唐曉倩，劉廣全，王華田，李慶梅，劉艷，胡金鑫

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山東泰安 271018；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100048；3.國(guó)際泥沙研究培訓(xùn)中心，北京 100048；4.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，北京 100091；5.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西楊陵 712100；6.北京林業(yè)大學(xué)森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

殼斗科（Fagaceae）是北半球亞熱帶森林和溫帶森林的重要成分之一，櫟屬（Quercus）包括櫟亞屬（Subg.Quercus）和青岡亞屬（Subg.Cyclobalanopsis），是殼斗科中最大的屬，約531 種［1］，也有資料認(rèn)為約450種［2］，中國(guó)約有128種［3］。櫟屬植物不僅是亞熱帶常綠闊葉林的主要建群種，而且也是溫帶闊葉落葉林的優(yōu)勢(shì)種之一，同時(shí)還是硬葉常綠闊葉林的主要成分。櫟屬植物在地球陸地生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)重要位置，具有重要的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值［4］。櫟樹(shù)木材堅(jiān)實(shí)，紋理致密美觀，是重要的細(xì)木工用材［5］。櫟屬種子富含淀粉，可供食用、釀酒或作飼料，其作為木本淀粉類(lèi)能源植物，具有十分廣闊的發(fā)展前景［6-7］。

種子是植物的繁殖器官，長(zhǎng)期的自然選擇和人工選擇，種子在形態(tài)構(gòu)造方面發(fā)生了極其顯著的分化，形成了多種多樣的種子。從遺傳學(xué)角度來(lái)看，種子在形態(tài)構(gòu)造上所表現(xiàn)的遺傳特性最為穩(wěn)定，不僅不同植物種間有明顯的區(qū)別，不同品種間也存在著某些細(xì)微的差異。因此，仔細(xì)觀察其外表性狀，對(duì)種子各部分進(jìn)行精細(xì)的研究，找出細(xì)微的差別，可以作為鑒別種的判斷依據(jù)［8］。櫟類(lèi)樹(shù)種分布廣泛，生態(tài)適應(yīng)幅度大［9］。落葉櫟類(lèi)間天然雜交的比較普遍，而且一些遺傳學(xué)和細(xì)胞學(xué)的研究也證明這些落葉櫟類(lèi)種間天然雜交的可能性［10-11］。因此櫟屬間種子的形態(tài)特征就表現(xiàn)得錯(cuò)綜復(fù)雜，這就給種類(lèi)的確定帶來(lái)了比較大的困難。

目前關(guān)于櫟類(lèi)樹(shù)種的研究主要集中在造林技術(shù)、種群恢復(fù)、森林更新、生理特性、育苗技術(shù)和種子貯藏等方面［12-16］，有關(guān)櫟類(lèi)種子形態(tài)特征及營(yíng)養(yǎng)成分差異方面的報(bào)道僅見(jiàn)過(guò)不同種源麻櫟種子的［17］，這也是國(guó)內(nèi)首次對(duì)櫟類(lèi)種子形態(tài)特征和營(yíng)養(yǎng)成分含量進(jìn)行的研究。在種子的外部形態(tài)中，種子形狀在遺傳上是相對(duì)穩(wěn)定的性狀，是鑒定植物種和品種的重要依據(jù)。此外，掌握種子形態(tài)特征規(guī)律，是進(jìn)行種子鑒別、種子區(qū)劃、種子檢驗(yàn)和播種育苗等工作的基礎(chǔ)和前提。種子是一個(gè)活體，種子內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是種子發(fā)芽和幼苗初期生長(zhǎng)所必需的養(yǎng)料和能量供給源。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的性質(zhì)及其在種子中的分布狀況又影響到良種的品質(zhì)和種子的耐貯藏性。因此，研究種子的營(yíng)養(yǎng)化學(xué)成分，不僅可以使人們按不同用途確定其利用價(jià)值，而且對(duì)于林木的定向培育，亦可提供依據(jù)［18］。

本文以生境基本相同的6 種落葉櫟類(lèi)種子為實(shí)驗(yàn)材料，對(duì)不同櫟類(lèi)種子的形態(tài)特征和營(yíng)養(yǎng)成分含量的差異進(jìn)行分析比較，以期為櫟類(lèi)樹(shù)種的數(shù)量分類(lèi)、種子鑒定、播種育苗工作以及林木的定向培育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的落葉櫟類(lèi)種子于2010年l0～11 月均采集于北京中國(guó)科學(xué)院植物研究所的櫟園，表1為實(shí)驗(yàn)用種采種地理位置及相應(yīng)氣象因子；將采集的成熟種子，混合，水洗，去除漂浮在水面上的蟲(chóng)蛀種子，后經(jīng)自然干燥后置于0～5℃條件下貯藏備用。

表1 實(shí)驗(yàn)用種采種地理位置及相應(yīng)氣象因子

1.2 方法

選取種子的長(zhǎng)度、寬度、體積作為形態(tài)指標(biāo)。種子的營(yíng)養(yǎng)成分主要測(cè)定可溶性蛋白、可溶性糖和淀粉。

1.2.1 種子形狀

以種子的縱軸為其長(zhǎng)度，以垂直種臍種面最大橫向?qū)挾葹槠鋵?，分別隨機(jī)選取各櫟類(lèi)樹(shù)種的飽滿(mǎn)無(wú)蟲(chóng)蛀種子100 粒，用精確度達(dá)0.01mm 的電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量每粒種子的長(zhǎng)度（L）和寬度（D），用排水法測(cè)量體積（V）。

1.2.2 種子百粒重

分別隨機(jī)選取無(wú)蟲(chóng)蛀櫟類(lèi)種子，每個(gè)樹(shù)種選取100 粒種子，采用精確度達(dá)千分之一的電子天平稱(chēng)取百粒重，各3次重復(fù)［19］。

1.2.3 種子養(yǎng)分的測(cè)定方法

將各種櫟類(lèi)種子分別于(105±5℃)烘干至恒質(zhì)量并粉碎，用于營(yíng)養(yǎng)成分的測(cè)定。蛋白質(zhì)含量用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定，可溶性糖含量和淀粉含量用蒽酮顯色法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 13.0 軟件對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析、主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同落葉櫟類(lèi)種子形特和營(yíng)養(yǎng)的變化

2.1.1 不同種子形態(tài)特征差異

不同落葉櫟類(lèi)種子長(zhǎng)度、寬度及體積差別較大（表2）。所測(cè)定的6 種落葉櫟類(lèi)種子長(zhǎng)度變化幅度為19.01～23.48mm，其中房山櫟種子的最長(zhǎng)，其平均值為22.80mm，銳齒櫟種子的最短，其平均值為19.84mm；不同落葉櫟類(lèi)種子寬度變化幅度為11.64～17.31mm，其中麻櫟種子最寬，銳齒櫟種子最窄，兩者相差5.67mm；不同落葉櫟類(lèi)種子體積變化幅度為1.54～4.13mL，麻櫟、栓皮櫟和房山櫟較大，銳齒櫟和夏櫟較小。方差分析結(jié)果表明，不同落葉櫟類(lèi)種子以及不同母株間種子的長(zhǎng)度和寬度及寬度/長(zhǎng)度都有極顯著差異。

表2 不同落葉櫟類(lèi)種子形態(tài)特征指標(biāo)

2.1.2 不同種子百粒重及其含水量

不同落葉櫟類(lèi)種子百粒重及其含水量差異較大，甚至相同樹(shù)種不同個(gè)體也是如此（表3）。6種落葉櫟類(lèi)種子的百粒重有極顯著差異，百粒重平均值為258.90g，其中蒙古櫟種子的最重，高達(dá)392.00g，是平均值的1.51 倍，栓皮櫟種子的最低，其值為156.67g，只是平均值的0.61 倍。且落葉櫟類(lèi)種子百粒重與種子寬度呈正相關(guān)，寬度越大種子的百粒重越大；不同母株間落葉櫟類(lèi)種子百粒重與寬度也呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律。

表3 不同落葉櫟類(lèi)種子百粒重及其含水量

從表3可以看出，不同落葉櫟類(lèi)種子的含水量也存在一定的差異，其中麻櫟2 種子的含水量最高，高達(dá)62.61%，而銳齒櫟種子的含水量最低，只有38.29%，僅僅是麻櫟種子的0.61。櫟類(lèi)屬于頑拗性種子，頑拗性種子都有較高的含水量，一般在30%～70%，當(dāng)種子含水量低于15%～40%時(shí)，種子就失去生活力［20］，所測(cè)定的6種落葉櫟類(lèi)種子的含水量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于安全含水量，在貯藏時(shí)一定要控制好含水量。

2.1.3 不同種子營(yíng)養(yǎng)含量的差異

在同一種源地，不同落葉櫟類(lèi)由于遺傳特性、光照、水分等條件不同，種子中營(yíng)養(yǎng)成分的積累也有所不同，即樹(shù)種本身的遺傳特性以及環(huán)境條件影響種子中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累，從而影響種子的品質(zhì)［21］。生長(zhǎng)在立地條件基本相同的不同落葉櫟類(lèi)種子的可溶性蛋白、可溶性糖和淀粉含量變化幅度較大，所測(cè)定的6 種落葉櫟類(lèi)種子可溶性蛋白含量為4.48～18.19mg/g，其中蒙古櫟種子的含量最高，夏櫟種子的含量最低，前者是后者的4.06 倍；6 種落葉櫟類(lèi)種子可溶性糖含量為111.325～291.407μg/g，其中房山櫟2 種子的含量最高，銳齒櫟1 種子的最低，前者是后者的2.62 倍；6 種落葉櫟類(lèi)種子淀粉含量為19.323%～31.194%，其中房山櫟種子的含量最高，而麻櫟種子的最低（表4）。方差分析結(jié)果表明，同一種源地，不同落葉櫟類(lèi)種子的可溶性蛋白、可溶性糖和淀粉含量差異均達(dá)到極顯著水平。

2.2 落葉櫟類(lèi)種子形特及營(yíng)養(yǎng)參數(shù)的相關(guān)分析

同一種源地，不同落葉櫟類(lèi)種子各特征參數(shù)的相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表5，種子的形態(tài)特征參數(shù)和各營(yíng)養(yǎng)成分含量指標(biāo)間存在一定的相關(guān)性。不同樹(shù)種種子的百粒重與寬度、體積、寬度/長(zhǎng)度呈極顯著性正相關(guān)（P〈0.01），與含水量呈顯著性正相關(guān)（P〈0.05），與種子的營(yíng)養(yǎng)成分含量之間也具有正相關(guān)性。不同樹(shù)種種子的寬度/長(zhǎng)度與寬度、體積、含水量呈極顯著正相關(guān)（P〈0.01）；不同樹(shù)種種子的體積與寬度呈極顯著正相關(guān)（P〈0.01），與淀粉含量、可溶性蛋白含量呈不顯著的負(fù)相關(guān)；不同樹(shù)種種子長(zhǎng)度與可溶性糖呈顯著性正相關(guān)（P〈0.05），與可溶性蛋白含量呈不顯著的負(fù)相關(guān)。不同落葉櫟類(lèi)種子的營(yíng)養(yǎng)成分含量因子無(wú)顯著的相關(guān)性；不同落葉櫟類(lèi)種子的可溶性糖與種子的淀粉含量呈顯著性正相關(guān)（P〈0.05）；不同落葉櫟類(lèi)種子的可溶性蛋白含量與可溶性糖含量、淀粉含量呈不顯著的正相關(guān)。

表4 不同落葉櫟類(lèi)種子營(yíng)養(yǎng)成分含量的比較

表5 不同落葉櫟類(lèi)種子形態(tài)特征及營(yíng)養(yǎng)參數(shù)相關(guān)性分析

2.3 影響因素櫟類(lèi)種子品質(zhì)的主成分分析

以測(cè)定的6 種落葉櫟類(lèi)種子為樣本單元，將9個(gè)種子形態(tài)指標(biāo)和營(yíng)養(yǎng)成分含量指標(biāo)作變量進(jìn)行主成分分析（表6和表7），由表6可以看出第1、第2和第3 主成分的累積貢獻(xiàn)率分別為51.488%、77.605%和92.965%。

在第1主成分上載荷量較大的因子由大到小依次是種子的寬度、百粒重、體積、寬度/長(zhǎng)度，集中反映了種子的形態(tài)特征；在第2主成分上載荷量較大的因子由大到小依次是種子的可溶性糖含量、淀粉含量和種子的長(zhǎng)度，而種子的可溶性糖含量與種子的長(zhǎng)度呈顯著性正相關(guān)，因此第2主成分可以認(rèn)為是集中反映出種子的營(yíng)養(yǎng)成分含量特征；在第3 主成分上載荷量較大的因子是種子的可溶性蛋白含量，還是反映了種子的營(yíng)養(yǎng)成分含量特征。主成分分析結(jié)果顯示，影響櫟類(lèi)種子品質(zhì)的主要性狀是種子的長(zhǎng)度、寬度及種子的百粒重。

表6 櫟類(lèi)種子品質(zhì)影響因素的總方差解釋

表7 影響落葉櫟類(lèi)種子品質(zhì)因素的主成分分析

3 結(jié)論與討論

3.1 種子形態(tài)指標(biāo)的差異

種子是物種遺傳變異的重要特征之一，在分類(lèi)和遺傳上具有重要的價(jià)值［22］，種子形態(tài)不僅決定其擴(kuò)散能力，也影響到種子的萌發(fā)和幼苗定植，進(jìn)而影響到種群的分布格局［23］。在同一種源地，不同落葉櫟類(lèi)由于遺傳特性，光照等條件不同，種子的形態(tài)特征也有所不同，這種不同會(huì)反映在種子的各種品質(zhì)中。本研究中6 種不同落葉櫟類(lèi)種子的長(zhǎng)度、寬度、體積、百粒重均存在較大差異，不同落葉櫟類(lèi)種子百粒重與種子的寬度、體積呈極顯著正相關(guān)，寬度、體積越大種子的百粒重越大。百粒重反映了種子的大小和飽滿(mǎn)程度，百粒重越大，種子越飽滿(mǎn)，其內(nèi)含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)越豐富，可以提供促使發(fā)芽的物質(zhì)越多，進(jìn)而使發(fā)芽迅速整齊［27］。

3.2 種子營(yíng)養(yǎng)成分含量的差異

種子的化學(xué)成分不是固定不變的，它們受遺傳特性及環(huán)境因素兩方面的影響，同時(shí)有一定的變化幅度。即使同一作物的種子，品質(zhì)間化學(xué)成分的差異也很懸殊，如向日葵種子一般含油率為40%左右，而個(gè)別品種高達(dá)70%［19］。因此，可以通過(guò)選育來(lái)得到化學(xué)成分合乎理想的品種［24］。同一種源地，不同落葉櫟類(lèi)由于遺傳特性不同，種子營(yíng)養(yǎng)成分含量也有一定的差異。本研究中，同一種源地，不同落葉櫟類(lèi)種子的可溶性蛋白、可溶性糖和淀粉含量差異均達(dá)到極顯著水平。由于櫟類(lèi)結(jié)實(shí)過(guò)程存在“大小年”現(xiàn)象，且種源收集過(guò)程中也存在諸多的限制因素。因而，難以對(duì)不同落葉櫟類(lèi)種子形態(tài)及營(yíng)養(yǎng)成分含量的差異和評(píng)價(jià)進(jìn)行準(zhǔn)確的描述。在同一種源地，不同落葉櫟類(lèi)種子的營(yíng)養(yǎng)成分含量可能與分布區(qū)的光照、水分等環(huán)境因素有關(guān)。

本研究中，不同落葉櫟類(lèi)種子形態(tài)特征和營(yíng)養(yǎng)成分含量都存在顯著的差異，但造成這種差異的主要原因是遺傳特性還是環(huán)境條件尚不清楚，有待進(jìn)一步研究。

3.3 種子形態(tài)特征與營(yíng)養(yǎng)成分含量間的相關(guān)性

不同落葉櫟類(lèi)種子的形態(tài)特征和營(yíng)養(yǎng)成分含量間存在一定的相關(guān)性。不同樹(shù)種種子的可溶性糖與種子的淀粉含量、種子的長(zhǎng)度呈顯著性正相關(guān)；不同樹(shù)種種子的淀粉含量與種子的寬度、體積、寬度/長(zhǎng)度、含水量呈不顯著的負(fù)相關(guān)；不同樹(shù)種種子的可溶性蛋白含量與種子的長(zhǎng)度、寬度、體積呈不顯著的負(fù)相關(guān)。但造成櫟類(lèi)種子各特征參數(shù)間的這種相關(guān)關(guān)系是否具有普遍性及其生物學(xué)和生理學(xué)機(jī)制有待進(jìn)一步探討。主成分分析結(jié)果顯示，影響種子品質(zhì)的最重要特征是種子的長(zhǎng)度、寬度及百粒重。根據(jù)上述研究結(jié)果，在不同櫟類(lèi)樹(shù)種分類(lèi)過(guò)程中可將種子長(zhǎng)度、寬度和百粒重作為快速篩選的指標(biāo)。

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