鳥類取食和果實(shí)成熟度對日本珊瑚樹種子萌發(fā)的影響

沈世峰，任星榕，韓 慧，楊心語，鄧仕明

(1.生物資源保護(hù)與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(湖北民族大學(xué))，湖北 恩施 445000；2.恩施州特色植物資源種質(zhì)工程技術(shù)研究中心(湖北民族大學(xué))，湖北 恩施 445000；3.湖北民族大學(xué) 林學(xué)園藝學(xué)院，湖北 恩施 445000)

種子傳播對于植物群落構(gòu)建、種群更新與擴(kuò)散[1]及植物入侵[2]均具有重要作用.食果動物常通過取食與排泄、無意識攜帶等方式幫助種子傳播[3].研究表明，食果鳥對肉果的取食，不僅能促進(jìn)種子傳播[4]，從而降低子代與母株及子代之間的競爭[5]，還能提高成苗率[6].

食果鳥對肉果的取食方式可分為啄食和吞食兩種[7].經(jīng)食果鳥啄食過的果實(shí)，常被去除部分或全部果肉，種子多不經(jīng)腸道而直接掉落于樹下；被吞食的果實(shí)，其肉質(zhì)果肉會被鳥的消化道完全消化掉，相對難消化的種子(核果類常帶有堅(jiān)硬的內(nèi)果皮)會隨鳥的糞便排出.已有的研究表明，經(jīng)過鳥類腸道隨糞便排泄而出的種子往往更易萌發(fā)[8].這可能是因?yàn)橄廊コ撕忻劝l(fā)抑制物的果肉[9]，或者消化道對果/種殼有劃破作用[10]，或者兩種作用兼而有之.

在肉果發(fā)育后期，外果皮會因葉綠素逐漸分解和花青素的合成而發(fā)生顏色變化，通常由綠色變成紅、黃、橙、黑等顏色[11]，一方面昭示著果實(shí)的成熟度，另一方面也昭示著種子的成熟狀態(tài)[12].果實(shí)顏色影響食果鳥對果實(shí)的取食[13-15]，其中紅色和黑色果實(shí)往往是食果鳥的首選[16].果實(shí)顏色(或成熟度)與食果鳥的取食偏好對種子傳播和萌發(fā)具有怎樣的影響？目前鮮見研究.這方面的研究對于植物物種保護(hù)和生態(tài)管理具有重要意義.

日本珊瑚樹(Viburnumodoratissimumvar.awabuki(K.Koch) Zabel)為五?；?Adoxaceae)莢蒾屬常綠灌木或小喬木，是珊瑚樹(V.odoratissimum)的一個變種[17-19]，具有較高園林觀賞價值.其果實(shí)為卵圓形肉質(zhì)核果，呈圓錐果序，成熟時先由綠色變?yōu)榧t色，而后逐漸轉(zhuǎn)變成紫黑色[20]，果實(shí)量大且果期較長，成熟期間常吸引多種食果鳥取食.目前關(guān)于日本珊瑚樹種子休眠與萌發(fā)的相關(guān)研究較少，僅有少數(shù)關(guān)于其原變種的(珊瑚樹).原變種珊瑚樹的種子具有非深度簡單上胚軸形態(tài)生理休眠[21-22]，而對于日本珊瑚樹種子的研究僅知其具有低溫休眠特性，赤霉素和冷層積處理雖能打破其休眠，但萌發(fā)率都不是很高[23].

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

日本珊瑚樹果實(shí)于2018年9月15日采自湖北民族大學(xué)校園內(nèi)(N30°17′57.66″，E109°30′28.98″，海拔450 m)種植的至少30株壯年植株.采回的果實(shí)按果皮顏色分為紅色和紫黑色兩組.

1.2 食果鳥取食觀察

參照林佩蓉等[13]的方法對食果鳥及其取食日本珊瑚樹果實(shí)情況進(jìn)行觀察.觀察于9月開始，時值剛剛進(jìn)入果熟期，果實(shí)開始由綠色向紅色轉(zhuǎn)變，直至果實(shí)幾乎全部脫落.觀察時間為每天上午7:30-8:30和下午17:20-18:30，以肉眼觀察為主，輔以長焦望遠(yuǎn)鏡觀察和長焦照相機(jī)拍照.所拍照片用于鑒定食果鳥種類.觀察食果鳥及其取食行為的同時，對掉落樹下的果實(shí)(或種子)和鳥糞中的種子進(jìn)行觀察和收集，以明確食果鳥取食對果實(shí)和種子物理結(jié)構(gòu)的影響.

1.3 去除果肉處理和劃破內(nèi)果皮處理

參照Vélez等[24]的方法，將采回的紅色和紫黑色果實(shí)分別取一部分人工去除果肉，以獲得僅具有堅(jiān)硬內(nèi)果皮的種子，再從中分別隨機(jī)取一部分已去除果肉的種子，用解剖刀在萌發(fā)孔一端劃破內(nèi)果皮，同時避免弄傷里面真正種子，隨后進(jìn)行萌發(fā)測試，以檢測去除果肉和劃破內(nèi)果皮對種子萌發(fā)的影響.

1.4 萌發(fā)測試

參照Vélez等[24]的方法，將完整果實(shí)(對照)、人工去除果肉種子及去除果肉后劃破內(nèi)果皮的種子均勻播于盛有濕潤珍珠巖的培養(yǎng)皿(d=9 mm)內(nèi)，然后置于15 ℃光照培養(yǎng)箱(每天12 h光照/12 h黑暗交替處理，光照強(qiáng)度為121 μmol/(m2·s)內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng).每個處理設(shè)置3個重復(fù)，每個重復(fù)25粒種子，每隔4 d觀察并記錄一次萌發(fā)情況.整個萌發(fā)測試持續(xù)124 d，期間適時補(bǔ)水，以胚根突破種皮大于等于2 mm作為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，按下面公式分別計(jì)算萌發(fā)率、萌發(fā)勢和萌發(fā)指數(shù).

式中：G為萌發(fā)率，GP為萌發(fā)勢，GI為萌發(fā)指數(shù)，N1為試驗(yàn)結(jié)束時正常萌發(fā)的種子數(shù)，N2為供試種子數(shù)，N3為日平均發(fā)芽數(shù)達(dá)到最高時的正常萌發(fā)種子數(shù)，Gt為第t天的種子萌發(fā)數(shù)，Dt為種子萌發(fā)天數(shù).

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

統(tǒng)計(jì)分析和做圖由R 3.6.0軟件完成.相同處理?xiàng)l件下兩種成熟度種子開始萌發(fā)時間之間的方差分析采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；同一成熟度種子不同處理間的開始萌發(fā)時間之間的方差分析采用單因素方差分析，并使用最小顯著性差異法(least significant difference，LSD)進(jìn)行驗(yàn)后多重比較；兩種成熟度果實(shí)經(jīng)三種處理后種子的萌發(fā)率、萌發(fā)勢和萌發(fā)指數(shù)之間的差異采用多因素方差分析，并使用LSD方法進(jìn)行驗(yàn)后多重比較，若交互作用顯著則進(jìn)一步進(jìn)行簡單效應(yīng)分析.為了保證方差齊性，將萌發(fā)率數(shù)據(jù)進(jìn)行平方根反正弦轉(zhuǎn)化[25]后再進(jìn)行方差分析.文中所有數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，小數(shù)點(diǎn)后面保留兩位有效數(shù)字.

2 結(jié)果與分析

2.1 食果鳥取食觀察

日本珊瑚樹果實(shí)成熟時顏色先由綠色變成紅色，再由紅色轉(zhuǎn)變成紫黑色.兩種顏色的果實(shí)均已達(dá)生理成熟.觀察發(fā)現(xiàn)，日本珊瑚樹下掉落的種子，有的帶果肉，有的不帶果肉，其中帶果肉的果實(shí)多為紫黑色.同時，共觀察到4種食果鳥取食日本珊瑚樹果實(shí)，如表1所示.

表1 食果鳥取食日本珊瑚樹果實(shí)相關(guān)信息Tab.1 Information on frugivorous bird feeding on V.odoratissimum var.awabuki fruits

2.2 果實(shí)成熟度和模擬食果鳥取食對種子萌發(fā)的影響

對于紅色果實(shí)而言，去除果肉處理和去除果肉后劃破內(nèi)果皮處理的種子的萌發(fā)率、萌發(fā)勢和萌發(fā)指數(shù)均與完整果實(shí)(對照組)無顯著差異(P>0.05，如圖1所示).對于紫黑色果實(shí)而言，去除果肉處理顯著提高了種子的萌發(fā)率、萌發(fā)勢和萌發(fā)指數(shù)(P<0.05)，而去除果肉后劃破內(nèi)果皮處理的種子的萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)與完整果實(shí)和去除果肉處理均無顯著差異(P>0.05)，并且去除果肉后劃破內(nèi)果皮處理的種子的萌發(fā)勢與完整果實(shí)也無顯著差異(P>0.05)，并顯著低于去除果肉處理(P<0.05，如圖1所示).

紅色果實(shí)的種子萌發(fā)數(shù)據(jù)間的方差分析結(jié)果用小寫英文字母標(biāo)記；紫黑色果實(shí)的種子萌發(fā)數(shù)據(jù)間的方差分析結(jié)果用大寫英文字母標(biāo)記；相同處理的紅色果實(shí)和紫黑色果實(shí)的種子萌發(fā)數(shù)據(jù)間方差分析結(jié)果用星號標(biāo)記；標(biāo)有相同小寫或大寫英文字母的數(shù)據(jù)間在P=0.05水平上差異不顯著；單個星號“*”表示在P=0.05水平上具有顯著性差異；兩個星號“**”表示在P=0.01水平上具有極顯著性差異；“NS”表示在P=0.05水平上無顯著性差異.圖1 去除果肉和去除果肉后劃破內(nèi)果皮處理對紅色和紫黑色兩種成熟度果實(shí)中種子萌發(fā)率(A)、萌發(fā)勢(B)和萌發(fā)指數(shù)(C)的影響Fig.1 Effects of pulp-removed and endocarp-scarified treatments on germination (A),germination potential (B) and germination index (C) of seeds in red and purple-black fruits

對于完整果實(shí)和去除果肉后劃破內(nèi)果皮處理而言，紅色果實(shí)的種子的萌發(fā)率和萌發(fā)勢分別顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)高于紫黑色果實(shí)，但兩種成熟度果實(shí)的萌發(fā)指數(shù)間并無顯著差異(P>0.05)；而對于去除果肉處理而言，兩種成熟度果實(shí)的種子萌發(fā)率、萌發(fā)勢和萌發(fā)指數(shù)間均無顯著差異(P>0.05，如圖1所示).

紅色和紫黑色果實(shí)經(jīng)不同處理后種子開始萌發(fā)所需培養(yǎng)時間如表2所示,由表2可知，去除果肉后劃破內(nèi)果皮處理的紅色果實(shí)的種子開始萌發(fā)時間最早，平均需培養(yǎng)(53.33±1.33)d，而完整紫黑色果實(shí)的種子開始萌發(fā)時間最晚，平均需培養(yǎng)(80.00±4.00)d.紅色和紫黑色果實(shí)經(jīng)相同的處理后，種子開始萌發(fā)所需培養(yǎng)時間無顯著差異(P>0.05).對于紅色果實(shí)而言，與完整果實(shí)相比，去除果肉后劃破內(nèi)果皮處理顯著縮短了種子開始萌發(fā)前的培養(yǎng)時間(P<0.05)，而去除果肉處理則與完整果實(shí)無顯著差異(P>0.05).對于紫黑色果實(shí)而言，與完整果實(shí)相比，去除果肉處理和去除果肉后劃破內(nèi)果皮處理均顯著縮短了種子開始萌發(fā)前的培養(yǎng)時間(P<0.05)，而兩種處理間無顯著差異(P>0.05).

表2 紅色和紫黑色果實(shí)經(jīng)不同處理后種子開始萌發(fā)所需培養(yǎng)時間Tab.2 Culture time for seeds in red and purple-black fruits starting to germinate

2.3 果實(shí)成熟度和模擬食果鳥取食處理之間的交互作用分析

果實(shí)成熟度與處理方式之間的交互作用分析如表3所示，成熟度對種子萌發(fā)率和萌發(fā)勢具有極顯著影響(P<0.01)，對萌發(fā)指數(shù)具有顯著影響(P<0.05)；處理方式對萌發(fā)率、萌發(fā)勢和萌發(fā)指數(shù)均無顯著影響 (P>0.05)，成熟度和處理方式間也無顯著的交互作用(P>0.05)；僅在萌發(fā)勢方面，成熟度和處理方式間存在顯著的交互作用 (P<0.05).

表3 果實(shí)成熟度與處理方式之間的交互作用分析Tab.3 Analysis of the interaction between the fruit maturity degree and treatment method

對交互作用所做的簡單效應(yīng)分析表明，對于種子的萌發(fā)勢，在成熟度與完整果實(shí)間，成熟度與去除果肉后劃破內(nèi)果皮處理間，以及處理方式與紫黑色果實(shí)間均存在極顯著的交互作用效應(yīng)(P<0.01)，而在成熟度與去除果肉處理間及處理方式與紅色果實(shí)間不存在顯著的交互作用效應(yīng)(P>0.05，如表4所示).

表4 果實(shí)成熟度與處理方式在影響種子萌發(fā)勢方面的交互作用的簡單效應(yīng)分析Tab.4 Simple effect analysis of the interaction of fruit maturity degree and treatment method in affecting the seed germination potential

3 討論

種子休眠是指胚發(fā)育完全的種子在適宜萌發(fā)的環(huán)境條件下 (水、溫度、光照和空氣等)，在指定時間 (通常為30 d) 內(nèi)不萌發(fā)或萌發(fā)率低的現(xiàn)象[26].從紅色和紫黑色日本珊瑚樹果實(shí)經(jīng)去除果肉及劃破內(nèi)果皮處理后的種子萌發(fā)情況來看(如圖1，表2所示)，按照Baskin和Baskin[27]的種子休眠分類系統(tǒng)判斷，兩種成熟度果實(shí)中的種子均具有休眠，并且紫黑色果實(shí)中種子的休眠程度顯著深于紅色果實(shí).換句話說，在果實(shí)進(jìn)入成熟期后，隨著成熟度的加深，種子休眠程度也在加深，在煙草[11]和北柴胡[28]種子的發(fā)育過程中均發(fā)現(xiàn)有類似現(xiàn)象.另外，在實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)日本珊瑚樹種子存在雙休眠現(xiàn)象，在胚根突破種皮后，還要繼續(xù)培養(yǎng)相當(dāng)長的時間，胚芽才會生長，期間胚根已長得很長并生出了一些須根，按照Baskin和Baskin[26]對種子休眠的分類，日本珊瑚樹種子似乎存在非深度簡單上胚軸形態(tài)生理休眠，與其原變種珊瑚樹的種子休眠類型相同[20-21].

紅色果實(shí)的果肉和內(nèi)果皮對其種子休眠與萌發(fā)均無顯著影響.對于紫黑色果實(shí)而言，果肉顯著抑制其種子萌發(fā)，而內(nèi)果皮對其種子萌發(fā)無顯著影響(如圖1所示)，由此也可以推論出，果實(shí)成熟度和食果鳥取食均對日本珊瑚樹種子休眠與萌發(fā)具有顯著影響，食果鳥對紫黑色果實(shí)的取食既促進(jìn)了種子傳播，也促進(jìn)了種子休眠的解除和萌發(fā)；而其對紅色果實(shí)的取食則僅促進(jìn)了種子傳播，對種子休眠和萌發(fā)無顯著影響.

4 結(jié)論

日本珊瑚樹種子具有非深度簡單上胚軸形態(tài)生理休眠.果實(shí)進(jìn)入成熟期后，隨著果實(shí)顏色由紅色變成紫黑色，其種子休眠程度也加深.食果鳥對紫黑色果實(shí)的取食既促進(jìn)了種子傳播，也促進(jìn)了種子休眠的解除和萌發(fā)；而其對紅色果實(shí)的取食則僅促進(jìn)了種子傳播，對種子休眠和萌發(fā)無顯著影響.