郭華仁、陳博惠 1992 台大農院研報 32: 346 - 357.

黃野百合與南美豬屎豆硬實種子解除方法

對種子發芽及滲透性的影響

　

摘要

本試驗探討硫酸及磨擦處理對黃野百合 (Crotalaria pallida ) 及南美豬屎豆 (C. zanzibarica)種子硬實的解除，並對處理過的種子用單粒種子電導度測定儀 ASAC-1000配合電腦程式ASACTEST，測定種子浸水期間電解質滲漏速率，以期提出快速釐訂該二處理最適時間的方法。南美豬屎豆種子在濃硫酸中處理10 - 20分鐘，可得到最高發芽率及正常苗率，超過20分鐘則異常苗率大為增加。黃野百合種子在濃硫酸中處理40分鐘，可得到最高發芽率及正常苗率，而且未傷及種子。在種子磨擦機內處理1秒鐘可使南美豬屎豆種子達到最高發芽率及正常苗率；處理時間10秒鐘時，種子受傷比率顯著提高。對黃野百合種子進行10秒鐘的磨擦處理，解除硬實的作用最大；時間延至15秒以後，異常苗率才顯著上升。兩種種子在浸水九小時內大抵皆未開始釋出電解質，硫酸或磨擦處理皆可促使種子提早達到電解質滲漏速率的高峰；處理時間較長，種子大多集中在浸潤前期達高峰，顯示種皮多處受損。磨擦處理處理時間適宜時，高峰期分散在浸水期間，因此可用單粒種子電解質滲漏速率快速地來鑑定適宜的磨擦處理時間。此法對硫酸處理適宜時間的釐訂能力較差。

　

Effects of Dormancy Breaking Methods on the Germination and Permeability of the Hard Seeds of Crotalaria pallida and C. Zanzibarica

Warren H.J. Kuo and P.H. Chen

Department of Agronomy, National Taiwan University

Taipei 10764, TAIWAN

　

ABSTRACT

Sulfuric acid and scarification treatments were conducted to test their effects on the hard seeds of Crotalaria pallida and C. Zanzibarica. The suitable duration of the treatments were monitored by the seed permeabilities, indicated by the peak electrolyte leaching rates of individual seeds, which were measured with ASAC-1000 and a computer programme ASACTEST. Highest percentage germination and percentage normal seedling of C. Zanzibarica was obtained by 10-20 minutes soaking in concentrated sulfuric acid, while soaking time over 20 minutes or longer produced significantly more abnormal seedlings. In Crotalaria pallida, 40 minutes soaking produced best result without injuring the seeds. By scarifying machine, 1 second was enough to break the hardseedness of the C. Zanzibarica completely without injury, while scarifying over 10 seconds or longer produced significantly more seedlings that are abnormal. In Crotalaria pallida, 1-10 seconds resulted in highest percentage germination and percentage normal seedling. The permeability studies showed that longer duration of scarification brought the distribution of the peak electrolyte leaching rate of the seeds into the early phase of imbibition, while under optimum duration, the peaks of leaching rate of the seeds were scattered within 9 hours of imbibition. We concluded that for both species, the test of electrolyte leaching rate was a rapid monitoring procedure for the determination of the proper scarifying duration. The test was not satisfying in respects of sulfuric acid treatment.

　

　

引言

種子下播於土中後，常因兩種原因而不克萌芽，一是種子已老化死去，一則是種子仍處於休眠狀態。種子休眠的起因與種類甚多，前人論述頗豐 ( 5,15)，硬實種子為其中之一。硬實種子因種皮不具滲透性，無法吸水，因此不能進行發芽的過程，常見於豆科、錦葵科、旋花科，以及藜科、茄科、鼠李科、百合科等的某些種，其中尤以豆科植物最為普遍。許多做為牧草或綠肥的豆類種子如Lupinus, Midicago, Sesbania, Stylosanthes, Trifolium，以 及豆科樹木如Acacia 等皆多少具有硬實特性，種植時常發生困擾。

豆科植物野百合屬(Crotalaria)中的黃野百合(C.pallida)及美豬屎豆(C. zanzibarica)為常見於我國平原野地、河床及荒郊的多年生亞灌木狀豆科植物，前者廣泛分布於熱帶亞洲與非洲，後者則原產南美洲，可作為覆蓋植物、綠肥、及牧草( 3)。由於野百合屬花序頂生，頗為美觀，因此近來曾被用來進行坡地植生時混合草種種植，以期達到生態保育及改善景觀的效果。然而該種子經播種後三個月才開始發芽，以致效果不彰(4)。就豆科種子的特性而言，可能是硬實所致。

本文將報告硫酸及磨擦兩種處理對黃野百合及南美豬屎豆種子硬實的解除效果，即對種子發芽的改善，以及這些處理對種子滲透性的影響。並將說明電解質測定法如何快速評定硬實處理的適當與否。

　

材料與方法

材料

黃野百合及南美豬屎豆種子自野外採收並種植於台大實驗農場，分別於 1990及1991春季採收。種子經篩選後置於 -20 ℃冷凍櫃儲存，在1992夏季取出進行試驗。

方法

硬實處理

以工業級濃硫酸來浸種子。處理時間分別為0、1、5、10、20、30, 及40 分鐘。每處理各四重覆，每重覆50粒種子。浸蝕時間到後倒棄濃硫酸，並以大量清水洗滌約1分鐘，以除去硫酸。然後進行發芽試驗。對照處理(0分鐘)種子浸入硫酸後立即取出清洗。發芽試驗以捲紙法行之，以濕潤的吸水紙三張將50粒種子捲成圓筒狀，包於塑膠套內。並直豎於每天光照8小時，30℃恆溫發芽箱中，於第7、14天分別計錄發芽情形，表中的發芽率及正常幼苗率為兩次調查的合計。

以美國Fred Forsburg & Sons, Inc.製的小型種子磨擦機進行磨擦試驗。以鋼砂布環貼於該機器圓筒內側，種子置於筒內，蓋緊後分別施以0、1、10、15、20、30及60秒的磨擦處理，每處理重覆四次。磨擦後進行發芽試驗如上所述。

單粒種子電慎解質滲漏速率測定

經過硫酸及磨傷兩種處理的種子，包括對照組，以具有百電極板的ASAC 1000配合電腦程式ASACTEST，在種子浸水期間，測定各粒種子滲漏電解質的電導度(14)，以電解質的滲漏速率間接觀查種子的吸水速率(13)。百槽盤內，每槽注入3ml的去離子水，然後種子同步放入百槽盤內，每槽一粒。然後迅速將百電極板蓋上，開始測量各槽的電導度，測量時電壓設定在2volt，溫度控制在30℃，即是將百槽盤置於恆溫水浴箱內。電腦程式設訂每半小時自動計錄一次，經18次即9小時後自動停止計錄。各別種子的電解質滲漏速率以每次測量所得減去前次測量所得，表示該粒種子每30分鐘的滲漏量，再調查每百粒種子滲漏速率高峰時間的分布。各樣品皆重複測定兩次，兩次的高峰時間分布皆有相同的趨勢，在文中僅列出其中一次的結果。

　

　

結果

兩種植物種子雖在不同年代採集，但硬實的比率頗為接近，約在75%左右，然而黃野百合種子發芽後不正常苗的比率略較南美豬屎豆高(表1)。濃硫酸處理可以解除硬實種子的休眠，處理時間越長，解除的程度越大。南美豬屎豆種子處理20分鐘後可達相當高的發芽率，但處理5 分鐘後，部份種子即受到傷害，以致於發芽成不正常幼苗。若處理時間在30分鐘以上，不正常苗高達70%，而且約有3%的種子完全死去。因此南美豬屎豆種子濃硫酸處理以20分鐘較為適當。就黃野百合種子而言，40分鐘的濃硫酸處理，對不正常幼苗的形成並無影響，顯示對種子毫無傷害，因此最適的處理在40分鐘或略長的時間。

磨擦處理所需要的時間甚短，不論是黃野百合或是南美豬屎豆，1 秒鐘 即達到最高的解除作用(表2)。就黃野百合而言，處理時間10秒與1秒的作用相同，若時間超過10秒，則不正常幼苗的比率增加。處理一分鐘的時間，則幾乎所有能發芽的皆成為不正常苗，同時約有22%的種子完全死去。 南美豬屎豆種子接受10秒的磨擦處理，就有約40%的種子受到傷害而發育成不正常苗，若時間超過10秒，則不正常幼苗的比率也隨之增加。不正常幼苗的外觀因處理時間的長短而略有不同；時間短者，大抵以下胚軸扭曲為主，若時間較長，則出現子葉與下胚軸分離，而且呈現黃色而非正常的綠色。此與硫酸處理者有所不同，一般而言，在40分鐘以內的濃硫酸處理，若傷及種子，其不正常苗受傷的情況以子葉略被侵蝕為主，下胚軸通常仍可視為正常。

圖1至圖4分別表示黃野百合與南美豬屎豆每百粒種子單粒種子電解質滲漏速率高峰的頻度。單粒種子滲漏速率高峰的出現表示該種子已快速地吸水。在測定的九小時內，對照組種子已達滲漏速率高峰的比率不高，黃野百合與南美豬屎豆各僅8與16%，較總發芽率(表1)低。就硫酸處理而言，黃野百合種子處理10分鐘，對種子在九小時內滲漏速率高峰的出現並無影響，而此時硫酸處理增進種子發芽的幅度也不算大。硫酸處理20分鐘後，則已有64%種子在7 小時內已達滲漏速率高峰(圖1D)，與發芽率的80%較為接近。就南美豬屎豆而言，處理時間越長，越多種子在9 小時內達滲漏速率高峰，硫 酸處理20分鐘後，高達92%(圖2D)，幾與發芽率相當。

　

　

表1. 硫酸處理對黃野百合與南美豬屎豆種子發芽率的影響

Table 1. Effects of sulfuric acid treatment on the germination(%) of Crotalaria pallida and C. zanzibarica
處 理

treatment

(minutes)

黃野百合

Crotalaria pallida

南美豬屎豆

Crotalaria zanzibarica
總發芽率
% germination		 正常幼苗率
% normal seedling		 異常幼苗率
% abnormal seedling		 總發芽率
% germination		 正常幼苗率
% normal seedling		 異常幼苗率
% abnormal seedling

control

 28.5e 15.5f 13 a 25 d 21.5bc 3.5c

1

 33.5d 21.5ef 12 ab 17.5d 13 c 4.5c

5

 40.5cd 30.5d 10 ab 58.5c 32 b 26.5b

10

 48 c 38 cd 10 ab 85 b 55.5a 29.5b

20

 79.5ab 69.5b 10 ab 99.5a 65.5a 34 b

30

 75 b 66.5b 9.5ab 97.5a 26.5bc 71 a

40

 90 a 84 a 6 b 97 a 32 b 65 a

各行中平均值不含相同字母者表示其差異未達5%顯著水準

　

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圖1.硫酸處理對黃野百合種子電解質滲漏速率高峰期分布的影響。A: 對照組，B: 5分鐘，C: 10分鐘，D: 20分鐘。

Figure 1, Effects of sulfuric acid treatments on the frequency of seeds reaching the peak time of electrolyte leaching rate at designated time: Crotalaria pallida. A, control; B, 5 minutes; C, 10 minutes; D, 20 minutes.

　

磨擦處理在很短的時間內很快地增加種子的滲透性。處理1 秒鐘，黃野百合與南美豬屎豆種子在九小時內達滲漏速率高峰的百分比分別為88及94%(圖3B,4B)，與發芽率的分別為89及99%(表2)甚為接近。若磨擦10秒鐘，則在二小時內達滲漏速率高峰的百分比皆已接近100%，顯示大多數種子皆有相當大的滲透性。

　

　

表2.磨擦處理對黃野百合與南美豬屎豆種子發芽率(%)的影響

Table 2. Effects of scarification on the germination(%) of Crotalaria pallida and C. zanzibarica
處 理

treatment

(minutes)

黃野百合

Crotalaria pallida

南美豬屎豆

Crotalaria zanzibarica
總發芽率
% germination		 正常幼苗率
% normal seedling		 異常幼苗率
% abnormal seedling		 總發芽率
% germination		 正常幼苗率
% normal seedling		 異常幼苗率
% abnormal seedling

control

 28.5c 15.5d 13 c 25 b 21.5c 3.5d

1

 89.5a 84.5a 5 d 99 a 91.5a 7.5d

10

 96.5a 80.5a 16 c 99 a 56.5b 42.5c

15

 96 a 74.5a 21.5c 93.5a 51 b 42.5c

20

 95 a 57.5c 37.5b 99 a 17 c 82 a

30

 97 a 62 b 35 b 95.5a 26 c 69.5b

60

 77.5b 1.5e 76 a 95.5a 20.5c 76.5b

各行中平均值不含相同字母者表示其差異未達5%顯著水準

磨擦處理對南美豬屎豆種子的傷害，可由種子滲漏速率高峰的分布看出。處理1 秒鐘後，九小時內可滲透的種子，其滲漏高峰集中在浸水後1.5至 4小時之間(圖4B)，而嚴重傷害的磨擦10秒鐘處理，則將近一半的種子在浸 水半小時內即有最高的滲漏速率(圖4C)。就黃野百合而言，10秒鐘處理所造成的不正常苗比率較小，而浸水半小時內即達最高滲漏速率的比率也較小，約為36%(圖3C)。處理1 秒鐘者，達最高滲漏速率的時間在九小時內分布頗為平均(圖3B)。

硫酸處理對種子的傷害，似乎與種子滲漏速率的高峰較無關係。例如20 分鐘的處理，造成南美豬屎豆種子約34%的不正常苗，而達最高滲漏速率的時間集中在浸水後1至1.5小時之間(圖2D)，然而10 分鐘的處理，造成種子約30%的不正常苗，滲漏高峰分布卻較為分散(圖2C)。

　

討論

自1876年Nobbe在其名著Handbuch der Samenkunde中創用硬實一詞以來，有關的研究相當多。Guppy(10)早在1912也已指出，在其研究的260種豆科植物中僅15%不含有硬實種子。其後的研究，除了硬實解除方法的探討之外，以硬實種子不透水性的機制，主要是解剖上的觀察最為普遍。這些研究見諸Rolston(17)的綜論。基本上各家看法有所不同，或以為是種皮角質層所致，或以為角質層之下的柵狀厚壁細胞，或以為貫穿柵狀厚壁細胞的明線為不透水層，也有認為是厚壁細胞與胚乳層之間的化學物質所致者。而整個種皮中何處最脆弱水份最易從之進入種子，或是種臍，或者發芽孔 (micropyle)，或是發芽孔對面的strophiole，也有不同的說法。

說法如此分歧，部份的原因是所用的材料並不一致。而此分歧的說法迄今未止，例如雖然多數學者認為豆科硬實種子控制水份吸收的孔道是 strophiole，然而Bhattcharya and Saha (7)卻認為種臍及發芽發芽孔也不能忽視，而Harris(14)則認為整個種皮上的微孔也是控制滲透性的因素。另 一方面Serrato Valenti等人(19)在Lupinus強調明線，然而Riggio-Bevilacqua 等(16)在Ceris則認為是厚壁細胞與胚乳層之間的脂質性物質，Bhalla and Slattery(6)也認為三葉草種子不透水層在此。

面對上述分歧的說法，本研究並不擬加以辨明，而著重於硬實解除方法的監測。硬實解除方法甚多，化學方法如硫酸、有機溶劑；溫度如冷凍、熱水、熱烘或高溫儲藏；物理方法如高壓，照射，微波、撞轚以及割傷處理等(17)。我國對相思樹硬實的解決方法就是將整批種子泡於甫開的熱水中，令其自然冷卻即可(1)。不過此法對黃野百合與南美豬屎豆種子卻無作用(數據未列)，雖然對野百合屬其它種如C. medicaginea, C. spectabilis, C. striata 等(9)以及 C. sericea(18)有效。

硫酸處理法所使用的時間不一定，短自若干分鐘，長可達數小時，因植物而異。如C.spectabilis處理60分鐘的效果較好(9)，發芽率可達69%。就黃野百合而言，40分鐘的處理時間已可將發芽率提高至90%，但對南美豬屎豆種子，20分鐘的處理時間可完全消除硬實，然而同時卻也造成約34%的不正常 幼苗。顯然南美豬屎豆種子的種皮較不耐強酸。剝離此二種種子的種皮，即可感覺黃野百合者遠較為厚軔，應該是其原因。磨擦處理也同樣反應出二者種皮耐磨的差異(表2)。對於種皮較薄的南美豬屎豆而言，不論硫酸或是磨擦處理，其適宜的處理時間範圍較為狹窄，略微增減，不是處理不足，就是可能傷及種子。種皮的厚薄不但是種或品種的特性，也會受到種子充實環境的影響(2)，此為文獻中硬實解除處理所用的時間並不一定的原因。而磨擦處理因所用的儀器、方法各有不同，甚至同一台機器，也會因砂紙的新舊而有強弱的效果，因此並無必要推薦處理時間。每批種子在處理前宜進行預備試驗，來決定最適的處理時間。然而預備試驗需要經過兩週的發芽率檢定，雖較正確，卻嫌麻煩；本研究種子電解質滲漏速率測定的結果或許可以發展出簡易的監測方法。

種子電解質滲漏速率可以用來比擬種子的吸水速率(13)。種子吸水速率可分為三種，即快速吸水型、延遲吸水型及不吸水型(硬實)。快速吸水型的種子由於表皮可大部份已具有滲透性，一浸水，即有最大的吸水速度，而且吸水速度隨著浸水期而下降，即其滲透高峰在浸水之初。此種特性使得大豆種子很容易受到浸潤傷害(8)。反之，延遲吸水型的種子由於表皮僅有一處(12)或較小的部份可透水；初浸水時吸水速度相當慢或較慢，隨著浸水時間的演進，吸水速度逐漸增加，這是因為可透水的表皮面積隨著水份的吸收而逐漸擴張之故。當表皮可透水的面積增加至過半後，吸水速度即隨時間而下降，因此其滲透高峰落在浸水期之中、後期。這種延遲吸水型的特性既可避開種子浸潤傷害，也不至於因不吸水而成硬實，是較佳的種子滲透型態(13)。

對南美豬屎豆進行10秒鐘的磨擦處理，導致種子約有半數在浸水之初半小時內即達滲漏高峰，表示與鋼砂高速摩擦短暫時間後，種皮表面大多處皆已擦傷可以滲水。由於南美豬屎豆種子的種皮較薄，因此磨傷胚部的機會大增，特別是下胚軸與子葉接合處之間恰好緊接種皮之下，受傷機會甚大；這是較長的磨擦處理所以常造成胚軸與子葉分開的異長苗的緣故。反之，黃野百合由於種皮較厚，雖然10秒鐘的磨擦處理也同樣的將種皮表面大多處擦傷，但仍未達到傷及胚部的程度，必需更長的處理時間才導致異長苗增加。若處理1秒鐘，雖然種皮受傷的部位較少，但只要有一小處受傷可進水，雖然達到最高滲透速率的時間延後，總是可以發芽。因此磨擦處理可以解除硬實而不致於傷及胚部最保險的時間，可以採用以下的準則，即是該處理時間使得多數種子滲漏高峰期分散在浸潤期九小時之中。

電解質滲漏速率法對濃硫酸處理的監測能力較差。對南美豬屎豆種子做20分鐘的處理，所造成的異常苗率顯著提昇，雖然可以由電解質滲漏速率高峰的提前(圖2D)看出，但是10分鐘的處理導致相等的異常苗率，滲漏速率高峰的分布卻分散。究其原因可能是可滲透的面積雖小，硫酸已滲入傷及種子。這些受傷種子的表皮大部份仍不具滲透性，因此無法用電解質滲漏速率法測知。

野百合屬植物有覆蓋作物、綠肥、坡地保育及美化景觀等作用，但是由於其硬實的特性，播種後需要三個月才發芽(4)，因此被雨水沖刷的機會很大，播種前宜加以處理，以增加成苗的機會。硫酸處理在種子數量大時比較麻煩，而本試驗所採用的小型機器，由於屬於封閉式，每批種子處理後需打開更換種子，也不太方便。目前有中型開放式的種子磨擦機，可不斷地處理樣品。若能配合本研究發展出來的快速監測法，或許有助於該等植物的推廣種植。

休眠雖然不利於種植，卻是植物避免短暫惡劣環境造成族群滅絕的良策 ，這也是土中雜草種子不易除淨的原因。野百合屬植物常具有毒的生物鹼，可能不利於牲畜，因此在牧場被視為雜草(9)。我國今後休閒地及放牧地將會增加，因此在休閒地播種野百合屬種子之際，更應預防該等植物在牧地或牧場預定地的蔓延，一有生長應立即拔除，以免具硬實休眠的種子大量進入土中的種子庫，添增將來雜草防除的困擾。

　

參考文獻