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岩生红豆(Ormosia saxatilis)隶属豆科(Leguminosae)红豆属(Ormosia)植物,常绿乔木,我国特有种,贵州省级保护树种 [1-3]。树形优美,为珍贵的庭院绿化观赏树种;其种子具有清热解毒、消肿除湿功效,为重要药材[4];树干通直,材质优良,纹理美观,为珍贵的红木类用材树种。据调查,现有资源不超过500株,多为伐桩萌蘖(或根蘖)幼苗幼树,成熟个体不足100株,天然个体数量极少,已达极危等级,其资源保护与拯救迫在眉睫[5-6]。目前,解决植物资源濒危问题主要是以建立自然保护区、森林公园等自然保护地的办法进行物种保护,这在一定程度上保存了濒危植物的现有资源数量,但要从根本上解决植物资源濒危稀少的问题关键在于扩大资源数量。提高濒危植物种群繁衍能力和数量,最有效的办法是开展植物种苗繁育研究。调查发现,野生的岩生红豆很少有实生树木,即使是在已结实的大树下也很少发现有实生幼苗,说明岩生红豆种子在自然状态下萌发困难,仅仅通过保护的办法很难实现资源数量的增加,最有效的办法是进行种子繁育研究。目前,针对岩生红豆的研究主要集中在种群与群落、生态位等方面[7-8],而在岩生红豆种苗繁育方面未见报道。植物种子萌发是种苗繁育的基础,开展种子萌发特性研究必将为种苗繁育奠定理论基础,为植物资源数量提供基础保障。本文以岩生红豆种子为试验材料,研究了岩生红豆种子萌发特性及种子萌发限制因子,以期为进一步提高岩生红豆种苗繁育提供理论依据,进而解决岩生红豆的濒危状况。
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2019年11月下旬于贵州西秀区杨武乡洗马塘采集岩生红豆种子,种子采集后进行阴干处理,处理好都将种子放在4℃冰箱中作为实验备用。白菜种子为早熟5号白菜种子。
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随机抽取100粒岩生红豆种子样品,采用游标卡尺测量其长径、短径,用1/1000电子天平称量每粒种子的重量;种子千粒重采用百粒法进行测定;含水率采用低恒温烘干法测定。
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随机数取A、B两组洗净阴干的岩生红豆种子。第一组(A)不经任何处理,直接用于试验材料;第二组(B)用锉刀划破种皮处理,每组进行3次重复,每次重复使用25粒种子,取不同处理的种子称重记录质量为W0,然后分别放入小烧杯中中, 采用 80℃的水50 mL进行浸泡,自然冷却后测定吸水率。分别在 1 h、2 h 、4 h 、8 h 、16 h、24 h、36 h 、48 h 、72 h和96 h 后取出种子 ,用滤纸吸干种子表面的水分 ,分别称重并记录质量为W1、W2、W3、W4、W5、 W6、W7、W8、W9、W10。
$$ 吸水率= \frac{\rm{W}_n-{\rm{W}}_{\rm{n}-1}}{\rm{W}_{\rm{n}-1}}\times 100\text{%} $$ $$ 累计吸水率= \frac{{\rm{W}_{\rm{n}}}-{\rm{W}_0}}{\rm{W}_0}\times 100\text{%} $$ 式中,W0为种子干质量,Wn为种子在第n次时间点吸水后的质量。
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采用沙床作为种子发芽床,设置未去皮(A1 )、去部分皮(A2 )、去皮(A3) 3种种子预处理方式和 30 ℃/25℃(B1 )、25℃/20℃(B2)、25℃(B3 )、20℃(B4) 4 种发芽温度的试验组合,每个组合 3 个重复,每个重复 30 粒种子。 置床前用做好发芽盒、种子 、镊子等消毒工作,用0.15%的甲醛溶液浸泡半个小时,将沙放置于100℃的烘箱内进行24 h的高温消毒,置床后放在光照培养箱中进行发芽试验。每7天进行一次发芽数统计。
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分别选取种皮和种胚各 5 g ,进行充分粉碎,然后分别置于 250 mL 的容量瓶中, 于每个容量瓶中加入 150 mL 体积百分数为 80%的甲醇, 进行反复摇匀,然后放在4℃左右冰箱中密闭浸提72 h , 将浸提液在35 ℃下减压浓缩到 50 mL (浓度为 0.1 g·mL–1)。
以白菜种子为试验材料进行内源性抑制物生物活性测定,方法参照文献[9] 。在培养皿中放置滤纸,将白菜种子分成两组,一组分别加入 5 mL种皮浸提液(0.10 g·mL–1),50%种皮浸提液(0.05 g·mL–1),10%种皮浸提液(0.01 g·mL–1),另一组分别加入 5 mL种胚浸提液(0.10 g·mL–1),50%种胚浸提液(0 .05 g·mL–1),10%种胚浸提液(0.01 g·mL–1), 对照组采用蒸馏水对白菜种子进行处理,每处理重复3次,每次重复置床白菜种子 50 粒,于光照培养箱中进行发芽试验,48 h 后统计发芽率。
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$$\begin{aligned} 发芽率/{\text{%}}&=({\rm{N}}_{1}/{\rm{N}}_{0})\times 100{\text{%}}\text{;}\\发芽势/{\text{%}} &=({\rm{N}}_{2}/{\rm{N}}_{0})\times 100{\text{%}} \end{aligned}$$ 式中N1为正常幼苗数,N0为供试种子数,N2为发芽达到发芽高峰时的累计发芽种子数。
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试验数据方差分析采用SPSS18.0软件进行、duncan’s多重比较及制图。
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岩生红豆种子物理性状如表1所示,岩生红豆种子平均长径为0.96 cm,长径范围为0.59~1.12 cm,变异系数为8.17%;种子平均短径为0.82 cm,短径范围为0.51~0.93 cm,变异系数为6.49%;种子千粒重为419.4 g,种子重量范围0.182~0.424 g,平均单粒重为0.407 g,单粒重变异系数为12.42%;含水率为12.68%。从岩生红豆种子物理性状测定结果看,该种子属于中粒种子,种子大小变化较大。千粒重与种子长短经大小呈正比,种子长短经越大,种子越重。
表 1 岩生红豆木种子物理性状的测定
Table 1. Determination of physical properties of Ormosia saxatilis seeds
长径/cm Long diameter 短径/cm Short diameter 重量/g Weight 含水量/%
Water content变动范围
Variation range平均值
Mean变异系数/%
Variable coefficient变动范围
Variation range平均值
Mean变异系数/%
Variable coefficient千粒重
1000-seeds weight单粒重
变动范围
Variation range平均单粒重
Average single grain weight单粒重变
异系数/%
Variable coefficient0.59~1.12 0.96 8.17 0.51~0.93 0.82 6.49 419.4 0.182~0.424 0.407 12.42 12.68 -
岩生红豆种子吸水率及累计吸水率如图1所示,岩生红豆种子吸水率处理组(B)与对照组(A)差异较大,未进行处理(A)的岩生红豆种子吸水率极低,用小刀划伤种子种皮后种子吸水率得到了很大的提高。说明岩生红豆种子种皮非常致密,透水性较差,划伤种皮后有助于岩生红豆种子吸水萌发。从处理组(B)来看,岩生红豆种子吸水率随时间的增加而增大,但在16 h内吸水率均较低,累计吸水率仅为15.35%,16 h后吸水率迅速提高,在36 h时吸水率达到最大值,吸水率为33.2%,在96 h时吸水率达到恒定,累计吸水率达63.63%,比为做处理的吸水率高60.56%。
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由表2可知,在不同预处理条件下,岩生红豆种子的发芽开始时间、发芽结束时间和发芽高峰期均产生了明显的变化。与未去皮处理(A1)相比,去皮处理(A3)的岩生红豆种子发芽开始时间、发芽结束时间和发芽高峰期均有所提前,发芽开始时间提前了4.3 d,发芽结束时间提前了13.7 d,发芽高峰期提前了5.5 d;三者开始发芽、发芽结束和发芽高峰期所用时间长短顺序均为A1>A2>A3。不同预处理的岩生红豆种子发芽率和发芽势差异显著(p < 0.01),
表 2 不同预处理及温度组合条件下岩生红豆种子萌发情况分析
Table 2. Analysis of seed germination of Ormosia saxatilis under different pretreatment and temperature combinations
预处理
Pretratment温度处理
Temperature treatment发芽开始时间/d
Start time发芽结束时间/d
End time发芽高峰期/d
Fastigium发芽率/﹪
Germination percentage发芽势/﹪
Germination energyA1 B1 17 45 29 19.0 ± 1.3 f 17.0 ± 0.9 g B2 12 42 25 28.0 ± 1.1 d 22.0 ± 1.2 de B3 15 43 26 21.0 ± 1.2 e 19.0 ± 1.1 f B4 19 48 31 11.0 ± 1.0 g 18.0 ± 1.0 fg 平均值 15.3 44.5 27.8 19.8 ± 1.1 ef 19.0 ± 1.1 f A2 B1 13 40 27 32.0 ± 1.4 d 31.0 ± 1.7 d B2 9 37 22 41.0 ± 1.6 bc 49.0 ± 1.9 b B3 12 39 23 37.0 ± 1.3 c 41.0 ± 1.4 c B4 15 43 27 33.0 ± 1.3 d 31.0 ± 1.3 d 平均值 12.3 39.8 24.8 35.8 ± 1.4 cd 38.8 ± 1.4 d A3 B1 12 33 25 39.0 ± 1.9 c 33.0 ± 1.1 d B2 8 24 20 61.0 ±2.1 a 55.0 ±1.9 a B3 11 31 21 45.0 ± 1.7 b 49.0 ± 1.9 b B4 13 35 23 37.0 ± 2.1 c 27.0 ± 1.0 de 平均值 11 30.8 22.3 45.5 ± 1.4 b 41.0 ± 1.2 c 注:不同小写字母分别表示各处理分析指标间存在极显著差异。下同。
Note: Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments. The same below.发芽率和发芽势均以A3最大,分别为45.5%和41.0%,其次是A2,A1处理的种子发芽率和发芽势均最小,比A1处理的种子发芽率高25.7%。为25.7%。在变温30℃/25℃(B1)下,A3发芽率与A1发芽率之差为20%,发芽势之差为16%;在变温25℃/20℃(B2)条件下,A3发芽率与A1发芽率之差为33%,发芽势之差为33%;在恒温25℃(B3)下,A3发芽率与A1发芽率之差为24%,发芽势之差为20%;在恒温20℃(B4)下,A3发芽率与A1发芽率之差为26%,发芽势之差为9%。说明岩生红豆种子种皮致密,透水透气性差,影响其萌发对水分和氧气的吸收,导致岩生红豆种子发芽受阻,在去除种皮或部分去皮的情况下,岩生红豆种子吸收水分和氧气的限制因素得到了缓解,进而促进种子发芽。
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由表2可知,温度也是影响岩生红豆种子发芽开始时间、发芽结束时间和发芽高峰期的一个关键因子,在变温25℃/20℃条件下,岩生红豆种子发芽开始时间、发芽结束时间和发芽高峰期均为最短,其次是恒温25℃条件下的种子,变温30℃/25℃和恒温20℃条件下时间最长。从发芽率和发芽势来看,在同一预处理条件下不同温度处理的岩生红豆发芽率和发芽势差异显著(p<0.01)。在变温25℃/20℃(B2)条件下岩生红豆种子发芽率和发芽势均为最高,分别为61.0%和55.0%;其次为恒温25℃(B3)处理的种子,分别为45.0%和49%;变温30℃/25℃和恒温20℃处理的种子发芽率和发芽势均为最低。在A3处理下B2与B4发芽率、发芽势之差分别为24%、28%;在A2处理下B2与B4发芽率、发芽势之差分别为8%、18%;在A1处理下B2与B4发芽率、发芽势之差分别为17%、4%。表明,岩生红豆种子最佳发芽温度为25℃/20℃(B2)。
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由表2可知,在种皮和温度处理的2个组合中,A3B2组合条件下岩生红豆种子发芽率和发芽势均为最高,分别为61.0%和55.0%;A3B3次之,分别为45.0%和49.0%;组合处理表现最差的是A1B4,分别为11.0%和18.0%;说明岩生红豆种子发芽以全部去除种皮,变温25℃/20℃发芽效果最好。
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由表3可知,与对照组相比,种皮浸提液和种胚浸提液均对白菜种子的萌发具有抑制作用。对于同种浸提液而言,不同浓度处理对白菜种子发芽率和萌发抑制率均存在显著差异(p<0.01),且随着浓度的增加种子发芽率逐渐降低,萌发抑制率逐渐增大。种皮浸提液在0.01 g·mL–1、0.05 g·mL–1和0.1 g·mL–1浓度时的白菜种子发芽率分别比对照组降低20.0%、42.0%和64.0%,萌发抑制率增加25.6%、53.9%和84.6%;种胚浸提液浓度为0.01 g·mL–1、0.05 g·mL–1和0.1 g·mL–1时的白菜种子发芽率分别比对照组降低8.0%、16.0%和38.0%,萌发抑制率增加10.3%、20.5%和48.7%;此外,在相同浸提液浓度下,种皮浸提液对白菜种子萌发的抑制作用明显高于种胚,浸提液浓度为0.01 g·mL–1时,种皮浸提液处理的萌发抑制率比种胚高15.3%; 浸提液浓度为0.05 g·mL–1时,种皮浸提液处理的萌发抑制率比种胚高33.4%, 浸提液浓度为0.1 g·mL–1时,种皮浸提液处理的萌发抑制率比种胚高35.9%,说明岩生红豆种皮浸提液中抑制种子萌发的物质明显高于种胚。
表 3 不同浸提液处理条件下白菜种子发芽情况分析
Table 3. Analysis on seed germination of Brassica campestris under different extracts treatment conditions
抑制处理
Inhibition treatment白菜种子发芽数
Germination number of
Brassica campestris白菜种子发芽率/%
Germination rate of
Brassica campestris萌发抑制率/%
Germination inhibition rateCK(蒸馏水) 39 78.0 ± 2.1 a 0.0 ± 0.0 f 种皮浸提液
Seed coat extract0.01 g·mL–1 29 58.0 ± 1.2 d 25.6 ± 2.7 d 0.05 g·mL–1 18 36.0 ± 1.1 e 53.9 ± 3.0 c 0.1 g·mL–1 6 12.0 ± 1.0 f 84.6 ± 3.1 a 种胚浸提液
Seed embryo extract0.01 g·mL–1 35 70.0 ± 2.6 b 10.3 ± 1.0 e 0.05 g·mL–1 31 62.0 ± 2.2 c 20.5 ± 1.0 d 0.1 g·mL–1 20 40.0 ± 1.2 e 48.7 ± 2.0 b
Study on Seed Germination Characteristics of Endangered Tree Species Ormosia saxatilis in Guizhou Province
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摘要: 为探讨岩生红豆种子萌发特性及影响种子萌发的限制因子,进行了岩生红豆种子的物理性状和吸水性测定,开展了岩生红豆种子种皮预处理和发芽温度处理2个组合的试验研究,并对其种皮和种胚的甲醇浸提液进行了生物测定。结果表明:岩生红豆种子存在休眠现象,其种皮坚硬致密,透水透气性差,用小刀划伤种子种皮后能有效改善种皮的透性,其96 h累计吸水率达63.63%,比未做处理的种子增加60.56%。去皮处理的岩生红豆种子发芽率最高,达45.5%,比未去皮处理的种子发芽率高25.7%。岩生红豆萌发受到种皮限制,以去除种皮和变温25℃/20℃处理组合发芽效果最好,发芽率高达61.0%。岩生红豆种皮浸提液和种胚浸提液均对白菜种子的萌发具有抑制作用,随着浓度的增加,萌发抑制率逐渐增大,种子发芽率逐渐降低。其中种皮浸提液的抑制作用明显高于种胚,与对照组相比,用0.01 g·mL−1、0.05 g·mL−1和0.1 g·mL−1种皮甲醇浸提液处理的白菜种子发芽率降低了20.0%、42.0%和64.0%,萌发抑制率增加了25.6%、53.9%和84.6%;初步认为,导致岩生红豆种子休眠的原因是种皮透性差,种皮和种胚含有抑制物质。Abstract: In order to explore the germination characteristics of Ormosia saxatilis seeds and limiting factors affecting seed germination, the physical properties and water absorption of Ormosia saxatilis seeds were measured, and two combinations of seed coat pretreatment and germination temperature treatment were carried out, and the methanol extracts of seed coat and embryo were measured by bioassay. The results showed that the seeds of Ormosia saxatilis were dormant, and the seed coat was hard and compact, less permeable breathability. Scratching the Ormosia saxatilis seed coat with a knife could effectively improve the permeability of the seed coat, and the cumulative water absorption rate in 96 h reached 63.63%, which was 60.56% higher than that of untreated seeds. The germination rate of peeled Ormosia saxatilis seeds was the highest, reaching 45.5%, which was 25.7% higher than that of non-peeled seeds. The germination of Ormosia saxatilis was limited by seed coat, and the combination of seed coat removal and temperature change at 25℃/20℃ had the best germination effect, with the gemination rate as high as 61.0%. The seed coat extract and embryo extract of Ormosia saxatilis could inhibit the gemination of Brassicca campestris seeds. With the increases of extract solution concentration, the germination inhibition rate gradually increased and the seed germination rate gradually decreased. The inhibitory effect of seed coat extract was significantly higher than that of embryo. Compared with the control, the germination rate of Brassicca campestris seeds treated with 0.01g·mL−1, 0.05g·mL−1 and 0.1g·mL−1 seed coat methanol extract decreased by 20.0%, 42.0% and 64.0% respectively, and the germination inhibition rate increased by 25.6%, 53.9% and 84.6% respectively. It was preliminarily considered that the reasons for seed dormancy of Ormosia saxatilis was poor seed coat permeability, and the inhibitory substances contained in seed coat and embryo.
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表 1 岩生红豆木种子物理性状的测定
Tab. 1 Determination of physical properties of Ormosia saxatilis seeds
长径/cm Long diameter 短径/cm Short diameter 重量/g Weight 含水量/%
Water content变动范围
Variation range平均值
Mean变异系数/%
Variable coefficient变动范围
Variation range平均值
Mean变异系数/%
Variable coefficient千粒重
1000-seeds weight单粒重
变动范围
Variation range平均单粒重
Average single grain weight单粒重变
异系数/%
Variable coefficient0.59~1.12 0.96 8.17 0.51~0.93 0.82 6.49 419.4 0.182~0.424 0.407 12.42 12.68 表 2 不同预处理及温度组合条件下岩生红豆种子萌发情况分析
Tab. 2 Analysis of seed germination of Ormosia saxatilis under different pretreatment and temperature combinations
预处理
Pretratment温度处理
Temperature treatment发芽开始时间/d
Start time发芽结束时间/d
End time发芽高峰期/d
Fastigium发芽率/﹪
Germination percentage发芽势/﹪
Germination energyA1 B1 17 45 29 19.0 ± 1.3 f 17.0 ± 0.9 g B2 12 42 25 28.0 ± 1.1 d 22.0 ± 1.2 de B3 15 43 26 21.0 ± 1.2 e 19.0 ± 1.1 f B4 19 48 31 11.0 ± 1.0 g 18.0 ± 1.0 fg 平均值 15.3 44.5 27.8 19.8 ± 1.1 ef 19.0 ± 1.1 f A2 B1 13 40 27 32.0 ± 1.4 d 31.0 ± 1.7 d B2 9 37 22 41.0 ± 1.6 bc 49.0 ± 1.9 b B3 12 39 23 37.0 ± 1.3 c 41.0 ± 1.4 c B4 15 43 27 33.0 ± 1.3 d 31.0 ± 1.3 d 平均值 12.3 39.8 24.8 35.8 ± 1.4 cd 38.8 ± 1.4 d A3 B1 12 33 25 39.0 ± 1.9 c 33.0 ± 1.1 d B2 8 24 20 61.0 ±2.1 a 55.0 ±1.9 a B3 11 31 21 45.0 ± 1.7 b 49.0 ± 1.9 b B4 13 35 23 37.0 ± 2.1 c 27.0 ± 1.0 de 平均值 11 30.8 22.3 45.5 ± 1.4 b 41.0 ± 1.2 c 注:不同小写字母分别表示各处理分析指标间存在极显著差异。下同。
Note: Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments. The same below.表 3 不同浸提液处理条件下白菜种子发芽情况分析
Tab. 3 Analysis on seed germination of Brassica campestris under different extracts treatment conditions
抑制处理
Inhibition treatment白菜种子发芽数
Germination number of
Brassica campestris白菜种子发芽率/%
Germination rate of
Brassica campestris萌发抑制率/%
Germination inhibition rateCK(蒸馏水) 39 78.0 ± 2.1 a 0.0 ± 0.0 f 种皮浸提液
Seed coat extract0.01 g·mL–1 29 58.0 ± 1.2 d 25.6 ± 2.7 d 0.05 g·mL–1 18 36.0 ± 1.1 e 53.9 ± 3.0 c 0.1 g·mL–1 6 12.0 ± 1.0 f 84.6 ± 3.1 a 种胚浸提液
Seed embryo extract0.01 g·mL–1 35 70.0 ± 2.6 b 10.3 ± 1.0 e 0.05 g·mL–1 31 62.0 ± 2.2 c 20.5 ± 1.0 d 0.1 g·mL–1 20 40.0 ± 1.2 e 48.7 ± 2.0 b -
[1] 张华海. 贵州珍稀濒危植物种类资源研究[J]. 种子,2009,28(4):63−67. doi: 10.3969/j.issn.1001-4705.2009.04.018 [2] 邹天才. 贵州特有及稀有种子植物[M]. 贵州: 贵州科技出版社, 2001. [3] 贵州省林业厅. 贵州野生珍贵植物资源[M]. 北京: 中国林业出版社, 2000: 191-193. [4] 孙超,张勇民. 贵州特有药用植物资源与可持续利用评价[J]. 中草药,2004(11):1311−1315. doi: 10.3321/j.issn:0253-2670.2004.11.049 [5] 袁丛军,喻理飞,安明态,等. 岩生红豆天然林主要树种生态位研究[J]. 生态科学,2013,32(4):487−493. [6] 李晓芳,王加国,安明态,等. 贵州极危树种岩生红豆资源现状及濒危原因分析[J]. 种子,2015,10(34):56−60. [7] 袁从军,安明态,严令斌,等. 两种干扰强度下岩生红豆天然群落特征及物种多样性分析[J]. 南方农业学报,2013,44(2):280−284. doi: 10.3969/j:issn.2095-1191.2013.2.280 [8] 王茂师,袁丛军,安明态,等. 贵州濒危树种岩生红豆森林群落特征及种群结构[J]. 西部林业科学,2016,01(45):82−87. [9] 邓兆,韦小丽,孟宪帅,等. 花榈木种子休眠和萌发的初步研究[J]. 贵州农业科学,2011,39(5):69−72. doi: 10.3969/j.issn.1001-3601.2011.05.020 [10] 陈乙实,娜丽克斯外里,王树林,等. 不同处理方法对7种豆科植物种子休眠及成苗特性的影响[J]. 草地学报,2017,04:825−831. [11] 不同热水处理方式对14种硬实种子萌发的影响[J]. 种子, 2019, 38(01): 76-79. [12] 陈艳伟,韦小丽,杨玄烨,等. 珍贵树种木荚红豆硬实种子破除方法研究[J]. 种子,2015,34(11):37−39. [13] 许倩, 林纬, 黎起秦, 等香合欢硬实破除及丛芽诱导[J]. 农业研究与应用, 2020, 33(1): 17-20. [14] 宋美芳,唐德英,李宜航,等. 草果种子萌发特性研究[J]. 中国农学通报,2019,35(5):70−74. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb17100025 [15] 杨秀莲, 郝其梅. 桂花种子休眠和萌发的初步研究 [ J ]. 浙江林学院学报, 2010, 27( 2): 272-276. [16] Ornere J H . The leguminous seed[ J] . Phytomorphology, 1951( 1): 117-150. [ 10 ] 张艳杰, 高捍东, 鲁顺保. 南方红豆杉种子中发芽抑制 物的研究 [ J]. 南京林业大学学报: 自然科学版, 2007, 31( 4): 51-56. [17] 唐安军, 龙春林, 刀志灵. 种子休眠机理研究概述[ J]. 云南植物研究, 2004, 26( 3): 241-251.