七叶树和白玉兰种子休眠机理分析

居 萍，李良俊

(1.扬州职业大学，江苏 扬州 225002； 2.扬州大学，江苏 扬州 225009)

七叶树和白玉兰种子休眠机理分析

居 萍1，李良俊2

(1.扬州职业大学，江苏 扬州 225002； 2.扬州大学，江苏 扬州 225009)

测定七叶树、白玉兰的完整种子和破皮种子的吸水量、透气性并对种子不同组织提取物进行白菜籽发芽试验，同时对七叶树、白玉兰种子进行层积处理并解剖观察。结果表明：七叶树种子休眠的原因为种胚分化不完全和种皮透气性差、含有少量发芽抑制物质；白玉兰种子休眠的原因为种胚发育不全以及果肉所含抑制物。

七叶树；白玉兰；种子休眠

七叶树(Aesculuschinensis)为七叶树科七叶树属落叶乔木，树干端直、树形壮丽，是世界著名的观赏树种，也是世界四大阔叶行道树之一。七叶树种子属于顽拗性种子，在种子成熟脱离母体时含水量很高，自然条件下放置6 d会影响其生活力，10 d即失去发芽能力。收获后立即播种，种子萌发差[1-2]。白玉兰(Magnoliadenudate)为木兰科木兰属植物落叶乔木，干形通直、树形美观，花大、洁白、香郁，且四季物候分明，是优良的园景观赏树种。白玉兰种子具有休眠特性[3]。本研究拟探讨七叶树和白玉兰种子休眠的机理，以期从根本上为提高七叶树和白玉兰的播种繁殖系数提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验所需的七叶树种子采自扬州环境资源职业技术学院校园，白玉兰种子采自扬州大学校园。采种母树生长健壮、无病虫害，七叶树树龄在20～25 a之间，白玉兰树龄在15～20 a之间。

1.2 方法

于2013、2014年9月底待种子完全成熟后，采集种实；测定种子透水性、透气性，提取发芽抑制物质并进行生物测定；层积处理，解剖并观察种子结构。

1.2.1 种子吸水率的测定 取完整种子、针刺破种皮种子各20粒，准确称量后放入烧杯，加入足够量预热(25 ℃)蒸馏水，置于25 ℃恒温箱中使其充分吸胀，前3次间隔1 h，3次后间隔3 h，将种子从水中取出，用吸水纸擦洗种子表面浮水后称重，以测定种子吸水量的变化，称重仪器使用1/1000天平。每次测定设3次重复。吸水率(%)=(吸水后质量-吸水前质量)/吸水前质量×100%。

以时间为横坐标、吸水率为纵坐标，绘制吸水曲线[4]。

1.2.2 种皮透气性测定 用Skw-3型微量呼吸检压仪测定种子的呼吸速率[5]。取2份饱满种子各20粒，一份剥去种皮，另一份为完整种子，分别称其干重，放入烧杯加水，置于25 ℃恒温箱中使其吸胀，每隔1 h记录测压计与温压计的实际压力差，共计4次。重复3次。

1.2.3 种子萌发抑制物的测定 将不同种子的不同组织(种皮、胚和胚乳)分别准确称重10 g，放入三角瓶中，用80%甲醇溶液在25 ℃条件下浸提24 h，将浸提液过滤。重复5次并将浸提液混合，使用减压旋转蒸馏去除甲醇成分，最后加入20 mL双蒸水溶解蒸馏剩余物。提取物分别稀释10、50倍，而后进行白菜籽生物测定：培养皿中放直径为11 cm的滤纸。将预先处理好的白菜籽，每皿放100粒(将白菜籽在45～50 ℃水浴中浸泡10 min，不时搅动)，取待测样品5 mL放入直径12 cm的培养皿中，将培养皿放在25 ℃光照培养箱中培养，48 h后记录发芽率，72 h测量胚根长度，重复3次[6]。

1.2.4 种子层积处理及解剖观察 对种子进行低温(4 ℃)层积、暖(约25 ℃)层积、变温层积(5 ℃-12 h/15 ℃-12 h)处理、GA3500 mg·L-1+低温层积处理。层积处理以消毒湿沙为床，种沙比为1∶3；沙含水量在60%左右；层积过程中注意湿度的控制，同时经常搅拌种子以利于沙体种子透气。层积开始后20、40、60 d进行外部形态和解剖观察。

2 结果与分析

2.1 七叶树、白玉兰种子透水性

水分是种子萌发的重要启动因素，种子萌发过程中的生理生化都需要水分子或者水环境的参与，种子吸水快慢对种子物质代谢和种子萌发具有重要的影响作用[7]。由图1可知，七叶树种子饱和吸水率较高，可达70%，完整种子与破皮种子吸水速率、吸水量差异较小。完整种子、破皮种子吸水过程可划分3个阶段(0～2 h、2～12 h、12～48 h)，依次为快速吸水期、缓慢吸水期、饱和吸水期，前6 h，破皮种子吸水速率快于完整种子，但在其后较短时间内，完整种子吸水速率迅速加快，吸水率在9 h时高于破皮种子。完整种子、破皮种子在前12 h达到饱和吸水量的近90%，分别为89.3%、89.8%。七叶树种子吸水24 h后已接近饱和，且完整种子与破皮种子差异较小，说明七叶树种子透水性较好，七叶树种子不存在吸水障碍，对种子休眠没有影响。

由图2可知，白玉兰完整种子与破皮种子吸水曲线变化趋势较相似，种子饱和吸水率在24%左右。与七叶树种子吸水过程相似，可划为3个阶段(0～3 h、3～36 h、36～48 h)，依次为快速吸水期、缓慢吸水期、饱和吸水期。在快速吸水期，完整种子吸水总量占饱和吸水量的41.7%，而破皮种子可达46.9%，说明破皮种子在该吸水阶段吸水速率快于完整种子，种皮在吸水初期对水分渗入有所影响。在缓慢吸水期，完整种子的吸水率高于破皮种子，完整种子与破皮种子吸水速率差异减小；在缓慢吸水期，完整种子、破皮种子吸水量分别占饱和吸水量的57.9%、53.5%。在饱和吸水期，完整种子与破皮种子的吸水接近。从白玉兰种子吸水曲线看出：白玉兰种皮对水分吸收存在影响，且这种影响在吸水初期较为强烈，但是随着吸水时间的延迟，此阻碍作用减小。因此，白玉兰种子透水性较好，并非导致种子休眠的主要原因。

2.2 七叶树、白玉兰种皮透气性

种皮透气性差是导致种子休眠的原因之一。通过测定种子呼吸速率的变化可以间接确定种皮是否对种子透气性存在影响[8]。

由表1可看出，七叶树完整种子、破皮种子在检测过程中，呼吸速率均呈下降趋势，其中破皮种子下降较多(0.107 μL·g-1·h-1、12%)。在初始阶段，破皮种子的呼吸速率高于完整种子，但在2 h时低于完整种子。完整种子呼吸速率在3 h后变化不大，但在前3 h几乎匀速下降。经方差分析，七叶树完整种子与破皮种子吸水差异不显著。对比破皮种子与完整种子呼吸速率变化可知：七叶树种皮存在一定的透气性障碍，针刺破种皮可以减小此种障碍，种皮透气性差可能会影响七叶树种子萌发进程。

表1 种子呼吸速率变化

白玉兰完整种子、破皮种子在检测过程中，呼吸速率均呈下降趋势，且下降幅度较为缓慢，接近(0.047、0.055 μL·g-1·h-1)。破皮种子呼吸速率在测定初期比完整种子高3.6%，但随着测定时间的延长，两者差异迅速减小，在2、3、4 h测定时差异较小。经方差分析，白玉兰完整种子与破皮种子吸水差异不显著。比较完整种子与破皮种子呼吸速率的变化可知：白玉兰种子种皮透气性较好，不是种子产生休眠的原因。

2.3 七叶树、白玉兰种子萌发抑制物的测定

Albertus Magus最早提出种子推迟发芽与抑制物质有关。植物种子中含有一些有机酸、生物碱、酯类、醛类、脱落酸等物质，这些物质或产生于种子内部，或来自于种子外部，或者由种子内自身新陈代谢过程中酶解产生。这些物质通过阻碍种子吸水、抑制呼吸、抑制酶活性、阻碍胚生长等，从而对种子萌发有抑制作用[9]。

由表2可知，七叶树种皮提取物对白菜籽发芽存在影响，提取液稀释后(50倍)，白菜籽发芽率升高2%，但仍低于对照3%，说明种皮中的确含有阻碍白菜籽发芽的物质；但胚乳与胚内不含有影响白菜籽发芽的物质。经方差分析，七叶树种皮与去皮种子的提取液对于白菜籽发芽率、根长和苗高的差异不显著。根据根长与苗高的测定值可知：种皮提取物对白菜籽根生长有所影响，但对其苗高反而有促进作用，这说明七叶树种皮内含有促进白菜幼苗生长、抑制根系生长的物质；去皮种子提取物对白菜籽的发芽率无影响，但含有促进苗高生长和根系生长的物质。因生物测定材料为白菜籽，所反映的仅为七叶树种皮以及胚乳等内含物对白菜籽发芽的影响，这些内含物是否对七叶树种子本身萌发存在影响以及影响程度等尚不得知，有待进一步深入研究。

表2 七叶树种子萌发抑制物测定结果

由表3可知：对白菜籽发芽影响较大的为白玉兰果肉提取物，10倍稀释液白菜籽发芽率比对照低20%以上，提取液稀释至50倍时，仍然比对照低14%，同时白菜籽的苗高和根长都较对照低，经方差分析，白玉兰种子种皮、去皮种子、果肉和对照的发芽率差异显著，根长差异极显著，苗高不显著。说明这些内含物同时含有抑制胚根生长的物质。种皮所含物质对白菜籽的发芽和根长与苗高等影响不大，且不存在浓度效应。胚乳以及胚中所含物质对白菜籽的发芽有些影响，但影响不大；其对白菜籽根生长反而影响较大，其存在浓度效应。由此可知：白玉兰种子所含物质对白菜籽的发芽率以及根生长有所影响，如果肉、种皮和胚乳等部分的内含物成分还不明确，具体抑制原理还有待进一步核实。由此推断，白玉兰种子中确实含有发芽抑制物质，但具体的抑制效果还需进一步深入研究。

2.4 七叶树、白玉兰种子解剖结构观察

对4种不同层积处理的种子定期取样解剖观察种胚、胚乳等内部结构发现：七叶树种子近球形，暗粟褐色，径3～4 cm，种脐宽大明显、淡白色，约占种子直径的1/3左右。种子在层积处理的初始阶段，均可见胚生长饱满，胚根和胚轴均清晰可见，但不见胚芽。继续层积，不同的层积方式种子胚形态不同，变温层积和GA3+变温层积处理种子胚芽开始慢慢长出，至层积40 d时约有一半胚芽完全长出，至层积60 d时已有绝大部分胚芽长出，且有些种子胚根已突破种皮。低温层积种子胚根芽长出极为缓慢，至层积结束时仅有少量胚芽完全生长。暖层积处理种子在前期胚芽生长略快，但随层积时间的延长，胚乳部分开始腐烂，进而胚开始腐烂。综合分析表明，七叶树种子刚成熟时，胚分化不完全是导致种子休眠的主要原因，而变温层积和暖层积有利于胚芽的分化和生长，但持续高温易导致种子腐烂。

白玉兰种子在层积初始即刚采收时为三角状倒卵形，先端渐尖，基部宽圆，种皮黑色，内种皮膜质、极薄。胚乳发达，将胚紧密包裹。种胚位于种子尖端，胚很小，肉眼难以观察到；胚与胚乳不易剥离，大部分的胚尚处球形胚阶段，未完成分化。在GA3+变温层积处理20 d时取样观察发现，大部分种子胚长约为种长的1/10～1/8，胚分化基本处于心形胚；层积40 d时胚继续生长至种长的1/4～1/2，胚分化程度不一，将近一半种子胚已经分化完毕，子叶等形状清晰可见，少量胚根已突破种皮，但仍有少量胚处于鱼雷胚阶段。变温处理的种子胚分化过程与经GA3溶液浸泡过种子相类似，但种胚分化相对较慢，胚长生长较慢。暖层积处理种子，有些胚也有正常分化，但大部分种子胚乳腐烂。低温层积种子在层积的整个过程中种胚分化最慢，至层积结束时大部分种胚仍处于心形胚，仅有少量种胚处于鱼雷胚阶段。由以上观察结果分析可知：白玉兰种子成熟后不能萌发的主要原因在于其种胚发育不全，即种子休眠的主要原因在于种胚发育不全。

3 结论与讨论

种皮(果皮)的透水性、透气性和机械障碍是引起种子胚外休眠的重要原因。如特殊的结构或物质组成(种皮的厚角组织细胞形成大量的果胶质和石细胞)将阻碍氧气和水分的渗入，阻碍种子打破休眠，抑制种子呼吸，不能保证种子萌发所需的能量，无法满足种胚萌发所需。郑彩霞等[10]认为豆科种子休眠多为透水、通气性不良导致；张良诚等[11]认为红松外种皮是限制氧气进入种胚的主要障碍。种皮不仅是一个透性障碍物，同时通常也把它看成是一个机械障碍物，它阻止了胚根伸出，从而控制了萌发[12]，蔷薇属种子产生休眠的原因之一就在于其种皮的机械障碍，使胚根难以突破种皮。

本试验表明：七叶树完整种子和刺破种皮种子在吸水12 h时基本达到饱和，说明种皮的透水性良好；白玉兰种子虽前期吸水较慢，但完整种子与刺破种皮种子吸水速率基本没有差别，而且在吸水36 h时也基本达到饱和。七叶树种子完整种子与刺破种皮种子的呼吸速率存在差异，证实七叶树种皮存在透气性障碍，刺破种皮有利于减弱该障碍。白玉兰完整种子与刺破种皮种子呼吸速率变化基本一致，种皮对气体的渗入没有影响。2个树种种子透气性检测表明：白玉兰种皮透气性良好，不会造成种子休眠。七叶树种子和白玉兰种子种皮透水性良好，并非种子产生休眠的原因；七叶树种皮对气体交换有所影响，可能是引起种子休眠的原因之一。

发芽抑制物包括有机酸、生物碱、酯类、醛类、脱落酸等，自从20世纪20年代，种子和果实中发现有抑制物质以来，现已证实大量种子中存在发芽抑制物，其中香豆素、脱落酸(ABA)就是2种很重要的发芽抑制物[13]。如榛、桃、野蔷薇和美国白蜡树种壳中含有ABA；沙枣和牛奶子种子中含有香豆素；木荷种子中含有一些简单的小分子有机发芽抑制物。种子含有发芽抑制物是引起种子休眠的重要原因之一，曾有文献报道层积有利于加快种子打破休眠而萌发，在五味子研究中发现低温湿藏比室温干藏抑制物活性下降更快[14]。

七叶树和白玉兰种子各部位浸提液的种子发芽测定表明：七叶树种皮中含有抑制白菜籽萌发的物质，且强烈抑制白菜籽根长生长，但对苗高生长反而有一定的促进作用；胚乳和胚不含抑制白菜籽发芽和生长的物质。说明七叶树种皮中含有发芽抑制物，但具体抑制强度和抑制物种类还需进一步研究。白玉兰果肉内确含有抑制白菜籽发芽和生长的物质，且抑制性较强，种子各部分对白菜籽的发芽和生长影响不大，因此在进行白玉兰种子处理时应尽可能将果肉剥除，以免影响种子萌发。

正常完整的胚包括胚芽、胚根、胚轴和子叶4部分，但有些种子在成熟后，其种胚尚未分化完善，需在适宜的条件下继续完成器官分化，如香榧、银杏、水曲柳、白蜡、野蔷薇等种子，该类种子需要形态后熟。同时有些种胚已发育完成的种子仍需在适宜条件下层积数周或数月，方具备发芽能力，此为种胚的生理后熟，油茶、梨、桃、杏等种子皆属于此类型。谭志一等[15]、杨守坤[16]认为胚的形态后熟又分为胚的发育不全和胚的分化不完全，前者指胚的体积较小，需温暖和低温处理完成种子发育，如水曲柳、欧洲白蜡、银杏等；后者指胚没分化或分化不完全，完成后熟首先要创造条件促进胚的分化，然后在适宜条件下完成其发育。

本试验证实七叶树种子9月底采后，种子胚饱满，胚根、胚轴清晰可见，但不见胚芽，经变温处理后，种子胚芽逐渐长出，且同时胚根也出有突破种皮，说明胚分化不完全是导致七叶树种子存在休眠的主要原因。白玉兰种子在采后解剖观察发现种子尚未发育，种胚为点状，尚处球形胚时期，变温层积和GA3+变温层积40 d种胚近一半发育完全，继续层积至60 d，绝大多数种胚分化完全，胚根伸出，种子开始萌发，说明白玉兰种子休眠的主要原因在于种胚发育不全。

[1]穆红梅，李鹏丽，时明芝.赤霉素对七叶树种子萌发的影响研究[J].林业实用技术，2012(3)：22-23.

[2]喻方圆，杜艳，沈永宝.自然脱水过程中七叶树生理特性的研究[J].林业研究，2006，17(2)：103-106.

[3]杨孝汉，胡婉仪.解除玉兰种子休眠的研究[J].中国园林，1990，7(2)：49-51.

[4]刘冰，毕晓颖，郑洋.3种鸢尾属植物种子吸水及发芽特性研究[J].种子，2012(1)：34-37.

[5]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2000.

[6]许晓岗，丁芳芳，李翔，等.东京野茉莉种子休眠机制极其破除方法初探[J].西北植物学报，2012，32(11)：2270-2278.

[7]李蓉，叶勇.种子休眠与破眠机理研究进展[J].西北植物学报，2005，25(11)：2350-2355.

[8]Persson B.Enhancement of seed germination inornamental plants by growth regulator sinfused viace tone[J].Seed science and Fechnology，1993(21)：281-290.

[9]熊愈辉.发芽抑制物质研究综述[J].湖州师专学报，1998，20(5)：25-31.

[10]郑彩霞，王九龄，智信.国内外红松种子休眠及催芽问题研究动态[J].世界林业研究，1999(5)：3-9.

[11]张良成，郭维明，陈永胜.红松种子生理后熟的研究[J].东北林业大学学报，1981(4)：33-36.

[12]宋果忠，肖世和.脱落酸与种子休眠[J].植物生理学通讯，2004，40(1)：115-120.

[13]邢勇，武月琴.种子休眠与致休眠因子[J].生物学教学，2003，28(5)：7-8.

[14]赵敏，王炎，张伟.北五味子种子内源抑制物特性的初步研究[J].东北林业大学学报，1999，27(5)：62-64.

[15]谭志一，董愚得，房耀仁，等.红松种子休眠与脱落酸及外种皮的关系[J].中国科学，1983，9(8)：81-82.

[16]杨守坤.不同处理及播种方式对银杏种子发芽率和保存率的影响[J].湖北林业科技，1995(1)：13-14，23.

Study on Dormancy Mechanism of Seeds ofAesculuschinensisandMagnoliadenudate

JU Ping1，LI Liang-jun2

(1.Yangzhoucollegeofoccupation，Yangzhou225002，Jiangsu，China；2.Yangzhouuniversity，Yangzhou225009，Jiangsu，China)

Determine the water permeability and air permeability ofAesculuschinensisandMagnoliadenudateseeds，include intact seed and scarified seed；experimentation on sprount of zhe cabbage seed of some material of the seeds；the dormancy of styatification on theAesculuschinensisandMagnoliadenudateseeds，dissect and observe，results showed：the reason of theAesculuschinensisseed dormancy are：the embryonic differentiation not completely、the seed coat holds back the gas exchange、contained little material that holds back the sprout of the seed，the reason of theMagnoliadenudateseed dormancy are：fruit shell contained some material that holds back the sprout of the seed、the embryonic differentiation not completely.

Aesculuschinensis；Magnoliadenudate；seed dormancy

2015-04-01；

2015-05-07

2014江苏省高等职业院校国内高级访问学者计划资助项目(2014FX091)

居萍(1973—)，女，江苏连云港人，扬州职业大学副教授，从事园林植物与观赏园艺研究。E-mail：1121185819@qq.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.01.015

S330.3+3

A

1002-7351(2016)01-0068-05