王孟筱， 曹帮华， 崔田田， 陈海燕2， 赵文轩， 毛培利

(1.山东农业大学黄河下游森林培育国家林业局重点实验室， 山东 泰安 271018；2.泰安市徂徕山林场， 山东 泰安 271027)

高质量的种子具有更好的生长优势和生产潜力，而确定种子最佳成熟期是实际生产实践中丰产的基础[1]。采收过早，容易造成种子成熟度差、活力低、质量差；而采收过晚，则会导致种子收获减少以及成熟后劣变引起活力降低。在成熟过程中，伴随母体植株不断提供营养，种子本身也发生着一系列生理变化，体现在外观形态和颜色变化、千粒重增加、含水量降低、营养物质(可溶性糖、淀粉和蛋白质等)积累、内源激素(GA、ABA和乙烯等)含量等变化[2]。王文章等研究表明，成熟度对红松种子萌发的影响，除了与成熟过程中的生理生化变化有关外，也与种子内部发芽抑制物质有关[3]。周健等研究表明，紫荆种子随着成熟度提高，种皮表面气孔消失，蜡质开始形成并逐渐加厚，角质层和栅栏层可能是影响种皮透性进而引起休眠的原因之一[4]。杨玲等研究表明，种皮机械障碍作用是限制调制干燥前发育中的花楸种子萌发的重要因素[5]。由于不同植物有着不同的种子形成规律，因此其成熟特征也不尽相同[6]。种子成熟度不仅影响种子发芽能力和出苗整齐度，还进一步影响幼苗的品质[7]。贾然然等研究表明，毛叶山桐子种子在深红果阶段播种最佳，在黑褐果阶段果实霉变，影响种子活力和发芽整齐度[8]。目前种子成熟度对小麦[9-11]、玉米[12-13]等农作物研究较多，对木本植物研究较少。近年来，有研究表明种子成熟度还影响其在逆境条件下的萌发进程。王淑英等研究表明，灌浆前期的玉米种子具有一定的发芽率，但种子抗低温冷害能力差，随着灌浆时期的延后，种子成熟度提高，抗逆能力逐渐增强[13]。蔺吉祥等研究表明，羊草种子是具有一定耐盐性的浅播种子，不同成熟度的羊草种子同样表现出不同的耐盐性和不同的抗深埋特性，成熟度越高，种子活力越大，种子抗盐性和抗深埋性越强[14-15]。

在种子萌发过程中，盐胁迫首先通过渗透胁迫阻碍种子水分的吸收，从而影响其萌发；其次，盐进入种子会因离子毒害打破种子细胞内离子稳态，产生活性氧自由基。活性氧自由基诱发氧化胁迫造成生物大分子结构的损伤，进而对细胞的代谢造成有害的影响，导致种子内细胞水平的损伤，进一步抑制种子的萌发。大量的研究表明，不同植物种子在盐胁迫下的萌发有着显著差别。对于盐生植物，其种子在盐胁迫下有着高的发芽能力，可以耐受很高的土壤盐含量，一定的盐分会促进盐生植物种子的萌发。蔺吉祥等研究表明，相对较低的盐浓度有利于羊草种子的萌发，而羊草种子在低浓度盐胁迫下的复萌率较低，随盐胁迫浓度不断增加，其发芽能力受到刺激，复萌率也随之增加[13]。而对于非盐生植物，其种子在盐胁迫下发芽能力显著降低，只能耐受很低的土壤含盐量。因此，阐明植物种子耐盐萌发能力对盐碱地育苗及播种造林具有重要的实践意义。

泡桐(PaulowniaSieb.et Zucc)是玄参科(Scorphulariaceae)泡桐属(Paulownia)植物，落叶乔木，原产我国。泡桐实生苗的耐盐极限为0.2%～0.3%[16]，具有一定的耐盐能力，是盐碱地造林重要树种之一[17]。前人对泡桐种子在盐胁迫条件下的育苗工作研究不多，关于不同成熟度的泡桐种子耐盐性研究还未见报道。因此，通过采集不同成熟时期的泡桐种子研究其在盐胁迫下的发芽能力，研究种子成熟度与耐盐能力的关系，可为泡桐在盐碱地区的推广应用提供理论支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试泡桐种子采自泰安市泰山区8年生泡桐人工林。采种母树平均胸径为25 cm，平均树高为15 m。9月初泡桐蒴果已逐渐饱满，果皮呈绿色；至9月底10月初，蒴果颜色变深绿至深棕并逐渐开裂；10月中旬到10月底，泡桐蒴果颜色进一步变深至棕黑色，果荚开裂数增加。基于此，分别于2017年9月10日(记作Ⅰ)、9月30日(记作Ⅱ)、10月20日(记作Ⅲ)分3次用高枝剪采集果实饱满、大小均匀且成熟状态一致的泡桐蒴果。带回实验室后，剖开果荚，取出种子，去掉杂质，测定种子的千粒重和相对含水量。

1.2 试验设计

前人所作泡桐种子在盐胁迫下萌发能力的研究中试验设置盐浓度最大为3‰，为进一步探究泡桐种子耐盐极限，设置实验组盐浓度为1‰、3‰和5‰，将3个采种期的种子分别在该3种浓度的NaCl溶液下进行发芽试验，清水作为对照。将种子先用清水在室温下浸泡24 h，然后用3‰ KMnO4溶液浸泡30 min消毒。无菌水冲洗3次，将种子摆入90 mm口径的培养皿内。培养皿底部铺消毒海绵，上覆一层吸水滤纸做发芽床。每个培养皿摆100粒种子，4次重复。每个培养皿加入配好的等量不同浓度的盐溶液。按照《GB 2722-1999林木种子检验规程》[19]的规定，将培养皿放置在光照和黑暗各12 h，光照强度12 000 lx，相对湿度85%，温度25 ℃的恒温生化培养箱内进行发芽试验，观察22 d。萌发过程中每24 h观测1次。当胚根突破种皮接近种子等长时，即认为种子萌发，记录种子萌发起始时间和每日萌发种子数量。在萌发过程中，根据培养皿中水分的消耗情况每天补充水分至原刻度。

试验结束后，把幼苗取出清洗干净，用滤纸把表面水分吸干，称重幼苗的鲜重(g)，测量胚轴长度(mm)，然后统计发芽指标及幼苗生长状况。

1.3 指标及测定方法

发芽指标包括发芽率、发芽势、平均发芽时间、发芽指数和活力指数。

发芽率(%)=(G1/N)×100%，式中：G1为萌发数，N为供试种子总数。

发芽势(%)=(发芽高峰期发芽的种子数/N)×100%。

发芽时间=∑(D×n)/∑n，式中：n为对应各日正常发芽的粒数，D为种子置床起的天数。

发芽指数=∑(Gt/Dt)，式中：Gt为各日净发芽数；Dt为相应发芽日。

活力指数=S×GI，式中：S为幼苗鲜重；GI为发芽指数。

1.4 数据处理

所有数据采用SPSS 22.0软件(SPSS，Chicago，IL，USA)进行分析。用单因素方差分析法(One-Way ANOVA)分析了种子成熟时期对千粒重、相对含水量的影响；用双因子方差分析法(Two-Way ANOVA)比较种子成熟时期和盐浓度对种子萌发各指标的影响。若差异显著，再用最小显著差异法(LSD)进行多重比较。显著性差异检验水平是p<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同采种期泡桐种子千粒重及含水量差异

随着采种期的推迟，泡桐种子的千粒重逐渐增加，千粒重平均值分别为0.16 g、0.20 g、0.24 g(图1)；泡桐种子的相对含水量逐渐降低，相对含水量分别为52.18%、43.74%、34.60%(图2)。方差分析结果表明，采种期对泡桐种子含水量有着显著影响(F=6.020，p<0.05)，Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ(p<0.05)；但对千粒重影响不显著(F=1.257，p>0.05)。

图1 随种子采摘日期增加种子千粒重的变化

图2 随种子采摘日期增加种子含水量的变化

2.2 不同采种期泡桐种子盐胁迫下的萌发特性

2.2.1发芽率和发芽势

随着采种期的推迟，种子发芽率和发芽势呈低-高-低的变化趋势。Ⅱ的种子发芽率和发芽势最高；随盐胁迫浓度的增加，发芽率和发芽势均逐渐降低(图3、图4)。双因素方差分析结果表明，采种期对发芽率和发芽势有着极显著的影响；盐胁迫对发芽率有显著影响，对发芽势有极显著影响；二者的交互作用对发芽率和发芽势影响不显著(表1)。不同采种期间，Ⅰ与Ⅲ的种子发芽率差异不显著(p>0.05)，极显著低于Ⅱ(p<0.01)。不同采种期间，Ⅰ与Ⅲ的种子发芽势差异不显著(p>0.05)，显著低于Ⅱ(p<0.05)。不同盐分胁迫梯度之间，对照的发芽率和发芽势都显著高于盐浓度为3‰和5‰(p<0.05)。

2.2.2平均发芽时间

随盐浓度的增加，不同采种期的泡桐种子平均发芽时间呈上升趋势(图5)。双因素方差分析结果表明，采种期对平均发芽时间影响不显著；盐胁迫对平均发芽时间影响极显著；而二者的交互作用不显著(表1)。不同盐分胁迫梯度之间，对照种子的平均发芽时间显著低于3‰(p<0.05)，极显著低于5‰(p<0.01)，1‰平均发芽时间极显著低于5‰(p<0.01)。

图3 不同采种期种子在盐胁迫下的发芽率

图4 不同采种期种子在盐胁迫下的发芽势

图5 不同时期采集的泡桐种子在不同盐浓度下的平均发芽时间

2.2.3发芽指数

在不同采种期之间，Ⅱ的泡桐种子发芽指数最高(图6)；随盐浓度的增加，泡桐种子发芽指数呈逐渐降低的趋势。双因素方差分析结果表明，采种期和盐胁迫对发芽指数有着极显著的影响，二者的交互作用不显著(表1)。不同采种期之间，Ⅱ的种子发芽指数极显著高于Ⅰ和Ⅲ的种子(p<0.01)。不同盐胁迫浓度梯度之间，对照种子的发芽指数最高，并且极显著高于3‰和5‰(p<0.01),1‰发芽指数极显著高于5‰(p<0.01)。

2.2.4活力指数

在不同采种期之间，Ⅱ的种子活力指数最高；随盐浓度的增加，泡桐种子活力指数呈逐渐降低的趋势(图7)。双因素方差分析结果表明，采种期和盐胁迫对发芽指数有着极显著的影响，二者的交互作用不显著(表1)。不同采种期之间，Ⅱ的种子发芽指数极显著高于Ⅰ和Ⅲ的种子(p<0.01)。不同盐胁迫浓度梯度之间，对照种子的活力指数最高，并且极显著高于盐浓度为3‰和5‰(p<0.01)。

图6 不同时期采集的泡桐种子在不同盐浓度下的发芽指数

图7 不同时期采集的泡桐种子在不同盐浓度下的活力指数

表1 种子活力指标在采种期和盐浓度下的显著性

指标 采种期 盐浓度 采种期×盐浓度fpfpfp发芽率23.20<0.013.24<0.050.4300.85发芽势5.36<0.017.18<0.011.820.12平均发芽时间1.860.174.97<0.011.180.34发芽指数12.30<0.016.48<0.011.240.31活力指数18.02<0.018.60<0.012.120.08

2.3 不同采种期的种子盐胁迫下萌发幼苗的生长比较

随采种期的推移，泡桐幼苗的鲜重和下胚轴长度呈先增加再降低的趋势；随着盐浓度的升高，泡桐幼苗鲜重和下胚轴长度呈逐渐下降趋势(图6)。双因素方差分析结果表明，采种期和盐浓度对泡桐种子幼苗平均鲜重和下胚轴生长量有着极显著的影响(表2)。在不同采种期之间，Ⅱ的种子有着最大的幼苗鲜重和下胚轴长度，显著高于其它2个采种时间(p<0.05)。在不同盐浓度之间，泡桐种子下胚轴生长量在盐浓度为0和1‰之间差异不显著(p>0.05)，极显著大于3‰和5‰(p<0.01)，幼苗平均鲜重在盐浓度为1‰下显著大于3‰和5‰(p<0.05)。

图8 不同采种期种子在盐胁迫下的幼苗平均鲜重

表2 幼苗生物量指标与采种期和盐浓度的显著性

指标 采种期 盐浓度 采种期×盐浓度fpfpfp幼苗鲜重8.530<0.015.273<0.011.7410.140胚根生长量15.520<0.0123.097<0.012.7070.028

3 讨 论

3.1 采种期对泡桐种子质量的影响

随着种子不断成熟，含水量逐渐降低，可溶性碳水化合物逐渐变为凝固态的蛋白质和脂肪，果实颜色变深，千粒重增加[20-21]。本试验发现，随着采集时间的推迟，泡桐种子含水量逐渐降低，这与乔孝禄等[22]、郑昀晔等[23]和姚辰等[24]的研究结果一致。但含水量的降低与种子活力的关系比较复杂。乔孝禄等研究表明，沼生栎种子随含水量的降低，种子发芽率逐渐下降，当含水量降低至9.0%时，发芽率迅速下降为0%[22]。郑昀晔等指出，烟草种子成熟早期种子含水量迅速下降，当含水量低于30%时下降趋势减缓，同时萌发能力出现峰值[23]。姚辰等研究表明，随着水稻种子的逐步发育，含水量不断降低，发芽率不断提高[24]。本研究发现，随着泡桐种子含水量降低，种子发芽率呈先增后降趋势。表明种子活力与含水量的关系与树种密切相关。泡桐种子含水量为43.74%、果荚颜色由深绿转为棕黑色时发芽率最高，这可以作为在山东地区采集泡桐种子日期的重要依据。

采种期对种子活力和萌发幼苗生长有着显著的影响。一些针叶树后期脱落的种子质量比早期和中期的差。罗成荣等发现，柏木种子生理成熟期较其球果形态成熟期提前10～20 d，而形态成熟期的种子活力显著降低，建议在生理成熟期进行采种[25]。姚辰等研究表明，水稻授粉9 d后的种子已经具备了发芽能力，17～21 d的种子发芽率最高，过熟的种子发芽率下降[24]。张鹏深入研究了水曲柳种子发育至成熟过程中的ABA含量、抑制物质活性和胚的离体萌发能力，发现种子发芽能力显著受到内部抑制物质活性和ABA含量动态变化的影响[2]。本研究发现，泡桐种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均是在第2次采种的9月30日数值最大，其活力的变化可能与其内部抑制物质和内源激素的变化有关。同时，合理的采种还可以显著提高幼苗的质量，这在柏木种子[25]、日本三桠种子[26]都有相似结果。本研究也发现，此时采集的泡桐种子形成的幼苗有着最高的鲜重和下胚轴生长量。因此，建议山东地区在9月底左右开始观察，当泡桐蒴果颜色变深并逐渐开裂时开始试采泡桐种子，测得种子平均含水量到达40%左右时即为最佳采种期，可进行大量采收。

3.2 盐胁迫对种子萌发的影响

盐胁迫是盐碱地区种子萌发成苗最重要的限制因素。大量的研究表明，非盐生植物的种子随盐浓度的不断增加发芽率逐渐降低，这在青檀[27]、黑松[28]、羊草[14]、广布野豌豆[18]上都有相似发现。对于泡桐，倪善庆[29]发现随着盐浓度的增加其发芽率逐渐降低，在单盐浓度为5‰时发芽率为对照的60%。本研究发现，不同采种期的泡桐种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数都是随盐浓度的增加而降低，在5‰时发芽率分别为对照的25%、71%、35%，与倪善庆[29]的研究结果相似。盐胁迫下，黑松种子萌发形成的幼苗的根长和根干重显著降低[28]。王丹[18]发现广布野豌豆胚根长和胚芽长均随盐浓度增加而逐渐降低。本研究发现，泡桐种子的幼苗鲜重和下胚轴生长量也是随盐浓度增加而显著降低。对于羊草，其种子萌发指标均受种子成熟度和盐胁迫交互作用的影响[14]。而泡桐只有下胚轴生长量显著受到种子成熟度和盐胁迫交互作用的影响，这表明不同植物的适应性不同。而植物种子成熟度对其抗逆能力的影响目前研究较少，需要进一步研究。

种子萌发是实生苗生产中幼苗建立的关键过程，其对抗盐胁迫的能力与盐碱地育苗造林成活率密切相关。而种子采收时的成熟度是影响种子质量的直接因素之一。本研究发现，随着采种期的推移，泡桐种子含水量逐渐降低，种子活力先增加后降低。当采种期为9月底左右时，泡桐蒴果果皮颜色变深、部分开裂，种子含水量为40%左右，此时泡桐种子萌发能力和抗盐能力最强。随盐胁迫浓度的增加，泡桐种子的发芽率逐渐降低。在盐浓度为5‰时，其发芽率为对照的71%，具有一定的耐盐能力。因此，在泡桐种子成熟后，结合种子的含水量及果实外观，应及时采收，以获取高活力的种子。