異質(zhì)生境下黑果枸杞異形果實(shí)的種子休眠及萌發(fā)特性

熱依拉穆·麥麥提吐爾遜，哈里布努爾，艾沙江·阿不都沙拉木,2

（1.喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院,新疆 喀什 844000；2.新疆帕米爾高原生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 喀什 844000）

被子植物在漫長(zhǎng)的演化過(guò)程中，進(jìn)化出了適應(yīng)各種環(huán)境（荒漠、高山）的生存能力和適應(yīng)機(jī)制。同一物種因自然環(huán)境中的資源或其他生物和非生物環(huán)境條件的異質(zhì)性，在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能及繁殖特性等生存能力上表現(xiàn)出不同的適應(yīng)特征及繁殖對(duì)策［1-2］；尤其是果實(shí)/種子的形狀、大小、質(zhì)量休眠、萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)等形態(tài)形狀及生態(tài)行為上的多態(tài)性或異形性來(lái)保障繁殖及后代適合度［3-4］；相關(guān)研究認(rèn)為果實(shí)或種子異形性是種子植物對(duì)異質(zhì)環(huán)境生存的最佳適應(yīng)方式。

果實(shí)異形性是因外部環(huán)境及植物本身遺傳特征果實(shí)在形狀、大小、顏色及外部結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的異質(zhì)性，并產(chǎn)生不同散布、休眠、萌發(fā)或幼苗生長(zhǎng)的生態(tài)學(xué)行為［3,5］的現(xiàn)象。該現(xiàn)象在290余種被子植物中出現(xiàn)并作為一種混合的散布和萌發(fā)對(duì)策，是植物在時(shí)空異質(zhì)環(huán)境長(zhǎng)期進(jìn)化的一種生存及適應(yīng)［6］；因此，異形果實(shí)在形態(tài)和生態(tài)學(xué)上表現(xiàn)出的多態(tài)性減少了環(huán)境的時(shí)空變化對(duì)植物繁殖成功的影響，并促進(jìn)植物在高度不可預(yù)測(cè)和時(shí)空異質(zhì)的環(huán)境中的成功繁殖定居［3,7］。

黑果枸杞（Lycium ruthenicum）是分布于我國(guó)西北地區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)（荒漠、綠洲、草原及高山）的國(guó)家二級(jí)保護(hù)藥食植物資源，是干旱區(qū)水土保持的先鋒抗逆優(yōu)良樹種之一［8］。國(guó)內(nèi)研究者均認(rèn)為該物種產(chǎn)生同位花產(chǎn)生的扁形果實(shí)，并相關(guān)研究主要集中在同一居群內(nèi)的生理生態(tài)［9］、生態(tài)抗旱［10］、種子萌發(fā)［11］、野生種源的馴化［8,12］等；但是在前期研究中發(fā)現(xiàn)，該物種在塔克拉瑪干沙漠邊緣的不同海拔居群中產(chǎn)生兩種類型花及其異形果實(shí)；并且二者的生物量從低海拔居群到高海拔居群逐漸降低，且扁形果實(shí)重于圓球形果實(shí)（圖1）。然而，關(guān)于黑果枸杞同一物種在不同海拔種群的繁殖模式是否隨著海拔梯度的變化而發(fā)生變化，異形果實(shí)產(chǎn)生的種子對(duì)不同海拔梯度環(huán)境表現(xiàn)出何種生態(tài)適應(yīng)機(jī)制等科學(xué)問(wèn)題尚不明確。因此，本文以分布于西北干旱區(qū)的黑果枸杞為研究材料，對(duì)其在不同海拔居群的異形果實(shí)的種子萌發(fā)特性、種子休眠及種子質(zhì)量進(jìn)行了研究，以期揭示該物種異形果實(shí)的種子在不同海拔居群的種子萌發(fā)特性及其對(duì)不同氣候類型荒漠環(huán)境的響應(yīng)。我們假設(shè)異形果實(shí)產(chǎn)生的種子在不同海拔梯度的種群中可能表現(xiàn)出一定的生態(tài)差異和不同的種子休眠特性。為了證實(shí)該假設(shè)，分別探討了以下問(wèn)題：（1）不同種群異形果實(shí)產(chǎn)生的種子休眠類型間是否存在差異？（2）兩種果實(shí)產(chǎn)生的種子在不同環(huán)境（海拔梯度）)中的休眠特征上是否存在差異？（3）不同種群異形果實(shí)產(chǎn)生的種子對(duì)異質(zhì)環(huán)境如何響應(yīng)？本研究為探討異形果實(shí)和生境異質(zhì)性對(duì)植物生長(zhǎng)繁殖的影響，有利于揭示植物對(duì)海拔高度變化的環(huán)境適應(yīng)性響應(yīng)策略，為提高植物繁殖成功率、植物保護(hù)和恢復(fù)提供理論依據(jù)。

圖1 黑果枸杞異型花及果實(shí)的形狀、種子大小及兩種果實(shí)在不同海拔居群的生物量差異Fig.1 Morphology of two morph flower and heteromorphic fruit(a)and their seed size(c),and heteromorphic fruit biomass(b)of Lycium ruthenicum at different elevational populations

1 材料與方法

1.1 研究材料和研究地點(diǎn)

黑果枸杞（Lycium ruthenicum）隸屬于茄科（Solanaceae）枸杞屬（Lycium）的國(guó)家二級(jí)保護(hù)食藥用植物資源，在我國(guó)生長(zhǎng)于寧夏、青海、內(nèi)蒙古、甘肅及新疆等西北地區(qū)，海拔在1100～3200 m 的不同生態(tài)系統(tǒng)。新疆南部（塔克拉瑪干沙漠西南部）的荒漠及高山環(huán)境中分布最廣。該物種在南疆分布區(qū)域的自然居群中出現(xiàn)同位花和異位花植株［13］，并且較高自交率的同位花產(chǎn)生扁平形漿果、而異交率較高的異位花產(chǎn)生圓球形漿果，果實(shí)均為黑紫色，種子腎形。本研究均以3個(gè)不同海拔居群的兩種類型果實(shí)為研究材料（圖1，表1），在2019—2020 年開展了室內(nèi)的控制性試驗(yàn)。

表1 研究居群地理位置、海拔、年降雨量、年均溫度、年日照時(shí)數(shù)、開花時(shí)間及生境類型Tab.1 Geographic location,elevation,annual rainfall,average annual temperature,annual sunshine hours,flowering time and habitat type of the study population

研究地點(diǎn)為我國(guó)塔克拉瑪干沙漠西南部不同海拔的平原及高山荒漠環(huán)境（表1）；低海拔阿圖什荒漠環(huán)境屬于暖溫帶荒漠氣候類型，而阿克陶及塔什庫(kù)爾干高山荒漠環(huán)境屬于冷溫帶氣候類型。3個(gè)自然居群的海拔、降雨量、年均溫度、日照長(zhǎng)度以及該物種的開花時(shí)間上存在顯著差異（表1）；其中年平均溫度從低海拔向高海拔逐步降低，反而降雨量低海拔平原荒漠至高原荒漠逐漸增多。

1.2 研究方法

1.2.1 異形果實(shí)的自然結(jié)籽率及種子吸水特性的測(cè)定

（1）自然結(jié)籽率，為了判斷該物種不同自然居群異形果實(shí)的自然結(jié)籽率，在不同自然居群果實(shí)剛成熟時(shí)，隨機(jī)選取兩種果實(shí)各200個(gè)，統(tǒng)計(jì)每個(gè)果實(shí)內(nèi)完整的種子數(shù)。自然結(jié)籽率＝果實(shí)內(nèi)完整的種子數(shù)/胚珠數(shù)×100%。隨機(jī)選取兩種類型果實(shí)各100粒種子使用便攜式SE 2000 型電子游標(biāo)卡尺（桂林迪吉特電子有限公司，桂林，中國(guó)；精度為0.02 mm）測(cè)量種子長(zhǎng)寬度，同時(shí)使用FA1004型電子天平（華豐電子儀器廠，寧波，中國(guó)；精度為0.0001 g），測(cè)量十粒種子的重量，各重復(fù)10次。

（2）種子吸水特性，為了判斷不同自然居群兩種異形果實(shí)的種子在吸水特點(diǎn)上的差異，選取兩種類型果實(shí)整且飽滿的種子各50 粒，平均分成5 組，使用電子天平測(cè)量每組種子質(zhì)量；將每組種子置于有兩層濾紙的培養(yǎng)皿（直徑為9 cm）中，加適量蒸餾水，每隔1 h稱一次每組種子質(zhì)量，直到種子質(zhì)量不再增加為止；最后參照Baskin 等［14］的方法計(jì)算種子吸水率（Wr），Wr=［(Wf-Wi)/Wi］×100，其中，Wi及Wf是種子吸水前和吸水1 h 后的質(zhì)量，比較不同自然居群兩種類型果實(shí)種子的吸水率的差異。

1.2.2 光照、溫度對(duì)異形果實(shí)種子萌發(fā)的影響 為了判斷光照和溫度對(duì)兩種異形果實(shí)種子萌發(fā)的影響，分別從黑果枸杞不同自然居群中將剛成熟的果實(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室，將果實(shí)和種子分離，然后選取完整且飽滿的種子置于放有兩層濾紙的培養(yǎng)皿里（每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)25 粒種子，重復(fù)4 次），然后置于2～5 ℃、10～20 ℃及20～30 ℃3 個(gè)不同溫度梯度、光照/黑暗（培養(yǎng)皿用不透光的黑色袋子包裹）各12 h 條件下的變溫光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)28 d。為了確保不同溫度梯度和不同光照處理的培養(yǎng)皿中的水分保持一致，每天對(duì)每個(gè)培養(yǎng)皿加入2 mL蒸餾水，每天統(tǒng)計(jì)一次每個(gè)培養(yǎng)皿中種子的萌發(fā)情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)束用TTC（0.1%的氯化三苯四氮唑溶液）處理方法，對(duì)每組未萌發(fā)的種子活力進(jìn)行檢測(cè)。TTC 處理后的種胚在20 ℃全黑暗條件下放置24 h，有活力的種子將被染成紅或粉紅色。

1.2.3 赤霉素處理對(duì)異形果實(shí)種子萌發(fā)的影響 為了判斷赤霉素（GA3）濃度對(duì)該物種不同自然居群兩種異形果實(shí)種子萌發(fā)的影響，將剛成熟完整且飽滿的種子置于放有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中（每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)25 粒種子，重復(fù)4 次），分別加入5 mL 的0.1 mmol·L-1、1 mmol·L-1和10 mmol·L-1濃度的GA3溶液，用封口膜密封培養(yǎng)皿并且用不透光的黑色布袋包裹（重復(fù)4 次），在2～5 ℃、10～20 ℃及20～30 ℃溫度梯度的變溫培養(yǎng)箱里全黑暗條件下培養(yǎng)28 d，為了確保不同溫度梯度處理的培養(yǎng)皿中的GA3溶液濃度及水分保持一致，培養(yǎng)皿里加5 mL 的不同濃度GA3溶液后用封口膜密封培養(yǎng)皿并用不透光的黑色袋子包裹，以防止水分蒸發(fā)引起水勢(shì)變動(dòng)影響處理；每5 d 全黑暗條件下對(duì)每個(gè)培養(yǎng)皿加入0.5 mL對(duì)應(yīng)濃度的GA3溶液，并統(tǒng)計(jì)一次萌發(fā)率。

1.2.4 室內(nèi)干旱脅迫（PEG）對(duì)異形果實(shí)種子萌發(fā)的影響 為了判斷干旱脅迫對(duì)該物種不同自然居群兩種異形果實(shí)種子萌發(fā)的影響，將種子置于放有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿25 粒種子（重復(fù)4次），分別加入5 mL 的10%、20%、30%的聚乙二醇（PEG 6000）溶液在培養(yǎng)皿中，在2～5 ℃、10～20 ℃及20～30 ℃3 個(gè)溫度梯度的全黑暗條件下培養(yǎng)28 d。為了維持培養(yǎng)皿小環(huán)境溶液的濃度用封口膜密封培養(yǎng)皿并且用不透光的黑色布袋包裹，以防止水分蒸發(fā)引起水勢(shì)變動(dòng)；用封口膜密封培養(yǎng)皿并且用不透光的黑色布袋包裹，為了維持培養(yǎng)皿內(nèi)PEG濃度及水分保持穩(wěn)定，每五天全黑暗條件下對(duì)每個(gè)培養(yǎng)皿加入0.5 mL對(duì)應(yīng)濃度的PEG溶液，并統(tǒng)計(jì)一次萌發(fā)率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本文的所有數(shù)據(jù)在SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件中進(jìn)行分析。首先對(duì)所有數(shù)據(jù)在分析前均進(jìn)行正態(tài)分布和方差齊性檢驗(yàn)。對(duì)服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，利用廣義線性模型（Generalized Linear Model，GLM）中的正態(tài)分布模型-恒定函數(shù)對(duì)異形果實(shí)的結(jié)籽率、吸水特性、種子大小及種子十粒重進(jìn)行比較分析；采用二項(xiàng)式分布-Logistic關(guān)聯(lián)函數(shù)分析比較分析種子萌發(fā)率，單因素方差分析的Tukey’s HSD 用于檢驗(yàn)處理間多重比較的差異顯著性（α=0.05）。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤（mean±SE）表示，作圖使用Sigma Plot 14.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 異形果實(shí)的自然結(jié)籽率及種子吸水特性

黑果枸杞兩種異形果實(shí)的自然結(jié)籽率受到果實(shí)類型（Waldχ2=57.40，P＜0.001）及種群（Waldχ2=12.32，P＜0.001）的影響，但未受二者交互作用的影響（Waldχ2=0.95，P=0.62）。扁形果實(shí)的結(jié)籽率高于圓球形果實(shí)，兩種果實(shí)的自然結(jié)籽率均從低海拔的平原荒漠（阿圖什）居群到高山荒漠（塔縣）居群逐漸降低（圖2a）。兩種果實(shí)產(chǎn)生的種子大小及重量存在一定的差異；異形果實(shí)產(chǎn)生的種子十粒重受到種群、果實(shí)類型及二者相互作用的影響，其中圓球形果實(shí)產(chǎn)生的種子十粒重從低海拔居群到高海拔居群逐漸增重，反而扁形果實(shí)的種子十粒重從低海拔居群到高海拔居群逐漸減重（圖2b）。兩種異形果實(shí)產(chǎn)生種子的長(zhǎng)度受到種群（Waldχ2=23.21，P＜0.001）及種群-果實(shí)相互作用（Waldχ2=15.27，P＜0.001）的影響，未受果實(shí)類型（Waldχ2=109.37，P＜0.001）的影響；兩種果實(shí)的長(zhǎng)度均從低海拔到高海拔逐漸增長(zhǎng)（圖2c），但種子寬度未受到種群（Waldχ2=1.77，P=0.41）、果實(shí)類型（Waldχ2=1.17，P=0.28）及二者相互作用（Waldχ2=1.94，P=0.38）的影響（圖2d）。說(shuō)明異形果實(shí)海拔依賴的結(jié)籽率對(duì)種子質(zhì)量有一定的影響。

圖2 不同海拔自然居群黑果枸杞兩種類型果實(shí)的結(jié)籽率（a）、種子十粒重（b）、種子長(zhǎng)（c）及寬度（d）Fig.2 The seed set(a),10-seed weight(b),seed length(c)and width(d)of Lycium ruthenicum heteromorphic fruits at different elavional population

兩種類型果實(shí)產(chǎn)生的種子吸水率受到種群（Waldχ2=97.17，P＜0.001）、果實(shí)類型（Waldχ2=12.27，P＜0.001）及時(shí)間（Waldχ2=10.09，P＜0.01）的影響，但未受到種群與果實(shí)類型（Waldχ2=4.62，P=0.10）、種群與時(shí)間（Waldχ2=2.28，P=0.69）、果實(shí)類型與時(shí)間（Waldχ2=1.01，P=0.06）及果實(shí)類型與時(shí)間以及種群（Waldχ2=1.51，P=0.82）交互作用的影響；3個(gè)種群兩種類型果實(shí)產(chǎn)生的種子在1 h內(nèi)迅速吸水，后面的2 h內(nèi)緩慢吸水（圖3）。3個(gè)種群內(nèi)兩種異形果實(shí)種子的吸水率從高海拔種群到比低海拔種群逐漸減少；扁形果實(shí)種子的吸水增長(zhǎng)率比圓球形果實(shí)種子多，并且二者的吸水率與居群降雨量間存在不同程度的正相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明，居群年均降雨量是影響種子吸水特性的主要因素。

圖3 不同居群黑果枸杞扁形果實(shí)（a）和圓球形果實(shí)（b）產(chǎn)生種子的吸水曲線Fig.3 Water absorption curves(mean±1 s.e.)of flat fruit seed(a)and globular fruit seeds(b)of Lycium ruthenicum at different elevational population

2.2 光照及溫度對(duì)種子萌發(fā)的影響

扁形及圓球形果實(shí)產(chǎn)生的種子萌發(fā)率受種群、溫度、果實(shí)類型、種群與溫度、種群與果實(shí)類型、種群與光照、溫度與果實(shí)類型、溫度與光照、果實(shí)類型與光照、溫度-果實(shí)類型及種群、溫度-種群及光照、種群-果實(shí)類型及光照以及之間的交互作用的影響，但光照、果實(shí)類型與光照、溫度-果實(shí)類型及光照、溫度-果實(shí)類型-種群及光照之間的交互作用對(duì)種子萌發(fā)沒(méi)有顯著影響（圖4，表2）。

表2 三種處理?xiàng)l件下，種群、溫度、光照及果實(shí)類型及其交互作用對(duì)黑果枸杞異形果實(shí)種子萌發(fā)影響的廣義線性模型分析Tab.2 Effects of population,temperature,light condition,fruit type and their interaction on seed germination of Lycium ruthenicum heteromorphic fruit in three treatments were generalized linear model(GLM)

圖4 黑果枸杞不同海拔自然居群扁形（a，b）和圓球形（c，d）果實(shí)的種子在不同溫度光照（a，c）和全黑暗（b，d）條件下的最終萌發(fā)率Fig.4 Final germination percentages(mean±1 s.e.)of flat(a,b)and globular(c,d)fruit seeds of Lycium ruthenicum at different elevational population in three temperature regimes of light(a,c)and constant darkness(b,d)at laboratory conditions

兩種類型果實(shí)產(chǎn)生的種子在不同溫度黑暗條件下的萌發(fā)率均高于光照條件下的萌發(fā)率（圖4）；扁形果實(shí)產(chǎn)生的種子在不同溫度及光條件（光照/黑暗）的萌發(fā)率比圓球形果實(shí)產(chǎn)生的種子的萌發(fā)率低（圖4）。兩種類型果實(shí)產(chǎn)生的種子在低溫2～5 ℃條件下的萌發(fā)率均低于10%，種子萌發(fā)率從不同光條件低溫2～5 ℃到高溫20～30 ℃逐漸提高（圖4）；塔縣種群兩種類型果實(shí)的種子在不同溫度及光強(qiáng)度下的萌發(fā)率比其他種群低，明顯存在中度生理休眠；反而在阿克陶及阿圖什種群中存在非深度生理休眠，在低海拔種群中20～30 ℃的黑暗條件促進(jìn)兩種果實(shí)產(chǎn)生種子萌發(fā)率（圖4）。以上結(jié)果說(shuō)明高溫與黑暗條件是打破該物種兩種果實(shí)種子休眠的主要因素。

2.3 赤霉素處理對(duì)種子萌發(fā)的影響

黑暗條件下溫度、果實(shí)類型、種群、及赤霉素濃度對(duì)種子萌發(fā)有顯著影響（表2）；同時(shí)，溫度與果實(shí)類型、溫度與種群、溫度與赤霉素、果實(shí)類型與種群、果實(shí)類型與赤霉素、果實(shí)類型與種群、溫度-果實(shí)類型及種群、溫度-果實(shí)類型及赤霉素、溫度-種群及赤霉素、種群-果實(shí)類型及赤霉素以及溫度-果實(shí)類型-種群及赤霉素之間的交互作用對(duì)種子萌發(fā)有顯著影響（表2）。

0.1 mmol·L-1的GA3濃度下塔縣居群兩種類型果實(shí)高溫處理種子的（20～30 ℃）萌發(fā)率提高到80%，其他種群的兩種果實(shí)產(chǎn)生的種子萌發(fā)率均提高到90%以上。1 mmol·L-1濃度的赤霉素對(duì)阿圖什和阿克陶種群種子的萌發(fā)率有促進(jìn)作用，但高濃度的赤霉素（10 mmol·L-1）對(duì)種子萌發(fā)沒(méi)有促進(jìn)作用。說(shuō)明GA3濃度能打破黑果枸杞異形果實(shí)種子的休眠；其中0.1 mmol·L-1的GA3濃度是打破種子休眠的最合適濃度（圖5）。

圖5 黑果枸杞不同海拔自然居群扁形（a，b，c）和圓球形（d，e，f）果實(shí)的種子在不同GA3濃度及不同溫度全黑暗條件下的最終萌發(fā)率Fig.5 Final germination percentages(mean±1 s.e.)of(a,b,c)and globular(d,e,f)fruit seeds of Lycium ruthenicum at different elevational population in different concentration of GA3 density and different temperature constant darknesss at laboratory conditions

2.4 室內(nèi)干旱脅迫（PEG）對(duì)種子萌發(fā)的影響

黑暗條件下PEG濃度、果實(shí)類型、種群、及溫度對(duì)種子萌發(fā)有顯著影響（表2）；同時(shí)，PEG濃度與種群、PEG 濃度與溫度、果實(shí)類型與種群、果實(shí)類型與溫度、PEG 濃度-果實(shí)類型及種群、PEG 濃度-果實(shí)類型及溫度、PEG 濃度-種群及溫度、種群-果實(shí)類型及溫度以及PEG 濃度-果實(shí)類型-種群及溫度之間的交互作用對(duì)種子萌發(fā)有顯著影響（表2）；但PEG 濃度與果實(shí)類型之間的交互作用對(duì)種子萌發(fā)的影響不顯著。不同溫度條件下PEG 濃度對(duì)種子萌發(fā)均有負(fù)面影響，其中高溫條件下PEG濃度對(duì)扁形果實(shí)產(chǎn)生的種子萌發(fā)率的影響比圓球形果實(shí)產(chǎn)生的種子萌發(fā)率高（圖6c，圖6f）；阿圖什種群兩種類型果實(shí)產(chǎn)生的種子萌發(fā)率比阿克陶和塔縣種群低。以上結(jié)果說(shuō)明，PEG 對(duì)高海拔塔縣種群兩種果實(shí)產(chǎn)生種子的影響最明顯，對(duì)扁形果實(shí)產(chǎn)生的種子萌發(fā)的影響比圓球形果實(shí)強(qiáng)。

圖6 黑果枸杞不同海拔自然居群扁形（a，b，c）和圓球形（d，e，f）果實(shí)的種子在不同濃度PEG溶液和不同溫度全黑暗條件下的最終萌發(fā)率Fig.6 Final germination percentages(mean±1 s.e.)of flat(a,b,c)and globular(d,e,f)fruit seeds of Lycium ruthenicum at different elevational population in different concentration of PEG solution and different temperature constant darknesss at laboratory conditions

3 討論

3.1 異形果實(shí)在異形環(huán)境中的種子質(zhì)量的差異

異形果實(shí)（種子）間的差異主要表現(xiàn)在果實(shí)/種子的形狀結(jié)構(gòu)、大小等形態(tài)結(jié)構(gòu)上［5,7］，其中果實(shí)（種子）大小及數(shù)量的變異是研究植物適合度的核心問(wèn)題，也是影響種群動(dòng)態(tài)、種間相互作用和群落演替的關(guān)鍵因素［1,15］，在菊科獅牙苣屬（Leontodon saxatilis）產(chǎn)生兩種黑棕色和淺棕色的果實(shí)［15］；而不同海拔居群的異型花柱植物雪地報(bào)春（Primula nivalis）中，短花柱花產(chǎn)生的種子重于長(zhǎng)花柱花產(chǎn)生的種子［1］。本研究中黑果枸杞異位花和同位花產(chǎn)生形狀、大小及重量間存在顯著差異的圓球形果實(shí)和扁形果實(shí)；不同海拔種群果實(shí)質(zhì)量、形狀及大小間存在顯著差異；這可能與影響果實(shí)發(fā)育的溫度、植物分配的資源及授粉方式有關(guān)。果實(shí)和種子質(zhì)量的差異通過(guò)“忍耐脅迫”和“能量限制”假說(shuō)來(lái)解釋，前者認(rèn)為種子重量與居群海拔間存在正相關(guān)性，并且大的種子在高海拔地區(qū)幼苗和成活率方面具有很大的優(yōu)勢(shì)［16-17］；后者認(rèn)為種子重量與居群海拔間存在負(fù)相關(guān)性，因?yàn)楦吆０尉尤旱牡蜏睾投痰纳L(zhǎng)期能影響光合速率及種子發(fā)育需要的能量［18-19］，如在馬先蒿屬（Pedicularis）果實(shí)中的種子數(shù)與海拔間存在正相關(guān)性［19］，而二型花柱植物白心球花報(bào)春（Primula atrodentata）隨著海拔的升高，短花柱型自交的結(jié)籽率、百粒重、萌發(fā)率呈下降后升高趨勢(shì)［20］。本研究中，黑果枸杞兩種類型果實(shí)的結(jié)籽率從低海拔到高海拔逐漸降低，而扁形果實(shí)的重量和大小從低海拔到高海拔降低，反而圓球形果實(shí)產(chǎn)生種子質(zhì)量及大小從低海拔居群到高海拔居群逐漸增重（圖2）；扁形果實(shí)產(chǎn)生的種子質(zhì)量的結(jié)果支持能量限制假說(shuō)，而圓球形果實(shí)支持忍耐脅迫假說(shuō)，并且種子大小和質(zhì)量上表現(xiàn)出了“兩頭下注”的適應(yīng)對(duì)策；種子大小在不同居群間的差異可能是生活史性狀和資源調(diào)控策略的綜合體現(xiàn)［17］；這方面需要進(jìn)一步控制性試驗(yàn)和驗(yàn)證。

3.2 異形果實(shí)種子的萌發(fā)及休眠

種子萌發(fā)是植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期［21］，分布在干旱地區(qū)的早春短命植物為了在缺水、高溫的干熱季節(jié)來(lái)臨之前迅速完成生活史，充分利用早春雨水或冰雪融化的雪水提供的土壤濕度和溫度生長(zhǎng)發(fā)育［22］。為了適應(yīng)不同的生存環(huán)境，植物種子表現(xiàn)出靈活的適應(yīng)性和生存繁殖策略，如，檸條種子在早春較低溫度和土壤含水量條件下萌發(fā)可能是對(duì)夏秋季較高的溫度和土壤含水量對(duì)種子萌發(fā)抑制作用的一種補(bǔ)償［23］；而尖喙?fàn)脚好缜锩戎隇榱耸购蟠哂懈嗟倪z傳多樣性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力產(chǎn)生多而小的種子，春萌株則產(chǎn)生少而質(zhì)量大且穩(wěn)定的種子，提高幼苗在鹽脅迫下的生存能力［24］。異形果實(shí)種子的形態(tài)（大小、顏色、形狀及質(zhì)量）結(jié)構(gòu)和生理（散布、休眠、萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)）行為特征差異被認(rèn)為是了解物種季節(jié)性變化和空間分布模式的重要特征［3,25］。為了適應(yīng)溫度、光照、水分和養(yǎng)分等環(huán)境條件異質(zhì)的環(huán)境，異形果實(shí)表現(xiàn)出一種“兩頭下注”的混合生殖對(duì)策［25-26］。

研究者認(rèn)為，種子萌發(fā)和休眠會(huì)受到溫度及氣候梯度變化的影響［27-28］，本研究中黑果枸杞剛采收的兩種果實(shí)的種子在不同溫度及光照條件下的萌發(fā)率上表現(xiàn)出異質(zhì)生境適應(yīng)的萌發(fā)和休眠特性；兩種果實(shí)在高溫（10～20 ℃及20～30 ℃）黑暗條件下才萌發(fā)，但低溫條件下不萌發(fā)（圖4），高溫和黑暗是影響兩種類型果實(shí)產(chǎn)生種子萌發(fā)率差異的主要因素；在黑暗條件下兩種異形果實(shí)的種子萌發(fā)率比光照條件下的萌發(fā)率高，在夏天高溫條件下的高萌發(fā)率是黑果枸杞在高海拔草原居群中的一種環(huán)境脅迫導(dǎo)致的適應(yīng)性。另外，不同濃度GA3處理的種子萌發(fā)率存在顯著差異（P＜0.05）；其中0.1 mmol·L-1濃度的高溫條件下塔縣居群兩種果實(shí)產(chǎn)生的種子萌發(fā)率提高（圖5c）。該物種在高溫黑暗條件下阿圖什和阿克陶居群兩種果實(shí)均有較高的萌發(fā)率，屬于淺性生理休眠類型，反而塔縣居群的兩種類型果實(shí)在高溫條件下的萌發(fā)率很低，屬于中性生理休眠類型；高山塔縣居群中扁形果實(shí)產(chǎn)生種子在不同光照及溫度下的萌發(fā)率低于圓球形果實(shí)產(chǎn)生的種子（圖4）。

黑果枸杞不同形狀果實(shí)產(chǎn)生的種子萌發(fā)率受到居群溫度、降雨量及光照的影響，以上3種因素是打破黑果枸杞種子生理休眠的主要因素。不同海拔高度影響同一物種種子萌發(fā)，例如藥用大黃（Rheum officinale）在中海拔（1650 m）處的種子有較高的萌發(fā)率，而海拔1650 m和1300 m 處的種子則對(duì)干旱和鹽脅迫的耐受力更強(qiáng)［29］。兩種果實(shí)的種子在不同海拔居群為了保證后代適合度，通過(guò)不同程度的休眠及延期萌發(fā)來(lái)“逃避”多變的極端環(huán)境，因此，在不同種群的部分種子不萌發(fā)的“風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)偂辈呗詠?lái)提高種子適合度［3］，并在種子萌發(fā)最合適的高溫及降雨量集中的7—9月爆發(fā)式萌發(fā)，黑果枸杞異形果實(shí)在不同海拔居群種子萌發(fā)及休眠上表現(xiàn)出的生活史特征及對(duì)異質(zhì)環(huán)境適應(yīng)是一種“兩頭下注”策略。

種子重量是影響種子庫(kù)和幼苗生長(zhǎng)速度的主要因素［1］，由于居群海拔差異使成熟種子的萌發(fā)行為具有可變性［30］。比如，高寒草甸植物種子萌發(fā)率隨著居群海拔的上高而降低［31］，露蕊烏頭種子反而在低海拔地區(qū)有較高的萌發(fā)率［32］。高海拔（塔縣）居群中兩種果實(shí)產(chǎn)生的種子較低的萌發(fā)率能夠提高種子庫(kù)和種子休眠程度。此外，居群隨著海拔梯度變化而變化的資源限制和交配方式可能是影響不同海拔居群種子萌發(fā)率的因素之一；在不同海拔居群中二者種子休眠及萌發(fā)率的權(quán)衡關(guān)系可能是影響居群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素。

3.3 異形果實(shí)對(duì)異質(zhì)生境干旱脅迫的響應(yīng)

溫度、光照及水分是影響種子萌發(fā)的因素之一，其中，水分在種子打破休眠及萌發(fā)中起到重要作用［33-34］。在干旱荒漠環(huán)境的植物長(zhǎng)期適應(yīng)干旱環(huán)境中演化出了避免種群滅絕的、抗旱的萌發(fā)對(duì)策［35-36］，適量PEG或NaCl對(duì)種子萌發(fā)起到一定的引發(fā)作用［37-38］。黑果枸杞作為荒漠植物，已有荒漠干旱脅迫適應(yīng)的能力，在本研究，室內(nèi)PEG 處理不同海拔居群兩種果實(shí)的種子在高溫黑暗條件下萌發(fā)率比低溫高，隨著PEG 濃度的升高，萌發(fā)抑制作用增強(qiáng)（圖6）；來(lái)源低海拔平原荒漠果實(shí)的種子在高濃度PEG 下的萌發(fā)率高于來(lái)源高海拔高山荒漠果實(shí)的種子；圓球形果實(shí)產(chǎn)生種子對(duì)PEG的抗旱能力比扁形果實(shí)強(qiáng)。該物種在3個(gè)降雨量差異明顯的自然居群長(zhǎng)期生存過(guò)程中形成了不同的抗旱對(duì)策，種子萌發(fā)率隨著水勢(shì)的下降而降低；較高的干旱脅迫對(duì)不同居群不同類型果實(shí)種子的萌發(fā)有一定的抑制作用，因此，在3個(gè)荒漠環(huán)境中降水量及時(shí)間分布不均勻（表1，圖3），該物種異形果實(shí)的種子對(duì)水分需求上進(jìn)化出了不同的響應(yīng)對(duì)策［4］；在低海拔居群中6 月下旬果實(shí)成熟時(shí)，兩種果實(shí)的種子在高溫條件下通過(guò)快速的萌發(fā)來(lái)嘗試幼苗形成，此時(shí)的干旱環(huán)境對(duì)圓球形果實(shí)影響不明顯，而在此種環(huán)境條件下扁形果實(shí)種子萌發(fā)率則受到干旱脅迫的抑制；8—9 月雨季來(lái)臨時(shí)大量的萌發(fā)形成更多的幼苗。高山荒漠環(huán)境中兩種果實(shí)成熟的7—8 月出現(xiàn)高溫及較高的降雨量，這種有利的環(huán)境促進(jìn)兩種果實(shí)種子的萌發(fā)率；不同海拔居群兩種果實(shí)產(chǎn)生種子的水合作用對(duì)休眠的打破和誘導(dǎo)起著一定作用。圓球形果實(shí)種子表現(xiàn)出的旱性植物特征比扁形果實(shí)的種子更明顯；二者的種子在低海拔降雨量極少的荒漠環(huán)境中表現(xiàn)出旱性植物的特征，而在降雨量充足的高山荒漠環(huán)境中表現(xiàn)出了中性植物的特征；黑果枸杞兩種果實(shí)的種子在南疆不同海拔居群中對(duì)水分的不同需求是該物種長(zhǎng)期適應(yīng)不同降雨量環(huán)境過(guò)程中逐漸演化成的特性。

4 結(jié)論

本文研究了不同海拔梯度對(duì)黑果枸杞異形果實(shí)種子休眠和萌發(fā)特性的影響，得出以下結(jié)論：

（1）異形果實(shí)結(jié)籽率從低海拔平原荒漠（阿圖什）居群到高山荒漠（塔縣）居群逐漸降低，扁形果實(shí)的結(jié)籽率比圓球形果實(shí)的高；圓球形果實(shí)種子十粒重從低海拔居群到高海拔居群逐漸增重，扁形果實(shí)則與之相反。

（2）不同溫度黑暗條件下的種子萌發(fā)率比光照條件下的高，圓球形果實(shí)產(chǎn)生的種子萌發(fā)率比扁形果實(shí)種子萌發(fā)率高，并且兩種類型果實(shí)種子萌發(fā)率不同光條件下從低溫到高溫逐漸提高。

（3）赤霉素（GA3）對(duì)種子萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用，其中，0.1 mmol·L-1的GA3濃度下高海拔塔縣居群兩種類型果實(shí)20～30 ℃高溫條件下的種子萌發(fā)率提高至80%，其他種群則提高到90%；但是高濃度的GA3對(duì)種子萌發(fā)有抑制作用。

（4）不同濃度條件下的聚乙二醇（PEG）對(duì)不同海拔種群種子萌發(fā)有負(fù)面影響，尤其是對(duì)高海拔（塔縣）種群最明顯；同時(shí)對(duì)圓球形果實(shí)的影響比扁形果實(shí)的低。