卢 艳 闫 月 崔程程 张 鹏

(东北林业大学林学院，森林生态系统可持续经营教育部重点实验室，哈尔滨 150040)

种子休眠是指具有正常生活力的种子在适宜条件下不能萌发的现象[1]。种子休眠依据休眠形成因素的不同，分为初生休眠和次生休眠[2]。休眠可以防止种子在恶劣的环境中萌发[3]，这对种子保持其自身的繁衍能力极为有利，但种子休眠给农业生产带来极大不便，播种前必须打破休眠。

水曲柳(FraxinusmandshuricaRupr.)是东北地区重要的珍贵用材树种，是“东北三大硬阔”之一，具有重要的经济、生态价值。水曲柳主要通过种子繁殖，由于其种子具有生理形态休眠，休眠程度较深，播种前需进行变温层积处理打破初生休眠[4]。有研究表明，解除初生休眠的水曲柳种子在较高温(20℃以上恒温)条件下萌发会进入次生休眠(热休眠)[5]，生产中播种时如遇较高温天气，种子会进入热休眠，严重影响育苗生产。

目前对水曲柳种子初生休眠[4,6～9]和次生休眠[10]的解除方法已有一定研究，但水曲柳种子初生休眠的解除状态对种子次生休眠是否有影响尚不清楚。以往研究发现解除休眠的水曲柳种子经室温干燥处理后发芽率和发芽时间与干燥前相比没有明显变化，这一研究结果表明已解除休眠的水曲柳种子可以进行再干燥处理[11]。解除休眠的水曲柳种子经干燥处理后可以随时进行播种育苗，方便播种育苗工作的进行，但干燥处理对初生休眠解除状态不同的水曲柳种子萌发的影响是否相同有待验证。

本文以具有初生休眠的水曲柳种子为试验材料，研究经不同裸层积和干燥处理的水曲柳种子在适宜温度和较高温条件下的萌发表现，拟解决以下问题：①确定初生休眠解除状态不同的水曲柳种子在不同温度下的萌发表现是否相同；②确定干燥处理对初生休眠解除状态不同的水曲柳种子萌发的作用。通过上述研究，可以为水曲柳播种育苗工作中的种子处理提供技术参考，对农林业生产有一定的意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用种采自吉林省露水河林业局成年水曲柳母树上，种子进行4种裸层积处理(视为种子初生休眠解除状态不同)，①暖温(18℃，下同)10周+低温(5℃，下同)8周，记为W10+C8；②暖温12周+低温8周，记为W12+C8；③暖温10周+低温10周，记为W10+C10；④暖温12周+低温10周，记为W12+C10，以层积处理结束后的种子为试验材料。

1.2 试验方法

种子经层积处理结束后分为两组，一组立即进行发芽试验；另一组置于室温(20～23℃)条件下自然阴干4 d(含水率为7%～8%)，然后将干燥处理的种子用自来水浸泡48 h后进行发芽试验。

发芽试验：将种子用0.5% KMnO4溶液浸泡消毒30 min，随后将种子上的KMnO4用自来水冲洗干净。每种处理4次重复，25粒种子/重复，将种子置于培养皿(直径9 cm)中，培养皿底部垫有一层滤纸，将培养皿放在无光照的人工气候箱中，设置2种萌发温度：①10℃(水曲柳种子的适宜萌发温度)；②25℃(诱导种子进入热休眠的温度)培养7 d后转10℃。每天观察记录种子的萌发情况，以胚根突破种皮超过2 mm作为萌发标志。在种子置床后的第30天计算最终的发芽率、发芽指数、平均发芽时间。计算公式如下：

发芽率(GR)=发芽种子数/供试种子总数×100%

(1)

发芽指数(GI)=∑(ng/tg)

(2)

平均发芽时间(MGT)=∑(ng×tg)/∑ng

(3)

式中:tg为发芽时间(d)，ng为与tg相对应的每天发芽种子数。

1.3 数据统计分析

采用Excel 2010(Microsoft)进行数据整理，用SPSS Statistics 20.0(IBM)进行层积处理与干燥处理对水曲柳种子萌发能力影响的方差分析，方差分析结果显著时，采用Duncan法进行多重比较分析。其中发芽率为百分数，对其进行反正弦平方根转换后再进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同层积及干燥处理的水曲柳种子在适宜温度下的萌发表现

萌发温度为10℃时，层积处理、干燥处理以及两者的交互作用对水曲柳种子发芽率的影响均极显著(P<0.01)(如表1所示)。未经干燥处理的种子，层积时间越长种子发芽率越高，W12+C10处理种子发芽率显著高于其他层积处理，其他层积处理之间种子发芽率差异不显著(如表2所示)。干燥处理的种子，干燥前后种子发芽率变化受种子低温层积时间影响，低温层积时间较短(8周)的种子经干燥处理后发芽率没有明显变化，低温层积时间较长(10周)的种子经干燥处理后发芽率显著下降(如表2所示)。

表1 不同温度下层积与干燥处理组合对水曲柳种子萌发能力影响的方差分析

Table 1 Variance analysis of the effect of the combination of stratification and drying treatment on the germination ability ofF.mandshuricaseeds at different temperatures

变异来源Sourceofvariation10℃25℃培养7d后转10℃Cultivatedat25℃for7dandthentransferedto10℃发芽率Germinationrate发芽指数Germinationindex发芽时间Germinationtime发芽率Germinationrate发芽指数Germinationindex发芽时间Germinationtime层积处理Stratification0.0070.0210.0220.0140.0510.399干燥处理Dryingtreatment<0.001<0.001<0.001<0.0010.0010.055层积处理∗干燥处理Stratification∗Dryingtreatment<0.0010.0010.3670.0090.0060.057R20.8120.8420.6790.8220.6260.429

表2 不同层积及干燥处理的水曲柳种子在10℃下的萌发情况

Table 2 Germination ofF.mandshuricaseeds under different stratification and drying treatments at 10℃

干燥处理Dryingtreatment层积处理Stratification发芽率Germinationrate(%)发芽指数Germinationindex发芽时间Germinationtime(d)否NoW10+C888.00±3.65b3.61±0.30b7.08±0.53W12+C889.00±1.92b4.00±0.28b6.22±0.30W10+C1089.00±4.73b3.55±0.24b7.06±0.37W12+C1099.00±1.00a5.01±0.13a5.34±0.12是YesW10+C890.00±1.15b2.75±0.17c9.13±0.76W12+C892.00±1.63b2.91±0.18c8.49±0.58W10+C1076.00±1.63c2.62±0.09c8.00±0.36W12+C1068.00±1.63c2.41±0.12c7.80±0.31

注：表中数值为平均值±标准误差。同列不同字母表示采用Duncan法进行多重比较差异显著(P<0.05),下同。

Note:The figures in the table are mean±standard error.The different small letters in a column indicate significant difference at 0.05 level,the same as below.

层积处理对水曲柳种子发芽指数的影响显著(P<0.05)，干燥处理对水曲柳种子发芽指数的影响极显著(P<0.01)，层积处理与干燥处理的交互作用对水曲柳种子发芽指数的影响极显著(P<0.01)(见表1)。未经干燥处理的种子，层积时间越长种子发芽指数越高，W12+C10处理种子发芽指数显著高于其他层积处理，其他层积处理之间种子发芽指数差异不显著(见表2)。干燥处理的种子，干燥前后种子发芽指数变化不受种子低温层积时间的影响，各处理间种子发芽指数差异不显著，但干燥处理种子的发芽指数显著降低(见表2)。

层积处理与干燥处理的交互作用对水曲柳种子发芽时间的影响不显著(P>0.05)，但层积处理对水曲柳种子发芽时间的影响显著(P<0.05)，干燥处理对水曲柳种子发芽时间的影响极显著(P<0.01)(见表1)。干燥处理极显著地延长了种子发芽时间，无论种子是否经过干燥处理，层积时间越长的种子发芽时间越短(见表2)。

2.2 不同层积及干燥处理的水曲柳种子经较高温培养7 d后转入适宜温度下的萌发表现

萌发条件为25℃培养7 d后转10℃时，层积处理对水曲柳种子发芽率的影响显著(P<0.05)，干燥处理对水曲柳种子发芽率的影响极显著(P<0.01)，层积处理与干燥处理的交互作用对水曲柳种子发芽率的影响极显著(P<0.01)(见表1)。未经干燥处理的种子，层积时间最长(22周)的种子发芽率最高，其他层积处理之间种子发芽率差异不显著(见表3)。干燥处理的种子，干燥前后种子发芽率变化受种子低温层积时间影响，低温层积时间较短(8周)的种子干燥处理后发芽率有明显下降，平均下降约45%，而低温层积时间较长(10周)的种子干燥处理后发芽率急剧下降，平均下降约73%(见表3)。

层积处理对水曲柳种子发芽指数的影响不显著(P>0.05)，干燥处理对水曲柳种子发芽指数的影响极显著(P<0.01)，层积处理与干燥处理的交互作用对水曲柳种子发芽指数的影响极显著(P<0.01)(见表1)。未经干燥处理的种子，层积时间越长种子发芽指数越高，W12+C10处理种子发芽指数显著高于其他层积处理，其他层积处理之间种子发芽指数差异不显著(见表3)。干燥处理的种子，干燥前后种子发芽指数变化不受种子低温层积时间的影响，各处理间种子发芽指数差异不显著。除W12+C10处理外，其他层积处理种子的发芽指数不受干燥处理的影响，但W12+C10处理种子发芽指数受干燥处理影响较大(见表3)。

层积处理、干燥处理以及两者的交互作用对水曲柳种子发芽时间的影响均不显著(P>0.05)(见表1)。

表3 不同层积及干燥处理的水曲柳种子经较高温培养7 d后转入适宜温度下的萌发情况

Table 3 Germination ofF.mandshuricaseeds with different stratification and drying treatments at appropriate temperature after 7 d of higher temperature culture

干燥处理Dryingtreatment层积处理Stratification发芽率Germinationrate(%)发芽指数Germinationindex发芽时间Germinationtime(d)否NoW10+C854.00±3.83ab0.89±0.04b15.66±0.41W12+C846.00±3.46b0.75±0.13bc17.17±0.65W10+C1040.00±6.32bc0.75±0.14bc13.94±0.30W12+C1067.00±6.81a1.74±0.36a13.81±0.29是YesW10+C830.00±4.76c0.82±0.31bc14.19±1.64W12+C825.00±3.42cd0.63±0.08bc12.71±1.32W10+C1013.00±5.26e0.25±0.10c15.23±0.97W12+C1014.00±2.00de0.34±0.05bc13.35±0.50

3 讨论

本研究发现，萌发温度为适宜温度或较高温条件下，干燥处理对水曲柳种子发芽率、发芽指数的影响均极显著，表明在不同温度下种子的萌发会受到干燥处理的影响。萌发温度为适宜温度或较高温条件下，不经干燥处理的种子中，层积时间最长(22周)的种子发芽率、发芽指数最高，发芽时间最短，表明层积时间越长种子的萌发能力就越强，种子初生休眠的解除程度越充分。种子的休眠与萌发受植物激素含量调控，其中脱落酸(ABA)具有诱导、维持种子休眠和抑制种子萌发的作用[11～12]，而赤霉素(GA)具有解除种子休眠的作用，并且通过拮抗ABA促进种子萌发[3,13]。有研究表明水曲柳种子休眠与种子中存在长链脂肪酸(亚油酸、油酸)等天然发芽抑制物有关[14]，今后的研究中可以通过测定种子初生休眠的解除过程中激素、抑制物含量变化来阐释种子初生休眠的解除程度与萌发之间的关系。经过干燥处理，层积时间越长的种子发芽率下降越明显，低温层积时间较长(10周)的种子发芽率下降幅度大于低温层积时间较短(8周)的种子。由此，可以回答本研究提出的第一个问题，初生休眠解除状态不同的水曲柳种子在不同温度下的萌发表现具有相似的规律，种子的萌发都会受到干燥处理的影响。不经干燥处理的种子解除休眠越充分，其萌发能力就越强，但层积处理后的种子若经过干燥处理，则解除休眠越充分(尤其是低温时间越长)种子萌发能力下降越多。

本研究发现，萌发温度为适宜温度时，干燥处理前后，种子发芽率平均下降约11%，发芽指数平均下降约34%；萌发温度为较高温时，干燥处理前后，种子发芽率平均下降约60%，发芽指数平均下降约50%；萌发温度为适宜温度或较高温条件下，层积时间最长的种子发芽率、发芽指数下降幅度最大。由此可以回答本研究提出的第二个问题，干燥处理会降低水曲柳种子的萌发能力，尤其是较高温条件下的萌发能力，初生休眠解除越充分的种子萌发受干燥处理影响越大。而以往研究发现解除休眠的水曲柳种子经室温干燥处理后发芽率和发芽时间与干燥前相比没有明显变化，该试验材料为20℃层积3个月后转入5℃层积3个月的水曲柳种子[15]，本研究与之产生不同结果的原因可能是初生休眠解除状态不同的水曲柳种子的萌发能力对干燥处理的响应不同。

有研究表明拟南芥种子次生休眠的诱导受种子初生休眠状态的影响[16]，本研究发现，未干燥的种子经过较高温培养后，各层积处理的种子萌发表现不同，表明初生休眠解除状态不同的水曲柳种子的萌发能力对热休眠的响应不同，即水曲柳种子热休眠的诱导同样受种子初生休眠状态的影响。同时，本研究发现，萌发温度为较高温条件下，层积处理显著影响水曲柳种子的发芽率，但对发芽指数没有显著影响；而干燥处理极显著地影响种子的发芽率和发芽指数，表明水曲柳种子次生休眠(热休眠)的诱导受种子初生休眠解除状态的影响较小，受干燥处理影响较大。

种子脱水干燥是一个复杂的生理生化过程，有研究表明低温或快速脱水会引起水曲柳种子萌发能力下降，其原因是细胞膜透性和丙二醛含量增加，种子中可溶性蛋白含量和胚中抗氧化酶活性降低，从而引起了种子萌发能力下降[17]。还有研究表明许多种子脱水耐性与植物抗氧化系统(抗氧化酶、非酶类抗氧化物质)[18～20]、可溶性糖(蔗糖、棉子糖、水苏糖、寡糖等)[21～23]、蛋白质(发育晚期丰富蛋白、热休克蛋白、油脂性蛋白等)[23～25]、分子调控网络[26]等有关，还有研究发现绿豆种子脱水耐性与程序性细胞死亡(PCD)有关[27]。初生休眠解除状态不同的水曲柳种子的萌发能力对干燥处理响应的生理机制可以从以上几个方面进行深入研究。有研究表明适宜浓度的氯化钙、ABA和蔗糖预处理能够提高水曲柳种子低温脱水后的萌发能力[28]，在今后的研究中可以与本研究结果相结合，以期探索出最佳的种子脱水干燥处理方法。

综上所述，初生休眠解除状态不同的水曲柳种子在不同温度下的萌发表现具有相似的规律，种子的萌发都会受到干燥处理的影响。不经干燥处理的种子解除休眠越充分，其萌发能力就越强，但层积处理后的种子若经过干燥处理，则解除休眠越充分(尤其是低温时间越长)，种子萌发能力下降越多。水曲柳种子次生休眠(热休眠)的诱导受种子初生休眠解除状态的影响较小，但受干燥处理影响较大。干燥处理会降低水曲柳种子的萌发能力，尤其是较高温条件下的萌发能力，初生休眠解除越充分的种子萌发受干燥处理影响越大。生产中如需对解除休眠的种子干燥贮藏，选择低温层积时间较短的处理为好，若从节省层积时间的角度考虑，建议选择暖温10周+低温8周的层积方法。