贮藏温度和种子含水率对水曲柳种子活力指标的影响1)

朱美如 矫春晶 安康明 李明月 张鹏

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

林木种子是营林生产和天然更新的基础，具有稳定优良的遗传性状[1]。林木种子贮藏的关键因素是贮藏温度和种子含水率，也是保证种子质量的重要措施[2-4]。低含水率和低温条件更加有利于香椿(Toonasinensis)[5]、破布木(Cordiasinensis)[6]种子贮藏，狭叶白蜡(Fraxinusangustifolia)、欧洲白蜡(Fraxinusexcelsior)解除休眠后含水率降至8%～12%，可在-3～3 ℃条件下密封贮藏1 a以上[7-8]。目前，国内外有关林木种子贮藏的研究主要集中在种子成熟脱落后直接贮藏，而深度休眠的林木种子在解除休眠后的贮藏方法及贮藏条件的研究较少。

水曲柳(Fraxinusmandshurica)是东北地区三大硬阔树种之一，也是重要的用材林树种。水曲柳主要采用种子繁殖，水曲柳种子具有深度休眠特性且解除初生休眠时间较长[9-10]，解除初生休眠后的水曲柳种子的贮藏方法对温室播种育苗具有重要作用。已有研究表明，解除休眠后的水曲柳种子干燥贮藏，种子含水率控制在7%～10%有利于维持种子活力[10-11]；解除休眠的水曲柳种子干燥至含水率10%～12%时，在室温条件下可以长期贮藏[12]，但关于水曲柳种子适宜的贮藏温度和种子含水率尚未确定。本研究以解除初生休眠的水曲柳种子为材料，系统研究不同含水率的水曲柳种子，在不同温度下干燥贮藏不同时间的萌发情况，旨在确定解除休眠水曲柳种子适宜的贮藏条件，从而为水曲柳种子处理和播种育苗提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

水曲柳种子于2017年采自吉林省临江林业局种子园成年母树，水曲柳种子经过温度18 ℃贮藏84 d，然后在温度5 ℃裸层积处理70 d[10]，解除水曲柳种子的初生休眠期，然后以解除初生休眠的水曲柳种子为试验材料进行时发芽试验。

1.2 试验方法

试验水曲柳种子含水率设置3个梯度：低含水率(含水率7%)、中含水率(含水率10%)、高含水率(含水率14%)。

种子初始含水率：根据种子检验规程[13]，将种子在烘箱中105 ℃烘干24 h，称量水曲柳种子烘干前后质量，计算解除初生休眠水曲柳种子初始含水率。

种子初始含水率=[(M2-M1)/(M2-M3)]×100%。式中：M1为样品盒和盖的质量；M2为样品盒和盖及种子的烘干前质量；M3为样品盒和盖及样品的烘干后质量。

种子目标含水率的质量：经过裸层积处理后的水曲柳种子放置于托盘上，在室温条件下阴干，采用称重法计算各处理种子目标含水率的质量，干燥期间每隔1 h称种子的质量至目标含水率质量为止。计算目标含水率时种子的质量。种子质量=[(1-MC1)/(1-MC2)]×W。式中：MC1为种子初始含水率，MC2为种子目标含水率，W为种子初始质量。

贮藏温度设置：林木种子常用贮藏温度为5 ℃，长期保存种质资源的理想条件是-18～-20 ℃[14]，水曲柳种子在室温条件也可以贮藏。本试验贮藏温度设置为：室温(25±2)、5、-20 ℃。将各目标含水率的水曲柳种子，平均分成3份放置在双层密封袋内，分别置于3个温度条件下干燥贮藏，共9个贮藏处理，以干燥后未经贮藏的水曲柳种子作为对照。

水曲柳种子发芽试验：考虑温室播种育苗的播种时间，超过6个月种子需要长期贮藏。依据种子的贮藏时间设置为短期(干燥后和干燥后1个月)、中期(3个月)、长期(6个月)，依据种子的贮藏时间分别取样，将种子复水浸泡48 h，每24 h换一次水，48 h后用0.5% KMnO4溶液浸泡30 min，自来水反复冲洗至无色。将种子置于塑料培养皿(9 cm)中萌发，培养皿底部垫有一层滤纸，每个处理设置4个培养皿，每皿25粒种子，萌发周期为30 d。播种种子培养皿放置在黑暗人工气候培养箱(温度10 ℃、湿度60%)中萌发。当种子的胚根突破种皮2 mm时视作发芽，每天观察记录种子发芽粒数并换水，计算发芽率、发芽指数和平均发芽时间。计算公式如下：

发芽率=(发芽种子粒数/试验种子总粒数)×100%；

发芽指数=∑(Ag/Tg)；

发芽时间={∑(Ag×Tg)/∑Ag。

式中：Tg为发芽时间;Ag为与Tg相对应的每天发芽种子数。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2016进行种子萌发数据整理，用SPSS Statistics 19.0进行种子含水率和贮藏温度对水曲柳种子萌发能力影响的双因素方差分析，其中发芽率为百分数进行反正弦平方根转换后再进行方差分析。当方差分析结果显著时，采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同含水率水曲柳种子未经贮藏处理的萌发情况

由表1可知，解除初生休眠的水曲柳种子干燥至不同含水率状态，未经贮藏处理(对照组)直接萌发，不同含水率种子发芽指数差异显著。各含水率种子平均发芽率达到90.33%，平均发芽指数达到2.01，平均发芽时间达到11.95 d。

表1 水曲柳种子干燥后未经贮藏处理的萌发表现

2.2 贮藏温度和种子含水率对解除休眠水曲柳种子短期贮藏后萌发的影响

由表2可知，随着贮藏温度升高，种子发芽率、发芽指数降低，发芽时间延长。随着种子含水率升高，种子发芽率降低，其中,中等含水率种子的发芽指数最高，发芽时间最短。

表2 种子含水率和贮藏温度处理组合对短期贮藏的水曲柳种子萌发能力影响

经方差分析，水曲柳种子含水率、贮藏温度以及两者交互作用对短期贮藏水曲柳种子的发芽率、发芽指数和平均发芽时间影响极显著(P<0.01)。

由表3可知，贮藏1个月(短期)的水曲柳种子与对照组的水曲柳种子平均发芽率相比，种子发芽率明显降低。其中高含水率的水曲柳种子在室温贮藏发芽率为28.00%，显著低于其他贮藏处理；中等含水率和高含水率种子在-20 ℃条件下贮藏的发芽率最高，发芽率为79.00%。

贮藏1个月水曲柳种子发芽指数与平均发芽指数相比，明显受到贮藏处理的影响。高含水率水曲柳种子贮藏在-20 ℃时种子发芽指数最高，与低含水率种子在不同温度贮藏的种子发芽指数、中等含水率种子在室温条件贮藏的种子发芽指数、高含水率种子在室温贮藏和5 ℃贮藏的种子发芽指数差异显著(P<0.05)。

贮藏1个月水曲柳种子发芽时间明显受到贮藏影响，高含水率种子在室温贮藏处理时，种子发芽时间显著长于其他贮藏处理，比对照组高含水率的种子发芽时间延长约7.45 d。中等含水率的种子在-20 ℃贮藏处理时种子发芽时间最短，较对照组中等含水率的种子发芽时间缩短了3.32 d。

表3 干燥后不同含水率的水曲柳种子经不同温度短期贮藏后的萌发情况

2.3 贮藏温度和种子含水率对解除休眠水曲柳种子中期贮藏后萌发的影响

由表4可知，随着贮藏温度降低，水曲柳种子发芽率、发芽指数降低、种子发芽时间延长。中等含水率种子的萌发优于其他含水率种子。

表4 种子含水率和贮藏温度处理组合对中期贮藏的水曲柳种子萌发能力影响

经方差分析，种子含水率、贮藏温度以及两者交互作用均对水曲柳种子发芽率、发芽指数、发芽时间影响均极显著(P<0.01)。

由表5可知，水曲柳种子干燥贮藏3个月(中期)，低含水率、中等含水率种子在-20 ℃贮藏的发芽率比对照组平均发芽率有所提高。低含水率种子在-20 ℃贮藏的发芽率最高，高含水率种子室温贮藏的发芽率最低，较对照组高含水率种子发芽率降低了77.00%。

贮藏3个月后水曲柳种子发芽指数呈现升高或降低的趋势。中等含水率种子在5 ℃贮藏、高含水率种子在-20 ℃贮藏的种子发芽指数最高，比对照组种子的发芽指数分别提高了1.14、1.16倍，显著高于低含水率种子贮藏在各温度下的发芽指数；高含水率种子室温贮藏处理的发芽指数显著低于其他贮藏处理(P<0.05)，较对照组种子发芽指数降低了1.88。

水曲柳种子干燥贮藏3个月(中期)，高含水率种子在室温贮藏的发芽时间最长，在-20 ℃贮藏的发芽时间最短，较对照组高含水率种子的发芽时间缩短了3.58 d。

表5 干燥后不同含水率的水曲柳种子经不同温度中期贮藏后的萌发情况

2.4 贮藏温度和种子含水率对解除休眠水曲柳种子长期贮藏后萌发的影响

由表6可知，随着种子含水率升高，种子发芽率、发芽指数降低，种子发芽时间延长。随着贮藏温度升高，种子发芽率、发芽指数降低，发芽时间延长。

表6 种子含水率和贮藏温度处理组合对长期贮藏的水曲柳种子萌发能力影响

经方差分析，种子含水率、贮藏温度以及两者交互作用对种子发芽率、发芽指数、发芽时间影响均极显著(P<0.01)。

由表7可知，水曲柳种子干燥贮藏6个月(长期)时，其中4组贮藏处理的种子发芽率达到90.00%以上。高含水率种子在-20 ℃条件下贮藏的发芽率最高，与各含水率种子在室温贮藏的发芽率、中级含水率种子在5 ℃贮藏的发芽率差异显著(P<0.05)。室温条件下贮藏的种子发芽率与对照组发芽率相比下降幅度较大，而高含水率种子在5 ℃长期贮藏后发芽率出现下降趋势。

水曲柳种子经长期贮藏后，5组贮藏处理的水曲柳种子发芽指数高于对照组平均发芽指数。高含水率种子在-20 ℃贮藏种子的发芽指数最高，较对照组高含水率种子的发芽指数提高了1.47倍，与各含水率种子在室温贮藏的发芽指数、低含水率种子在5 ℃贮藏的发芽指数、高含水率种子在5 ℃贮藏的发芽指数差异显著(P<0.05)。高含水率种子在室温贮藏的种子发芽指数最低，较对照组高含水率种子的发芽指数降低了68倍。

水曲柳种子经长期贮藏后，中等含水率种子在5 ℃贮藏的发芽时间最短，较对照组中灯含水率种子相比发芽，时间缩短了2.94 d，与各含水率种子在室温贮藏的发芽时间、低含水率种子在5 ℃贮藏的发芽时间、高含水率种子在5 ℃贮藏的发芽时间差异显著(P<0.05)。

表7 干燥后不同含水率的水曲柳种子经不同温度长期贮藏后的萌发情况

3 结论与讨论

林木种子在贮藏过程中，有效的贮藏手段是通过减缓种子的正常代谢从而不会对种子造成损伤，贮藏条件直接影响种子的活力[15-17]。本研究发现，不同贮藏条件下，水曲柳种子发芽率的高低有一定差别，与对照相比，短期贮藏后种子发芽率下降，中期贮藏后种子发芽率呈现回升趋势，长期贮藏后种子发芽率差异显著，这一结果与大部分种子随贮藏时间延长而发芽率降低的研究结果不同。种子经过贮藏发芽率升高，如紫苞鸢尾(Irisruthenica)种子[18]、向日葵(Helianthusannuus)种子[19]、荒漠灌木藜科种子[20]等，而水曲柳种子在贮藏前经过变温层积处理，种子已解除初生休眠(形态生理休眠)，种胚完成生理生化反应[21]，且种子萌发率不受干燥处理的影响[10]。因此，贮藏中期水曲柳种子发芽率恢复至高水平萌发状态，排除了种胚形态生理后熟的可能性。目前，裴云霞等[22]研究枫香(Liquidambarformosana)种子、梁立东等[23]研究西伯利亚花楸(Sorbussibirica)种子干燥贮藏发现，种子在贮藏一段时间后种子发芽率呈现有升有降的波动情况，这与水曲柳种子贮藏结果变化相似。水曲柳种子属于脂肪类种子，关于脂肪类种子贮藏研究表明，脂肪类棉花种子在贮藏至6个月时，种子发芽率恢复至最高值，随着贮藏时间延长，种子活力逐渐下降[24]；张凤[25]将不同类型的种子进行低温贮藏，发现脂肪类种子比淀粉类种子活力下降慢。由于种子中的脂类具有疏水性，对细胞膜起到保护作用[26]。因此水曲柳种子活力明显受到干燥贮藏影响，短时间种子处于干燥状态缺少自由水，经过一段时间后脂肪类物质对水曲柳种子细胞膜起到了修复保护作用。

国内外学者认为低温和种子低含水率有利于种子贮藏[5-6]，但本研究发现，高含水率水曲柳种子在低温贮藏条件也可以保持较高活力，高含水率种子经过长期低温贮藏后的发芽率比中、低含水率种子的发芽率高。因为冷湿环境下有效保证种子活力[27]，低温贮藏使种子细胞质玻璃化[28]，维持许多生物大分子结构和功能完整[29]，增强抗氧化酶活性，延缓种子老化进程。低温条件满足水曲柳种子适宜的贮藏温度条件，不会对高含水率水曲柳种子造成冻害，反而有利于水曲柳种子萌发。不同含水率的水曲柳种子在室温贮藏发现，中、高含水率种子发芽率下降太快甚至没有萌发能力，相当于自然老化过程，导致细胞膜质过氧化，对种子造成不可逆的伤害[30-31]。中、高含水率种子不适合在室温条件干燥贮藏，水曲柳种子安全含水率范围为7%～10%。

综上所述，若具备低温贮藏条件，种子含水率需控制在7%～14%，室温条件下贮藏种子含水率为7%；短期贮藏水曲柳种子可以选择5 ℃条件贮藏；长期贮藏水曲柳种子选择-20 ℃较适宜。