石果紅山茶和紅花瘤果茶的種子特性及生物學(xué)意義

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(1.貴州大學(xué)林學(xué)院， 貴陽 550025； 2.貴州科學(xué)院， 貴陽 550001； 3.貴州省植物園， 貴陽 550004)

石果紅山茶(CamellialapideaWu)隸屬于山茶科山茶屬(CamelliaL.)紅山茶組(Sect.Camellia(L.)Dyer)滇山茶亞組(Subsect.Reticulata Chang)毛蕊系(Ser.Villosae Chang)，為常綠闊葉小喬木，花紅色，葉片光亮，葉脈明顯，主要分布在貴州南部，廣西和廣東西部[1-2]。紅山茶組是山茶屬中種類最多的類群，是著名的觀賞花木和用材樹種，在我國具有悠久的資源利用歷史[3]。紅花瘤果茶(CamelliarubituberculataChang ex Lin et Lu)隸屬于山茶科山茶屬瘤果茶組(Sect.Tuberculata Chang)，為小喬木，花紅色，子房與果實表面具有瘤狀突起，是山茶屬中保持了原始性狀的特化種類，目前發(fā)現(xiàn)僅分布在我國的西南地區(qū)，瘤果茶組是我國亞熱帶地區(qū)的特有類群，保留了原始性狀特征[4]。近年來，由于石果紅山茶和紅花瘤果茶的資源價值突顯、隨著人們發(fā)掘利用的越來越廣泛，其野生資源已趨于匱乏[5]，加強其種群繁衍及生物多樣性的保護利用已刻不容緩。種子是植物種群得以延續(xù)和繁衍的關(guān)鍵，種子特性研究對植物生殖規(guī)律的探索及其種群擴散有科學(xué)意義[6]，同時種子的長度、寬度、高度、體積、千粒重造成了種子形態(tài)的差異，決定著種子的遺傳品質(zhì)和植物的生長發(fā)育[7]。檢測研究了石果紅山茶和紅花瘤果茶2種植物的種子特征，并討論了其種子特征差異的生物學(xué)意義，以期為植物種質(zhì)資源的保護和利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材 料

試驗所用種子采集于貴州省荔波縣翁昂鄉(xiāng)拉內(nèi)村和興仁縣田灣鄉(xiāng)新寨村，分別于野生的常綠落葉闊葉混交林和常綠落葉闊葉林中采集，采集數(shù)量皆為鮮種子10 kg，種子于通風(fēng)良好的室內(nèi)自然晾干備用。2種山茶種子產(chǎn)地概況如表1所示。

1.2 方 法

1.2.1 種子形態(tài)特征

用四分法隨機抽取發(fā)育飽滿的種子，利用游標卡尺測量種子大小，并直觀比較種子的形狀、大小、色澤，觀察種子的種臍、外種皮、內(nèi)種皮和種胚是否發(fā)育完全。

1.2.2 種子千粒重

隨機取100粒種子，分別稱量，設(shè)置3次重復(fù)，取其平均質(zhì)量乘以10，即為種子的千粒重。

1.2.3 種子含水量

采用高溫恒溫烘箱干燥法測定山茶種子的含水量。隨機稱取3組，每組50 g，均勻地放入樣品盒內(nèi)，用105 ℃烘箱烘12 h，取出后在干燥器中冷卻至室溫后稱量。

表1 石果紅山茶和紅花瘤果茶產(chǎn)地概況及采種情況

植物種類產(chǎn)地名稱海拔高度(m)年均氣溫(℃)和相對濕度(%)土壤類型和pH值生境特征采集點分布區(qū)(km2)采種時間(年/月/日)種子完好率(%)石果紅山茶荔波翁昂拉內(nèi)村800～130016.479黃壤5.5～7.0常綠落葉闊葉混交林12017/10/2080.5紅花瘤果茶興仁縣田灣鄉(xiāng)新寨村635～148515.377黃棕壤5.8～6.8常綠闊葉林22017/11/2060

種子含水量計算公式如下：

含水量(%)=(m2-m3)/(m2-m1)×100%，式中m1為樣品盒的質(zhì)量，m2為樣品盒和樣品烘前的質(zhì)量，m3為樣品盒和樣品烘后質(zhì)量，單位為g。

1.2.4 種子吸水率

從測定樣品中選取100粒種子，稱重W，然后放置燒杯中，加蒸餾水浸泡，放置在25 ℃恒溫箱中吸水。每隔2 h取出種子，用濾紙將種子表面的水分吸干，用電子天平稱量Wt，至Wt趨于穩(wěn)定時結(jié)束，3次重復(fù)。吸水率(%)=[(Wt-W)/W]×100%[8]。用吸水紙吸干種子表面的水分后稱量，直至種子質(zhì)量基本恒定。種子吸水率(%)=(m1-m)/m×100%，式中：m1為吸水后的質(zhì)量，m為吸水前的質(zhì)量，單位為g。

1.2.5 種子生活力

隨機選取種子50粒，取3個重復(fù)，采用TTC(氯化三苯四唑)染色法測定其生活力。對經(jīng)過消毒殺菌的種子，去除外種皮，室溫下蒸餾水浸泡6 h，再將每粒種子沿胚縱軸切成兩半，加入0.50%的TTC溶液，在30 ℃恒溫箱中12 h黑暗條件下染色，染色完畢后，清水沖洗，目測其染色情況，對照胚用沸水煮20 min，最后根據(jù)染色的部位和染色程度，按國際種子檢驗法鑒定種子有無生活力，全部或者大部分被染色的為有活力的種子，沒有著色或大部分不著色的為無活力種子[9]。生活力(%)=有活力種子數(shù)/種子總數(shù)×100%。

1.2.6 脂 肪

稱取種子切片2 g，在105 ℃烘30 min，趁熱倒出研磨至出油，再用脫脂棉蘸取少量石油醚擦拭研缽上的種子碎末和脂肪，全部置入濾紙筒并放入索氏提取器的吊籃里，籃底塞一層脫脂棉，最后用脫脂棉塞入上部，壓住試樣，防止粉末溢出。抽提瓶用蒸餾水洗凈105 ℃烘1 h，拿出冷卻稱量質(zhì)量m1，加入約45 mL石油醚，并安裝在吊籃下方，溫度調(diào)至75～80 ℃。抽提約4～5 h后取出抽提瓶，在105 ℃烘箱烘至石油醚和水分揮發(fā)完全，稱量重量m2[10]。

脂肪含量(%)=(m2-m1)/2×100%。

1.2.7 可溶性糖

種子在110 ℃烘箱中烘干水分，降低溫度到70 ℃烘過夜，取0.1 g種子研磨放入試管中，取3個重復(fù)，加15 mL蒸餾水。沸水浴10 min冷卻過濾至100 mL容量瓶中定容，吸取1 mL品液，加蒽酮試劑5 mL于沸水浴10 min，取出冷卻并在620 nm波長測定OD值[11]。

1.2.8 淀 粉

將提取可溶性糖后的殘渣在50 mL容量瓶中加20 mL蒸餾水沸水浴15 min，再加入高氯酸2 mL提取15 min冷卻過濾并定容為50 mL。取1 mL樣品液加入0.5 mL蒽酮乙酸乙酯和5 mL濃硫酸，冷卻至室溫，以空白作對照，在630 nm波長下測量OD值。

1.2.9 可溶性蛋白質(zhì)

采用考馬斯亮藍G-250染色法[10]，稱取0.1 g種子，加入5 mL預(yù)冷的磷酸緩沖液，在冰浴下研磨成勻漿，離心20 min，所得上清液為提取液，吸取0.1 mL加入5 mL考馬斯亮藍試劑，混勻，放置2 min，在595 nm波長測量OD值。

1.2.10 實驗數(shù)據(jù)

用SPSS 21.0軟件進行分析，采用Excel軟件進行圖表處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 石果紅山茶和紅花瘤果茶種子的特征差異

2.1.1 種子形態(tài)特征

種子的形態(tài)是一個相對穩(wěn)定的性狀，種子形態(tài)特征與種子的萌發(fā)及生長密切相關(guān)，影響著群落中植被的更新。對2種山茶種子的形態(tài)特征進行檢測的結(jié)果如表2所示。石果紅山茶種子種臍、外種皮，內(nèi)種皮和種胚發(fā)育完整，紅花瘤果茶部分種子被昆蟲取食，空殼率和霉變率較高，完整種子的種皮和種胚發(fā)育完好。石果紅山茶種子的體積大于紅花瘤果茶，顏色較深，兩者外種殼紋路無明顯區(qū)別，石果紅山茶呈現(xiàn)茶褐色，紅花瘤果茶顏色為茶棕色，兩者種子的形狀相似，都為扇球形。檢測結(jié)果顯示，石果紅山茶種子的長、寬、厚均值分別為1.797，1.271，1.398 cm。紅花瘤果茶種子的長、寬、厚均值分別為1.642，1.137，1.332 cm。石果紅山茶種子的長、寬、厚均值均大于紅花瘤果茶。

表2 石果紅山茶和紅花瘤果茶種子的形態(tài)特征

形態(tài)特征石果紅山茶紅花瘤果茶長(cm)1.797±0.0521.642±0.057寬(cm)1.271±0.0521.137±0.057厚(cm)1.398±0.0571.332±0.046顏色茶褐色茶棕色形狀扇球形扇球形

2.1.2 種子生物學(xué)特性分析

對2種山茶種子千粒重、吸水率、含水量和生活力的檢測分析結(jié)果如表3所示：2種山茶種子的千粒重存在顯著差異(p<0.05)，石果紅山茶中種子千粒重高于紅花瘤果茶。采用TTC染色法測定種子生活力表明，石果紅山茶生活力94.08%，紅花瘤果茶生活力83.22%，石果紅山茶種子生活力高于紅花瘤果茶，紅花瘤果茶種子的霉變率和空殼率較高、種子質(zhì)量較石果紅山茶差。

表3 2種山茶種子千粒重、含水量、生活力、吸水率

檢測指標石果紅山茶紅花瘤果茶石果紅山茶和紅花瘤果茶的指標差異值千粒重(g)1557.88±78.291425.60±17.10+132.28含水量(%)25.86±0.4528.61±0.20-2.75生活力(%)94.08±0.2983.22±0.16+10.86不去皮種子吸水率(%)11.01±1.179.75±1.06+1.26去皮種子吸水率(%)20.64±5.358.81±3.60+11.83

種子含水量是影響種子壽命的重要因素，干燥的種子能儲存較久，也能保持較高的生活力，若種子含水量較高，在儲存過程中會有不同程度的發(fā)霉，種子活力下降，種子壽命縮短[12]。試驗分別取5組山茶種子檢測其含水量，2種山茶種子含水量的差異如圖1所示，紅花瘤果茶的含水量為28%～29%，高于石果紅山茶的含水量為25%～26%，種子含水量低，種子內(nèi)部的代謝活動越緩慢，消耗的種子營養(yǎng)物質(zhì)也很少，產(chǎn)生的自由基也少，膜系統(tǒng)被保護，種子的劣變也就緩慢，劣變程度弱[13]。已有研究認為，一般樹木種子適合儲存的含水量為5%～12%，種子含水量低于9%時，種子攜帶的微生物才不會活動旺盛，有利于樹木種子的儲藏[14]。含水量高的種子較含水量底的易腐爛，含水量影響著種子的生活能力，試驗證明了紅花瘤果茶種子生活力低于石果紅山茶。

圖1 石果紅山茶和紅花瘤果茶的含水量差異

一般情況下，隨著時間的延長，植物種子的吸水過程逐漸變慢，達到一定的時間后，種子的含水量達到了飽和狀態(tài)，含水量相對保持不變，不同的植物之間，達到飽和的時間不同[15]。2種山茶種子吸水率如圖2所示，完整的山茶種子在前10 h急劇吸水，10 h后吸水速度變緩，去種皮和不去種皮處理的種子吸水率均在23 h后趨于飽和穩(wěn)定狀態(tài)，因此這2種山茶種子的吸水過程大致分為急劇吸水期、穩(wěn)定吸水期和飽和吸水期3個階段。在生產(chǎn)實踐上，應(yīng)該保證2種山茶在萌發(fā)過程中前23 h供給種子充足的水分。石果紅山茶和紅花瘤果茶的吸水率存在差異，石果紅山茶不去皮的種子吸水率(14.44%)和去皮種子的吸水率(24.72%)均高于紅花瘤果茶(13.48%、12.89%)，去皮的石果紅山茶種子吸水率顯著高于不去皮的種子，說明石果紅山茶的種皮是影響其種子吸水率的重要因素。去皮后的紅花瘤果茶種子吸水率較不去皮種子吸水率變化不明顯，表明紅花瘤果茶的種皮對其種子的吸水率影響不顯著。

圖2 石果紅山茶和紅花瘤果茶種子的吸水率變化

2.2 種子儲藏物質(zhì)含量差異的比較

大粒種子質(zhì)量重的比質(zhì)量輕的含有更多的儲藏營養(yǎng)物質(zhì)，而種子的營養(yǎng)物質(zhì)含量高低會直接影響到種子萌發(fā)及其生活力[16]。種子粒小，其儲藏營養(yǎng)物質(zhì)就少，提供給種子生長發(fā)育過程中所需的營養(yǎng)就少，會影響種子的生活力和發(fā)芽率，導(dǎo)致種群擴散困難[17]。

實驗結(jié)果如圖3所示，石果紅山茶的可溶性蛋白質(zhì)含量為7.76%，可溶性糖含量為24.17%、脂肪含量為12.18%、淀粉含量為3.80%；紅花瘤果茶的可溶性蛋白質(zhì)含量為9.43%、可溶性糖含量為23.58%、脂肪含量為5.82%、淀粉含量為5.51%。紅花瘤果茶的可溶性蛋白質(zhì)含量高于石果紅山茶，石果紅山茶的可溶性糖含量與紅花瘤果茶差異不大，其淀粉含量低于紅花瘤果茶，脂肪含量約為紅花瘤果茶的2倍，2種山茶種子的淀粉、脂肪、可溶性蛋白質(zhì)含量差異顯著(p<0.05)。

圖3 石果紅山茶和紅花瘤果茶種子的貯藏營養(yǎng)物質(zhì)比較

3 結(jié)論與討論

3.1石果紅山茶和紅花瘤果茶種子都屬于大粒種子，平均千粒重分別為1 557.88 g和1 425.60 g。二者的可溶性糖、脂肪、可溶性蛋白質(zhì)、淀粉含量分別為24.17%、23.58%，12.18%、5.82%，7.76%、9.43%和3.80%、5.51%；種子生活力分別為94.08%、83.22%；種子千粒重與種子生活力呈正相關(guān)關(guān)系。紅花瘤果茶的可溶性蛋白質(zhì)含量和淀粉含量高于石果紅山茶，可溶性糖含量和脂肪含量低于石果紅山茶。不去皮的石果紅山茶種子吸水率(14.44%)高于不去皮的紅花瘤果茶種子吸水率(13.48%)，去皮的石果紅山茶種子吸水率達24.72%，顯著高于不去皮的種子吸水率。石果紅山茶的種皮是影響其種子吸水率的重要因素，紅花瘤果茶不去皮種子和去皮種子的吸水率差距不明顯，表明紅花瘤果茶的種皮對種子的吸水率無明顯影響。

3.2植物種子，特別是野生植物種子的生物學(xué)特性是植物種群與所生存的環(huán)境協(xié)同作用的結(jié)果。石果紅山茶的生境較為潮濕，相應(yīng)的種子含水量和霉變率低于紅花瘤果茶，為種子的萌發(fā)提供了保障。紅花瘤果茶生境所處的海拔較高，年均溫度和相對濕度相比于石果紅山茶所在的生境都較低，種群生境比石果紅山茶狹窄，種群遭受了更多的生境脅迫，種子完好率低于石果紅山茶，其霉變率與種子含水量呈正相關(guān)關(guān)系，這使紅花瘤果茶的自然繁殖受到阻礙，是導(dǎo)致其分布區(qū)狹窄和物種稀有瀕危的重要原因之一。

3.3實驗研究進一步表明，植物的種子特征影響著種子對環(huán)境的適應(yīng)性、種子萌發(fā)與幼苗生長，也影響著種群的繁衍和物種散布，植物種子的生物學(xué)特性是植物區(qū)系和植物地理學(xué)的基礎(chǔ)。種子生態(tài)學(xué)是研究種子與環(huán)境關(guān)系的科學(xué)，也是實踐與理論相結(jié)合的學(xué)科[18]，因此，開展野生植物種子特性及其生態(tài)學(xué)方面的研究、特別是對稀有瀕危植物的種子生物學(xué)特性及其生態(tài)適應(yīng)性的深入研究，為珍稀瀕危植物的保護與利用提供科學(xué)依據(jù)具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實價值。