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野皂荚(Gleditsia microphylla Gordon ex Y. T. Lee)和皂荚(Gleditsia sinensis Lam.)同属豆科云实亚科皂荚属,雌雄异株,染色体数目均为2n=28[1]。在植株形态、生理特征、生长习性及地域分布上,两者差异较大。野皂荚多为灌木,其自然群体主要分布于沿太行山脉的河北、山东、河南等7个省份的石灰岩地质地区,适宜海拔在130~1 300 m;而皂荚多为落叶乔木,广泛分布于我国河北、广东、湖南等18个省区,适宜海拔为0~2 500 m[2]。野皂荚种子,俗称胡里豆、皮扁豆等,其内胚乳富含半乳甘露聚糖,是一种天然化工原料,由其加工成的“龙胶粉”是一种高附加值产品,广泛应用于石油钻探、纺织印染、医药、食品等行业[3-6]。同时,野皂荚根系发达,具有耐贫瘠和干旱、适应性强等特点,是一种理想的荒山绿化和水土保持树种[7, 8]。因此,种植野皂荚具有广泛的经济效益和生态效益。
但是,野皂荚种子硬实率高,种皮透水性差,自然条件下极难吸胀萌发。郑健等[9]研究发现,用浓H2SO4对野皂荚种子酸蚀30 min处理,发芽率可达84%;贾军等[10]比较研究发现,浓H2SO4酸蚀优于高温水浴,98%的浓H2SO4酸蚀25 min,野皂荚种子的发芽率可达86%,远高于高温水浴法的50%左右的发芽率。浓H2SO4酸蚀法被广泛用于处理种皮厚、难吸胀的种子,并能显著提高其发芽率,但从环保、种子安全等角度考虑,机械破皮并结合水浴浸种法简单可靠、更易推广。为此,本研究采用机械破皮法,并结合水浴浸种,对野皂荚及皂荚种子的萌发条件进行探讨,以期获得较高发芽率的野皂荚和皂荚种子的催芽成苗技术,为野皂荚及皂荚的规模化育苗、育林提供技术支撑。
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野皂荚种子通常呈扁平盾状,棕褐色或黄绿色(见图1-A);种子长约8.94 mm,宽约7.29 mm,百粒重约15.15 g(见表1),其种子中胚(见图1-B)和胚乳(见图1-C)分别约占种子干重的27.64%和40.26%。皂荚种子通常呈梭形、略扁,棕褐色(见图1-D);种子长约11.86 mm,宽约7.50 mm,百粒重约38.02 g(见表1),其种子中胚(见图1-E)和胚乳(见图1-F)分别约占种子干重的23.22%和33.79%。野皂荚种子和皂荚种子的胚乳在烘干前均为半透明状,烘干后前者的胚乳易发生褐变,而后者的胚乳则基本保持不变,可能与其化学物质的成分和含量差异有关[5, 6]。
名称 形状 种色 种长/mm 种宽/mm 纵横比 厚度/mm 百粒重/g 野皂荚 盾状扁平 棕褐、黄绿 8.94±0.83 7.29±0.65 1.23±0.08 3.13±0.32 15.15±0.26 皂荚 梭形略扁 棕褐 11.86±0.83 7.50±0.73 1.59±0.18 5.91±0.53 38.02±0.37 Table 1. Main morphological indexes of seeds from Gleditsia microphylla and Gleditsia sinensis
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对野皂荚及皂荚种子在胚根端、子叶顶端及种子中部破皮处理后的发芽率统计发现,不论是野皂荚还是皂荚种子,其破皮处理组的发芽率均要高于不破皮处理组(见图2);在不破皮条件下,皂荚种子的发芽率(29.00±3.61%)要显著高于野皂荚种子(6.67±1.53%),可能与两种种子的种皮结构差异导致的透水性差异有关,未萌发的皂荚种子大多有不同程度的吸胀,而未萌发的野皂荚种子则大多处于未吸胀状态。胚根端破皮处理组,在野皂荚和皂荚种子的3个破皮处理组中的发芽率最高,分别为47.67±4.51%和49.00±5.20%,其原因可能在于,胚根端破皮可使种子胚根最先接触到水分,利于胚根的萌动和突破种皮物理屏障的伸长生长。其中在顶端破皮处理后皂荚种子的发芽率显著高于野皂荚种子发芽率,而在种孔和中部破皮处理后发芽率无明显差异。
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种子破皮后,其胚和胚乳对温度可能更为敏感,温度过高可能降低其活力和发芽率。因此,本研究设置了25 ℃、37 ℃和42 ℃3个浸种温度。对不同浸种温度并结合不同浸种时长的种子吸胀率和发芽率统计发现,皂荚种子在25 ℃浸种24 h后,完全吸胀的种子约占3.33±1.53%;37 ℃浸种16 h后的吸胀率为94.33±2.08%。而野皂荚种子相对较小(见表1),种子完全吸胀速率较快,25 ℃浸种16 h后的吸胀率为70.00±6.24%,24 h后的吸胀率可达100%,而37 ℃浸种8 h其吸胀率即可达100%。从发芽率看,不同浸种温度和时长条件下,野皂荚和皂荚种子的平均发芽率均可达70%以上;野皂荚种子在37 ℃浸种8 h后的发芽率最高,达88.67±3.06%,而皂荚种子在37 ℃浸种16 h后的发芽率达最高值,90.00±3.00%(见图4)。同时还发现,完全吸胀的野皂荚和皂荚种子其出苗高峰期集中在播种后的第6~7天,出苗整齐。
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对完全吸胀后的野皂荚和皂荚种子在黏土、沙土和营养土中的发芽率统计发现,两种种子在黏土中的发芽率均要高于沙土和营养土中的发芽率,分别达88.33±3.51%和94.33±2.08%,在沙土和营养土中两种种子发芽率的差异又要比黏土中大(见图5)。萌发过程中观察发现,同样浇水量的情况下,沙土和营养土由于保水性较好,水分较难散失,不利于种子的有氧呼吸,且易滋生真菌等有害菌,可能是其发芽率和成苗率偏低的原因。