野生秀丽四照花种子生物学特性及萌发研究

阮淑明，巫智斌，赖士淦

(福建林业职业技术学院，福建 南平 353000)

山茱萸科(Cornaceae)山茱萸属(Cornus)四照花亚属(subg.Syncarpea)类群分布范围广，集彩花、彩叶、彩果于一身，是优良的彩色树种[1]；其果营养丰富，味甜可食亦可酿酒，有通经、活血、消肿等功效，为珍稀野生果树种质资源[2—4]；木材坚硬，为优良的特种用材树种；根系发达，能很好地固土保水，是荒山荒地绿化、美化以及恢复土壤肥力的重要树种资源[5]，具较大的开发利用价值，园林观赏类需求量不断增加[6]。四照花植物包括东亚四照花和北美四照花两大类群。东亚四照花共10种(含亚种)，其中，秀丽四照花(Cornus hongkongensissubsp.elegans)为常绿小乔木或灌木，生于海拔250～1200 m森林，分布于江西、福建、浙江等地[7]，是具有良好观赏价值和经济价值的乡土树种[8]。

种子的休眠特性是植物适应环境的繁殖策略之一，四照花种子具生理休眠[9—10]。野外调查发现，目前自然生境中四照花多为散生状态，与其种子休眠性强较难萌发有一定关系。周健等[11]发现大花四照花(C. florida)种皮存在透水性障碍。余道平等[12]发现峨眉四照花(C. capitatavar.emeiensis)的种子为光不敏感或光中性种子，温度对萌发有显著影响。易咏梅等[13—14]也发现致密坚硬的种皮严重阻碍种子吸水，发芽需经过低温阶段。而光照有利于香港四照花(C. hongkongensis)种子发芽，并且最适光照条件为1000 1x[15]。目前秀丽四照花栽培驯化技术相关的基础研究较少，有关其种子萌发条件及休眠特性的研究和报道极少，本试验以建宁野生秀丽四照花种子为研究对象，进行生物学特性研究，为秀丽四照花的引种、驯化及综合利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

秀丽四照花果实采集于福建省三明市建宁县，该县地处闽西北边陲，与江西省接壤，属亚热带海洋性季风气候，又有大陆性山地气候特点，冬夏干湿差异悬殊，地形复杂，立体气候及地区小气候差异显著。按照林业行业标准《中国四照花播种育苗技术规程》(LY/T2682-2016)的方法，于2020年11月在果实成熟变红时采集，堆沤成熟后洗出种子。

1.2 方法

1.2.1 种子形态观察与基本营养测定

随机抽取10组，每组100粒新鲜种子，在体视镜(型号为OLYMPUS SZ61)下观察种子形态，用电子分析天平(型号为FA2004)称量，百粒法计算千粒重，并用电子游标卡尺测量种子长、宽、厚度(为种子腹线与背线的最大距离[16])等指标，数值以平均值±标准误差表示。根据食品安全国家标准测定种子蛋白质(食品中蛋白质的测定GB5009.5-2016)与脂肪(食品中脂肪的测定第一法GB5009.6-2016)含量。

1.2.2 种子透水性测定

参照杨文权等[17]的方法测定种子吸水率。取20粒完整新鲜干种子与 20粒刺破皮种子(用刀具挫磨种子种脐部位)，重复3次。将6组种子分别放入烧杯再加入40 mL 蒸馏水，置于25 ℃恒温培养箱中进行吸水试验，定期(前37 h内每2 h测定一次，后每4 h测定一次，72 h后每12 h测定一次，测3次)将种子取出，用滤纸吸干种子外部水分，用 1/10000电子分析天平称量，直至种子吸水饱和。种子吸水率(%)=(湿重–干重)/干重×100%。

1.2.3 种子变温处理

种子用10%灭菌灵浸泡20 min，后用蒸馏水清洗干净备用。种子萌发试验培养基质为细水苔，含水量10%，用自封袋作为培养容器，每隔7 d检查种子发芽情况，并及时补充水分，保持基质湿润，剔除发霉种子，下同。

将种子直接置于普通人工气候培养箱培养，设置30 ℃ / 20 ℃变温(30 ℃、8 h，光照强度为1200 μmol·m-2·s-1；20 ℃、16 h，无光照)和 30 ℃ / 15 ℃变温(30 ℃、8 h，光照 1200 μmol·m-2·s-1；15 ℃、16 h，无光照)两种处理培养，以恒温(15 ℃，其中8 h 光照 1200 μmol·m-2·s-1，16 h 无光照)培养为对照，每处理50粒种子，5次重复。

1.2.4 化学处理的种子萌发实验

分别使用30% H2O2和30% NaOH浸种5、10、15 min，每处理50粒种子，5次重复。以无处理直接催芽为对照，培养条件为30 ℃ / 20 ℃变温。

1.2.5 低温层积处理的种子萌发试验

将种子置于4 ℃冰箱进行低温层积处理，处理时间为7、14、21、28 d。期间定期打开自封袋，翻动细水苔。以种子无处理直接催芽为对照，每处理50粒种子，5次重复。

1.2.6 种子萌发判定及指标计算

种子的萌发以胚根破皮而出为标志[18]。选用萌发时滞、发芽势、萌发率、平均萌发时间等4个指标评价种子活力。萌发时滞为萌发试验开始至第1粒种子萌发的时间(d)；发芽势(%)为90 d内种子发芽率；萌发率(%)为萌发种子数占播种种子数百分比；平均萌发时间=Σ(ti×ni)/Σni，式中ti为播种之日起第i天，ni为播种后第i天萌发的种子数[19]。种子两周内无萌发视为试验结束。用 Excel 2007和SPSS19.0软件对数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 种子形态特征及营养成分

秀丽四照花种子多为扁圆形，种脐位于稍尖一端，另一端宽大。种脐有一脐沟，为细长裂缝，裂缝周围有黄色物质，腹缝线为种孔的延长线，但未延伸到种子顶端，外种皮光滑呈土黄色，多被一层白色物质，坚硬致密(图1A)。种子千粒重为(76.91±0.32) g，种子的长度(5.81±0.68) mm、宽度(5.10±0.74) mm、厚度(3.99±0.59) mm。经检测，秀丽四照花种子中蛋白质含量 3.13 g·100 g–1，脂肪含量5.1 g·100 g–1。

图1 秀丽四照花种子萌发形态Fig. 1 Seed germination of Cornus hongkongensis subsp.elegans

秀丽四照花种子有两片豆瓣状子叶，种子吸水后，种脐裂缝张开，胚根伸出，胚轴伸长，将子叶推出土面，属于子叶出土型萌发(图1B、图1D)。在种子萌发过程中，可见坚硬的种皮包着子叶的一层“内膜”，在子叶伸展过程中不易撑开，同时种皮不能完全脱落仍全部或部分钳制子叶不能展开(图1C)，可能造成种子不能发芽、不能出土以及出土后不能顺利展开子叶等困难，进而影响种子萌发与生长发育。

2.2 种子透水性

种皮完整种子和破皮种子的吸水情况如图2所示。从图中可看出，相同时间内刺破皮种子吸水率稍高于完整种子，但吸水变化情况无显著差异。吸水过程大致可分为快速吸水期、缓慢吸水期、饱和期三个过程。在前20 h内，种子快速吸水，在20～50 h为缓慢吸水期，60 h后进入饱和期，但种子在整个试验过程中吸水率低于8%。说明坚硬致密的种皮较大地阻碍了种子的透水性，不利于种子萌发过程中营养物质的水解，极大地影响了种子萌发，与前人研究的结果相似[11,13—14]。

图2 秀丽四照花种子吸水曲线Fig. 2 Water absorption curve of Cornus hongkongensis subsp. elegans seeds

2.3 变温处理的四照花种子萌发情况

从表1可看出，在两种变温条件下，秀丽四照花种子各萌发参数(萌发时滞、发芽势、萌发率、平均萌发日数)与对照有显著差异，说明变温促进秀丽四照花种子的萌发。其中30 ℃ / 15 ℃变温处理的种子各萌发参数均优于30 ℃ / 20 ℃温度条件，萌发时滞(35.00 d)极显著低于30 ℃ / 20 ℃温度条件，发芽势和萌发率极显著高于30 ℃ / 20 ℃温度条件，说明温差大更利于四照花种子萌发。

表1 不同温度培养秀丽四照花种子的萌发参数Table 1 Germination parameters of Cornus hongkongensis subsp. elegans seeds in different treatments

30 ℃ / 15 ℃变温处理的平均萌发日数(71.46 d)短于30 ℃ / 20 ℃处理的平均萌发日数(85.16 d)，但是并未表现出显著性差异，说明秀丽四照花种子的平均萌发日数对变温敏感但对温差影响不敏感。

2.4 化学处理对四照花种子萌发的影响

从表2可看出，在30% H2O2和30% NaOH浸泡种子的不同时间处理之间以及与对照相比，萌发时滞和发芽势均没有显著差异(P＞0.05)。

表2 不同化学处理的秀丽四照花种子萌发参数Table 2 Germination parameters of Cornus hongkongensis subsp. elegans seeds in different chemical treatments

在萌发率方面，种皮经酸、碱处理的种子之间无显著差异，但碱处理的种子萌发率显著低于对照组(P＜0.05)。说明种皮的酸碱处理对秀丽四照花种子萌发没有促进作用。

30% H2O2处理种皮的种子平均萌发时间与对照无显著差异。30% NaOH浸泡种皮的三种处理中，处理10 min的平均萌发日数与对照差异显著。

综上，种皮经碱处理，种子萌发率降低，但处理10 min的种子平均萌发日数缩短。

2.5 低温层积处理的四照花种子萌发情况

从表3可看出，种子经4 ℃低温层积处理，萌发时滞、发芽势、萌发率和平均萌发时间并未优于对照组。相反，低温处理7 d，萌发时滞显著长于对照，发芽势显著低于对照；处理7 d和14 d萌发率显著低于对照。

表3 不同低温层积处理秀丽四照花种子的萌发参数Table 3 Germination parameters of Cornus hongkongensis subsp. elegans seeds in different low temperature stratification treatments

3 结论与讨论

3.1 四照花种皮是影响种子萌发的重要因素

实验表明，秀丽四照花种子的吸水率不高，机械损伤种皮后种子吸水率也增加不大，因秀丽四照花种子粒小，种皮坚硬度高，敲击种子时易伤及胚，而用刀具挫磨种子种脐部位不到位，种子吸水仍受阻。水分是林木种子萌发必需的启动条件，种皮不易透气透水，限制种子萌发，种子的休眠期一般也较长[20]。对秀丽四照花种皮进行碱处理10 min，可显著缩短种子平均萌发时间，可见四照花种皮坚硬致密是抑制种子萌发的重要因素。

3.2 变温促进四照花种子萌发

适宜的温度可打破种子休眠，有利于种子吸水和气体交换[20]。Fordham[21]指出，变温加速了林木种子的生理成熟，从而提高种子发芽率。变温处理可有效破除硬实种子和生理后熟种子的休眠，尤其对野生植物种子特别有效[22]，本试验中30 ℃/15 ℃与30 ℃/20 ℃两种变温条件下，温差大的30 ℃/15℃处理对四照花种子萌发有更好的促进作用，萌发时滞短，萌发率和发芽势高。

四照花是广布于中国亚热带和暖温带的古老物种。研究发现，降水量变异、最冷月份的最低温和最冷季度的平均温度是影响四照花物种分布的3个最主要因子，虽然分布较广，但在海拔500～1500 m的暖温带常绿阔叶林生长最好，种群数量最多[23]。暖温带的分界线是日均温稳定通过 10 ℃时年积温达到3400 ℃的温度线[24]。刘文[25]认为种子萌发与最低温度和积温有关，萌发最低温度较低的物种积温较高，最低温度高的物种积温较低，下一步可深入研究秀丽四照花种子萌发的最低温度和所需积温，从而找出更适宜的温差范围，以提高种子萌发率。

在特定温度下，种子休眠快速解除需要进行吸胀，通常称之为层积[26]，层积处理为解除具有后熟特性种子休眠的有效方法[27]。对种子可进行低温层积、暖温层积或变温层积。对秀丽四照花种子采取4 ℃低温层积处理7、14、21、28 d，观察其萌发效果，不同层积时间处理的种子萌发率无显著差异，且萌发效果均显著低于30 ℃/15 ℃变温处理。低温吸胀使夏季一年生种子休眠解除，而高温吸胀则使冬季一年生种子休眠解除[28]。秀丽四照花种子为冬季一年生种子，故后续研究可从暖温层积或变温层积中探索最适的层积温度与时间，以更好地促进种子萌发。