空心蓮子草浸提液對海菜花種子萌發(fā)及幼苗生長的影響＊

錢曉莉，吳永貴，何天容，付天嶺，王 婭，李春江

(1.貴州大學(xué) 應(yīng)用生態(tài)研究所，貴州 貴陽 550025;2.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

空心蓮子草［Alternanthera philoxeroides Mat.Griseb.］是被人們廣泛關(guān)注的典型外來入侵惡性雜草，其入侵后可通過對光溫及營養(yǎng)的競爭對其他生物產(chǎn)生強烈的種群抑制作用，尤其是根系分泌物、植株枯落物等對其他植物有顯著的抑制作用，從而影響生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性［1～4］。海菜花［Ottelia acuminata(Gagnep.)Dandy］為國家II 級保護植物，作為珍稀物種主要分布在特定的湖泊濕地環(huán)境中，具有重要的生態(tài)價值和環(huán)境指示作用［5，6］。貴州高原濕地系統(tǒng)中海菜花分布面積急劇減少，筆者在草海及花溪濕地中發(fā)現(xiàn)，凡空心蓮子草所到之處海菜花種群均受到嚴重影響甚至消失殆盡。作為濕地生物多樣性中極具特色的珍稀物種的保護，目前有關(guān)海菜花研究的相關(guān)文獻較為缺乏，關(guān)于空心蓮子草在何種程度上影響海菜花種群的消失及相關(guān)機理，目前尚無研究報道。本論文以貴州高原濕地中廣泛存在的空心蓮子草和受到特殊保護的海菜花為研究對象，擬通過野外實地調(diào)查和實驗室內(nèi)開展空心蓮子草對海菜花種子萌發(fā)的影響研究，相關(guān)研究結(jié)果可為高原濕地中國家Ⅱ級珍稀物種的保護和培育提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗方法

1.1 預(yù)實驗

(1)入侵生物植株浸提液的制備:將采集的空心蓮子洗凈，用濾紙吸干表面附著水分，用電子天平稱取一定數(shù)量(100 g)植株用碎樣器將其破碎后置于1000 mL 的蒸餾水中20 ℃、110 r/min 振蕩24 h，過濾得浸提母液(100 mg/mL)，放置冰箱4 ℃冷藏備用(儲存時間不超過48 h)，使用前取出放置至室溫待用。

(2)浸種與播種:挑選成熟飽滿的海菜花種子，用自來水沖洗3 次，再用蒸餾水沖洗3 次，將種子置于蒸餾水中，浸泡12 h。播種于直徑10 cm 并鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿中放20 粒。先進行預(yù)備試驗，以植株質(zhì)量濃度計，浸提液濃度分別設(shè)為0(對照，曝氣自來水)、5‰、10‰、5%、10%、30%、50%、70%、100%，每個處理做3 個重復(fù)，將培養(yǎng)皿置于實驗桌上，每3 天更換一次浸提液，當胚根突破種皮2 mm 視為萌發(fā)，根據(jù)預(yù)備試驗結(jié)果得出確定正確的試驗濃度區(qū)間，其結(jié)果顯示，除了濃度為零時不發(fā)芽，其他濃度均有發(fā)芽，因此濃度區(qū)間為0～100%，為正式試驗濃度設(shè)置提供依據(jù)。

1.2 正式試驗

(1)空白對照實驗:根據(jù)預(yù)備試驗中確定的濃度區(qū)間，以兩個濃度端點為最低試驗濃度和最高試驗濃度值，在兩者之間以等對數(shù)間距設(shè)置6 個實驗濃度，分別為0(對照，曝氣自來水)、10%、30%、50%、70%、100%，每個處理做3 個重復(fù)，按預(yù)備試驗的步驟和實驗條件開展發(fā)芽實驗。每天記錄發(fā)芽數(shù)，第7 天計算發(fā)芽勢，14 天后計算發(fā)芽率。

(2)幼苗生長實驗:選取飽滿、大小均一的海菜花種子用自來水浸泡12 h，選取同期發(fā)芽的種子均勻放于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿20 粒，至于25 ℃光照培養(yǎng)箱，培養(yǎng)條件:黑暗12 h，光照12 h。每天補充適量不同濃度的浸提液和蒸餾水，每個處理3 個重復(fù)，第6 天測量幼苗的苗高(SH)和主根長(TL)、鮮重。

1.3 指標測定

根據(jù)《國際種子檢驗規(guī)程》要求［7］，第7 天計算發(fā)芽勢，發(fā)芽勢=已發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%;第14 天計算發(fā)芽率，萌發(fā)率(GR)=n(已發(fā)芽種子數(shù))/N(供試種子數(shù))×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

海菜花種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、幼苗鮮重、苗長等數(shù)據(jù)使用大型DPS 軟件進行單因素統(tǒng)計分析，所有數(shù)據(jù)均為3 次測量平均值±標準誤。所有圖形均用Origin8.5 繪制。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同濃度的空心蓮子草浸提液對海菜花種子發(fā)芽勢的影響

種子萌發(fā)是植物生活史的重要階段，發(fā)芽勢是反應(yīng)種子萌發(fā)過程的關(guān)鍵性指標。由圖1 可知，連續(xù)培養(yǎng)七天后，隨著空心蓮子草浸提液濃度的提高，各組海菜花種子的發(fā)芽勢整體呈先上升后下降的趨勢，發(fā)芽勢變化范圍在0%～27.5%之間，平均為6.63%。當浸提液濃度達到50%時，海菜花種子發(fā)芽勢顯著上升，比對照的0%上升了27.5%。之后隨著浸提液濃度增加種子發(fā)芽勢逐漸降低。由表1 單因素分析可知，浸提液濃度為50%時，該處理與其他處理間存在極顯著差異(P ＜0.0001)。表明50%前空心蓮子草浸提液對種子萌發(fā)起促進作用，此后促進作用逐漸降低。分析原因是:在低濃度范圍內(nèi)，空心蓮子草根莖等中釋放的微量元氮磷等給種子萌發(fā)提供營養(yǎng)條件促進了種子萌發(fā)，而隨著浸提液濃度和培養(yǎng)時間的增加，促進了空心蓮子草中某些化感物質(zhì)釋放，賈黎明［8，9］等研究發(fā)現(xiàn)，化感物質(zhì)對種子萌發(fā)的影響與濃度密切相關(guān)，勝紅薊素對蘿卜和稗草種子發(fā)芽作用表現(xiàn)為低濃度促進作用，高濃度抑制作用，浸提液濃度升高抑制了海菜花種子呼吸作用，改變種子萌發(fā)過程的關(guān)鍵性酶，破壞種子萌發(fā)過程中各生理代謝的穩(wěn)態(tài)和協(xié)調(diào)，從而抑制了海菜花種子萌發(fā)，以便自身的迅速生長［10］，這與前人研究結(jié)果相似。對于化感物質(zhì)的種類對海菜花種子萌發(fā)影響將做進一步研究。

圖1 不同濃度空心蓮子草浸提液對海菜花種子發(fā)芽勢的影響

表1 空心蓮子草浸提液對海菜花種子發(fā)芽勢單因素統(tǒng)計分析表

2.2 不同濃度空心蓮子草浸提液對海菜花種子發(fā)芽率的影響

圖2 不同濃度空心蓮子草浸提液對海菜花種子發(fā)芽率的影響

表2 空心蓮子草浸提液對海菜花種子發(fā)芽率單因素統(tǒng)計分析表

種子萌發(fā)是一年生植物生活史的開端，對物種更新作用至關(guān)重要，種子發(fā)芽率降低可能會降低植物在群落中的多度［11］，因而發(fā)芽率與植物的種群動態(tài)有密切關(guān)系。圖2 顯示，空心蓮子草浸提液濃度由0 增至100%，經(jīng)過培養(yǎng)14 天后，各組海菜花種子的發(fā)芽率整體呈先上升后下降的趨勢。發(fā)芽率變化范圍為0%～82.5%，平均為25.1%。表2可知，與對照相比，不同濃度浸提液對海菜花種子萌發(fā)影響明顯。30%的空心蓮子草浸提液濃度處理下海菜花種子發(fā)芽率顯著提高，該處理與各處理間存在顯著差異(P ＜0.0001)。50%～70%濃度間海菜花種子發(fā)芽率無顯著變化，當濃度升高到100%時，該處理與其他處理間存在顯著差異(P ＜0.05)，明顯可見，低濃度與高濃度浸提液對菜花種子發(fā)芽率影響顯著，低濃度促進作用增加，高濃度促進降低。這與杜照奎等［12］研究空心蓮子草對高丹草種子萌發(fā)影響結(jié)果相似。分析原因可能是，在實驗過程為提高種子萌發(fā)，加入外源氯化鈣，鈣作為植物生長發(fā)育必需的大量元素之一，可提高溶液中α－淀粉酶的活性，從而促進海菜花種子萌發(fā)的效應(yīng);而隨著浸提液濃度的增加，溶液中同時存在著其他Na 離子等會競爭Ca 在細胞膜上的位點破壞了質(zhì)膜的完整性以及影響Ca 信號系統(tǒng)的正常發(fā)生和傳遞，從而對種子萌發(fā)造成滲透脅迫，種子萌發(fā)過程中的關(guān)鍵酶受到抑制，因此對種子萌發(fā)的抑制作用增強［13，14］?；形镔|(zhì)幾乎存在于植物的所有器官中，影響種子萌發(fā)的因素不僅與化感物質(zhì)種類、受體植物有關(guān)，同時與化感物質(zhì)濃度有關(guān)［15］。隨著空心蓮子草浸提液濃度升高，根莖等釋放大量化感物質(zhì)，改變了種子體內(nèi)呼吸、激素平衡等，從而降低海菜花種子發(fā)芽率。這與前人研究結(jié)果相似［8］。

2.3 不同濃度空心蓮子草浸提液對海菜花幼苗苗長的影響

圖3 所示，隨著空心蓮子草浸提液濃度的增加，各組海菜花幼苗的苗長整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，且在浸提液濃度為30%時，幼苗苗長達到最大值，為2.03 cm。如表3，試驗組的苗長與對照組存在顯著差異(P ＜0.05)。30%濃度后對幼苗生長促進作用逐漸降低。圖4 可見，隨著空心蓮子草浸提液濃度的增加，各組海菜花幼苗的根長逐漸減小。且在空心蓮子草浸提液濃度為10%時，根長達最大值(0%時種子不發(fā)芽，根長視為零)0.5 cm。其原因可能是，空心蓮子草浸提液中含有對海菜花根長有抑制作用的化感物質(zhì)，化感物質(zhì)含量隨空心蓮子草浸提液濃度的增加而增加，而海菜花幼苗的根對空心蓮子草化感物質(zhì)較為敏感，所以高濃度的空心蓮子草浸提液根長較短，而低濃度的較長。

圖3 不同濃度空心蓮子草浸提液對海菜花幼苗生長的影響

圖4 不同濃度空心蓮子草浸提液對海菜花根長的影響

表3 空心蓮子草浸提液對海菜花苗長、根長單因素統(tǒng)計分析表

2.4 不同濃度空心蓮子草浸提液對海菜花幼苗鮮重的影響

圖5 可知，隨著空心蓮子草浸提液濃度的增加，各組海菜花幼苗的鮮重整體呈先增加后減少的趨勢，且在空心蓮子草浸提液濃度為30%時，各組海菜花幼苗的鮮重最大，為11.2 mg，不同濃度浸提液對海菜花鮮重影響顯著(見表4)。分析原因是種子萌發(fā)及其幼苗生長過程中，隨著浸提液濃度升高降低了溶液的水勢，明顯降低種子及幼苗的吸脹速率，造成種子吸水困難，嚴重影響降低幼苗鮮重，同時也降低種子萌發(fā)率，這與喻澤莉等研究結(jié)果相似［16～18］。

圖5 不同空心蓮子草浸提液對海菜花幼苗鮮重的影響

表4 空心蓮子草浸提液對海菜花鮮重單因素統(tǒng)計分析表

3 結(jié)論

(1)空心蓮子草對海菜花種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率影響顯著，浸提液濃度為50%時對海菜花種子發(fā)芽勢促進作用極顯著(P ＜0.0001);浸提液濃度為30%時對海菜花種子發(fā)芽率促進作用極顯著(P ＜0.0001)。

(2)空心蓮子草浸提液濃度低于30%時，海菜花幼苗苗長、鮮重促進作用增強;空心蓮子草浸提液濃度低于10%時對海菜花幼苗的根長促進作用明顯。

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