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無刺構骨種子的休眠與萌發研究

無刺構骨種子的休眠與萌發研究

無刺枸骨是冬青科冬青屬枸骨的自然變種,常綠灌木或小喬木,樹種枝繁葉茂,葉形奇特,樹葉濃綠有光澤。樹冠圓整,4~5月開黃綠色小花,花序為聚傘花序或傘形花序,雌雄異株,核果球形,初為綠色,入秋成熟轉紅,滿枝累累碩果,鮮艷奪目,經冬不凋直至來年春季,經修枝整形可製作成大樹形,球形及樹狀盆景,是良好的觀花、觀果、觀葉、觀形的樹種,多應用於庭園觀賞和城市綠化。

由於無刺枸骨種子的休眠周期一般長達3年,極大影響了生產上的繁殖效率。如何快速打破種子休眠,提高種子的發芽率,是目前無刺枸骨播種繁殖研究的難點。本文通過對無刺構骨種子的深入了解,探究影響種子休眠的因素,尋找快速打破種子休眠的合理方法,同時為冬青屬其它樹種種子如何打破休眠奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

供使用的無刺構骨種子為2016年11月從市場購入的當年新鮮種子,核果用水浸漬2~3d,待果肉充分軟熟後揉搓,淘洗,去除上層漂浮種子,沉在下層的飽滿種子為試驗材料。

1.2 方法

(1)種子千粒重、形態及生活力的測定。種子的千粒重及形態測定:使用種子百粒法來測定,以100粒為一組,設五個重複。檢測並記錄種子的長寬,種殼重以及胚乳的大小。

種子生活力的測定:隨機取2×100粒精選種子,浸水48h,橫向切去種子頂端2/3~3/4;而後將種子置於35℃無光培養箱中,0.2%四唑溶液染色12h;染色結束後流水反覆沖洗,剝除種皮,沿中軸線縱切種子,露出胚等組織,在體視顯微鏡下觀察,並拍照。鑒定標準為:

①有生活力種子:胚和胚乳全部正常染色;胚全部染色,胚乳少量未染色。

②無生活力種子:胚和胚乳都未染色;胚全部染色,胚乳未染色。

(2)種子吸水性的測定。分別取風乾種子兩份,60粒為一份,第一份為完整的風乾種子,第二份用針刺破種皮,將兩份種子置於25℃恆溫培養箱中吸水,分別在2,4,6,8,10,12h)測重。取出種子時,吸水紙徹底吸干種子表面的浮水後靜置10min稱重,並做好記錄。

(3)濃硫酸處理。將供試驗的種子倒入一定量的濃硫酸(比重1.84)溶液中,經過不同時間(1min,5min,10min,30min,1h,2h,3h)處理後種子再置於流水沖洗16~20h,再進行發芽試驗,該處理以20粒為一組,三次重複。

(4)藥劑處理。將供試驗的冬青種子用GA3溶液處理,經過不同濃度的GA3+H2SO4 溶液(100,250,500mg/L)浸種24h,再行發芽試驗,該處理以20粒為一組,三次重複。

(5)層積處理。自然層級:1月1日,將種子與濕沙分層堆放(濕沙與種子的比例為3∶1)於花盆內,盆口用塑料布紮緊,置於室外乾燥避風陰涼處、排水良好、深20cm的土坑中催芽約180d,7月1日取出種子統計發芽率,該處理以100粒為一組,三次重複。

低溫層級:1月1日,將種子與濕沙分層堆放(濕沙與種子的比例為3∶1)於花盆內,盆口用塑料布紮緊,置於室內冰箱內,催芽180d,溫度為4℃,7月1日取出,統計發芽率,該處理以100粒為一組,三次重複。

變溫層積:1月1日,將種子與濕沙分層堆放(濕沙與種子的比例為3∶1)於花盆內,盆口用塑料布紮緊,置於室內冰箱內,催芽120d,溫度為4℃,5月1日從冰箱中取出,置於室外乾燥避風陰涼處、排水良好、深20cm的土坑中催芽60d,統計發芽率,該處理以100粒為一組,三次重複。

1.3 數據統計分析

數據採用Excel、SAS軟體進行統計和分析。萌發率(%)=發芽種子數/測定種子數×100%吸水率(%)=[吸水後質量(g)-吸水前質量(g)]/吸水前質量(g)×100%

2 結果與分析

2.1 無刺構骨種子生物學特性

(1)無刺構骨種子的基本形態特徵。無刺構骨果實為漿果狀,通常為球形,成熟的紅果懸掛於枝頭,干後變為深紅色,果肉肥厚多汁,每顆果實大約有4~5粒種子,種子狹長披針形,外背面形如溝壑。通過對無刺構骨果實的揉搓和清洗,得到乾淨良好的種子,通過對種子的長度、寬度以及胚乳的測定和觀察,得到以下數據,見圖1。

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圖1 無刺構骨種子形態及胚的發育

Ⅰ、Ⅱ為無刺構骨種子外表皮形態特徵;Ⅲ為無刺構骨種子種胚內胚乳

種子外部形態統一,長度(6.64±0.35)mm,寬度(3.86±0.3)mm,高度(3.72±0.25)mm,千粒重為15.22g,種子有仁率78.26%,種殼的重量占完整無刺構骨種子的81%,結果表明,種殼的厚重在一定程度上導致了種子的休眠。

(2)種子生活力測定。種子生活力是檢驗種子生長發育好壞的基本標準,同時也反應種子的質量問題,經測試,用於試驗的種子中有生活力的為187粒,無生活力的為13粒,有生活力的種子佔到總種子數量的93.5%,說明供試驗的大多數種子的質量良好。

(3)種子的透水性。完整種子和破皮種子的吸水情況,見圖2。

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圖2 無刺構骨種子吸水曲線

由圖2所示,在浸泡前期,完整枸骨種子與破皮種子的吸水情況基本保持一致,隨著時間的推移,在浸泡中期,破皮的無刺構骨種子的吸水率高於完整種子,在浸泡後期,兩種種子吸水率達到飽和一致。結果表明:由於無刺構骨種子種皮堅硬,完整種子的吸水率增長緩慢,種皮的堅硬程度在一定程度上對種子的吸水率有影響。

2.2 不同酸蝕時間處理對種子發芽率的影響由於無刺構骨種子種皮木質而堅硬,阻礙種子的萌發,但酸蝕處理能夠使種殼減輕,增加它的透性,提高種子的發芽率。通過對無刺構骨種子不同時間的酸蝕處理,可摸索出最合適的酸蝕時間,見下表1。

據表1所知,無刺構骨種子在經過酸蝕處理後,酸蝕時間越久,種殼的腐蝕比率越多,腐爛率也相對增加,而發芽率隨著種殼腐蝕比率和腐爛率的變化而變化,試驗結果表明:無刺構骨種子經過酸蝕處理時間1h,更合適地減輕種殼的重量,穩定種子的腐爛程度,促進無刺構骨種子的萌發。

表1 不同酸蝕時間對無刺構骨種子發芽率的影響

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2.3 GA3 和濃硫酸的綜合處理對種子發芽率的影響

表2 不同濃度GA3 處理對無刺構骨種子萌發率的影響

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據表2可知,不同濃度GA3 溶液與不同酸蝕時間的綜合處理對無刺構骨種子發芽率有著明顯的提升,發芽率隨著GA3 濃度的增加而提高,但不是濃度越高越有利,濃度太高反而降低了無刺構骨種子胚的活性,結果表明:用濃度為250ml GA3 處理的種子萌發效果最好。

2.4 層積處理對種子發芽率的影響

層積處理是打破種子綜合性休眠的有效方法,層積處理可分為自然層積、低溫層積和變溫層積,通過對不同的層積處理(自然層積、低溫層積180d,變溫層積暖溫60d+低溫120d)探討對無刺構骨種子發芽率的影響,如圖3所示。

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圖3 不同層積處理對種子發芽率的影響

實驗表明:無刺構骨種子經過自然層積、低溫層積180d後,種子的發芽率分別為0.6%、1.3%,相比較自然層積與低溫層積,變溫層積的萌發率明顯有優勢,發芽率達5.8%,於是可推斷無刺構骨種子經過自然層積,對無刺構骨種子打破休眠無明顯的促進作用,與自然層積處理相比,低溫層積可使部分種子打破休眠,但發芽率也是較低,然而,經過變溫層積(先暖溫再低溫)層積處理後的無刺構骨種子,更有利於種子胚的生長發育,提高種子的發芽率。

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3 討論與結論

3.1 討論

(1)種皮對種子休眠的影響。由於無刺構種子種皮木質化,堅硬而緊密等一系列的種皮障礙,導致種子進行強迫休眠,綜合而言,種皮障礙通常指的是種皮的不透水性、不透氣性和種皮產生的機械障礙所引起的。堅硬的種皮限制了種胚與外界的氣體交換,阻斷氧氣和二氧化碳的的排放,阻礙種胚的呼吸,無法為種子萌發提供必需的能量物質,很多學者表明,種子堅硬木質化、細胞排列緻密的種皮特性是導致種子休眠的主要因素,根據同對李近雨對核桃種子的研究表明,種殼的機械約束是種子發芽慢的主要原因,狹葉冬青(Ilex fargesii )堅硬緻密的種皮透氣性較差是種子強迫休眠的因素之一,徐本美等的試驗指出大果種子的強迫休眠主要是種皮透氣性差所致,此特性與山楂(Crata-egus pinnatifida bunge.)、圓柏(Sabina chinensis)、薔薇(Rosa laevigata)、秤錘樹(S.xylocarpa)、大葉冬青、膀胱果(S.holocarpa)相近等學說進行分析和比較,本試驗中的無刺構骨種子存在的不透水性、不透氣性和種皮的機械障礙在很大程度上阻礙種子無法萌發,抑制胚的生長。

酸蝕處理能夠有效的酸蝕種皮外緻密組織細胞,減少種皮障礙和種殼的重量,使胚能夠脫離種皮的束縛,增強胚的透性,促進種子胚的萌發,對無刺構骨種子經過濃硫酸處理後,種子的發芽率得到大大地提高,並且把握合適的酸蝕時間是至關重要的,若酸蝕時間不夠,則無法充分的酸蝕種皮障礙,為種子萌發達到預期的效果,若酸蝕時間太久,則會充分酸蝕掉種皮,對種胚造成不可挽回的損害,容易使種胚腐爛,導致種胚死亡。

(2)胚發育狀況對種子休眠的影響。在無刺構骨果實成熟後進行採摘,揉搓果實,風乾種子,以便解剖種子,如圖1所示,種胚長度約0.3~0.4mm,僅為萌發時胚長的1/10,此時胚尚處於胚原基階段;幼胚從胚乳的營養物質中攝取能量,以促進種子萌發,種子在自然成熟後,種胚還在初級階段,胚未發育完全,此時需要先完成形態發育成熟才能打破休眠而促進萌發。

對於如何加快無刺構骨種子胚生理後熟的過程,變溫層積處理是最有效的處理方法。暖層積階段時,種胚才開始慢慢地分化,種胚生長發育較慢,這與Leonard等進行西洋參種子研究中所獲結論一致。暖層積過程中胚可能會出現一段時間的靜止期,因此暖層積初期胚乳需要從種胚汲取大量的營養,於是種胚生長緩慢。低溫層積階段種胚開始迅速生長,層積120d後,大部分的無刺構骨種子已經完成生理後熟的過程,但不同的是,各種胚的質量和胚的發育狀況有所不同,小部分無刺構骨種子仍出現半成熟狀態,結果導致無刺構骨種子萌發齊性不一致。

(3)內源抑制物對種子休眠的影響。許多植物的果實和種皮中都存在發芽抑制物,主要包含一些有機酸、生物鹼、脂類、醛類等物質具有直接或者間接抑制種子萌發的作用,其中香豆素、脫落酸是兩種對種子萌發較強的抑制物。

GA3處理能夠有效的促進種子胚的生長發育,它能誘導胚乳產生水解酶,將水中的貯藏物質從大分子轉化為小分子,如澱粉水解為糖,蛋白質水解為氨基酸,來供胚進行吸收,同時促進胚中有機物和無機物間的轉換,使胚完成生理後熟過程,還能促進細胞分裂和伸長,促進DNA 和RNA 澱粉合成[吉山花瑤],能夠抑制ABA在休眠種子中的積累。

3.2 結論

通過對無刺構骨種子一系列的探討和研究,來找尋影響種子休眠的主要因素,無刺構骨種子具有種皮堅硬的特性,種殼占種子重量的87.3%,透氣性極差,影響種子胚和胚乳的物質和氣體交換,阻礙種子的萌發,是導致種子休眠的主要因素之一。酸蝕處理能夠酸蝕種皮,打破種皮障礙,加快種胚的生長發育,但並不能使種子提前萌發,種子的胚和胚乳中存在一定的內源抑制物,在一定程度上限制胚的生長發育,赤霉素GA3 能夠減少胚中的內源抑制物,促進胚的生長發育,另外,因為無刺構骨種子具有隔年發芽的特性,採摘後的果實存在未完全發育的情況,經過生理後熟才能進行萌發,層積處理是一種常用的打破種子休眠的方法,它分為自然層積、低溫層積和變溫層積,由於,無刺構骨種子具有隔年發芽生理特性和生理後熟的種皮特性,自然層積不能短時間內的打破種子休眠,低溫層積只能打破部分成熟種子的休眠,且發芽率低,變溫層積(先暖溫後低溫)處理對打破種子休眠有非常顯著的變化,能夠加快種子生長發育,加快種子胚的吸收,促進種子萌發,是最適合作為打破種子休眠的一種層積處理。因此,在了解阻礙無刺構骨種子休眠的種種因素之後,得出最佳的解除種子休眠的方法為:98%濃硫酸1h+250mg/L赤霉素溶液浸種24h+暖層積60d+低溫層積120d。

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