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大规模森林恢复依赖于将种子直接播撒到土地上，但幼苗建植往往效果不佳且不稳定。种子增强技术，如种子引发、包衣和丸粒化，可通过在种子表面提供聚合物、营养物质或微生物，改善种子在水分、温度和盐分胁迫下的萌发。这些技术主要形成共形薄膜，一旦润湿便持续发挥作用，无法对种子何时暴露于土壤中进行调控。此外，它们不包含任何空气体积，因此所形成的微环境与周围土壤不可分离，只能根据植物表现进行推断，而无法直接测量。能否通过工程化载体同时设定种子播撒后微环境的状态及其持续时间，以及如何对这种作用进行直接量化，至今仍未得到研究。本文表明，吸湿运动型种荚能够将种子置于一个具有时间调控且可直接测量的微气候中，并加速幼苗出土。该种荚是可编程、具有响应性的锥形壳体，在种子周围包围形成空气腔体。我们并行研究了两种设计方案：吸水后裂开的木质种荚，以及在持续润湿后逐渐解体的聚乙烯醇/硼酸种荚。在这两种设计中，蜡涂层均充当可编程的扩散限制型计时器，将激活时间设定为数小时至数天。种荚内部的空腔使直接传感与监测成为可能，而这是任何包衣结构都无法实现的。在部署后的初始阶段进行直接测量显示，种荚内部温度比周围土壤高2–3 °C，且湿度更低；种荚开启后，这些差异仍然持续存在。在针对数种树木开展的室内和野外试验中，种荚均加速了幼苗早期出土，且未对后续生长造成不利影响。这些结果表明，人工吸湿运动型种荚是一种暂时性的生态介质，能够同时调控种子暴露的时间以及种子周围的微气候，为在环境条件多变的情况下改善森林恢复提供了一种策略。
liningy{at}berkeley.edu
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摘要
大规模森林恢复依赖于将种子直接播撒到土地上，但幼苗建植率往往较低且不稳定。种子增强技术，如引发、包衣和丸粒化，可通过在种子表面提供聚合物、营养物质或微生物，改善种子在水分、温度和盐分胁迫下的萌发。由于这些技术主要形成贴合种子表面的薄膜，一旦润湿便会持续发挥作用，无法控制种子何时暴露于土壤环境中。此外，它们不包含任何空气体积，因此所形成的微环境与周围土壤不可分离，研究者只能根据植物表现对其进行推断，而无法直接测量。能否通过工程化载体同时设定种子播散后微环境的状态与持续时间，以及如何对这一效应进行直接量化，仍有待探索。在此，我们展示了吸湿开裂型种荚能够将种子置于一个具有时间调控、可直接测量的微气候中，并加速幼苗出土。此类种荚是可编程、具有响应性的锥形外壳，在种子周围包围形成空气腔体。我们平行研究了两种设计方案：吸水后裂开的木质种荚，以及在持续润湿后逐渐解体的聚乙烯醇/硼酸种荚。在这两种设计中，蜡涂层均充当可编程的扩散受限计时器，将激活时间设定在数小时至数天范围内。种荚腔体使得直接传感与监测成为可能，而这是任何包衣结构都无法实现的。在部署后的初始阶段进行直接测量发现，种荚内部温度比周围土壤高2–3°C，且更加干燥；种荚开启后，这些差异仍然持续存在。在针对多个树种开展的室内和野外试验中，种荚均加速了幼苗早期出土，且未对后续生长造成不利影响。这些结果表明，人工吸湿开裂型种荚是一种短暂的生态介质，能够同时调控种子暴露的时间以及种子周围的微气候，为在多变环境条件下改善森林恢复提供了一种策略。
利益冲突声明
作者已声明不存在利益冲突。
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持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。
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发布于2026年9月18日。
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《吸湿开裂型种荚：为森林恢复工程化微气候》
Semina Yi，
Yaoye Hong，
Florentin Clemens Jaeger，
Marco Freschi，
Yaobin Yang，
Ziyun Zhang，
Hajun Lee，
Kenichi Soga，
Ehren Moler，
Teng Zhang，
Taryn Bauerle，
Shu Yang，
Lining Yao
bioRxiv
2026.09.12.747887；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.12.747887
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Semina Yi，
Yaoye Hong，
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Marco Freschi，
Yaobin Yang，
Ziyun Zhang，
Hajun Lee，
Kenichi Soga，
Ehren Moler，
Teng Zhang，
Taryn Bauerle，
Shu Yang，
Lining Yao
bioRxiv
2026.09.12.747887；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.12.747887
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.12.747887v1?rss=1
🏷️ 森林恢复 种子增强技术 微气候调控 吸湿运动型种荚 幼苗出土 响应性材料