美国黑核桃(Juglans nigra L.)是一个果材兼用的优良树种, 国内已有近15 a的引种栽培历史。在国家“948”项目中, 黑核桃作为重要引进树种, 开始栽培和研究。黑核桃种子含油脂很高, 贮藏期间容易劣变。美国的研究(Terry et al., 1997)表明, 新鲜的黑核桃种子一般需要低温层积催芽(120 d)或秋播才能正常发芽; 直播黑核桃发芽率只有60 %~ 70 %(麦克丹尼尔, 1990)。近年, 我国每年引进数十t黑核桃种子, 往往因为种子处理不当, 导致育苗失败。引进的黑核桃种子因为到货时间晚, 当年难以满足层积催芽所需时间, 导致发芽率低, 播种期推迟, 苗木生长落后, 越冬性不良。因此, 研究新鲜的和隔年储藏的黑核桃种子层积催芽及其对苗木生长的影响, 是当前发展黑核桃的一个重要问题。

1 材料和方法 1.1 材料

1997年冬由美国Hammons公司引进当年秋季采集的黑核桃种子, 1998-01-15种子运到后立即在0 ~ 5 ℃的冷室中贮藏。经检验该批种子的优良度为100 %。1998-11-15开始分期用细锯末进行层积催芽和秋播试验。

1.2 方法 1.2.1 层积催芽

设计2种层积催芽前的预处理方法:(1)冷水浸种5 d, 每天换水1次; (2)种子在饱和的水气中平衡(吸湿)5 d。经上述处理的种子用气干含水率为200 %的新鲜细锯末与种子充分混合, 放到2 ~ 5 ℃的冷室中催芽; 层积期间每30 d测定1次种子含水率。设计3种催芽时间:150 d(11月15日~ 4月15日), 90 d(1月15日~ 4月15日)和30 d(3月15日~ 4月15日)。1999-04-15取出种子, 统计各处理开始萌动种子数, 并立即播种到田间; 定期调查发芽率, 计算发芽速度。

1.2.2 秋播

取低温储藏的黑核桃种子, 于1998-11-15播种, 播种深度5 ~ 6 cm, 冬季床面用塑料薄膜覆盖, 4月中旬撤去覆膜。

1.2.3 内源激素测定

层积催芽结束时, 精确称取浸种预处理不同层积时间的种仁1 ~ 3 g, 剪细, 加80 %冰甲醇研细, 转至150 mL三角瓶, 再加20 mL冰甲醇, 4 ℃超声波内震荡2 h。过滤, 残渣再加20 mL 80 %冰甲醇, 冰箱过夜, 再过滤, 合并滤液, 取10 mL滤液过Seppak C₁₈小柱, 弃去滤出液, 用2 mL乙腈冲洗Sappak C₁₈小柱, 收集洗出液, 经过0.45 μm滤膜过滤后, 清液上HPLC, 测定GA₃、ABA、Z和IAA 4种内源激素含量。

2 结果和分析 2.1 气干种子浸种的吸水进程

黑核桃种子在室温(10 ~ 15 ℃)浸种24 h, 含水率较气干种子增长了61.93 %; 浸种48 h水分再增长11.35 %。以后随浸种时间延长水分增长速度减慢; 第6 d后水分增长已很缓慢, 但浸种9 d后, 含水率仍有缓慢增长。根据种子吸水进程, 层积前浸种预处理时间可定为5 ~ 6 d。

2.2 层积期间种子吸水进程

2种水分预处理的种子层积前的含水率以浸种预处理较高, 为气干种子水分的199.54 %, 吸湿预处理的含水率为气干种子水分的119.87 %。浸种能促使种子快速吸水, 吸湿预处理吸水过程很缓慢。

表 2的材料表明, 浸种预处理的种子, 层积90 d, 含水率从21.49 %增为32.50 %, 已达到饱和状态, 继续层积到120 ~ 150 d, 含水率也不再提高。吸湿预处理的种子, 由于起点含水率很低(12.91 %), 直到层积120 d, 含水率才接近饱和水平。可见黑核桃层积催芽是一个缓慢的吸水过程, 达到饱和含水量所需时间与种子开始层积催芽前的含水率有关, 层积催芽前含水率越低, 所需缓慢吸水的时间越长, 其适宜的层积催芽时间也会越长。

2.3 层积处理与种子萌动的关系

黑核桃种子层积催芽不仅是一个缓慢的吸水过程, 也是一个缓慢转化和缓慢发芽过程。为此, 对3种催芽时期的种子, 在其催芽期结束时, 检查了种子萌动情况。萌动的指标是指种子缝合线靠近胚根的一端明显被胀裂; 有的根端膨大; 有的白色胚根尖端已突破内种皮。从表 3的材料看出, 层积30 d, 2种水分预处理的种子都没有萌动的迹象; 层积90 d, 浸种预处理的种子已有53.3 %开始萌动, 而吸湿预处理只有13.3 %开始萌动; 2种预处理平均萌动率为33.3 %。层积150 d浸种预处理萌动种子达66.7 %, 吸湿预处理的种子萌动率为46.7 %; 2种预处理平均萌动率为56.7 %。可见, 层积催芽过程中种子萌动既与催芽时间长短有关又与种子开始催芽时的含水率有关; 种子只有达到或接近饱和含水率时才开始萌动。根据种子萌动的百分率判断, 黑核桃低温层积催芽时间150 d为宜。

2.4 层积催芽与内源激素含量的关系

层积催芽促使种子合成某些生长激素, 如GA和细胞分裂素(Z):降解或转化某些抑制激素, 如ABA等; 内源激素的消长是种子储藏物质转化, 大分子物质合成和萌发的重要条件(徐是雄等, 1987)。表 4测定结果表明, 未层积的黑核桃种子(休眠种子), GA₃含量较低, ABA含量最高, 未检测出细胞分裂素(Z)。随层积催芽时间延长, GA₃和Z含量逐渐增加, ABA含量急剧下降, 催芽90 d已检测不出ABA。已知, 在种子萌发过程中, GA₃能促进种子萌发, 细胞分裂素与ABA拮抗, 减轻与消除ABA对萌发的抑制作用(徐是雄等, 1987)。可见, 生长激素积累和抑制激素降解与黑核桃种子休眠萌发密切相关。

未层积的核桃种子GA₃含量很高, ABA含量较低, GA₃/ABA =3.34(表 4), 该种子不进行层积催芽即可顺利发芽并正常生长(郗荣庭等, 1992)。休眠的黑核桃种子, GA₃/ABA ≤1.63, 很难发芽; 可见, 打破休眠的生长激素(GA₃)与抑制萌发的激素(ABA)之间的平衡可能控制黑核桃种子的休眠或萌发。表 4和表 5的材料表明, 内源激素GA₃/ABA =3.89时(层积30 d)黑核桃种子可缓慢发芽, 但发芽率很低; 层积90 d, ABA降低到0, GA₃ >80 μg·(100 gFw)^-1时, 黑核桃种子解除抑制, 随GA₃含量增加, 发芽速度和发芽率均明显提高。

2.5 层积处理和秋播对田间发芽率和发芽速度的影响

从表 5可见, 2种水分预处理催芽30 d, 发芽率最低, 平均22.25 %; 发芽速度最慢, 播种后20 d未见发芽, 40 d只达到总发芽率的47.3 %; 烂种率最高, 达47.5 %; 但在播后60 d, 好种率仍为25.60 %, 说明其层积时间不足, 以至播后60 d部分好种子仍未能发芽。催芽90 d, 发芽率和发芽速度居中, 2种预处理平均发芽率为50.0 %; 播后20 d未见发芽, 40 d发芽率为平均发芽率的87.2 %; 烂种率最低, 为30.2 %; 播后60 d好种率10.5 %, 说明其层积时间仍显不足。催芽150 d, 发芽率最高, 2种预处理平均发芽率为62.5 %; 发芽速度最快, 播后20 d发芽率已达平均发芽率的64.0 %; 烂种率居中, 为37.5 %; 播后60 d好种率为0, 这说明催芽150 d已充分满足了黑核桃种子层积所需时间。

在2种水分预处理中, 浸种5 d的3个催芽期平均发芽率51.5 %; 其中以催芽150 d发芽率最高, 为75.0 %, 发芽最快。吸湿预处理3个催芽期平均发芽率为38.3 %; 其中也是层积催芽150 d发芽率最高, 为50.0 %。各种预处理均随层积时间缩短, 发芽率显著降低。

秋播的种子入春发芽速度最快, 春暖后只需40 d发芽即已结束; 但其发芽率为40 %, 只比层积30 d的高; 烂种率为试验中最高的, 达60.0 %; 好种率为0。可见秋播不是一个好方法。

2.6 低温层积催芽对黑核桃苗木生长的影响

低温层积催芽不仅是促进黑核桃种子萌发的好方法, 也是促进苗木生长的措施。表 6用生长势比较苗木生长状况, 这是因为层积催芽时间长短不同, 使苗木移到苗圃的时间不同, 用生长势便于比较。从表 6材料可见, 未层积的黑核桃种子, 锯开胚根尖端的种壳, 少部分种子也可以发芽, 但苗木生长很缓慢, 当年苗高只达到层积90 d的12.9 %, 叶呈莲座状分布。未层积的种子用100 mg·L^-1 GA₃处理, 其苗木生长优于前者, 表明GA₃有促进苗高生长的作用。低温层积对黑核桃苗木高径生长势与层积时间长短有关。层积90 d高径生长势最高; 层积60 d的其次; 层积30 d的最低, 但其生长势仍远高于两种未层积的种子。

3 结论

黑核桃种子在0 ~ 5 ℃贮藏1 a后, 层积催芽前最发的预处理方法是在室温(10 ~ 15 ℃)下浸种5 ~ 6 d, 然后在2 ~ 5 ℃层积催芽120 ~ 150 d, 发芽速度最快, 田间发芽率可达75 %。

黑核桃种子只有达到或接近饱和含水率时, 才开始萌发。浸种5 d含水率只达到饱和含水率的66.12 %, 需要在层积过程中继续缓慢吸水, 层积90 d开始达到饱和含水率。吸湿预处理, 层积前只达到饱和含水率的40.16 %, 直到层积120 ~ 150 d才达到饱和含水率, 所以催芽期间种子萌动较晚, 萌动率较低。根据达到饱和含水率的时间和催芽期间种子萌动率两项指标, 黑核桃层积催芽的适宜时间应为120 ~ 150 d。

休眠的黑核桃种子GA₃含量较低, ABA含量最高, 未检测出细胞分裂素; 随层积时间延长GA₃和Z明显上升, ABA急剧降到零。休眠的黑核桃种子GA₃/ABA =1.63, 很难发芽; 层积30 d, GA₃/ABA = 3.89, 开始缓慢发芽; 催芽90 d, ABA降低到0, 开始较顺利的发芽。可见GA₃和ABA的消长平衡, 控制黑核桃种子休眠或萌发。

低温层积催芽可促进黑核桃一年生苗木高径生长, 层积时间愈长, 苗木的长势愈强。