極度瀕危植物貴州大花杜鵑種子的傳播與萌發(fā)特性研究

田曉玲 楊承乾 任永權(quán)

摘要 貴州大花杜鵑屬于貴州省特有的極小種群植物和IUCN評估的極度瀕危植物，目前僅在龍頭大山分布，且幼苗數(shù)量極少。為了探究導致貴州大花杜鵑瀕危因素中是否在種子傳播和萌發(fā)上存在障礙導致其居群數(shù)量微小，研究了種翅、溫度、光照和凋落物4個因素對其種子傳播及萌發(fā)的影響。對種子進行留翅與去翅2種處理，在不同風速及水處理條件下探究種皮膜翅對種子傳播的影響；設(shè)置不同溫度及光照條件下，貴州大花杜鵑種子萌發(fā)的影響；模擬生境條件下凋落物的情況，測定不同基質(zhì)對種子萌發(fā)及幼苗形態(tài)建成的影響。結(jié)果表明：種翅有助于貴州大花杜鵑種子的風傳播與水傳播；但在實際生境中，由于其處于叢林密林處，這2種方式實際傳播效率并不高。溫度適當提高會促進貴州大花杜鵑種子萌發(fā)，光照對貴州大花杜鵑的種子萌發(fā)沒有明顯影響，但對幼苗建成影響較大；過厚的凋落物會阻礙貴州大花杜鵑種子的萌發(fā)，造成幼苗數(shù)量少，種群更新困難。

關(guān)鍵詞 貴州大花杜鵑；種子；傳播；萌發(fā)；發(fā)芽率

中圖分類號 S685.21? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）13-0111-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.13.026

Seed Dispersal and Germination Characteristics of Rhododendron magniflorum， A? Critically Endangered Plant Endemic to Guizhou Province

TIAN Xiao-ling1， YANG Cheng-qian2， REN Yong-quan2

（1.Guiyang Institute of Humanities and Technology， Guiyang， Guizhou 550025;2.? College of Eco-Environmental Engineering， Guizhou Minzu University， Guiyang， Guizhou 550025）

Abstract Rhododendron magniflorum is an extremely endangered plant evaluated by IUCN， and its wild population is very small. At present， it is only founded in Longtou mountain in Guizhou ， and seedlings in the wild are very rare. In order to verify whether there are obstacles in seed dispersal and germination which might cause its extremely small populations， we studied the effects of seed wing， temperature， light and litter on seed dispersal and germination of R. magniflorum. The effect of seed coat membrane wing on seed dispesal was investigated under different wind speed and water treatments while the effects of temperature on seed germination were examined under different temperatures and light conditions. The effects of different substrate conditions on seed germination and seedling morphogenesis were measured. The results showed that the seed wings were beneficial to both wind and water dispersal of seeds.However， in its native habitat， because it is in the dense forests， the transmission efficiency of seed dispersal could be limited; the increasing temperature will promote the seed germination of R. magniflorum. The light has no obvious effect on its seed germination， but has a great effect on the seedling establishment; thicker litter would hinder successful germination of R. magniflorum seeds， resulting in a small number of seedlings and difficulty of population regeneration.

Key words Rhododendron magniflorum;Seed;Dispersal;Germination;Germination rate

基金項目 國家自然科學基金青年基金資助項目“極度瀕危植物貴州大花杜鵑的瀕危機制解析”（31901237）。

作者簡介 田曉玲（1986—），女，山西孝義人，助教，從事小種群保護生物學研究。通信作者，教授，博士，從事植物保護生物學研究。

收稿日期 2022-08-20

種子傳播是群落更替的第一步，傳播完成后，才是植物生長周期的開始，傳播的距離決定著植物的生長范圍。種子的傳播方式和傳播距離是該物種長期適應(yīng)生境的結(jié)果，研究種子的傳播對生物地理學和群落演替的方向有著重要意義。種子萌發(fā)和幼苗生長是植物生命周期的重要環(huán)節(jié)，在該階段受多個環(huán)境因素的影響［1］。種子能夠順利萌發(fā)，幼苗能夠成活是森林更新的必要條件。極小種群的形成，往往是由于其生存環(huán)境發(fā)生改變，導致其自然更新差，種群適應(yīng)性降低，分布范圍逐漸狹窄，種子數(shù)量、萌發(fā)或幼苗形成發(fā)生障礙，面臨著極高的滅絕風險［2］。

貴州大花杜鵑（Rhododendron magniflorum）屬于杜鵑屬常綠杜鵑組，在Red List of Rhododendrons（杜鵑花紅色名錄）中被列為極度瀕危（critically endangered，CR）等級。杜鵑花屬被分為9個亞屬，其中的常綠杜鵑亞屬被分為23個組，我國有259種，貴州大花杜鵑是杜鵑花科花朵最大的物種之一，具有極高的觀賞價值［3］。目前，貴州大花杜鵑在野外調(diào)查中因種群稀少，自然更新差，種群數(shù)量少，僅在貴州安龍縣龍頭大山自然保護區(qū)內(nèi)找到2個居群，每個居群僅有3株。筆者通過研究貴州大花杜鵑種子的傳播情況，研究溫度、光照、基質(zhì)與種子萌發(fā)關(guān)聯(lián)性，探究種子傳播和萌發(fā)是否為影響其種群散布造成貴州大花杜鵑瀕危的原因之一，對貴州大花杜鵑保護具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

在貴州大花杜鵑種子已完全成熟的11月采集成熟碩果，在實驗室自然風干開裂后剝開挑取質(zhì)地均勻、飽滿的種子置于實驗室自然干燥后，立即開展試驗。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 種皮膜翅對種子傳播的影響。

對傳播試驗種子作留翅與去翅（脫翅）2種處理，在不損傷種翅包裹的內(nèi)部種子的情況下，先用鑷子去除外部種翅，再用針小心去除種子輪廓邊緣殘留的種翅。

1.2.1.1

風傳播。在試驗臺設(shè)1.0、2.0 m 2個固定高度，在無風且無其他氣流影響下，將2種處理的種子從2個距地貌相同的原點放下，使用工具測量其在坐標紙的落點位置。將風扇固定在與種子高度同一水平高度，保證唯一氣流是風扇提供后，用風速測量儀測定種子所在位置風速，當風速恒定不變時，將2種處理的種子從原點釋放，當種子掉落停止后，測量種子位置與原點的距離。2個高度下，在2.5、3.5、4.5 m/s 3個風速梯度重復上述操作，不同高度與不同風速下進行50次重復。

1.2.1.2 水傳播。將20粒完整的種子和20粒去翅種子放入裝有自來水的玻璃燒杯中，每天觀察2種類型的種子是沉底還是持續(xù)漂浮在水面，記錄每天沉水種子數(shù)及日期，每處理4次重復。通過計算停留時間推算可用于種子傳播的漂浮時間。

1.2.2 種子萌發(fā)試驗。

1.2.2.1 溫度對貴州大花杜鵑種子萌發(fā)的影響。

將貴州大花杜鵑種子均勻放置于鋪有棉布的培養(yǎng)皿內(nèi)，棉布用清水完全浸濕，將培養(yǎng)皿蓋上蓋子。分別放置12 h/12 h暗光交替下在設(shè)定溫度為0、10～20、15～25、20～30 ℃ 4個溫度梯度的培養(yǎng)箱中，放置時隨機擺放。每個培養(yǎng)皿50粒，每處理5次重復。每天觀察培養(yǎng)箱培養(yǎng)皿中水分是否適當，同時記錄種子發(fā)芽日期和發(fā)芽數(shù)。

1.2.2.2 光照對貴州大花杜鵑種子萌發(fā)的影響。

在透明的玻璃燒杯內(nèi)放入已吸飽水貼合燒杯的海綿，再將蒸餾水倒入燒杯內(nèi)，到達海綿高度一半時停止，后續(xù)海綿不需再次補水。設(shè)置全黑暗與12 h/12 h光暗交替2種方式，光暗交替的燒杯不作處理放入培養(yǎng)箱，全黑暗燒杯用多層錫紙完全包裹，在每層錫紙的不同部位戳孔，保證透氣不透光，后放入培養(yǎng)箱，2種處理放置同一培養(yǎng)箱中，保證二者相同溫度條件。每個處理4次重復，在培養(yǎng)最后30 d后同時打開2個處理的燒杯記錄種子發(fā)芽數(shù)。

1.2.2.3 基質(zhì)對貴州大花杜鵑種子萌發(fā)的影響。

取15個洗凈燒杯，分3組分別加入：①10 cm厚度原生境土；②10 cm原生境土上覆蓋2 cm厚度腐殖質(zhì)；③10 cm原生境土上覆蓋2 cm厚度腐殖質(zhì)后再加3 cm厚凋落物，向15個燒杯內(nèi)加入等量蒸餾水，保證燒杯內(nèi)基質(zhì)濕潤即可。每個燒杯基質(zhì)上放入50粒貴州大花杜鵑種子，在燒杯瓶口用有透氣孔的薄膜覆蓋，用膠圈固定薄膜后放入20～30 ℃培養(yǎng)箱。每天觀察燒杯內(nèi)種子情況，7 d后開始記錄種子發(fā)芽日期和發(fā)芽數(shù)。

1.2.2.4 指標的測定。

發(fā)芽勢＝（試驗前7 d內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/種子總數(shù)）×100%

發(fā)芽率＝（試驗期發(fā)芽的種子數(shù)/種子總數(shù)）×100%

平均沉水時間（d）=Σ（hini）/ni

式中，hi為放入燒杯的天數(shù)，ni為相應(yīng)日期種子沉水的粒數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

用Excel 2016軟件進行試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，用SPSS 24軟件進行數(shù)據(jù)的單因素方差分析和雙因素方差分析。數(shù)據(jù)分析后用Origin 2018軟件作圖。涉及2個比較的用t檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 種翅對種子傳播的影響

2.1.1 種翅對風傳播的影響。

從圖1可見，在高度為1.0 m，風速為0 m/s時，留翅與去翅的種子傳播距離差異不顯著（P>0.05），貴州大花杜鵑的種子傳播距離隨著風速增大而明顯增長，去翅種子比留翅種子傳播距離更遠，但在2.5、3.5 m/s差異不顯著（P>0.05），在4.5 m/s風速下，差異極顯著（P<0.001）。風速和2種處理的種子雙因素方差分析顯示，去翅和留翅的種子傳播距離差異顯著（P=0.004），不同風速下的傳播距離差異極顯著（P<0.001）。

從圖2可見，高度為2.0 m時，去翅比留翅的傳播距離更遠，在風速為3.5、4.5 m/s時，差異極顯著（P<0.001）。風速和2種處理的種子進行雙因素方差分析顯示，去翅和留翅種子傳播距離有極顯著差異（P<0.001），不同風速下傳播距離差異極顯著（P<0.001）。這說明高度越高，種子去翅比留翅的傳播距離更遠。

2.1.2 種翅對水傳播的影響。由表1可知，留翅種子比去翅種子在水表面停留時間更長。留翅的種子在第4天開始沉底，直到20 d后仍有少量種子漂浮在水面，去翅種子在第2天開始沉底，第7天全部沉底。留翅種子平均沉水時間為7.57 d，去翅為3.45 d，二者間差異顯著（t=5.970，P<0.05）。

2.2 種子萌發(fā)

2.2.1 溫度對種子萌發(fā)的影響。

由表2可知，溫度在20～30 ℃，貴州大花杜鵑種子的發(fā)芽率最高，為85.50%，其次為15～25 ℃，為82.00%，再次是10～20 ℃，發(fā)芽率為77.00%，發(fā)芽率最低是10 ℃培養(yǎng)的種子，發(fā)芽率為71.00%。4個溫度梯度處理下貴州大花杜鵑種子的平均發(fā)芽率在71.00%以上，溫度由高到低依次兩兩比較差異不顯著（P>0.05），但20～30 ℃和10 ℃間的發(fā)芽率差異顯著（P<0.05），說明溫度過低抑制貴州大花杜鵑種子的萌發(fā)率。對不同溫度的發(fā)芽勢差異比較顯示，20～30 ℃與15～25 ℃發(fā)芽勢差異不顯著（P>0.05），10～20 ℃與10 ℃的發(fā)芽勢差異不顯著（P>0.05），前2組與后2組間差異顯著（P>0.05）。這可能是由于溫度低，種胚內(nèi)酶活性較弱，因此萌動較遲。

2.2.2 光照對種子萌發(fā)的影響。

經(jīng)測定可知，在12 h/12 h光暗交替下培養(yǎng)的種子發(fā)芽率為68.80%，全黑暗培養(yǎng)的種子發(fā)芽率為37.20%。光照黑暗交替和黑暗處理的種子發(fā)芽率差異顯著（t=8.341，P<0.05）。

2.2.3 基質(zhì)對種子萌發(fā)的影響。

由表3可知，基質(zhì)為原生境土壤時，發(fā)芽率最高，達81.20%，比腐殖質(zhì)（57.20%）和凋落物（14.00%）高，3種基質(zhì)兩兩相比發(fā)芽率均有顯著差異（P<0.05）；發(fā)芽勢表現(xiàn)為原生境土壤（24.80%）>腐殖質(zhì)（5.60%）>凋落物（0）。

3 結(jié)論與討論

貴州大花杜鵑生長于貴州黔西南龍頭大山的密林之中，目前發(fā)現(xiàn)的居群人為活動較少，受當?shù)刈匀画h(huán)境影響，種子傳播存在障礙。風有利于種子的擴散，已有對植物的風傳播研究表明，風速與植物和果實水平擴散距離呈正相關(guān)，風速越大，植物的種子和果實傳播距離越遠［4］，這與該試驗結(jié)論一致。在水傳播試驗中，完整的貴州大花杜鵑種子能在水表面漂浮更長時間。原因是種皮和果皮間填充著一種結(jié)構(gòu)疏松的纖維，這種結(jié)構(gòu)除了使得種皮和果皮外部有一定的阻水能力外，還會使種子內(nèi)部能夠存在氣體，增強植物種子在水面的漂浮能力［5］。

通過傳播試驗?zāi)軌蛲茰y實際情況，貴州大花杜鵑種子自身具有正常的風傳播和水傳播能力，風速的提升會增加擴散距離，擴大貴州大花杜鵑種子散布的范圍，但留翅種子比去翅種子傳播距離小，在一定程度上減小了種子庫范圍。用2個不同高度來重復風傳播試驗，結(jié)果表明，高度越高，風傳播效果更好，屬于小喬木的貴州大花杜鵑更能在風傳播時飄得更遠。但貴州大花杜鵑所處的生境叢林密集，周圍亦有高大喬木，由此決定風傳播的距離有限。種翅能明顯增加水傳播距離，貴州大花杜鵑的生長區(qū)域并不靠近江河，并不能直接靠江河的徑流傳播，更多情況是其種子的水傳播在雨天天氣條件下完成的，且由于生境所處地域凋落地被物較厚，地表徑流較少，因此種子水傳播實際效率并不高。

種子的萌發(fā)需要生境提供適宜的環(huán)境，溫度是這個過程中不可或缺的因素，適宜的溫度能夠軟化種皮，利于出芽，還能調(diào)節(jié)種子的吸水能力，并加快種子的酶促反應(yīng)，讓種子順利萌發(fā)［6-9］。在已有對杜鵑花種子萌發(fā)的最適溫度研究中，杜鵑花萌發(fā)的最適溫度是15～25 ℃［10］，而該試驗最適溫度為20～30 ℃，整體平均最適溫度提高5 ℃左右，適合其種子萌發(fā)的溫度范圍更廣，這可能是植物特性所決定的，說明貴州大花杜鵑種子喜熱，同時說明溫度不會造成貴州大花杜鵑萌發(fā)障礙。

從光照數(shù)據(jù)分析處理結(jié)果來看，光照條件下的種子平均發(fā)芽率比全黑暗條件下的種子發(fā)芽率更高。由此可知，光照對貴州大花杜鵑種子發(fā)芽有影響，但黑暗條件下，種子發(fā)芽率亦可達到37.20%，但后期由于無光照，幼苗逐漸死亡，這與周艷等［11］的研究結(jié)果一致。在原生境條件下，貴州大花杜鵑所處林下很少見到幼苗，可能是由于處于密林之中，林下光照稀少，即便種子可以萌發(fā)，但由于該種是需光植物，種子萌發(fā)后光照不足，可見該因素是導致貴州大花杜鵑瀕危的因素之一，幼苗建成障礙會影響種群的增長。

種子在凋落物覆蓋的森林表層土壤中等待萌發(fā)期間，環(huán)境要素（如光照、溫度以及化學物質(zhì)含量等）對種子萌發(fā)和幼苗生長產(chǎn)生影響［12］。凋落物對植物的自然更替作用是雙重的，凋落物的類型和深厚程度在適合種子萌發(fā)時才能促進種子的萌發(fā)［11］ 。當植物處于種子萌發(fā)和幼苗生長時，凋落物可降低土壤水分的蒸發(fā)率，減小溫度的大幅度變化，使得掉在土壤上的種子得到更好的生長環(huán)境，也改變了動物的取食環(huán)境，提供了豐富的養(yǎng)分資源，從而為種子萌發(fā)和幼苗生長發(fā)育提供良好的微環(huán)境。同時，凋落物具有物理阻礙作用和化感作用，如果凋落物過厚而致密，傳播后的種子不能直接掉落在土壤之上［13］，阻止或延遲幼苗到達土壤表面，難以扎根及生長，從而影響種子的萌發(fā)和出苗等進程。該試驗基質(zhì)對貴州大花杜鵑發(fā)芽影響明顯，土壤之間的縫隙比腐殖質(zhì)和凋落物更小，土壤對比二者，有著更好的保溫保水功能，更能提供種子所需萌發(fā)條件。對于凋落物，受到風的影響，凋落物水分蒸發(fā)更快，溫度不能長時間穩(wěn)定，這直接降低了凋落物上的種子發(fā)芽率。腐殖質(zhì)保溫保水功能處于二者之間，發(fā)芽率也處于二者之間。在已有凋落物對種子萌發(fā)影響研究表示，凋落物對種子萌發(fā)抑制作用明顯，凋落物厚度越大，抑制作用越明顯，只有在厚度3 cm凋落物有少量種子萌發(fā)［14］，這與該試驗結(jié)果一致。

該試驗結(jié)果表明，種子自身傳播和萌發(fā)的能力不是導致貴州大花杜鵑種群稀少的原因，推測是該物種受到生境影響的結(jié)果。另一方面，安龍龍頭大山屬于保護區(qū)，人類活動較少，該物種植株周圍大樹密集，地上積累較厚的凋落物，凋落物會延緩與阻礙種子掉落到土壤，而直接掉落到凋落物上會降低貴州大花杜鵑種子發(fā)芽率。除此之外，周圍高大的喬木及深厚的凋落物會遮擋光照、流失水分和散失溫度等，使貴州大花杜鵑不能出苗或者在幼苗形態(tài)建成過程中成活率降低，導致其種群自然更新能力差，種群稀少。極小種群的形成并不是單純因素造成的，往往是多重作用的結(jié)果。對于貴州大花杜鵑的瀕危機制，其傳粉生物學及繁育系統(tǒng)方面等可能造成該物種瀕危的因素還有待進一步研究。

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