全 文 ：第 期 华东师范大学学报 （ 自 然科学版 ）
年 月
文章编号 ：
濒危植物天 目铁木种子休眠
及萌发特征研究
乐 笑玮、 崔 敏燕 、 杨 淑 贞 ， 罗 远 ， 赵 明 水 ， 李媛媛
华东 师范 大 学 资 源与 环境科学学院 上海
浙江天 目 山 国 家级 自 然保护 区 管理局 ， 浙江 临 安
华 东师 范大学 浙江 天 童 国 家森林 生态 系统野 外观测研究站 ， 上海 〉
摘要 ： 对 年和 年采 自 浙江天 目 山 的野生天 目铁木植株 的种 子进行萌 发实验 ， 以 探讨
种子 的休眠及 萌 发特征 设置不同 的低温储存时 间 、 赤霉索浓度 、 变温 温度 、有 无光照及不 同 的
发芽基质等条 件 ， 比较种子在不 同条件下 的萌 发率 结果表明 ，吸水 实验 中种子浸水 后吸水
率 ， 与浸种前重量有明显差异 （ ， ，表 明不属 于结构休眠类型 采种后经过短
期低温 约 周 ）储存的 种子累 积萌 发率高 于经过较长 时间低温 （约 周 ）储存 的 种子 萌发 率
， 表明 种子在低温下被诱导休眠并降低 了 发芽潜力 种子萌 发需要较长 时间
的 高温打破休眠 （ 为 ，推测 可能属 于较深 的生理休眠类型 赤霉酸对天 目 铁木种 子
萌发有显 著的促进作用 ， 加之施用 浓度 为 或 的赤霉酸 是种子适宜 的
萌发 条件 在 天 目 铁木迁地保护 中 ， 可采种后人工施加 赤霉酸 ， 立 即在恒 温培养箱 中 萌发 ， 以 获
得较 髙 的 萌发 率
关键 词 ： 天 目铁木 》 种子休眠 》 萌发率 ； 温度 赤樺酸
中 图 分类 号 ： 文 献标识码 ： ：
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收稿 日 期
第 一作者 ： 乐 笑玮 ，女 ， 硕士研究生 ，研究方 向 为分子生态学
通信作者 李媛媛 ， 女 ， 博士 ，副教授 ， 研究方向 为保护生物学 和分子生态学
：
第 期 乐笑玮 ， 等 ： 瀕危植物天 目 铁木种子休 眠及萌发 特征研究
，
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。
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引 言
濒危物种 由 于栖息地丧失或人类活动的影响等原因 ， 在种群 当前状态和长期维持能力
方面都会有所衰退 繁殖 困难成为许多濒危物种种群 自 我更新过程 中的主要问题之一 ’ ，
个体繁殖的成功与否对种群长期生存能力有重要影响 对于 植物来说 ， 种子萌发是繁殖
过程的重要环节 种子萌发既需要水分 、氧气 、 温度等外界环境条件 又要求种子 自 身发育
良好 当条件适宜时 ， 种子休眠也被认为是阻止有活力种子萌发 的因 素 休眠可促使种
子在合适的季节和环境条件下发芽 ， 也是控制种群内幼苗定居空 间位置的主要方式 ， 是植物
的一种重要的适应特征 ’ 不同植物要求不同条件建立新一代个体 ， 各 自有 着适应不 同环
境 的进化方式 ， 因此存在着与气候和栖息地多样性相一致的多种休眠机制
从休 眠 机制 来看 ， 种子休眠一般 可分为 种类 型 ： 内 源性 的生 理休眠 （
、形态休眠 （ 和形态生理休眠 （
，外源性的结构休眠 （ 和组合休眠 （结构
休眠 生理休眠 是种子的胚生长潜力低不能突破机械阻力 而导致的 休
眠 ， 类型是种子成熟 时胚小且 发育不完全 ， 需要生长到一定 长度后才可突破种 子发
， 是形态 和生理 的联合原因导致 通常可基 于 中位发芽 时间 （
判断休眠类型 ， 如 果种 子成熟时胚 已 经生 长完全则 属 于 或者
不休眠 （ 类型 ， 若大于 —般为 ， 若少于 则一般为
如果种子成熟时胚没有生长到足够长 ，则 属 于 或者 类型 ， 在适宜条件下 不
超过 就是 ， 超过 即为 外源性 的 是 由 于种 皮或果皮上有一层或几
层栅栏细胞 导致水分不能透过种皮而无法发 芽的休眠方式 是
结构休眠和生理休眠的结合
铁木 属 （ 是桦木科 （ —属 ， 包括 个物种 ， 分布 于亚 洲 东部 、 欧洲 、北
美洲和 中 美洲 ， 我 国有 种 其 中天 目 铁木 为我国浙江天 目 山特有
的珍稀树种 ， 是该属分布于我 国东部的唯一种类 ， 在系统发育和生物地理方面有独特性 目
华东师范大学学报 （ 自 然科学版 ） 年
前全世界仅残存 株野生植株 ， 生存状况极度濒危 ， 加之其更新能力 很弱 ， 野外环境种子萌
发率极低 ” ’ ⑴ 虽然通过扦插等无性繁殖方法获 得了新个体 但成活 率不 髙 有性生殖
时幼苗对生长条件要求苛刻 ， 不 易 存活 ’ ⑴ 若不及时采取有 效繁殖措施 ， 将有灭绝 的危
险 本文对采 自 天 目 山 野生植株的 种子进行休眠和萌发特征分析 ， 探讨 以下 问 题 ： ① 天 目
铁木种子是否休眠 ？ 属 于哪种休眠类 型 ？ ② 种子成熟后低温储存是否有利于种子萌发 ； ③
种子萌发的适宜条件 以期为天 目 铁木 的有性繁殖提供理论价值 ，为其迁地保护提供科学
依据
材料与 方法
样品采集
现存野生天 目 铁木分 布 于浙江 临安 天 目 山 国 家级 自 然保护 区 （ ° — °
，
°
—
°
， 属 北亚热带气候 ， 四 季分明 ， 气候温和 ， 雨量充沛 ， 光照适宜
从 山麓至 山 顶年 均温 ： 年降水量 年 日 照 时数
， 土壤随海拔升高 由 亚热带红壤 向 温带型棕黄壤过渡
分别 于 年和 年 月 份在天 目 山采集野生 天 目铁木果实 ， 带回华东师范大学
以备室 内 和室外萌发实验 上海市属于北亚热带季风性气候 ， 雨热 同期 ， 日 照充分 ， 雨量充
沛 ， 四季分明 全年平均气温 。 ， 年降水量约为 ， 年 日照时间约
种子基本参数测定
采集后先剥掉外部果苞 ， 留下褐色小坚果 因其果皮小而坚硬 ， 不易 与种皮分离 ， 为符
合 习惯 ， 将小坚果称为种子 种子放置于室温干燥处低温保存 随机抽取种子 粒 ， 用游标
卡尺测量长度 、宽度和厚度 随机取 粒为 组 ， 共 组 ， 用 电 子天平称量每组重量
吸水实验
随机选取 粒种 子进行吸 水实验 ， 组重复 每组各 粒 ， 先用 电子天 平秤取每组质
量 ， 然后放 置于培养皿中用蒸馏水湿润 的滤纸上 ， 在 恒温培养箱 中分别浸泡 、 、 、 、
、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 后将种子捞 出 ， 用 定量滤纸吸干表 面水份 ， 室温下快
速称重 计箅种子平均吸水率 ， 做吸水 曲 线 吸水率计算公式 ： 吸水率 评
为种子吸水 时间后的质量 ， 。 为实验前的起始质量
打破休眠与萌发实验
经过低温储存时间 长短 的萌发
把种子分成两部分进行不 同时间 的萌发实验 ： 一部分经过约 周 在冬季室温下进行低
温保存后 （ 月 至 月 份 ） ， 于 月 底开始萌发 实验在光照培养箱 中进行 另一部分在冬
季室温下低温储存约 周 （ 月 至次年 月 份 ） ， 于次年 月 中旬进行培养箱 内 （ 年和
年种子 和室温下 年 种子 ） 萌发实验 储存期间如有发毎 的种子则清除
萌发前先将干燥种子用 的 溶液浸泡 进行消毒 ， 再用蒸馏水浸泡
，待种皮软化后冲洗干净 ， 开始萌发实验
不同浓度赤霉酸溶液在不 同温度下的萌发
在培养箱 中进行的 实验条件是 ， 设置 种浓度赤霉酸 （ 溶液 ： 不
施 、 — 和 — ， 在溶液 中浸泡 每种浓度下设置 个变温条件 ：
‘ 与变温匹 配无光照 与光照 交替 另一种萌芽方式为室温下萌
第 期 乐笑玮 ， 等 ： 濒危植物天 目 铁木种子休眠及萌发特征研究
发 ， 设置 种浓度施用赤霉酸溶液 、 、 和 — 进 行 每处理 个重复 ， 每
皿放置 粒种子 ， 每天加水控制在滤纸不干 、培养皿内 不积水
有光照和无光照条件下萌发
选用 …或 —赤霉酸处理的种子 ， ’ 或室温下 ， 分别 在有光
照和无光照两种条件下萌发 黑暗条件设置为用锡箔纸完全包住培养皿 光照条件为光照
和黑暗 交替 ， 光照 温度为变温的高温 ， 黑暗 为低温 每皿 粒种
子 ， 各 组重复 ， 培养条件与上面相 同
不同发芽基质下萌发
设置滤纸 、草炭土和土壤 种 萌发基质 选用 — 赤 霉酸处理 的 种子 ，
° 在滤纸和草炭土两种基质上萌发 另选取 … 赤雾 酸处理的种子 ， 室温下分
别置于滤纸和土壤中 萌发 滤纸条件 同前 ， 草炭土为市场上购 到的 培养土 ， 土壤为校 园 内大
树下取的湿润 细土 ， 在培养皿上铺一层草 炭土或土壤 ， 种子均 匀摆放后用细土覆盖 ，滴加蒸
馏水使土湿润 每皿 粒 ， 组重复 ， 培养条件与前面相同
数据处理
种子大小和重量计算平均值 、标准差及变异系数 ， 得出种子的千粒重 以种子胚根长度
超过 作为萌发标准 从播种第 天开始每天记录种子的萌发个数 ， 直到连续 没有
新萌发的种子为止 ， 萌发的种子移出 至新容器 中 用下述公式计算每种条件下种子的发芽
率 发芽率 （ ％ 发芽种子粒数 参试种子总粒数 ）
采用 检验和方差分析 比较不同条件下的发芽率差异 ， 多重 比较采用
检验 数据处理采用 软件进行
结 果
种子基本参数
经测 量 ， 天 目 铁 木 种 子 的 平 均 长 度 、 宽 度 、 厚 度 分 别 为 、
千粒重为 见表
表 天 目 铁木种子大小和千粒重
长度 宽度 度 千粒重
平均值
变异 系数
注 ： 括号中 为标淮差
吸水实验
种子从浸水之初 即开始 吸水 ， 至 吸水率为 但 与开始浸 水时重量无 差异 （ 夕〉
， 从第 小时开始 （吸水率为 重量与浸水之初有显著差异 （ 々 后吸
水率达到 ， 至 则为 见图
种子萌发特征
不同浓度赤霉酸溶液在不同温度下的萌发
不 同浓度赤霉酸溶液和不 同温度梯度下的发芽情况如 图 所示 ， 总体上 ， 经 周低温储
存的种子萌发率高于 周低温储存 的 ，
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！
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时间
图 天 铁木 种 子 吸水 率曲线
经过 周低温储存 的种 子 （ 见 阁 ， 不施用 时 ， ’ 的 发 芽 率显 著 高 于
和 经过 周低温的种子 见图 ， 浓度为
丨 时 ， 的 发 芽 率 显 著 高 于 和 达
温度为 。 时 和 」 浓度 的 下发芽率高于不施
〇 ，
种温度 的发芽进程如图 所示 每个温度下发芽率随 着培养天数的增加而增加 ， 低温
。 时培 养 开始萌发 （ — 较高 温度 （ ：和 ： 培养
即开 始萌发 （ ， ） ， 且温度 越高 累 积萌 发率增 长越快 个温度下培养 至
累积 萌发 书 不再增 加 从培养 至 萌 发 的 时 间 长度 中位数 （ 为 最 终
、
‘ 经过 周低温储存 的种子萌 发率最 高 ， 为 见 图
： ：： 一
乏 ‘
— 一
：； ：
：
—
：
注 ： 不 同 字母表示有显著差异 （ ， 大写宇母表示横 向相同 赤 祗酸浓度条 件下的 方差分 析
结果 ， 小写字母 表示纵 向相 丨《 温度条 件下 的方差分析结果
图 低温储存 周 （左 ） 和 周 （ 右 ） 的 天 目 铁 木种子 施用 不 同
浓度 赤祗酸在不 同 温度 下 的 粜积发 芽 率 （ ％
第 期 乐笑玮 ，等 ： 濒危植物天 目 铁木种子休眠及 萌发特征研究
经双尾 检验 （见表 ， 低温储存时间长短 、 培养 温度 和赤襟酸 浓度对天 目 铁木
种子发芽率的影响 均显著 （ ， 种 因 素 的作用 重要 性为低温储存时 间长
短〉培养温 度〉施用赤霉酸浓度 但 种 因 素的 交互作用对发芽率都没有显著影响 （》
「
令 ， 周低温
一— 周低温
更 ， 周低温掩 ， 周低温
， 周低温
蔣 ⑴ ， 周低温
々 《 寸
衾
□ □ □ □ □
培养时间
注 ： 不 同字母表示有显著差异 （ ， 为 ， 为 为
图 低温储 存 周 （ 实心 ） 和 周 （ 空心 ） 的 天 目 铁木 种 子施用
不 同浓度赤 褥 酸在不 同 温度 下 的 发芽
表 低 温储存 时 间长 短 、 培养温 度 、 赤 霉 酸浓 度及其 交互作用 对天 目 铁木 种子发芽 率 的 影响
变 异来源 发芽率
低温储 存时间长短
培 养温度
赤霉酸浓度
低温储存时间长短 培养温度
低温储存时间长短 赤毎酸浓度
培养温度 赤苒酸浓 度
低温储存时间 长短 培养温度 赤霄酸浓度
注 ： 井 表格 中为 值 ， 表示 ， 表示 〉
不同浓 度赤霉酸在室温下 的萌发
经过较 长低温 （ 约 周 ） 分别施用 、 、 和 的 于 月 份进行室
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温下萌发 结果为不施 种子发芽率最低为 ， 而施用 的种子萌
发率最高 ， 为 。
有无光照及不同发芽基质下 的萌发
在光暗交替或完 全黑暗的条件下 （见表 浓度 为 — 的 时 ， 累积发芽率
没有显著差异 （ 〉 ， 只有 经过 周低温储存的种子 ， 浓度
温度为 ‘ 时 ， 光暗交替下的发芽率大于黑暗的 （ ，
不同培养基质 见表 ， 周 低温储存 的种子在滤纸培养下的发芽率大 于草炭土 （
， ， 草炭土没有发芽的种子 经过 周低温储存 的种子在两种培养基质下发芽
率没有显著差异 （ 〉 ，
表 天 目铁木种子在有无光照和不 同发芽基 质下的 累 积发芽率
周低温储存 周低温储存
室温
黑暗
光照 黑暗
草炭土或土壤
滤纸
注 ： 表示 与上面条件有显著差异 （
讨 论
种子休眠是一段特定的 时间 内 任何正常环境 因子组合 下 ， 种子 即使处于最适条件下也
不萌发的阶段 是物种本身 的遗传特征 ， 也会受到 大量环境因 素 的影响 —般情况下 ，
外源性结构休眠 （ 的种子 由 于种皮难 以透水 ， 在浸水 后重量不会增加 但从本研究
的 吸水实验来看 ， 天 目铁木种子浸水 重量显 著增加 （ ， ， 吸水 率为 自
身重量 的 ， 表明种子萌发不受外源性休眠 的制约
一般认为 ，低温能够打破大多数植物种子的休眠 ， 主要通过激发分解酶 的活性以促进种
子储藏蛋 白 （ 的分解 从而为种子萌发和幼苗生长提供营养物质 ， 生
理休眠 （ 的种子往往多是这种类型 然而 ， 本 实验 中经过 周低温的种子累积发芽率
却 高于 周低温的 种子 （ 々 ， 图 ， 表明经历越长的 低温反而不利于种子萌
发 张若蕙等对天 目 铁木种子的萌 发实验也表明 ， 月 份新采摘种子的萌发率为
经过冬季低温后于 次年 月 的 发芽率仅为 对同 属 的美 洲 铁木 （
研究也得到 类似结果 ，认为幼嫩的种子在采摘后立即 种下可 以获得更高 的发芽
率 这种成熟后可立 即 萌发的种子可能属于不休眠 （ 类型
但是 ， 如果天 目 铁木种子成熟后没有遇到适宜条件 ，随后经历冬季的时 间越长萌发率越
低 表 明低温可能促使种子进人休眠状态 虽然低温是打破大多植物种子休 眠的条件 ， 但是
有些植物的种子在低温下会被诱导休眠 ， 如 忍冬科 的 在
自 然状况下冬天播种的 种子在低温下被诱 导进行 对 同厲 的美洲 铁 木和欧洲 铁木
的报道都表明 ， 一旦刚 刚成熟时没有播种萌发 ， 种子则进人顽固 的休眠
第 期 乐笑玮 ， 等 ： 瀕危植 物天 目 铁木种子休眠及萌发特征研究
期 ， 之后则需要打破 内源性休眠才可发芽 ， 并且打破休眠需要 个月 的 热层积和 个月 的低
温层积 ， 而后还需较长 的培养时间才可获得较高的发芽率 因 此 天 目 铁木采摘后经历
低温越长的种子 约 周 ） 估计被诱导成较 为深度的休眠状态 ， 比经历低温时 间短的种子
约 周 ）发芽率低
种子萌发进程表明 （ 见 图 ， 从给予适宜 的温度开始至种子萌发 最短需要
和 ， 最长则在第 天 观察到 萌发 的 种子 （
， 中位时 间长度是 ， 表明种子萌发需要经历高温 （ 〉 ’ 打破休
眠 ， 并且萌发过程需要较长时间 （〉 根据 等对种子休眠方式的划分 种子萌
发时间超过 的一般是 或者 ， 这两种类型 的 区别 主要取决于种子成熟时胚是否
生 长到接近发芽时胚的大 小 据报道 ， 天 目 铁木种子刚 刚成熟时 即 可发芽 ， 推测胚已经
生 长完全 ， 因此随后进人的休眠可 能是 类型 ，但需要进一步实验证实
本实验表 明天 目 铁木种子在 ’ 萌发率最高 ， 是较为 适宜的温度 左右 同样
是许多植物种子发芽 的最适温度 ， 如 培养下 ， 同 为桦木科 的赤杨
种子发芽率最高 ； 蓝靛果忍冬 （ 的种子在 。
或者 。 温度是最优的发芽条件
种子休 眠的内 部机制 是激素 的调控 ， 主要 由维持休眠的脱落酸 （ 和
促进发芽的赤霉素 两种激素 的不同水平来控制 ’ ， 因 此较高浓度的赤
霉素是打破休眠 和促进萌发的又一必要条件 本实验 中 ， 经 周低温 的种子在施用最髙
浓度 下发芽率最高 （ 々 ， ， 室温发芽的种子也是最高浓
度 发芽率最高 ， 而低浓度或者不施 种子萌发
率几乎为零 之前的研究也表明赤霉素对天 目 铁木种子萌发有促进作用 ’ ⑴ 休眠种子 内
的 是控制种子是否休眠的 内部机制 ， 当 的相对含量大于 时种子将解除
休眠 佰是 ，光照的有无以及土壤和滤纸两种发芽基质对天 目 铁木种子的萌发率没有
显著影响 （ 〉
本研究表 明 ， 天 目铁木种子存在相对复杂的发芽及休眠机制 ， 种子一般 月 份成熟 ， 没
有休眠即可 萌发 但种子成熟后 因大多没有合适条件而不萌发 ， 在 随之而来的冬季低温下
被诱导休眠 ， 并且时间越长休眠越深 第二年春天虽条件适宜 ， 但种 子需经过长时 间复杂条
件来打破深度休眠 ， 仍然不能很快萌发 由此延迟了种群的更新 ，并在群落 中丧失与其他幼
苗竞争 的时机 ， 加之人类活动导致栖息地减少 、 干扰增大等 因 素的 影响 ， 使 天 目 铁木种子几
乎难以在野外萌发 种群更新困难 ，这可能是造成瀕危 的主要原因 建议天 目铁木有性繁殖
应辅以人工措施 可采种后施加赤毎 索 ， 随 即在 培养箱 中 培养 以 获得较高 的萌发率 另 外 ，
人工施用赤霉素处理种子后在野外播种也是一种可行 的方法
致谢 ： 陈 小 勇教授在论文 的 写作 中提 出 了 宝 责 意 见 ， 王 风协助 种子发芽 实验 ，在 此感谢 ！
参 考 文 献
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匡可任 ， 李沛琼 中 国植物 志 第 卷 ） 北京 科学出 版社 ，
管康林 ， 陶银周 濒危树种—天 目铁 木的现状 和繁殖 浙江林学 院学报 ，
张若蕙 ， 龚关文 ， 沈餳康 ， 等 ， 天 目铁木花粉种子及幼苗的研究 浙江林业 科技 ，
张方纲 天 目 山植物志 杭州 ： 浙江大学出版社 ，
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