Dynamic Effects of NaOH and Chitosan on Nutrients of Teak Seeds during Germination

试验地位于云南省昆明市西南林业大学林学院苗圃，昆明处于102°45′41″E、25°04′00″N，海拔1 891m，属北亚热带半湿润高原季风气候类型，年平均气温15^oC，最热月（7—8月）平均气温25^oC，最冷月（1月）平均气温3^oC，年平均降水量840.3mm，年平均相对湿度约68.2%^[11]。苗圃位于102°76′24″E、25°06′41″N，海拔1 902m，不属于柚木的适生区，因此，搭建双层塑料拱形温棚，保证10:00—20:00期间的温度达20~45^oC之间，棚内相对湿度为44%~70%，以满足柚木种子发芽的温度和湿度要求。

柚木种子于2019年1月采自云南省红河州河口县。试验因素包括NaOH（A）、壳聚糖浓度（B）及壳聚糖浸种时间（C）3个因素，每因素含3水平（见表1）。根据试验的因素水平，采用L₉（3⁴）正交设计（见表2）开展试验实施。发芽采用16 cm ×16 cm的黑色塑料容器实施，采用苗圃土比河沙3∶1混合基质。

试验含9个处理组合，加1个不处理的对照，3次重复，每个处理组合播种100粒。根据试验设计，种子在相应的NaOH浓度溶液中均浸泡4 h，然后再于壳聚糖溶液中浸泡相应时间（见表2），浸种后用0.5%的高锰酸钾溶液喷洒消毒，待播种。播种后苗床上覆盖一层隐约可见基质的松针（防止浇水时土壤板结），之后搭建高约0.5~0.6 m的双层塑料保温棚。

播种前取种实敲开获取种仁测定可溶性糖和淀粉，播种后每7 d取一次样，每个处理组合随机选取5~10粒种实带回实验室低温冷藏，采用与播种前相同的方法，测定种仁的相同指标。可溶性糖和淀粉的提取与质量分数测定采用蒽酮比色法^[12]。采用Excel2003和SPSS25.0对数据进行整理和分析，若方差分析出现显著或极显著差异，则采用Duncan’s法进行多重比较。

试验的9个处理组合及对照，在5次（包括播种前的1次）测定中可溶性糖含量均具有极显著的差异（P≈0.000<0.01），播种后，处理组合间可溶性糖的变化不一致；对照和处理组合1的可溶性糖含量变化范围为0.54~1.44和0.27~1.39 mg·g⁻¹，播种前和播种后7 d，对照的可溶性糖含量极显著地高于播种后的；处理组合1的则是播种前极显著地高于播种后的，可溶性糖含量随着播种时间延长，呈极显著的下降趋势；其余处理组合与处理组合1相同，播种前的极显著高于播种后的，但变化趋势略有差异；处理组合5（0.11~1.39 mg·g⁻¹），在播种后14 d可溶性糖出现最小值，其含量呈现先减少后增加的趋势；处理组合2（0.13~1.39 mg·g⁻¹）、3（0.09~1.39 mg·g⁻¹）、4（0.13~1.39 mg·g⁻¹）、8（0.12~1.39 mg·g⁻¹）和9（0.10~1.39 mg·g⁻¹）的可溶性糖在播种后21 d出现最小值，并呈现先减少后增加的趋势；处理组合6（0.15~1.39 mg·g⁻¹）和7（0.22~1.39 mg·g⁻¹）的可溶性糖在播种后14d出现最小值，其呈现先快速降低然后增加再降低的趋势（见图1）。试验结果表明不同阶段处理组合的可溶性糖变化趋势不相一致，可能是种子发芽过程中器官分化消耗能量，也可能是所设因素水平组合不同造成的，有待进一步研究。

Figure 1.  Changes of soluble sugar content with time and treatment combinations （TCs）

播种前，种子的可溶性糖含量为1.34 mg·g⁻¹，播种后7、14和21 d，处理组合的可溶性糖含量分别为0.20~1.44、0.11~0.70和0.09~0.63 mg·g⁻¹，各处理组合间具有极显著的差异（P≈0.000<0.01），对照的可溶性糖含量极显著地高于其他处理组合的；播种后28 d，处理组合的可溶性糖含量分别为0.15~0.54 mg·g⁻¹，处理组合间具有显著的差异（P=0.034<0.05），与其余时段相一致，对照的可溶性糖含量显著高于其他处理组合的，表明可溶性糖的4次测定中，NaOH和壳聚糖组合处理对其含量具有显著或极显著的差异影响，可通过此类组合处理改变种子营养物质含量而提供发芽所需。

随着播种后时间的延长，不同时期处理组合1、4和9的种仁淀粉含量变化范围分别为0.16~1.01、0.41~2.16和0.41~0.89 mg·g⁻¹，其淀粉含量在不同时期具有极显著的差异（P₁=0.002<0.01；P₄≈0.000<0.01；P₉=0.001<0.01），其中，处理组合1播种后28 d的淀粉含量极显著地高于其他4次的，呈先降低后升高的趋势；处理组合4播种后7 d的淀粉含量极显著地高于其他4次的；处理组合9播种后14和28 d的极显著地高于其他3次的；对照（0.41~0.78 mg·g⁻¹）、处理组合2（0.41~0.95 mg·g⁻¹）和3（0.40~0.68 mg·g⁻¹）的淀粉含量在播种后28 d出现最大值，呈逐渐增加的变化趋势，表明播种后28 d淀粉增加并保持较高含量可为种子发芽提供能量；处理组合7（0.32~0.71 mg·g⁻¹）和8（0.41~0.77 mg·g⁻¹）其含量在28 d出现最低值，呈先增加后降低的趋势；处理组合5（0.41~0.90 mg·g^-1）和6（0.41~1.01 mg·g⁻¹）淀粉含量呈先升高后降低再升高的趋势（见图2）。表明淀粉在柚木种子发芽过程中持续累积，为发芽提供营养物质。

Figure 2.  Changes of the starch content with time and TCs

测定的5个时期，播种前淀粉含量为0.41 mg·g⁻¹，播种后7 d，处理组合淀粉含量（0.14~2.16 mg·g⁻¹）存在增加和降低双重现象，处理组合间具有极显著的差异（P≈0.000<0.01），其中，处理组合4的极显著地高于其他处理组合；播种14和28 d时，处理组合间淀粉含量变化范围为0.35~0.90和0.32~1.01 mg·g⁻¹，处理组合间具有显著的差异（P_{14 d}=0.02<0.05，P_{28 d}=0.023<0.05），播种后14 d，处理组合4、5、6、7、8和9的淀粉含量显著地高于对照及处理组合1、2和3的；播种后28 d，处理组合1、2、4和9的显著地高于对照和处理组合3、5、6、7、8的（见图2）。以上结果表明，经试验处理播种后的4个阶段，NaOH和壳聚糖组合处理对淀粉具有显著或极显著的差异影响，即二者的组合处理可改变种子发芽过程淀粉含量变化，进一步试验研究获得有益于柚木种子发芽的处理组合后，并结合淀粉变化探究其规律和机理后，提供生产实践中NaOH和壳聚糖组合处理柚木种子促进其快速发芽和发芽整齐的技术措施。

播种后7、14和28d影响可溶性糖含量的主导因子是壳聚糖浸种浓度，其中，B₁（0.2%壳聚糖，0.56 mg·g⁻¹）处理的可溶性糖含量在播种后7 d时极显著地高于B₂，B₃（0.4%和0.6%的壳聚糖，0.32和0.23 mg·g⁻¹；P=0.001<0.01），即随着壳聚糖浸种浓度增加，可溶性糖含量降低；播种后7和14 d时，可溶性糖的理论优水平组合为A₁B₁C₁，与实际优处理组合一致；播种后28 d时，可溶性糖的理论优水平A₂B₁C₂，与实际优处理组合一致。播种后21 d时，影响可溶性糖含量的主导因子是壳聚糖的浸种时间，C₁（壳聚糖浸泡12 h，0.24 mg·g⁻¹）的可溶性糖含量显著地高于C₂和C₃（壳聚糖浸泡18和24 h，0.12和0.18 mg·g⁻¹；P=0.018<0.05）的，其最优水平组合为A₂B₁C₁，与实际含量最高的处理组合A₁B₁C₁不相一致（见表3和图3A），这可能与正交试验是非全面试验有关。以上结果表明，低浓度壳聚糖极显著地提高可溶性糖含量，在播种后21 d时，壳聚糖短时间浸泡显著地提高可溶性糖含量，即不同浸泡时间对播种后不同阶段种子的可溶性糖具有不同的影响，影响规律有待进一步试验研究。

Figure 3.  Changes of soluble sugar and starch contents with factor levels

播种后7和14 d时,影响淀粉含量的主导因子是NaOH溶液浓度（A），其中，播种后7 d用5%NaOH溶液浸泡（A₂，1.30 mg·g⁻¹）的淀粉含量极显著地高于A₁和A₃（3%和7%NaOH，0.37和0.42 mg/g，P≈0.000<0.01）的，其优水平组合为A₂B₁C₂，与实际含量最高的处理组合相一致；播种后14 d时，与7 d的相同，A₂（0.84 mg·g⁻¹）的淀粉含量极显著地高于A₁和A₃（0.53和0.79 mg·g⁻¹，P=0.003<0.01）的，但优水平组合（A₂B₃C₂）与实际优处理组合（A₂B₃C₁）不一致；播种后21 d时影响淀粉含量的主导因子是壳聚糖浓度及其浸种时间的交互作用；28 d时，影响淀粉含量主导因子是壳聚糖浸种时间，其中，C₂（浸种18 h，0.90 mg·g⁻¹）的淀粉含量显著地高于C₁和C₃（浸种12和24h，0.62和0.52 mg·g⁻¹；P=0.017<0.05）的，其理论优水平组合（A₁B₁C₂），与实际淀粉含量最高的处理组合（A₁B₁C₁）不相一致（见表3和图3B）。以上分析结果，表明柚木种子不同的发芽阶段，影响其淀粉含量的主导因子和优水平组合呈现动态变化，有必要进一步开展试验研究，研发柚木种子发芽期短而整齐的技术措施供生产实践应用。

采用L₉（3⁴）正交设计开展NaOH浓度（%）、壳聚糖浓度（%）及其浸种时间的不同水平及其组合对柚木种子发芽过程（播种前、播种后7、14、21和28 d共测定5次）可溶性糖和淀粉含量的动态变化影响试验。播种前，可溶性糖为1.39 mg·g⁻¹，播种后的4个阶段，处理组合可溶性糖分别为0.20~1.44、0.11~0.70、0.10~0.63和0.15~0.54 mg·g⁻¹。播种后的第7、14和21 d时，处理组合间可溶性糖含量呈现极显著的差异（P<0.01），第28 d呈现显著差异（P<0.05）；4个阶段，促进可溶性糖含量提高的最优实际处理组合分别为A₁B₁C₁、A₁B₁C₁、A₁B₁C₁和A₂B₁C₂，影响可溶性糖含量的主导因子是壳聚糖浓度，低浓度壳聚糖浸泡可有效提高可溶性糖的生理活动。播种前，种子的淀粉含量为0.41 mg·g⁻¹，播种后的4个阶段，处理组合的淀粉分别为0.14~2.16、0.35~0.90、0.44~0.68和0.32~1.01 mg/g。处理组合的淀粉含量在播种后7 d呈现极显著的差异（P<0.01），第14和28 d呈现显著的差异（P<0.05）；4个阶段，淀粉含量最高的实际处理组合分别为A₂B₁C₂、A₂B₃C₂、A₂B₁C₂和A₁B₁C₁，影响淀粉含量增加的主导因子是NaOH浸泡浓度。

张俊凤等^[13]采用0.1%的壳聚糖处理酸枣（Ziziphus acidojuba）种子，可有效促进其发芽；李平平等^[14]应用0.2%浓度的壳聚糖处理香椿（Toona sinensis）种子，对其发芽和幼苗生长具有促进效应，并与其促进种子淀粉转化以及幼苗对无机碳、氮同化能力和提高幼苗的抗性有关；冀宪领等^[15]研究低聚壳聚糖对桑树（Morus alba）种子发芽和生理特性的影响，表明0.5%低聚壳聚糖溶液浸泡桑树种子可提高其发芽率，叶面喷施0.5%低聚壳聚糖溶液可提高可溶性糖含量；战俊东^[16]研究紫椴（Tilia amurensis）种子发芽过程的可溶性糖含量变化，结果随催芽天数的时间的增加可溶性糖含量呈下降趋势（20.5~14.3 mg·g⁻¹）；本试验中，柚木种子发芽过程中可溶性糖含量总体呈现降低的趋势，且低浓度壳聚糖浸种提高可溶性糖含量，此结果与前述研究相类似。战俊东^[16]研究紫椴种子发芽过程淀粉含量随时间延长的变化，其从6.8 mg·g⁻¹下降到3.4 mg·g⁻¹，随种子发芽时间延长，淀粉含量呈下降趋势；朱敏嘉等^[17]对裕民贝母（Fritillaria yuminensis）种子淀粉测定，发现其随种子发芽时间的延长呈下降趋势，淀粉降解用于呼吸作用，而这与柚木种子发芽过程淀粉含量变化不一致，这可能是由于树种不同，种子内含物分配不同导致的。梁艳等^[18]对红松（Pinus koraiensis）种胚发育研究中，发现种子的淀粉含量表现为沉积现象，本试验中亦得到相似结论，即随着种子的发育淀粉含量呈增加趋势，表明种子在发芽过程中进行呼吸作用等生理活动，其内部贮藏的淀粉通过氧化分解作用代谢合成中间物质并及时供应能量需求^[19]，低浓度NaOH溶液浸泡可以促进柚木种子淀粉含量的积累以及增强生理活动。试验中可溶性糖和淀粉含量在NaOH和壳聚糖组合处理下随柚木种子发芽过程的变化仅为初步研究，为获得有益于缩短柚木种子发芽的此2生理指标的变化规律，尚需进一步开展试验研究。