乌桕种皮对种子萌发的影响

乌桕种皮对种子萌发的影响
摘要：我们测量的生理参数包括种子的水吸收，体外胚胎发芽率，并通过扫描式电子显微镜观察种皮结构，以探索乌桕种皮对种子萌发的影响。

乌桕种皮具有良好的透水性。

我们发现，当白菜种子浸泡在乌桕种皮提取液中时，白菜种子的萌发会受到抑制。

从种皮结构中，我们发现，有胚根的一面似乎能够阻碍种子的发芽。

我们测试了一些方法来打破乌桕种子的休眠，就是将休眠的乌桕种子浸泡在500mg⋅L-1或1000mg⋅L-1赤霉素（GA3）中，然后低温层积100天。

关键词：乌桕;种子休眠;低温层积;抑制物质;赤霉酸（GA3)。

介绍
当植物被引进到园林行业中，它的繁殖方法应该被我们详细了解。

在繁殖木本植物时，最常用的便是种子繁殖。

因为这是最具有成本效益的方法。

对于许多的物种，在种子萌发的时候，会吸水并且溶胀，最终导致种皮的破裂。

最后，胚根从破裂的种皮中出现。

但是，即使在明显有利的条件下，许多种子都无法发芽或难以做到这一点。

在通常情况下，这种状态被认为是种子的休眠状态。

种子萌发的因素包括种皮，胚胎，抑制剂以及激素的相对浓度。

中国的乌桕树种在大戟科中属于落叶乔木，遍布在中国的很多地方。

由于其丰富多彩的叶子，很有潜力用作景观规划。

在中国，乌桕树被广泛种植在花园和路边。

并且乌桕种子在行业也有较高的经济价值。

乌桕树的种皮是抑制乌桕种子萌发的因素之一。

乌桕种子之所以不能够迅速发芽，并保持种子结构的完整性，主要是由于其种皮的特殊性能。

我们做的这项研究主要是确定乌桕种皮是如何影响乌桕种子萌发的。

以及如何能打破这种影响，以更好的提高乌桕种子的萌芽率。

材料和方法
种子材料
2008年，十一月，中国南京。

在南京林业大学手动收集校园里的乌桕树的成熟种子，将种子外层的白蜡切除，使其和种子的果实分开，在5℃在冰箱中贮存。

吸水试验
种子吸水的重量通过种子浸水之后，种子增加的重量算出。

样品种子约为10克（含45至50粒种子），样本分别进行水吸收试验，并且重复三次。

具体做法是将种子浸泡在200毫升蒸馏水中，在室温下搅拌。

每隔八个小时，种子从水中取出，并立即使用滤纸擦干表面，称重，连续三天。

吸水率计算方法如下内容：
式中，W为水吸收率（％）; WS是后重浸泡; W I是初始重量。

乌桕种皮提取液对白菜种子萌发的影响
将乌桕种皮磨成粉末状，得到的种皮粉末使用甲醇溶液萃取。

取乌桕种皮粉末三份，每份5克，分别萃取3次。

具体做法是将每份粉末溶解在100毫升的80％（体积/体积）的含水甲醇中，然后将其在5摄氏度的冰箱中储存24小时。

过滤，将得到的三份上清液合并，在37摄氏度的真空环境下将甲醇蒸发出来。

将得到的高浓度上清液调节至0.1g⋅mL-1-和0.2g⋅mL-1。

我们测试了乌桕种皮萃取物抑制甘蓝种子发芽的能力。

白菜的种子发芽试验我们重复进行了三次。

将一百粒种子浸泡在5毫升的乌桕种皮提取液中。

浸泡液浓度为0.1g⋅mL-1和0.2g⋅mL，浸泡十三小时。

将浸泡在提取液中的种子和浸泡在蒸馏水中的种子对照。

种子随后在光线环境试验箱中培养，温度保持在25℃。

七天后记录苗数。

记录标准是仔苗的子叶可见，然后根据数据计算发芽率。

切除胚胎的发芽试验
乌桕的成熟种子在活水中浸泡两天。

然后将胚从封闭的种子组织中切除，将胚胎置于塑料盒中（塑料盒中有浸水的棉花），温度为25℃。

光照周期为八小时。

其中每隔十六天对发芽监控一次。

最后，切除了胚胎的种子的发芽率就能够根据数据算出。

乌桕种子的层积发芽试验
乌桕种子在容积为400 毫升的烧瓶中浸泡24小时。

取三个烧瓶，烧瓶中分别装有200mL的三个浓度（200毫克•L-1500mg⋅L-1和1000mg⋅L-1）的赤霉酸溶液。

种子浸泡在超细空隙滤纸过滤的蒸馏水中，用作对照。

浸泡后，将种子散布在40厘米×30厘米×10厘米的托盘上将种子彼此分开，并用消过毒的沙子覆盖，最后在0至5摄氏度的冰箱中放置60到100天。

继续分层，种子发芽试验在最佳条件下的生长室（温度为25℃每天8小时光照）中进行30天。

种子低温层积60天，发芽试验分别测试有种皮的种子和无种皮的种子。

100天的低温层积试验只对那些有种皮的种子进行，因为100天的低温层积几乎可以消除种皮抑制萌发的效果。

三十天后，种子的萌芽率由森林树种种子测试规则得出。

统计分析
每个实验中，对种子处理过后的影响通过种子的萌芽率来体现。

不同处理方法得到的结果分别评估。

通过扫描式电子显微镜观察种皮结构
通过扫描式电子显微镜观察乌桕种子的种皮结构。

种皮结构在种子低温层积的一两个月后进行检查，并用新鲜种子进行对照。

检测按照如下进行：取样品种子，切除1—2平方毫米的种皮，混入4％的戊二醛，用0.1M磷酸盐缓冲液洗涤，在一系列浓度渐变的乙醇溶液（30％，50％，70％，90％，100％）中脱水。

最后，将样品放入乙酸异戊酯中。

每次处理时间为15分钟。

最后在电子显微镜下观察样品。

结果
吸水
乌桕种皮的结构会抑制发芽，通过延缓水分吸收和减慢胚胎发育。

种子浸泡在水中之后，对种子的吸水状况进行72小时监视。

（图1随着时间的变化种子吸收水分的增加）。

在40小时的时候，种子吸水率为50.9%，之后种子的吸水率变慢。

该实验表明，种皮可以透水，并且能够在萌发的时候吸收水分。

图1乌桕种子的吸水曲线
乌桕种皮中的抑制剂对白菜种子萌发的影响
许多植物的种子中都含有抑制萌发的化合物，但白菜种子没有。

因此白菜种子常用于测试其他物种种子中的抑制化合物的抑制效果。

当种子没有在乌桕种皮提取液中浸泡时，白菜种子的发芽率为86%。

当种子浸泡在0.1-g⋅mL-1的乌桕种皮提取液中时，发芽率为63%，当浸泡在0.2g⋅mL-1的提取液中时，发芽率为35%。

因此，乌桕种皮中的抑制剂是造成乌桕种子休眠的原因之一。

孤立的成熟胚萌发
乌桕种子在种皮作用下在成熟时期没有萌发。

但脱离成熟种子的胚在合适的条件下却可以萌发。

16天中，80％的乌桕胚胎发芽，说明脱离了母体的胚胎在
没有种皮的作用时可以快速的发芽。

不同浓度的赤霉素处理对乌桕种子萌发的影响
表1数据显示未经处理种子的萌芽率要比经过赤霉素处理种子的萌芽率低。

低温层积100天后，种子发芽为26％，远比成熟胚胎80%的发芽率要低。

这表明乌桕种子处在深度休眠。

乌桕树的种子同其他种子一样，被一层厚厚的种皮包住。

我们推测这可能会降低种子的发芽率。

脱皮的种子的萌芽率比完整种子的萌芽率明显的高（表1）。

这表明，种皮阻碍了种子的萌发。

对乌桕籽表1：被三种不同浓度的赤霉素处理过的乌桕种子的萌芽率，以及分别经过60天低温层积（包含有完整重皮的种子和脱皮的种子）和100低温层积（只包含完整重皮的种子）的种子的萌芽率。

在三种赤霉素浓度和低温层积的两个不同时期的条件下测试乌桕种子萌芽率。

赤霉素对种子有明显的影响，当种子低温层积60天或是100天后。

赤霉素处理所产生的促进作用通常归因于赤霉素调动了种子内部的储备并且弱化了自由基尖端周围的胚乳细胞的机械阻力。

用赤霉素处理乌桕种子，只能克服部分休眠。

在用500mg⋅L-1赤霉素处理并且低温层积时，种子实现了最高的萌芽率。

因此赤霉素处理和低温层积两种方法的结合能够最大限度的提高种子的萌芽率。

使用扫描式电子显微镜记录种皮结构的变化
利用扫描式电子显微镜记录处理后的种皮结构变化。

被处理过的种皮的自由基一侧要比对照试验中的种子薄（图2A）。

在低温层积期间，种皮在经过赤霉素处理后变得更薄，但对于种子萌发来讲仍旧过厚。

种子低温层积60天，种子休眠并没有被完全打破。

因此，种皮的自由基一侧在某种程度上抑制了种子的萌发。

种皮的形态改变或许同样证明了为什么当低温层积的时间增加以后种子的
萌发率会增加。

和对照试验相比，种皮的间隙在不同处理后会更加丰富（图2B）。

并且这对于种子萌发是至关重要的，因为这样能够增加种子某些部分的含水量，并且使氧气向着胚轴弥散。

讨论
种皮加强休眠
这项研究调查的是乌桕种子的种皮和种子萌发之间的关系。

完全切除种胚的种子发芽率为80%，说名乌桕种子的胚胎对种子发芽没有抑制作用。

我们之前的处理和试验已经证实了种皮的特殊结构和种皮中包含的特殊化合物抑制了乌桕种子的萌发。

乌桕种皮中包含了几种萌发抑制剂，但这几种萌发抑制剂目前仍旧没有具体的了解和认识，这将是以后研究的重点和挑战。

解除种子休眠的的处理办法
赤霉素能够刺激许多种被子植物和裸子植物的种子发芽。

我们的研究证实了赤霉素能够影响乌桕种子的休眠但不能完全解除乌桕种子的休眠，直到低温层积扩大到100天。

其他研究需要优化程序，从而能够更迅速的克服种子的休眠。

为了提高种子发芽率，各种打破种子休眠的方法都可以使用。

物理处理方法包括割裂种皮，种皮微裂隙（使用热和超声使种皮产生微小的裂缝），种皮软化和胚胎刺激（采用预冷却和浸泡方法）。

化学处理可以使用硫酸去除种皮涂层，同时除去防水剂或胚胎抑制剂（主要化合物为次氯酸钠和乙醇），或是刺激胚胎的生长。

当我们用浓硫酸处理种子时，种子的内部结构就能在扫描式电子显微镜下观察到。

图2：乌桕种皮结构在扫描式电子显微镜下的变化。

图3：乌桕种皮在浓硫酸中浸泡八小时以后，在扫描式电子显微镜下观察到的结构损伤图。

结论
我们的研究结果表明，乌桕种皮抑制乌桕种子的萌发。

我们的实验同时也表明，种皮结构和种皮里的化合物在种子休眠中扮演着重要的较色。

我们发现自由基一侧的种皮要比其他部分的种皮要厚，并且我们假设，增厚部分的里面主要包含了抑制种子萌发的物质。

我们测试了各种处理方法打破种子休眠。

最终的研究结果表明，必须对种子特殊处理，除去种子的物理发芽障碍和化学发芽障碍，才能更好的促进种子发芽。

低温层积法结合赤霉素法（以气态喷洒在种子上）能够显着提高种子发芽率。

并且在这项研究中，我们发现最有效的处理方法就是将种子浸泡在500mg⋅L-1或是1000mg⋅L-1的赤霉素溶液中，然后再低温层积100天。