全 文 ：植物生理学通讯 第 45卷 第 11期，2009年 11月 1089
收稿 2009-09-17 修定 　2009-09-30
资助 国际植物园保护联盟中国木兰科项目(6206/R4331)和云
南省中青年学术与技术带头人项目(2 00 6PYo1-48 )。
* 通讯作者(E-mail: wbsun@mail.k ib.ac.cn; Tel: 0871-
5 2 2 3 6 2 2 )。
极度濒危植物大果木莲种子的休眠与萌发
潘睿 1,2, 孙卫邦 1,*
1中国科学院昆明植物研究所昆明植物园, 昆明 650204; 2中国科学院研究生院, 北京 100039
提要: 大果木莲种子具吸水性, 胚未完全发育。新鲜种子25 ℃下的萌发率仅2%, 在30/20 ℃和20/10 ℃的条件下30 d内分
别有27%和36%种子萌发。在20/10 ℃下, 1 000 mg·L-1浓度的GA3可以有效打破种子休眠。冷层积120 d的种胚生长不显
著, 大果木莲种子具有条件休眠特性, 属于浅度简单型形态生理休眠。种子经冷层积60 d的萌发率最高, 而后下降, 提示其
可能有休眠循环现象。
关键词: 大果木莲; 种子; 条件休眠; 形态生理休眠; 休眠循环
Seed Dormancy and Germination of the Critically Endangered Manglietia
grandis Hu et Cheng
PAN Rui1,2, SUN Wei-Bang1,*
1Kunming Botanical Garden, Kunming Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650204, China; 2Graduate
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China
Abstract: The seeds of Manglietia grandis Hu et Cheng had good water-absorption and the embryos were
underdeveloped. Only 2% fresh seeds germinated at 25 ℃, while the germination rate could reach 27% and 36%
under the condition at 30/20 ℃ and 20/10 ℃ during 30 days, respectively. Seeds dormancy could be broken by
1 000 mg·L-1 GA3 effectively at 20/10 ℃. Embryos did not grow markedly during 120 days cold stratification,
indicating the seeds were conditionally dormant, which belonged to morphophysiological simple dormancy.
When the seeds had been in cold stratification for 60 days the germination rate was maximum and then decreased,
indicating that the seeds could have dormancy cycles.
Key words: Manglietia grandis Hu et Cheng; seeds; conditional dormancy; morphophysiological dormancy;
dormancy cycle
大果木莲是木兰科(Magnoliaceae)木莲属的植
物, 属于国家II级重点保护野生植物(傅立国1992),
零星分布于广西西南部与云南东南部(刘玉壶1996)。
最近调查发现, 中国境内的大果木莲有1 200~1 500
株成熟个体, 其可能的分布范围约4 908 km2, 而主
要分布区云南东南的实际占有面积约 0.3 km2。因
此大果木莲被世界自然保护联盟(Internat ional
Union for Conservation of Nature and Natural
Resources, IUCN)评估为极度濒危植物(Cicuzza等
2007)。大果木莲叶大而浓绿, 花大而芳香, 可作
我国南方地区城市庭园的观赏树种; 又因其木材细
致, 具有耐腐耐湿而不易被虫蛀的特性, 也是一种
难得的优良用材树种(傅立国 1992)。种子繁殖是
大果木莲主要的繁殖途径, 但有关大果木莲种子休
眠与萌发的研究尚未见报道。本文对大果木莲种
子的休眠类型与萌发条件进行了相关的研究, 以期
为该物种的种质资源的有效保存与可持续利用提
供基础资料。
材料与方法
试验用大果木莲(Manglietia grandis Hu et
Cheng)种子于2008年10月采集于云南马关和麻栗
坡。采集后的大果木莲种子需用清水浸泡24 h, 洗
去外部假种皮后于通风干燥处摊晾, 阴干后即可用
于实验, 不立即进行实验的种子置于4 ℃冰箱中保
存。
为研究种子的吸水性, 取 30粒大果木莲种子,
气干状态下称量其干重, 加入蒸馏水, 置于25 ℃恒
温箱中吸涨。前 12 h, 每隔 2 h取出一次进行称
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重, 用滤纸吸去种子表面的水分, 并用1/1 000精度
的电子天平迅速称重; 而后每隔12 h取出称重一次,
直至吸水达饱和状态为止。以种子重量随吸水时
间的变化表示吸水率, 重复 3次。
鉴定种子各部位生物浸提液时, 称取大果木莲
种子的中种皮及胚乳(包含胚)各8 g, 研碎后加入60
mL蒸馏水, 置于 25 ℃恒温箱中浸提 12 h, 再震荡
12 h。过滤, 滤液即为浸提液。取 15 cm培养皿,
内放置 2层滤纸, 每皿排放 50颗白菜(Brassica
pekinensis)种子, 分别取 10 mL上述 2种滤液及胚
乳滤液与100 mg·L-1 GA3的混合液(V/V=1:1)加入各
皿中, 放入 25 ℃恒温箱中暗培养。24 h与 48 h后
分别测定发芽率, 以蒸馏水为对照, 每组实验重复
3次。
研究胚的发育时, 取新鲜种子、4 ℃下冷层
积 60 d和 120 d的种子以及临界发芽(种子已萌发
但胚根未突破种皮)的种子各 20颗, 分别浸泡在蒸
馏水中24 h (临界发芽的种子不用浸泡), 取出后用
滤纸拭干其表面水分, 并测量其纵长。用解剖刀将
种子纵切, 然后将胚取出, 放在显微镜下观察。测
量其长度, 计算胚种比(E:S)。
进行新鲜种子萌发时, 首先对大果木莲种子进
行表面消毒, 使用 0.1%的高锰酸钾浸泡30 min, 流
水冲洗。萌发试验的光照周期为光 12 h/暗 12 h,
光照条件为 10.8 μmol·m-2·s-1。改变其他生理条件,
观察其对大果木莲种子萌发的影响。各组实验条
件如下。(1)温度。取 12 cm的培养皿, 内放置 2
层滤纸, 每皿排放 25颗种子, 分别置于 25 ℃、30/
20 ℃、25/15 ℃、20/10 ℃及 15/6 ℃的培养箱中
培养(变温处理时间均为 12 h), 并时常加蒸馏水以
保持湿润。(2) GA3处理。分别取 25颗经表面消
毒的大果木莲种子于 50、500和 1 000 mg·L-1 的
GA3溶液中浸泡 48 h, 然后置于铺有 2层滤纸的 12
cm培养皿中, 分别在 25 ℃、25/15 ℃和 20/10 ℃
培养箱中培养, 以蒸馏水为对照。(3)低温层积处
理。将大果木莲种子与珍珠岩以 1:3的比例混合,
加水湿润, 基质含水量以“手握成团, 松手即散”为
宜。混合后装入透气性良好的塑封袋中, 置于4 ℃
的冰箱中分别层积 40、60、80、100和 120 d。
层积过程中要保持其基质的通风透气, 并适当予以
补充水分。进行萌发实验时, 取 25颗种子置于培
养皿中, 在 25 ℃恒温培养箱中进行培养。以上各
组实验均在培养50 d时统计萌发率, 种子萌发以胚
根突破种皮 1 mm为标准。每组实验重复 4次。
实验结果
1 大果木莲种子的吸水性
大果木莲种子的假种皮红色肉质; 中种皮黑色
硬质; 内种皮透明膜质, 与中种皮结合在一起不易
分开; 胚乳发达, 且富含油脂。图 1显示, 大果木
莲种子在前12 h内吸水率上升较明显, 种子重量明
显增加。12 h到 24 h吸水速率亦较快, 24 h之后
则处于缓慢吸水阶段, 48 h时到达饱和状态。说
明大果木莲种子的中种皮透水性良好, 不影响种子
对水分的有效吸收。
图 1 大果木莲种子的吸水性
Fig.1 Water-absorbability of M. grandis seeds
2 种子浸提液的生物鉴定
由表 1可知, 大果木莲种子的胚乳(包含胚)含
有发芽抑制物, 中种皮则不含有抑制物质, 胚乳浸
提液的抑制作用可以部分的被100 mg·L-1GA3 所抵
消。抑制物质的成分待定, 其作用可延缓白菜种子
的萌发速率。胚乳浸提液在 48 h时对白菜种子的
萌发抑制作用已不明显, 但对胚根的生长仍然有一
定的抑制作用。
3 胚的发育
大果木莲种子的胚很小, 位于种子的尖端部位,
显微镜下观察已经分化出子叶和胚根。由表 2可
知, 新鲜种子的胚长 0.11 cm, 在 4 ℃下冷层积 60 d
后为 0.12 cm, 层积 120 d后则为 0.13 cm。胚的
生长幅度很小, 胚种比(E:S)由原来的 0.13增至
0.15。临界萌发种子的胚生长明显, 达 0.62 cm, 胚
种比增至 0.71。这说明, 大果木莲种子的胚属于已
分化但未完全发育, 是形态上的休眠。
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4 影响种子萌发的因素
4.1 温度 表 3显示, 大果木莲的种子在 25 ℃恒温
条件下萌发率只有2%, 在15/6 ℃下根本不萌发, 未
经任何处理在 25/15 ℃下的萌发率却可达 82%。
在 30/20 ℃下, 大果木莲种子于 16 d开始萌发, 最
终萌发率为 47%。而在 20/10 ℃下的萌发率介于
30/20 ℃与 25/15 ℃之间, 为 63%。
子的萌发率在 500 mg·L-1和 1 000 mg·L-1GA3时达
到 84%, 具有明显的促进作用。25/15 ℃下, GA3
作用不明显, 各处理间差异不显著, 萌发率均在70%
左右。
表 1 大果木莲种子各组分浸提液对白菜种子萌发的影响
Table 1 Effects of water extracts from different components of M. grandis seeds on germination of Brassica pekinensis seeds
发芽率 /%
浸提液 48 h的胚根长 /cm
24 h 48 h
对照 83.33±0.03a 88.67±0.03a 3.42±0.12a
中种皮 79.33±0.03a 88.00±0.02a 3.07±0.10b
胚乳 64.67±0.11b 85.33±0.06a 2.71±0.05c
胚乳 +GA3 (V/V=1:1) 72.67±0.08ab 87.33±0.01a 2.83±0.07c
　　同一列数字旁字母不同表示在 P≤ 0.05 水平差异显著。
表 2 不同时期大果木莲种子胚大小及胚种比(E:S)
Table 2 The embryo size and ratio of embryo/seed (E:S)
of M. grandis at different growth periods
胚 胚长 /cm 胚种比(E:S)
新鲜种子胚 0.11±0.01b 0.13±0.01b
冷层积 60 d胚 0.12±0.01b 0.14±0.01b
冷层积 120 d胚 0.13±0.01b 0.15±0.02b
临界发芽种子胚 0.62±0.09a 0.71±0.09a
　　同一列数字旁字母不同表示在 P≤ 0.05 水平差异显著。
表 3 不同温度下大果木莲种子的萌发率
Table 3 The germination percentage of M. grandis
seeds at different temperatures
萌发温度 始萌发天数 /d 30 d萌发率 /% 50 d萌发率 /%
25 ℃ 2 5 2±0.07c 2±0.07d
30/20 ℃ 1 6 27±0.12b 47±0.12c
25/15 ℃ 2 2 41±0.08a 82±0.05a
20/10 ℃ 2 3 36±0.07ab 63±0.04b
15/6 ℃ - 0c 0d
“ -” 表示缺省。同一列数字旁字母不同表示在 P≤ 0.05 水
平差异显著。
4.2 GA3 表4显示, GA3在25 ℃下可以有效打破大
果木莲种子的休眠, 随着GA3浓度的升高, 种子的
萌发率也随之升高。在 20/10 ℃下, 大果木莲种
表 4 GA3 对大果木莲种子萌发的影响
Table 4 Effects of GA3 on seed germination of M. grandis
萌发率 /%
GA3浓度 /mg·L-1
25 ℃ 25/15 ℃ 20/10 ℃
0 1±0.02c 78±0.05a 55±0.13b
5 0 18±0.07c 76±0.10a 40±0.07c
500 37±0.17b 70±0.20a 84±0.06a
1 000 66±0.07a 68±0.09a 84±0.06a
　　同一列数字旁字母不同表示在 P≤ 0.05 水平差异显著。
4.3 冷层积处理 大果木莲种子在 4 ℃下层积 60 d
后, 萌发率可达80%, 几乎完全打破了种子的休眠。
冷层积 40、80和 100 d只是部分的打破种子的休
眠。层积 120 d后种子的萌发率更是大幅度下降,
只有 35% (表 5)。大果木莲种子在层积 60 d后萌
发率开始下降, 100 d时有所增加但与 60 d相比仍
表 5 层积处理对大果木莲种子萌发率的影响
Table 5 Effects of cold stratification on seed
germination of M. grandis
层积处理 /d 始萌发天数 /d 萌发率 /%
40 1 5 58±0.07bc
60 1 3 80±0.10a
80 1 3 51±0.08c
100 1 5 66±0.05b
120 1 4 35±0.06d
　　同一列数字旁字母不同表示在 P≤ 0.05 水平差异显著。
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有显著差异。表明大果木莲种子可能有休眠循环
现象, 此阶段正是种子进入次生休眠的体现。
讨　　论
种子休眠是指在适宜萌发的条件下, 成熟的种
子仍不能萌发的特性(Bewley 1997)。Baskin和
B a s k i n ( 2 0 0 4 a )将种子休眠划分为生理休眠
(physiological dormancy)、形态休眠(morphological
dormancy)、形态生理休眠(morphophysiological
dormancy)、物理休眠(physical dormancy)和联合
休眠(combinational dormancy) 5大类。新鲜成熟
的种子可能是休眠或非休眠的, 有时也同时具备这
2种特性。浅度生理休眠(nondeep physiological
dormancy)的种子随着休眠状态的从有到无或者从
无到有都会经历一个休眠状态的连续过程(Baskin
和Baskin 1998)。而这个连续过程中的各个休眠状
态, 即介于完全休眠和非休眠之间的休眠状态, 称
之为条件休眠(conditional dormancy)(Baskin等
2005)。条件休眠种子的萌发率低于其完全解除休
眠状态下的萌发率。判断种子是否具有条件休眠
可给予种子能够打破其生理休眠的各种处理, 观察
种子的萌发条件是否会扩展。此外, 种子在成熟时
可能已经处于条件休眠的某一状态, 所以可能或者
不会进入完全休眠状态。
大果木莲种子的种皮透水性良好, 胚很小, 已
分化但发育不完全。拥有未完全发育胚的种子可
能具有生理休眠或形态生理休眠(Baskin和 Baskin
2005)。大果木莲新鲜种子在 25 ℃下 30 d的萌发
率只有 2%, 具有形态生理休眠的特性。30/20 ℃、
25/15 ℃和 20/10 ℃下, 30 d内种子的萌发率分别
为 27%、41%和 36%, 继续培养至 50 d时, 萌发
率分别增至 47%、82%和 63%。20/10 ℃时GA3
有效的打破了种子的生理休眠, 萌发率增至 84%。
由此说明, 种子萌发的条件有所扩展, 大果木莲的
新鲜种子具有条件休眠的特性。
大果木莲种子在 25/15 ℃下的萌发率达到
82%, 其种胚并不要求 0~10 ℃的层积处理来打破
形态生理休眠。实验中的新鲜种子胚以及层积 60
d和 120 d种子的胚彼此之间差异性并不显著, 只
有临界萌发种子的胚才明显的生长。这说明大果
木莲的种子具有浅度简单型形态生理休眠(nondeep
simple morphophysiological dormancy), 冷层积可以
打破其休眠中的生理休眠组成。
由上分析可以总结, 大果木莲的新鲜种子属于
形态生理休眠类型, 其形态生理休眠的生理休眠组
成是浅度的(nondeep)。
在浅度生理休眠的休眠连续状态中, 已经脱离
了休眠状态但不萌发的种子再次进入休眠状态, 称
之为次生休眠(secondary dormancy)(Baskin和
Baskin 2004b)。这样, 具有浅度生理休眠的种子在
完全休眠与非休眠状态下可能经历的循环称之为休
眠循环(Baskin和 Baskin 1985)。休眠循环现象并
不罕见, 许多杂草种子都会经历每年一次的休眠循
环。大果木莲种子经过不同时间的冷层积后, 其萌
发率在 60 d时达到最高, 这说明层积 60 d是行之
有效的打破其原有休眠的方法, 而之后的层积处理
会导致种子长期处于低温潮湿的环境中, 极易进入
次生休眠而产生休眠循环, 与实验结果吻合。说明
大果木莲极可能存在种子休眠循环的现象。
参考文献
傅立国(1992). 中国植物红皮书——稀有濒危植物(第一册). 北
京: 科学出版社
刘玉壶(1996). 中国植物志(第 30卷, 第 1分册). 北京: 科学出版
社, 89~91
Baskin CC, Baskin JM (1985). The annual dormancy cycle in
buried weed seeds: A continuum. BioScience, 35: 492~498
Baskin CC, Baskin JM (1998). Seeds: ecology, biogeography, and
evolution of dormacy and germination. San Diego: Academic
Press
Baskin CC, Baskin JM (2004a). Determining dormancy breaking
and germination requirements from the fewest seeds. Ex situ
plant conservation: supporting species survival in the wild.
Washington, D.C.: Island Press, 162~179
Baskin CC, Baskin JM (2005). Undeveloped embryos in dwarf seeds
and implications for assignment to dormancy class. Seed Sci
Res, 15: 357~360
Baskin CC, Baskin JM, Yoshinaga A (2005). Morphophysiologi-
cal dormancy in seeds of six endemic lobelioid shrubs
(Campanulaceae) from the montane zone in Hawaii, Can J
Bot, 83: 1630~1637
Baskin JM, Baskin CC (2004b). A classification system for seed
dormancy. Seed Sci Res, 14: 1~16
Bewley JD (1997). Seed germination and dormancy. Plant Cell,
9:1055~1066
Cicuzza D, Newton A, Oldfield S (2007). The red list of Magnoliaceae.
Cambridge: Lavenham Press, 26