1. 引言
青海省地处青藏高原的东北部，与黄土高原交汇，是长江、黄河、澜沧江的发源地。气候特点是高寒、干旱，日照时间长，太阳辐射强，昼夜温差大，冬夏温差小，气候地理分布差异大，垂直变化明显，气温随海拔增高而递减，降雨量随海拔增高而递增。生态环境显著特点是干旱少雨、气候寒冷、植被覆盖率低、水土流失严重、生态脆弱、自然灾害频繁。近年来，大力营造灌木林，造林成效逐步突显。但海拔较高的浅、脑山地区受气候自然条件的影响，造林树种单一，优良树种少，育苗周期长，育苗生产长期滞后，无法满足该区域造林绿化苗木需求等问题。灌木是森林植物群落的重要组成部分，具有萌发能力强、天然更新快、根系发达等特性，在抗干旱、抗风沙、耐盐碱、耐寒、抗病虫、耐瘠薄等方面具有许多优良特性。在多年的植树造林中发现，灌木林适应当地严酷的自然条件，造林成活率高，适宜青海东部干旱半干旱地区林业建设，并逐步成为生态建设的当家树种[1] [2]。砂生槐具有抗干旱、耐瘠薄、耐沙埋等特点，适应性极强，是西藏防风固沙和水土保持的重要先锋灌木树种，是高原生态中发挥着重要作用的资源植物[3]。国内对砂生槐营养成分及药用价值的研究较多，已成为医药学领域研究的热点内容之一。赵仕虎等人在甘肃省榆中县开展了砂生槐引种驯化与繁育研究，结果表明，砂生槐在甘肃引种栽培比较成功。在青海开展引种栽培，可增加青海高海拔地区的造林树种资源，丰富生物多样性，对青海高海拔地区的生态建设具有重要的意义。硬实性是种子为适应外界环境而形成的一种外在现象[4]，有助于延缓种子劣变[5]。但硬实种子由于种皮坚硬而不透水，导致吸水困难，萌发受阻，严重影响出苗率。因此，研究破除硬实的方法对于育苗生产具有重要意义。由于大多数豆科植物的种子存在物理性休眠(硬实) [6]，尤其小粒豆科种子的硬实率很高，不处理的种子播种后会发生严重的缺苗现象[7]。砂生槐在自然条件下，种子发芽率低，仅为10%左右，严重制约着砂生槐的繁育推广[8]。大量研究表明，热水浸种、浓硫酸处理和打磨种皮等能够有效促使种子发芽[9]-[13]。砂生槐是一种适应性强、耐旱、耐贫瘠的树种，适合在干旱和贫瘠的土地上种植。其种子硬实问题影响了其广泛种植和繁殖。本研究通过测定砂生槐种子的硬实率、种子吸胀特性，研究破除硬实的方法，筛选出最佳种子处理方式，提高种子的萌发率和出苗率，为促进砂生槐的繁殖生产提供可操作性理论依据，对于扩大种植范围和提升种植效益具有重要意义。
2. 材料与方法
2.1. 试验材料
砂生槐(Sophora moorcroftiana (Benth.) Baker)为豆科槐属的小灌木，高约1 m，是西藏高寒地区特有树种，具有抗干旱、耐瘠薄、适应性极强，是西藏防风固沙和水土保持的重要先锋灌木树种。供试种子是西藏山南地区雅鲁藏布江流域沙丘地区采收干藏3年的野生种子。采收地海拔3600 m，属高原亚寒带半干旱气候，具有空气稀薄，气温低，日温差大，冬春干燥，多大风等特点，年降雨量低于450 ml。
2.2. 试验方法
培养皿中铺设3层滤纸做发芽床，试验时用无菌纯净水浸湿滤纸，将不同处理的种子均匀的摆放在发芽床上，培养皿置于气候箱内发芽培养，除发芽温度测试根据试验内容设定，其余试验培养温度20℃，光照12 h/d，光照强度1800 lux。培养期间及时补水保持滤纸湿润。种子置床后第2 d开始，每24 h以胚根突出种皮长度达到或超过种子长度的1/2为萌发标准统计萌发数量，直至连续3 d无种子萌发视为发芽结束，计算最终的发芽率、发芽势。对5 d内萌发的幼苗称重，计算发芽指数和活力指数[14]。
发芽率(%) = 发芽种子数/供试种子数× 100%；
发芽势(%) = 发芽高峰日发芽种子数/供试种子数× 100%；
始萌发时间(d)：第一粒种子萌发的天数；
；
。
其中：Wx为第x次测得的种子质量；W0为种子初始质量；Gt为第t日的发芽数；Dt为第t日的发芽日数；S为种苗平均鲜重(g)。
2.2.1. 种子基本特征
随机选取10粒种子，用游标卡尺(精度0.01 mm)测量种子纵径和横径，3次重复取平均值。每个树种随机选取1000粒种子，用电子天平(精度0.01 g)称千粒质量，3次重复取平均值。
2.2.2. 硬实率
采用吸胀法测定。随机数取供试种子各100粒，6个重复，消毒处理后，纯净水浸泡，置20℃人气候箱中自然吸胀，每24 h以种子体积达到或超过原体积2倍为标准统计吸胀的种子数量，每天换水1次，10d后仍未吸胀的种子统计为硬实种子。
硬实率(%) = 第10天未吸胀种子数/供试种子数 × 100%；
2.2.3. 种皮透水性及吸水规律
分别称取5份种子各5.0 g，用纱布包好分别放于三角瓶中，加入纯净水30 mL，分别置于20、30、40、50及60℃五个不同的温度条件下，用分析天平称量种子吸水后的质量，每次称量前用滤纸吸干种子表面水分。按照前4 h每隔1 h称量一次，4 h后增加30 mL纯净水；之后8 h内每隔2 h称量一次，24 h称量一次。
吸胀率(%) = 第t天吸胀种子数/供试种子数 × 100%；
相对吸胀率(%) = 第t天吸胀种子数/吸胀种子数× 100%；
吸水率(%) = (Wx − W0)/W0 × 100%；
2.2.4. 种子萌发温度筛选
萌发温度设置6个水平，分别为10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、10/20℃。消毒处理的种子用常温水浸种24 h，纸床播种，放置于设置温度的人工气候箱中进行发芽试验，均采用暗培养。每个水平100粒种子，3次重复。
2.2.5. 种子硬实破除物理处理措施筛选
(1) 浸种初始水温对砂生槐种子发芽特性的影响
初始浸种水温设置8个水平，分别是常温(14.3℃)、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、沸水(93℃)。不浸种为对照(CK)。加入热水后充分搅拌，待其自然冷却，浸泡24 h后进行纸床培养。每个水平100粒种子，3次重复。
(2) 机械摩擦对砂生槐种子发芽特性的影响
室温水浸种10 d后仍未吸胀的种子视为试验中硬实种子，将硬实种子置于两张36号水洗纱布之间，两张纱布在水平面上做相对旋转运动进行摩擦，至种皮发毛为度。摩擦的种子一半放入玻璃瓶中加入纯净水快速吸水，一半种子放在内有3层湿润滤纸的培养皿中慢速吸水，一起置20℃人工气候箱中吸胀24 h后纸床培养(方法同种子特性研究)，与非硬实种子同时进行发芽特性和生理指标测定。每个水平50粒种子，3次重复。
2.3. 统计方法
使用Excel进行制图，用DPS软件进行数据统计分析。
3. 结果与分析
3.1. 种子基本特征
西藏山南地区雅鲁藏布江流域采收的砂生槐种子大多呈椭圆形，长轴约5~6 mm，短轴约4~5 mm。表面粉红或绛红色，光滑，种脐点状，内凹，种脊深色。子叶淡黄色，质坚硬。平均千粒重44.9 g，属小粒种子。
3.2. 吸胀率与硬实率
采用吸胀法测定砂生槐的吸胀率与硬实率，统计结果见表1。
Table 1. Statistical table of swelling rate and hard solid rate
表1. 吸胀率与硬实率统计表
树种名称 |
浸泡时间 |
重复号 |
供试种子数 |
吸胀率(%) |
相对吸胀率(%) |
硬实率(%) |
砂生槐 |
2021.1.6 |
Ⅰ |
100 |
25.00 |
54.35 |
54.00 |
Ⅱ |
99 |
34.34 |
75.56 |
54.55 |
Ⅲ |
98 |
33.67 |
68.75 |
51.02 |
Ⅳ |
100 |
30.00 |
78.95 |
62.00 |
Ⅴ |
102 |
28.43 |
64.44 |
55.88 |
Ⅵ |
100 |
32.00 |
82.05 |
61.00 |
平均值 |
|
30.57 |
70.68 |
56.41 |
由表1可知，砂生槐的硬实率比较高，平均56.41%，吸胀特性结果见图1。
从图1可看出，砂生槐种子在第1 d的吸胀率最高，为30.57%。第2 d下降到6.52%，随着天数的增加，吸胀率逐步降低，第7 d降到了0.34%。说明砂生槐的种子吸胀随时间的增加，变化规律明显，第1 d为吸胀高峰期。从图中相对吸胀率曲线(第t天吸胀种子数占总吸胀种子数的比例)可看出，相对吸胀率随着吸胀时间的增加逐步减少，规律明显。其中第1 d的相对吸胀率最高，70.68%。第2 d降到14.55%，第三天降到5.51%，说明砂生槐非硬实种子70%集中在第一天吸胀，85%的种子集中在前2 d吸胀，剩余的15%在剩余5 d内吸胀。
Figure 1. Imbibition rate of Sophora moorcroftiana seeds
图1. 砂生槐种子吸胀率
3.3. 种皮透水性及吸水规律
砂生槐种子在5个浸泡温度处理下，非硬实种子吸水规律见图2。
Figure 2. Water absorption curve of Sophora moorcroftiana seeds at different soaking temperatures
图2. 砂生槐种子在不同浸泡温度下吸水变化曲线图
从图2中可看出，砂生槐非硬实种子吸水24 h内，种子吸水率在65.82~88.56%，其中50℃温度条件下最高，30℃温度条件下最低。吸水起始12 h内，5个温度条件下的吸水量均较大，吸水速率排序为50℃ > 40℃ > 60℃ > 20℃ ≥ 30℃温度条件。12 h之后，除20℃、60℃速度缓慢上升，其余三个温度条件趋于平缓，种子吸水趋于饱和。分析原因，20℃处理因温度较低，种子吸水速率低，需要较长的吸水时间。60℃处理因温度较高，持续高温导致种子活性下降，种子后期吸胀现象属于被动吸水。
3.4. 非硬实种子发芽特性
统计分析吸胀天数对砂生槐非硬实种子发芽率、发芽势、发芽指数的影响，结果见表2。
从表2可看出，砂生槐第1 d吸胀种子的始发芽时间比其他吸胀时间短；第1 d吸胀种子的发芽率均最高，前3 d之间吸胀种子之间不存在差异性，但与4 d、5 d之间差异性显著；第1 d吸胀种子的发芽势最高，前4 d吸胀种子之间不存在差异性，但与5 d之间差异性显著；砂生槐的第1 d吸胀种子的发芽指数最高，随着种子吸胀时间的增加，与其他吸胀天数之间差异性极显著。说明砂生槐非硬实种子24 h内吸水饱和的种子活性较高，萌发速度较快，吸胀时间超过24 h的种子，种子活性降低，种子萌发与后期生长受影响。分析原因，砂生槐非硬实种子在24 h内能迅速吸水饱和的种子，种子膜功能恢复较快，对种子活性影响较小。后期吸胀种子中，活性低或没有活性的种子比例较大，种子虽能吸水膨胀，但细胞膜修复能力丧失，属于被动吸水，种子活性降低，导致种子发芽指数降低。
Table 2. Analysis table of different imbibition time on seed germination characteristics index
表2. 不同吸胀时间对种子发芽特性指标分析表
树种名称 |
处理 |
始发芽时间(d) |
发芽率(%) |
发芽势(%) |
发芽指数 |
砂生槐 |
第一天吸胀 |
3 |
54.10 ± 12.38 a A |
44.81 ± 9.61 a A |
11.93 ± 5.30 a A |
第二天吸胀 |
5 |
28.89 ± 18.36 ab AB |
17.78 ± 8.56 ab A |
3.49 ± 2.05 b B |
第三天吸胀 |
4 |
29.76 ± 18.33 ab AB |
29.76 ± 18.33 ab A |
4.92 ± 3.40 b AB |
第四天吸胀 |
5 |
22.22 ± 4.81 b AB |
30.56 ± 17.35 ab A |
3.08 ± 0.63 b B |
第五天吸胀 |
5 |
8.33 ± 14.43 b B |
8.33 ± 14.43 b A |
1.25 ± 2.17 b B |
注：列间不同小写字母表示p < 0.05水平上差异显著，不同大写字母表示p < 0.01水平上差异显著。下同。
3.5. 适宜萌发温度
砂生槐：统计分析不同发芽温度对种子始发芽时间、发芽率、发芽势影响，结果见表3。
Table 3. Analysis table of germination characteristics of Sophora moorcroftiana seeds at different germination temperatures
表3. 不同发芽温度下砂生槐种子发芽特性指标分析表
发芽温度(℃) |
始发芽时间(d) |
发芽率(%) |
发芽势(%) |
恒温10 |
9 |
5.33 ± 2.08 b B |
4.33 ± 2.08 b B |
恒温15 |
6 |
17.33 ± 5.51 a A |
15.67 ± 5.03 a A |
恒温20 |
4 |
20.33 ± 5.69 a A |
17.67 ± 7.10 a A |
恒温25 |
1 |
16.67 ± 4.04 a A |
13.00 ± 4.36 a AB |
恒温30 |
2 |
19.00 ± 1.73 a A |
14.33 ± 1.16 a AB |
变温10/20 |
7 |
13.33 ± 4.16 a AB |
10.33 ± 0.58 ab AB |
从表3可看出，恒温25℃处理的砂生槐种子播种后发芽最快，始发芽时间1 d，其次是30℃恒温处理为2 d，以后随着温度的降低，始发芽时间延长，10℃恒温处理9 d才开始发芽。恒温20℃的发芽率、发芽势最高，与恒温30℃、恒温25℃、恒温15℃、变温10℃/20℃之间没有差异性，与恒温10℃之间差异性显著。说明砂生槐种子在15℃以上的环境中均能正常发芽，但环境温度高于25℃时发芽快，发芽整齐，发芽率高。
3.6. 种子处理技术研究
3.6.1. 浸种初始温度对砂生槐种子发芽特性的影响
统计分析不同初始水温浸种对砂生槐种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数的影响，结果见表4。
从表4可看出，本试验设定的8个初始水温浸泡砂生槐种子后，浸种的种子比不浸种的始发芽时间提前了1 d。浸种初始水温对发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均也有一定的影响。表现出初始水温70℃的热水浸泡的种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均最高，其中发芽率、发芽势与CK、沸水、80℃、60℃、50℃之间不存在差异性，但与40℃、30℃、常温(14.5℃)之间存在差异性；但发芽指数、活力指数与CK、其他浸种水温之间存在差异性。说明砂生槐种子用初始水温70℃的热水浸泡后，与不浸泡的对照比较，发芽率提高不明显，发芽后的种苗质量明显提高。
Table 4. Analysis table of seed germination characteristics of Sophora moorcroftiana under different initial water temperatures
表4. 不同初始水温下砂生槐种子发芽特性指标分析表
初始水温(℃) |
始发芽时间(d) |
发芽率(%) |
发芽势(%) |
发芽指数 |
活力指数 |
常温(14.5) |
2 |
15.33 ± 6.66 bc AB |
14.33 ± 4.93 bc AB |
4.17 ± 1.40 b B |
0.61 ± 0.20 bc B |
30 |
2 |
16.00 ± 6.08 bc AB |
14.33 ± 6.66 bc AB |
3.92 ± 1.63 b B |
0.57 ± 0.25 bc B |
40 |
2 |
12.33 ± 2.52 c B |
11.33 ± 1.16 c B |
3.20 ± 0.71 b B |
0.45 ± 0.08 c B |
50 |
2 |
19.67 ± 8.62 abc AB |
14.67 ± 4.16 bc AB |
4.10 ± 1.67 b B |
0.55 ± 0.16 bc B |
60 |
2 |
20.00 ± 6.25 abc AB |
18.00 ± 5.29 abc AB |
5.11 ± 1.62 b AB |
0.72 ± 0.20 bc B |
70 |
2 |
28 ± 6.00 a A |
27.00 ± 6.00 a A |
8.74 ± 1.86 a A |
1.28 ± 0.29 a A |
80 |
2 |
20.67 ± 4.04 abc AB |
19.33 ± 5.13 abc AB |
5.29 ± 1.30 b AB |
0.76 ± 0.10 b AB |
沸水(93) |
2 |
21.67 ± 5.13 abc AB |
18.67 ± 6.03 abc AB |
5.88 ± 1.83 b AB |
0.87 ± 0.30 b AB |
不浸泡(CK) |
3 |
25.67 ± 3.79 ab AB |
21.37 ± 4.73 ab AB |
5.90 ± 0.81 b AB |
0.82 ± 0.12 b AB |
3.6.2. 机械摩擦对砂生槐种子发芽特性的影响
通过对砂生槐非硬实种子与机械磨擦后的硬实种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数进行比较，结果见表5。
Table 5. Statistical analysis table of seed germination of Sophora moorcroftiana after mechanical friction
表5. 机械摩擦后砂生槐种子发芽情况统计分析表
处理 |
发芽率(%) |
发芽势(%) |
发芽指数 |
活力指数 |
非硬实种子 |
39.33 ± 4.16 a A |
40.67 ± 4.16 a A |
18.28 ± 3.79 a A |
3.30 ± 1.05 a A |
硬实种子慢吸水 |
33.33 ± 5.03 a A |
27.33 ± 7.02 b B |
11.50 ± 2.50 b AB |
1.98 ± 0.44 b AB |
硬实种子快吸水 |
18.67 ± 4.16 b B |
12.67 ± 3.06 c C |
5.59 ± 2.06 c B |
0.95 ± 0.37 bc B |
常温水浸泡24 h (CK) |
16 ± 7.00 b B |
0.6 ± 1.067 d D |
4.09 ± 1.93 c B |
0.52 ± 0.27 c B |
从表5可看出，砂生槐非硬实种子的发芽率、发芽势、发芽指数与活力指数都最高，发芽率与硬实种子慢吸水之间无显著性差异，与硬实种子快吸水、CK之间存在极显著差异，硬实种子快吸水与未摩擦处理的种子(CK)之间无显著差异性；发芽势4个处理相互之间差异极显著；发芽指数非硬实种子与硬实种子慢吸水、硬实种子快吸水、CK之间差异性显著，硬实种子慢吸水与硬实种子快吸水、CK之间差异性显著，硬实种子快吸水与CK之间显著差异；活力指数非硬实种子与硬实种子慢吸水、硬实种子快吸水、CK之间差异性显著，硬实种子快吸水与CK之间差异性显著，硬实种子慢吸水与硬实种子快吸水之间不存在显著差异性。说明干藏3年的砂生槐硬实种子活力较高，通过机械摩擦破除硬实后，吸水速率影响种子活性，缓慢吸水的活性明显高于快速吸水的种子。分析原因，砂生槐硬实种子破除硬实后快速吸胀的种子膜功能恢复相对较慢，在吸胀过程中无法完全修复，对种子活性影响较大；砂生槐硬实种子破除硬实后慢速吸水时，种子膜功能恢复程度和速度都大于破除硬实后快速吸水的硬实种子与CK，说明砂生槐硬实种子慢速吸水后种子自我调节的能力强。此结论与马正华“大花野豌豆种子活力及生理指标初探”中结论一致。
4. 结论与讨论
采用吸胀法测定砂生槐种子的硬实率，测得干藏3年的砂生槐种子平均硬实率为56.41%。分析非硬实种子的吸胀特性，发现非硬实种子70%集中在第1天吸胀，85%的种子集中在前2天吸胀，剩余的15%在剩余5天内吸胀。在30~50℃温度条件下10 h内吸水量可接近饱和状态。24 h内吸水饱和的种子活性较高，萌发速度较快，吸胀时间超过24 h的种子，种子活性降低，种子萌发与生长受影响。砂生槐种子在15℃以上的环境中均能发芽，但环境温度升高时发芽速度提升。
之前的研究表明，机械磨破种皮可以降低豆科种子的硬实率[15]-[18]，何玉霞[19]研究的中草七号扁蓿豆种子，罗天琼等[20]研究的多花木蓝种子，都通过机械打磨的方法把发芽率提高到90%以上。本研究砂生槐种子采用湿沙摩擦处理后沙藏催芽的技术措施可提高发芽率的结论，与其他学者的研究结果基本一致。