4種野生植物種子萌發(fā)對短期室溫干貯藏的響應(yīng)

帕如扎·哈力木拉提，崔國楹，趙曉英*，劉慶輝

（1.新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054；2.烏魯木齊市林草種苗站，新疆 烏魯木齊 830063）

由于自然和人類活動的影響，天然植被的退化有目共睹，植被恢復(fù)的任務(wù)十分艱巨，尤其是干旱地區(qū)。大面積的植被恢復(fù)常常采用飛機播種（簡稱飛播）。飛播具有播種速度快、投入少、低成本等特點。種子能否萌發(fā)是飛播成功的關(guān)鍵。一般來說，種子收集后當(dāng)年播種，如果遇到特殊情況（如疫情），則要在倉庫保存至第二年，那么這短期貯藏會對種子生活力和萌發(fā)有怎樣的影響，不同植物有何差異，不得而知。

種子萌發(fā)是植物生活史的開始，也是種群更新和群落構(gòu)建的基礎(chǔ)［1］。種子在適宜條件下不萌發(fā)稱為休眠，種子休眠通常被認(rèn)為是對不利環(huán)境的適應(yīng)，但在植被恢復(fù)中為了最大程度的利用采集到的種子，往往要確保種子具有活力且不休眠［2］。種子休眠的主要類型有胚未成熟引起的生理休眠以及果皮和種皮不透水引起的物理休眠［1］。許多學(xué)者對溫帶地區(qū)不同生境、不同類群種子萌發(fā)對室溫干貯藏的響應(yīng)已經(jīng)進行了研究。具有休眠的刺頭菊（Cousinia affinis）［3］、播娘蒿（Descurainia sophia）［4］、砂生槐（Sophora moorcroftiana）［5］、刺葉錦雞兒（Caragana acanthophylla）［6］、荒漠錦雞兒（C.roborovsk）［7］和苦豆子（Sophora alopecuroides）［8］種子可經(jīng)短期室溫干貯藏后解除休眠，萌發(fā)率提高。也有研究表明室溫干貯藏?zé)o法解除種子休眠，如短期室溫干貯藏的沙米（Agriohyllum squarrosum）［3］和花棒（Hedysarum scoparium）［9］與鮮種子相比萌發(fā)率沒有明顯變化。由此可見，短期室溫干貯藏對種子萌發(fā)的影響因種而異。

有關(guān)短期室溫干貯藏對種子生活力的影響，以往研究表明：4 種金合歡屬植物種子在室溫條件下貯藏12 個月后，生活力下降了13%～30%［10］；霸王（Zygophyllum xanthoxylon）、沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）和四合木（Tetraena mongolica）種子經(jīng)過6 個月干貯藏后，生活力下降了11%～22%［11］。羽扇豆（Lupinus micranthus）種子貯藏6 個月后生活力明顯下降［12］。采自達(dá)坂城荒漠灌木木本豬毛菜（Salsola arbuscula）種子經(jīng)過9 個月左右的室溫干貯藏后全部死亡［13］。古爾班通古特沙漠12 種荒漠植物種子生活力不受干貯藏的影響，貯藏后仍保持在90%以上［3］。

花花柴（Karelinia caspia）、頂羽菊（Rhaponticumrepens）、糙蘇（Phlomis umbrosa）和鈴鐺刺（Halimodendron halodendron）是新疆北疆地區(qū)的常見植物，對維持荒漠生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定及生物多樣性具有重要作用。烏魯木齊周邊植被恢復(fù)擬選用這些植物進行飛播。目前對花花柴種子冠毛、水鹽脅迫和花器官發(fā)育的影響［14-15］、頂羽菊化學(xué)成分［16-17］、鈴鐺刺水鹽脅迫及埋深［18-19］、糙蘇藥用價值及化學(xué)成分［20-22］方面已有研究。但關(guān)于這4 種植物種子萌發(fā)溫度及短期室溫干貯藏方面未見報道。種子在室溫條件下貯藏一段時間，即短期干貯藏后，種子生活力和萌發(fā)能力如何，還能否用于飛播都是有待研究的問題。經(jīng)過短期室溫干貯藏后的種子在飛播之前進行室內(nèi)控制萌發(fā)試驗，將有助于我們更好地理解這些植物在自然生態(tài)系統(tǒng)及恢復(fù)植被中的恢復(fù)機制，同時有助于飛播技術(shù)的改善。因此，本研究以這4 種野生植物種子為研究對象，擬回答以下幾個問題：1）成熟鮮種子的萌發(fā)溫度和休眠狀態(tài)如何？2）種子在室溫下短期干貯藏后，種子生活力、萌發(fā)及休眠有怎樣的變化？

1 材料與方法

1.1 種子來源及基本特性

本實驗所用的4 種植物均為野生植物，種子于2019年成熟期采自天然植物群落。其中，鈴鐺刺、糙蘇、花花柴種子采自烏魯木齊市周邊，頂羽菊的采自吐魯番市，這4 種植物擬用于烏魯木齊周邊飛播植被建設(shè)。

將種子置于通風(fēng)干燥處晾干1 周，測取這4 種植物的種子大小和百粒重，結(jié)果如表1所示。選取健康飽滿的種子裝入紙袋，存放在與倉庫接近的條件下（20～23℃，25%～36%相對濕度）備用。

表1 種子大小和百粒重Tab.1 Seed size and weight

1.2 鮮種子萌發(fā)

為了解這4種野生植物種子休眠特性及最佳萌發(fā)溫度，對成熟鮮種子進行萌發(fā)。取晾干備用的種子，采用培養(yǎng)皿紙上法，每個培養(yǎng)皿25 粒種子，4 個重復(fù)，放入光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)，溫度設(shè)置為15/5℃、20/10℃和25/15℃（12 h 光/12 h 暗，光強8 000 lx），這幾個溫度接近植物生長季月平均最高/最低氣溫。在萌發(fā)過程中，保持濾紙濕潤，以胚長出2 mm 即視為萌發(fā)。每天統(tǒng)計萌發(fā)的種子數(shù)，持續(xù)4 周。實驗結(jié)束后用解剖刀剖開未萌發(fā)的種子，觀察胚并用TTC檢測種子生活力，記數(shù)發(fā)紅的有生活力的種子數(shù)。計算種子萌發(fā)率，萌發(fā)率=萌發(fā)種子數(shù)/有生活力種子數(shù)×100%［1］。

1.3 貯藏后種子的生活力和萌發(fā)

于2020年4月取出存放在紙袋中的備用種子，此時種子經(jīng)過了9個月左右的室溫干貯藏。檢查并統(tǒng)計每種植物種子的腐爛情況，發(fā)黑、腐爛、發(fā)軟的種子視為死種子，計數(shù)為D1，剩余種子放入培養(yǎng)箱萌發(fā)。由于這4種植物中的大多數(shù)植物的鮮種子在25/15℃下萌發(fā)較好，因此，培養(yǎng)箱溫度設(shè)為25/15℃（12 h光/12 h暗，光強8 000 lx）。萌發(fā)過程中每天統(tǒng)計萌發(fā)種子，持續(xù)4周，實驗結(jié)束時用TTC 檢測剩余種子的生活力，計數(shù)有生活力種子數(shù)，以及死種子數(shù)（計為D2），計算種子萌發(fā)率和死亡率。未萌發(fā)的種子用鑷子擠壓不能壓磚的為不吸水的硬實種子，這部分用砂紙輕輕打磨后在室溫下培養(yǎng)，記錄萌發(fā)數(shù)。萌發(fā)率=已萌發(fā)種子數(shù)/有生活力種子數(shù)×100%［1］；死亡率=（D1+D2）/供試種子數(shù)×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010 軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)并作圖表，實驗結(jié)果均以平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差表示，利用統(tǒng)計分析軟件SPSS 20.0對種子物理特性、萌發(fā)率和死亡率等指標(biāo)進行單因素方差分析，并用最小顯著性差異法對同一指標(biāo)不同處理間進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果

2.1 鮮種子萌發(fā)溫度

在20/10℃和25/15℃下花花柴種子萌發(fā)率均為100%（P＞0.05），而在15/5℃下種子萌發(fā)率極低，為9%左右（圖1）。糙蘇種子萌發(fā)率隨著溫度的升高而增大，達(dá)到最高萌發(fā)率（98%）時的溫度為25/15℃（P＜0.05）。在三個溫度條件下鈴鐺刺種子萌發(fā)率沒有顯著差異，分別為33%、31%和46%左右（P＞0.05）。頂羽菊種子達(dá)到最高萌發(fā)率（27%）時的溫度為25/15℃，在15/5℃和20/10℃下萌發(fā)率分別為2%和7%左右。

圖1 4種野生植物新鮮成熟種子在三個變溫條件下的萌發(fā)率Fig.1 Germination percentages of mature fresh seeds of four native species under three variable temperature regimes

從萌發(fā)速度來看，鈴鐺刺、糙蘇、花花柴和頂羽菊種子達(dá)到總萌發(fā)率的50%時所用的時間分別是：7、4、7、21 天（數(shù)據(jù)未列出），糙蘇萌發(fā)速度最快，頂羽菊萌發(fā)最慢。

2.2 貯藏后種子的生活力和萌發(fā)

就鮮種子死亡率而言，花花柴種子死亡率很高，達(dá)到48%左右，其余三種植物種子死亡率分別為13%、16%和11%左右（表2）。貯藏后，鈴鐺刺和糙蘇種子死亡率變化不明顯（P＞0.05），花花柴和頂羽菊種子死亡率明顯高于鮮種子，分別為72 %和88%左右（P＜0.05，表2）。

表2 4種野生植物種子死亡率的變化Tab.2 Variation in seed mortality of four native species

從萌發(fā)率來看，經(jīng)過短期室溫干貯藏后，鈴鐺刺、頂羽菊和花花柴種子萌發(fā)率分別為31%、35%和100%，與鮮種子比較差異不顯著（P＞0.05，表3），糙蘇種子經(jīng)貯藏后種子萌發(fā)率從鮮種子的98%降低到了88%左右（P＜0.05，表3）。

表3 4種野生植物的新鮮種子和干貯藏種子在25/15℃溫度條件下的萌發(fā)率Tab.3 Germination percentages of fresh and dry stored seeds in four native species at 25/15℃

3 討論

3.1 鮮種子的萌發(fā)溫度

本研究中的糙蘇和頂羽菊鮮種子在萌發(fā)溫度中的25/15℃下的萌發(fā)率最高，花花柴種子在20/10℃和25/15℃下均可達(dá)到最高萌發(fā)率100%，在15/5℃下這三種植物種子萌發(fā)率均較低（＜35%），說明低溫對種子萌發(fā)不利。這與同為干旱地區(qū)的白毛錦雞兒（C.licentiana）［23］、白沙蒿（Artemisia sphaerocephala）［24］、砂藍(lán)刺頭（Echinops gmelini）［25］結(jié)果相同。本研究中鈴鐺刺種子在所有溫度條件下都能夠萌發(fā)，且差異不明顯。說明鈴鐺刺種子萌發(fā)溫度范圍寬，在適宜的水分條件下春季和秋季的任何時候都有可能萌發(fā)，這與同科的中間錦雞兒（C.liouana）萌發(fā)特性相同［26］。鈴鐺刺種子在不同時間段都能萌發(fā)，降低了在某一時間段集中萌發(fā)繼而在接下來有可能的不利條件中幼苗死亡的風(fēng)險，同時也降低了同胞種子間的競爭，以充分利用有限資源。這種萌發(fā)對策是長期生活在干旱荒漠中植物適應(yīng)環(huán)境的必然結(jié)果。

本研究中糙蘇和花花柴鮮種子在適宜溫度下萌發(fā)率均達(dá)到90%以上，說明種子沒有休眠，只要條件適宜就有大量種子萌發(fā)，而鈴鐺刺和頂羽菊種子萌發(fā)率在本研究中的所有萌發(fā)溫度下都很低，最高萌發(fā)率僅為46%和27%，說明鈴鐺刺超過一半的種子休眠，頂羽菊絕大部分種子是休眠的。用砂紙打磨鈴鐺刺硬實種子后，種子在7天內(nèi)均可萌發(fā)，且萌發(fā)率大于95%，說明鈴鐺刺種子具物理休眠。頂羽菊的萌發(fā)率僅為27%，頂羽菊種子透水，且菊科植物通常具有生理休眠，推測頂羽菊可能是由胚引起的生理休眠，但還有待進一步研究。

3.2 貯藏后種子的生活力和萌發(fā)變化

對于鮮種子而言，頂羽菊、鈴鐺刺和糙蘇種子有較高的生活力，而花花柴約有一半的種子死亡，說明花花柴種子質(zhì)量不高。經(jīng)過短期室溫干貯藏后，鈴鐺刺和糙蘇種子生活力未明顯喪失，而頂羽菊和花花柴種子在貯藏過程中生活力喪失比較嚴(yán)重。貯藏后種子死亡率大的原因可能因為本研究中短期室溫干貯藏期間的溫度和相對濕度不利于頂羽菊和花花柴種子生活力的保持，這與木本豬毛菜結(jié)果相似［13］，說明頂羽菊和花花柴種子不宜放到第二年。因此，在飛播時應(yīng)慎重考慮其種子貯藏方式，或選購高質(zhì)量種子。同時，有必要深入研究這幾種植物種子生活力的各影響因素和貯藏條件，尤其頂羽菊。

短期室溫干貯藏對本研究中的鈴鐺刺、花花柴和頂羽菊種子萌發(fā)的影響不明顯，這與沙米［3］和花棒［9］的結(jié)果一致，但與刺頭菊［3］、播娘蒿［4］和苦豆子［8］的研究結(jié)果不同，說明短期室溫干貯藏對種子萌發(fā)率的影響因種而異。糙蘇種子經(jīng)貯藏后萌發(fā)率明顯降低，這表明在干燥貯藏的條件下，脫水可能誘導(dǎo)種子進入次生休眠，這與同為唇形科的夏枯草（Prunella vugaris）種子的結(jié)果相似［27］，也與同為干旱區(qū)的鉤刺霧冰藜（Bassia hyssopifolia）種子的結(jié)果一致［3］。

鈴鐺刺和頂羽菊貯藏后種子的萌發(fā)率仍然很低，說明短期室溫干貯藏未能解除種子的休眠。鈴鐺刺種子為物理休眠，大多數(shù)物理休眠種子無法通過干貯藏解除［1］。生理休眠主要通過低溫層積、熱層積加冷層積來解除［1］。因此，如果用于飛播，鈴鐺刺必須經(jīng)打磨處理，而頂羽菊需要經(jīng)過低溫層積處理，以提高飛播出苗率。其余種可不作休眠解除處理，只需作種子大?；幚?。

4 結(jié)論

花花柴、糙蘇和頂羽菊成熟鮮種子均在25/15℃下萌發(fā)率高，而鈴鐺刺在所有溫度下萌發(fā)率沒有明顯差異，頂羽菊和鈴鐺刺絕大部分種子具有休眠現(xiàn)象，飛播前應(yīng)作解除休眠處理。短期室溫干貯藏使頂羽菊和花花柴大量種子死亡，飛播中應(yīng)慎用。短期室溫干貯藏對鈴鐺刺、花花柴和頂羽菊種子萌發(fā)率的影響不明顯，但不利于糙蘇種子萌發(fā)。