3 种实吸水和种子生活力对不同温度GA3溶液浸种时间的响应

采用L9（34）正交设计开展不同温度（A）和GA3浓度浸种（B）及其时间（C）3因素3水平的试验（表4）。

表4 试验因素水平表Table 4 Factors and levels of the experimental

根据试验因素水平表（表1），试验采用L9（34）正交试验设计（表5）进行试验实施。因素A、B和C分别排列于第1、2和3列，第4列为B和C的交互作用（B×C）。

表5 L9（34）正交试验设计Table 5 The L9（34） orthogonal design of the experiment

试验包括9个处理组合，3次重复；每处理组合100粒种实，共需种实2 700粒。将净度测定后的纯净柚木种实分为27组，每组100粒种实，并分别每组称其重量，作为种实吸水前的基础数据；之后，用0.5%的KMnO4溶液浸泡0.5 h进行消毒，清水冲洗干净后，按L9（34）正交设计的处理组合，在电热鼓风干燥箱内完成浸种试验。浸种结束后，再次分别处理组合称重，作为为种实吸水后的重量；之后，敲开种实核果壳去除种皮测定种子生活力。生活力测定和数据计算方法同试验1.2。

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 25.0进行数据整理和分析，其中，根据方差的齐性要求，方差分析数据中，任一组百分数出现230%或370%的现象，先进行反正弦转换后再做方差分析，若处理或处理组合间呈现显著或极显著差异，则采用邓肯氏（Duncans）法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 种实和种子吸水

2.1.1 清水浸种时间对种实吸水的影响

清水浸种 2～26 h的种实吸水率为38.5%～99.1%；浸种24 h时，种实吸水率达到饱和；不同浸种时间，种实吸水具有极显著的差异（P=2.31E-382 0.01），其中2～18 h期间，种实吸水随浸种时间的延长呈极显著增加趋势，18 h后虽然吸水率略有提高，但趋于饱和状态（图1），揭示柚木种实即使清水浸种，仅2 h吸水达种实的1/3以上，主要应为其毡状绒毛层吸水；约1 d时间种实即可达到饱和吸水量，与传统认知的柚木种实吸水困难相悖。也许柚木种实发芽延续期长并非因吸水原因导致的。

图1 种实吸水率随时间变化图Figure 1 Changes of the water absorption percents（WAP）with time lapse

2.1.2 NaOH和GA3浸种对种子吸水的影响

NaOH和GA3浸种的9个处理组合（含清水浸种24 h对照）种子吸水率为20.9%～35.9%，处理组合3的吸水率显著地高于处理组合1、2、6、8和CK1的（P=0.03920.05），除处理组合1和2的种子吸水率略低于清水浸种24 h外，其余处理组合的吸水率都高于对照的（表3和4），其表明，一方面通过NaOH与GA3溶液共同浸泡种实，促进柚木种子吸水；另一方面，结合清水浸种的结果，柚木种实经NaOH溶液浸种后，果皮透水性增强，也许此结果与NaOH浸种后，毡状绒毛层被去除，一定程度上降低其对吸水的阻碍有关。

A和B交互作用（A×B）是影响种子吸水率的主导因子，其次是因素C，即NaOH浓度及其适宜浸种时间组合是影响柚木种子吸水的关键，通过二因素有效配合浸种可促进种子吸水；吸水最佳的理论优水平组合为3% NaOH溶液浸种6 h后，0.15 g/LGA3溶液浸种的（A1B2C1；表5），理论优水平组合与实际种子吸水率最大的处理组合3相一致，说明试验结果的可靠性，即相对低浓度的NaOH和GA3溶液共同浸种，有效提高柚木种子吸水率。NaOH溶液浓度变化对种子吸水影响较小（R=0.4%），随其浸种时间延长，吸水率略微提高，但3和6 h无显著差异（P=0.21530.05），与A×B为主导因子的结果相吻合；吸水率随GA3溶液浓度增加，呈现显著地降低趋势（P=0.03020.05；表 5），表明 NaOH 和 GA3溶液共同浸种，其吸水率随时间的变化趋势与清水单独浸种的不相同，揭示柚木种实浸种，在溶液含有介质条件下，对种子吸水过程与清水浸种的种实吸水不尽相同，也许因清水与加入介质的溶液对种子吸水产生与种实不同的影响。交互作用中，仅A×B对种子吸水产生显著的差异影响（P=0.01520.05），表明NaOH溶液浓度与其最适宜的浸种时间相结合浸泡种实，对种子吸水才能产生最佳效果，理论和实际吸水最高水平组合诠释了此结果。

2.1.3 种实吸水对不同温度GA3溶液浸种时间的响应

不同温度GA3溶液浸种的9个处理组合的种实吸水率为72.1%～108.3%，最高的为处理组合9的，其极显著地高于处理组合2、6和7的（P=0.0042 0.01；表6），处理组合8的吸水率极显著地低于所有处理组合，说明温度为40℃时，0.5 g/L GA3溶液浸种16 h极显著地促进柚木种实吸水。

表6 处理组合的种子及种实吸水率Table 6 The WAP of the different TCs

表7 种子及种实吸水率随因素水平变化及理论优水平组合Table 7 The WAP with factorial variation involved the optimal theoretical TCs （OTTCs）

影响种实吸水率的主导因子是B×C（GA3浓度及其浸种时间的交互作用），其次是因素C，即与NaOH和GA3溶液共同浸种类似，适宜GA3溶液的浓度及其浸种时间组合是影响柚木种实吸水率的关键，二者最佳匹配可促进种子吸水；种实吸水最佳的理论优水平组合为35℃条件下，0.5 g/L GA3溶液浸种 16 h（A2B3C2；表 9），与实际种实吸水率最大的处理组合9（A3B3C2），除浸种温度不一致以外，其余两个因素的水平均一致，也许是交互作用影响导致的。

表8 处理组合的种子生活力Table 8 Survaival vitalities（SV）of different TCs

表9 种子生活力随因素水平变化及理论优水平组合Table 9 The SVs with factorial variation involved the OTTCs

2.2 种子生活力

2.2.1 种子生活力对NaOH和GA3浸种的响应

正交处理组合的种子生活力为41.3%～65.3%，处理组合1～4和CK1、CK2（对照）的极显著地高于处理组合 5～8 的（P=0.00620.01；表 4），揭示经 NaOH和GA3溶液共同浸种，改变柚木种子生活力；与种子吸水不同，对照生活力极显著地高于多个处理组合的结果，表明不适宜浓度的此2种溶液共同浸种，降低种子生活力，进而将影响种子发芽率，因此，为保障柚木种实发芽，采用此类溶液对柚木种实浸种，务必进行试验研究确定最佳不损伤种子生活力浓度基础上再应用于生产实践。

与种子吸水亦不同，影响种子生活力的主导因子是NaOH溶液浓度，其次是A×B，理论优水平为3%NaOH溶液浸种3 h后，0.15 g/L GA3溶液浸种（A1B1C1），与实际最高的处理组合1相一致；随着NaOH溶液浓度从3%提高到6%，生活力从59.0%极显著地降低至45.0%（P=3.23E-0420.01；表4和5），即柚木种子生活力对该溶液的浓度极为敏感；虽然随GA3溶液浓度从0.15 g/L增加至0.25 g/L时，柚木种子生活力略微降低，但变化极小，NaOH溶液浸种时间也与其相一致（表5）。以上结果揭示，相对较高浓度的NaOH及其较长时间浸泡柚木种实，导致种子生活力降低，同时，GA3溶液也在一定程度影响种子生活力，其浸种与吸水率类似，需要控制在适宜浓度范围内才能保证种子生活力不受影响。

2.2.2 种子生活力对GA3溶液于不同温度和时间浸种的响应

GA3溶液于不同温度下浸种的9个处理组合种子生活力为1.0%～43.3%，最高处理组合4的极显著地高于处理组合1和2的（P≈2.98E-0820.01），处理组合3的极显著地低于所有处理组合的（表8），即0.5 g/L GA3溶液于30℃温度下浸种24 h极显著地降低柚木种子生活力。GA3溶液于不同温度和时长浸种对生活力的影响规律性尚未明确，有待进一步的试验研究。

温度是影响柚木种子生活力的主导因子，种子生活力最佳理论优水平组合为0.1 g/LGA3溶液于35℃条件下浸种16 h（A2B1C2），与实际最高的处理组合4相一致；35℃温度浸种，其种子生活力极显著地高于30℃的；0.1 g/L GA3溶液浸种的生活力则显著高于0.5 g/L的；与种子吸水不同，浸种8 h的种子生活力极显著高于24 h的（表8和9），揭示在不同浓度GA3溶液和浸种时间共同应用前提下，浸种温度过高或者过低对柚木种子生活力均有极显著的抑制作用，35℃为柚木种子最适宜的温度；此外，试验结果也指出，多因素共同作用时，高浓度GA3溶液长时间（≥24 h）浸种亦抑制种子生活力。柚木种子生活力受多因素浸种共同影响，可通过试验实施和分析，获得有益于保持最高生活力及其促进发芽的最佳组合，实现实生壮苗快繁。

3 讨论

种皮的透水性直接影响种子发芽，张玉屏等[17]发现，水稻（Oryza sativa）种子在浸种早期吸水快，后期慢，且随浸种时间延长，吸水率提高；肖斌等[18]指出沙生针茅（Stipa glareosa）种子的吸水量随浸种时间的延长逐渐减小直至达到饱和吸水率，且种子的吸水率与浸种时间成正比；P.Elias等[11]的种子吸胀试验表明，榛子种实及其种子吸水率随时间的延长而增大，直至达到饱和吸水率。本试验柚木种实吸水过程与以上研究的种子或种实的相一致，也许非吸水困难的种子具有随浸种时间延长吸水率不断提高直至达到饱和含水量时停止吸水的共同特征，柚木种子吸水率随浸种时间延长不断提高的结果，揭示其并非吸水困难的种实类型，柚木种实发芽困难也许并非其不易吸水导致的，而是种子结构等特性引起的，有待进一步试验研究。

酸蚀或种子特有的透水性，是促进种子吸水发芽的措施或必要条件；GA3溶液浸种则促进种子发芽。吴丽芳等[19]研究白刺花（Sophora davidii）硬实种子的休眠机制及休眠解除中，发现酸蚀（浓硫酸浸种）对种子吸水具有促进作用；杨万霞等[20]研究指出，浓硫酸处理青钱柳（Cyclocarya paliurus）种子，可较快吸水膨胀，青钱柳种子的胚也可吸收部分水分；王宁等[21]试验揭示，冬青（Ilex chinensis）种子的种壳与种皮具有一定的透水性，为种子发芽提供必要的吸水条件。柚木种实与以上种子类似，均属于硬实种子，本研究中，清水及NaOH和GA3浸泡种实的吸水结果与以上3种植物种子的相一致，进一步佐证柚木种实发芽困难并非吸水原因导致的，是否是因其种子尺寸相对较小，缺乏胚乳，并且种壳坚硬，导致种胚突破硬壳困难造成的，有待进一步试验研究进行实证。徐萌等[22]指出，GA3促进春小麦（Triticum aestivum）种子吸水，本研究则是随GA3溶液浓度提高，种子吸水率显著降低的结果与其不一致，也许不同植物种类的种子吸水对外源激素浓度响应的差异导致的，有必要开展更多此类植物及不同水平组合的种子吸水试验研究。

NaOH溶液多作为对硬核或被绒毛种实或种子碱蚀或增加透性物质处理种子，但其浓度较高，通常降低种子生活力，从而降低其发芽率，甚至导致种子完全失去生活力；温水浸种也是促进种子吸水和发芽的措施之一。席沁等[23]研究发现，NaOH溶液浸种，降低偃松（Pinus pumila）种子生活力，本研究6%NaOH溶液浸种与其类似，也许碱性的NaOH浸种导致种皮透性增加的同时也伤害种子，造成生活力降低，有待更多研究结果加以实证。张琪等[24]研究指出，加拿大紫荆（Cercis canadensis）种子的吸胀率随温度升高而升高，但其生活力则随之降低；徐世才等[25]研究不同温度和浸种时间对沙芥（Pugionium comutum）种子发芽的影响中，发现其在室温下浸种9 h吸水率最高，浸种时间不足或过长都会降低种子发芽率。本研究的柚木种子吸水率及生活力随浸种温度和时间的变化与已有研究类似，但达到饱和含水量的时间较长，也许浸种温度和时间对不同植物种类种子吸水和生活力的影响也相同。虽然本试验结果揭示柚木不属于吸水困难的种实类，但因其密被厚实的绒毛和果壳坚硬的特性，相对地吸水达饱和含水率的时间较长，能否通过溶蚀绒毛和软化果壳加速吸水，需要更多的试验研究。

4 结论

清水浸种24 h时，柚木种实的吸水率基本达到饱和。不同溶液浸种，3%NaOH和0.15 g/L GA3溶液分别浸泡种实6和4 h的种子吸水率最高，此外，在40℃恒温浸泡种实，0.5g/L GA3溶液浸种16 h的种实吸水率最高。此研究结果揭示，柚木种实并非吸水困难的类型，与普遍认为的其种实吸水受阻导致发芽困难的结论相悖。

NaOH和GA3浸泡种实的处理组合，种子生活力达41.3%～65.3%，3%NaOH和0.15 g/L GA3溶液分别浸种3 h和4 h的种子生活力最高，种子生活力与NaOH溶液浓度及其浸种时间呈负相关。虽然相对高浓度和较长时间的NaOH溶液浸种有利于种子吸水，但降低其生活力，不宜在生产实践中采用此方法处理种实。GA3浸泡种实的处理组合，种子生活力为1.0%～43.3%，其中在35℃恒温下，0.1 g/L GA3溶液浸种16 h的种子生活力最高。浸种温度是影响柚木种实生活力的主导因子，其过高或者过低均抑制柚木种子生活力，35℃可作为柚木种实浸种的最适宜温度。