樂新貴 王正偉 寧 馨 孫錫青，3 宋以剛*

（1. 江西陽際峰國家級自然保護區(qū)管理局，貴溪 335400；2. 上海辰山植物園，華東野生瀕危資源植物保育中心，上海 201602；3. 閔行區(qū)青少年實踐教育基地，上海 201111）

種子是種子植物特有的有性繁殖器官，是以另外一種形式存在的植物體，是植物生活史中最薄弱的環(huán)節(jié)，極易受到不利環(huán)境的干擾，導致建植失敗。種子能否順利萌發(fā)是植物占領新的分布區(qū)、更新種群和完成生活史的第一個環(huán)節(jié)，也是極為關鍵的一環(huán)。所以，植物通過控制種子萌發(fā)時間，確保種子在條件最適宜的環(huán)境下萌發(fā)，來增加其后代的成活率。生長在不同環(huán)境下中的植物，由于長期的進化適應形成了不同的種子萌發(fā)和休眠特性，這對幼苗的建植成功起著重要的作用。

種子的休眠類型主要有無休眠（non-dorman?cy，ND）、物理休眠（physical dormancy，PY）、生理休眠（physiological dormancy，PD）、形態(tài)休眠（morpho?logical dormancy，MD）、復合休眠（PY+PD）和形態(tài)生理休眠（morphophysiological dormancy，MPD）6種類型。種子休眠類型的確定不但能夠更好地認識植物自我更新能力，還能夠為種子育苗提供技術指導。目前，殼斗科（Fagaceae）的種子萌發(fā)特性與休眠類型的研究非常薄弱，主要集中在北半球廣布的櫟屬（）植物中。然而，分布在東亞和東南亞地區(qū)的栲屬（）和石櫟屬（）的種子萌發(fā)與休眠的研究非常少見。

苦櫧（）是殼斗科栲屬植物，主要分布在中國的長江以南五嶺以北的華東和華中山區(qū)，海拔200～1 000 m?？鄼降姆N子富含淀粉、維生素和礦質元素，是我國傳統(tǒng)特色食品苦櫧豆腐、苦櫧糕和苦櫧涼粉的原材料?？鄼阶鳛槲覈鴣啛釒С＞G闊葉林的重要建群樹種之一，由于頻繁的人為干擾和長期的人工針葉速生林快速發(fā)展，其天然面積日趨減少，種質資源破壞嚴重。作為我國重要的經濟樹種之一，苦櫧已經被列為國家二級保護植物。

目前，國內對苦櫧種子的研究主要集中在以下兩個方面。首先，苦櫧種子成分及其在食品開發(fā)上的應用是目前研究重點領域之一；其次，苦櫧種子的生物地理學和與動物取食的關系方面也有學者開展了一些研究。但是，苦櫧種子的萌發(fā)與休眠特性仍然不清楚。因此，本研究期望通過開展以下幾個方面的研究，闡明苦櫧種子的萌發(fā)特性與休眠類型：（1）苦櫧種子的形態(tài)性狀；（2）苦櫧種子的吸水特性；（3）去除果皮對苦櫧種子的影響；（4）不同溫度下，苦櫧種子萌發(fā)的差異。

1 材料與方法

1.1苦櫧種子的收集與預處理

苦櫧種子采集于江西省鷹潭市陽際峰國家級自然保護區(qū)內。果實采自一個種群的12棵成年植株。2020 年10 月22 日果實成熟后采集并寄往上海辰山植物園開展相關試驗。首先，把采集到的果實進行初步篩選。通過水浮法進行篩選，篩選出成熟、完整、無蟲蛀的種子，用1%高錳酸鉀溶液消毒30 min，再用蒸餾水沖洗干凈、表面風干。然后，將果實進行隨機分組，分別用于形態(tài)測量、吸水檢測和萌發(fā)試驗。剩余的所有種子，放入自封袋中，在低溫種子保存柜中4 ℃保存。

1.2果實形態(tài)特征、重量和含水量

苦櫧種子成熟時，其傳播體是其果實，因此本文中除了專用名詞外，均嚴格區(qū)分果實和種子的用詞。隨機選取30 粒果實，用游標卡尺進行果實長度和果實寬度的測量，然后稱量果實的鮮質量。將果實的果皮與種子進行分離，稱量種子的鮮質量；隨后將每個果實的果皮和種子分別裝入信封袋中標記清楚，放入烘箱中103 ℃烘干48 h。烘干以后，分別稱量果皮干質量和種子干質量。含水量的計算公式為：

1.3吸水率

選取處理好的果實60 粒，其中30 粒去除果皮保留種子；然后用電子天平稱取30 粒果實和30 粒種子的初始鮮質量。隨后，將果實和種子浸入純水中（每24 h更換一次），置于20 ℃的恒溫條件下，進行吸水試驗觀測含水量的變化。在試驗開始后的前5 d，每12 h 進行一次質量稱量；隨后每隔2 d進行一次質量的稱量。每顆種子或者果實的稱量至胚根萌發(fā)為止（胚根生長長度大于5 mm 視為胚根萌發(fā)）。吸水的測定持續(xù)2 周（種子的胚根萌發(fā)率大于80%），然后將所有果實和種子放入烘箱中103 ℃烘干48 h，稱量干質量。

1.4種子萌發(fā)

苦櫧的種子萌發(fā)試驗共設置2種處理：完整果實（傳播體）和去除果皮的完整種子。種子萌發(fā)共設置15/5 ℃、20/10 ℃、25/15 ℃、30/20 ℃和35/25 ℃5 個溫度梯度，每個溫度梯度設置3 組重復，每個重復為10 粒果實或10 粒種子。將果實和種子放入裝滿蛭石的苗木穴盤中，置于相應的培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)箱設置為黑暗∶光照=12 h∶12 h和相應溫度梯度。種子萌發(fā)每2 d 進行一次觀察統(tǒng)計和澆水，分別統(tǒng)計胚根和胚芽的萌發(fā)時間（胚根>5 mm 視作胚根萌發(fā)；胚芽>5 mm視作胚芽萌發(fā)）。

1.5數(shù)據處理

數(shù)據統(tǒng)計與作圖采用Microsoft Office Excel 2010和Origin 8.5進行。

2 研究結果

2.1苦櫧種實的基本特征

通過測量發(fā)現(xiàn)，采集于江西省鷹潭市陽際峰國家級自然保護區(qū)內的苦櫧果實長度約為13.66 mm，寬度約為13.16 mm，長寬比接近于1?？鄼焦麑嵉孽r質量約為1.33 g，種子的鮮質量約為1.12 g，果皮鮮質量約占果實鮮質量的15.8%。苦櫧果實干質量、種子干質量和果皮干質量分別約為0.79、0.64 和0.15 g，種子干質量約占果實干質量的81%?？鄼焦麑嵉暮浚?0.38%）和種子含水量（42.62%）基本相似，且明顯高于果皮的含水量（28.51%）（見表1）。

表1 苦櫧果實和種子的基本性狀Table 1 The basic characters of fruits and seeds of C.sclerophylla

2.2苦櫧種子的吸水率

完整果實和去除果皮以后的種子在吸水過程中重量變化不顯著。經過3周的吸水試驗，果實鮮質量無明顯變化。種子在3周的吸水試驗過程中，鮮質量有上升趨勢，但是變化不明顯。在種子吸水試驗過程中，種子培養(yǎng)3 d 開始出現(xiàn)子葉開裂的現(xiàn)象，培養(yǎng)10 d左右種子開始發(fā)芽（見圖1）。

圖1 苦櫧果實和種子的重量隨著吸水過程的變化趨勢Fig.1 The tendency of the mass of fruits and seeds followed with the water absorption process in C.sclerophylla

2.3不同溫度梯度和果皮去除對胚根萌發(fā)的影響

試驗表明，苦櫧完整果實的種子萌發(fā)速度顯著低于去除果皮以后種子萌發(fā)速率?？鄼焦麑嵲?5/5 ℃、20/10 ℃和30/20 ℃3 個溫度梯度培養(yǎng)1 個月以后，種子均未萌發(fā)；在25/15 ℃這一溫度梯度下培養(yǎng)30 d 以后，種子萌發(fā)率低于10%；在35/25 ℃這一溫度梯度下，苦櫧果實在第16 天開始萌發(fā)，30 d 以后果實的累計種子萌發(fā)率約為40%（見圖2）。

圖2 不同溫度梯度下完整果實的累積種子萌發(fā)率隨時間的變化Fig.2 Percentage of cumulative seed germination of intact fruits under the different temperature regimes with time

苦櫧的傳播體除去果皮以后顯著提高了種子的萌發(fā)率和萌發(fā)速率?？鄼椒N子在15/5 ℃和20/10 ℃2個溫度梯度下培養(yǎng)30 d以后，種子未萌發(fā)。苦櫧種子在25/15 ℃、30/20 ℃和35/25 ℃3 個溫度梯度下培養(yǎng)30 d 以后，種子萌發(fā)率均接近或高達100%。另外，在30/20 ℃和35/25 ℃兩個溫度梯度下，苦櫧種子在第6 天左右就已經全部萌發(fā)，顯著快于25/15 ℃這一溫度梯度（第14 天達到最大值）（見圖3）。

圖3 不同溫度梯度下去除果皮的苦櫧種子的種子萌發(fā)率隨時間的變化趨勢Fig.3 Percentage of cumulative seed germination of seed（removed the pericarp） under the different temperature regimes with time

3 討論

殼斗科植物具有能源植物、糧食作物和經濟作物的三重作用，其資源是我國尚待開發(fā)的寶庫。殼斗科植物的種子富含淀粉（40%～70%），可食用或釀酒，是我國重要的淀粉資源植物之一?？鄼降牡矸酆扛哌_50%，是我國福建、江西和湖南的特色美食之一；其種子萌發(fā)特性的研究能夠為種子的育苗工作提供理論支撐。

3.1苦櫧果實基本特性及其影響因素

已有研究表明，同一物種采集于不同產地和不同年份的種子形態(tài)性狀會存在不同程度的差異。岳華峰等對苦櫧種子形態(tài)性狀的地理變異分析發(fā)現(xiàn)，隨著緯度的降低，苦櫧種子變長，體積增大，質量增加。然而，這一研究中，混淆了果實和種子的概念，我們推測其文中所說的種子實際上是苦櫧的果實。與岳華峰等的研究結果對比發(fā)現(xiàn)，本研究中采自江西陽際峰的苦櫧果實質量明顯偏低，但是果實的長和寬與湖南衡陽的較為相近。由于采自不同的年份，年際氣候的差異對果實形態(tài)的影響也較大，所以對果實和種子的形態(tài)研究要基于空間和時間2 個尺度上來進行。本研究中，我們重點關注了同一種群內果實和種子各個性狀的比較，研究表明，果實成熟以后果實和種子的含水量均約為40%，種子干質量占果實干質量的80%以上。因此苦櫧果實內種子的占比非常高，這樣有利種子萌發(fā)過程中的養(yǎng)分供應；同時，也是體現(xiàn)其食用價值較高的指標之一。

3.2苦櫧種子休眠類型的探討

水分是種子萌發(fā)的必備條件之一，因此種子吸水是種子萌發(fā)過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)?？鄼降墓麑崳▊鞑ンw）經過20 d 吸水試驗，發(fā)現(xiàn)其果實的含水量并沒有顯著增加；其種子的質量在吸水檢測過程中略有增加，并且在種子吸水10 d 以后，開始陸續(xù)萌發(fā)。因此，試驗表明，苦櫧的果皮對種子的吸水過程有一定的阻礙作用。

種子萌發(fā)試驗表明，在不同溫度梯度下，完整的果實經過30 d 的萌發(fā)試驗，均未達到50%以上的種子萌發(fā)率。然而，去除果皮以后，種子在25/15 ℃、30/20 ℃和35/25 ℃3 個溫度梯度下，培養(yǎng)10 d左右種子萌發(fā)率均達到或接近100%。這一結果表明苦櫧的果實去除果皮以后，其種子能夠在較大范圍的溫度條件下萌發(fā)。因此，在苦櫧的種子育苗過程中，我們建議對苦櫧的果皮進行軟化或者去除處理，能夠極大地提高種子育苗效率。另外，基于苦櫧種子萌發(fā)過程的以下2個特點：（1）苦櫧的傳播體（果實）被覆不透水的果皮；（2）果皮對種子萌發(fā)具有明顯的阻礙作用，去除以后明顯解除了種子的休眠狀態(tài)；我們可以明確的界定苦櫧傳播體的休眠類型為物理休眠。

3.3殼斗科中首次發(fā)現(xiàn)物理休眠的意義

具有物理休眠的植物還在不斷地被發(fā)現(xiàn)，近年來發(fā)現(xiàn)具有物理休眠的新紀錄科包括海人樹科（Surianaceae）、龍眼茶科（Sphaerosepalaceae）和野牡丹科（Melastomataceae）等。苦櫧種子具有物理休眠的這一特性在殼斗科中尚屬首次報道；因此，本研究為具有物理休眠的植物類群增加了一個新的科。另外，前人研究表明，物理休眠的種子與頑拗性種子可能存在著某種聯(lián)系。目前，已知具有物理休眠的頑拗性種子的物種分布較為狹窄，集中分布在漆樹科（Anacardiaceae）、旋花科（Convolvulaceae）、錦葵科（Malvaceae）和豆科（Fa?baceae）等12 個科中。殼斗科的大部分植物種子具有頑拗性的特點，本研究的對象苦櫧也不例外。因此，殼斗科是同時具有脫水敏感性和物理休眠特性的一個新科。

從系統(tǒng)發(fā)育學的角度來說，物理休眠是較為進化的種子休眠類型。物理休眠主要是從無休眠和生理休眠兩種休眠類型轉換而來。目前，已知具有物理休眠的植物類群主要集中在系統(tǒng)發(fā)育較為進化的薔薇分支中。在系統(tǒng)進化樹上，殼斗科隸屬于薔薇分支的殼斗目；所以，本研究支持物理休眠是一種較為進化的種子休眠類型。