濕地松種子萌發(fā)對模擬水分脅迫的響應

張 聃，曹 昀，2，鄭 林，2

（1.江西師范大學 地理與環(huán)境學院，南昌 330022；2.江西師范大學 鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室，南昌 330022）

種子萌發(fā)是植物生活史的重要階段，是植物種群自然更新的基礎［1］。在沙漠地區(qū)以水分對沙地植物種子萌發(fā)的影響最為突出，雨量大小、降雨頻率及土壤濕度是決定沙地植物種子萌發(fā)的重要生態(tài)因子［2］。開展水分脅迫對沙生植物種子萌發(fā)的影響研究，有助于深入理解沙生植物地理分布及其對沙漠環(huán)境的適應策略，同時對沙地生態(tài)系統保護和植被生態(tài)恢復具有重要意義。

濕地松（P.elliottii）原產于美國東南部暖熱潮濕的低海拔地區(qū)，屬常綠喬木，在我國南方分布較廣［3］。因其耐旱、耐貧瘠和固沙能力強等特性適合作為沙化土地生態(tài)系統重建的先鋒植物［4］。目前有關濕地松的研究主要集中在生理生態(tài)［3－5］、生長因子［6］、群落調控［7－9］和菌根應用［10－11］等方面，干旱脅迫下濕地松種子的生長研究亦有少量報道［12］，而關于濕地松種子萌發(fā)對水分的生態(tài)響應及萌發(fā)特性還尚未涉及。

本文采用聚乙二醇（PEG－6000）高滲溶液試驗模擬干旱脅迫的方法，分析濕地松種子萌發(fā)對不同水分脅迫的響應，探求其萌發(fā)率、萌發(fā)特性及耐旱極限值，從而為其抗旱機理的研究提供依據，同時也為沙地生態(tài)系統保護和植被生態(tài)恢復提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

濕地松種子由江西省南昌市林業(yè)局提供，于2010年4月采集于廣東，千粒重為30.79g。選取大小均勻、飽滿、無病蟲的濕地松種子室溫下儲藏備用。滲透調節(jié)劑采用的PEG－6000（化學純CP）由上海青析化工科技有限公司生產。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子預處理 濕地松種子在30℃溫水中浸泡24h后，去除浮在水面的壞種子和部分雜質后浸入75%的酒精溶液中消毒處理20min，再用蒸餾水沖洗干凈后陰處晾干。

1.2.2 PEG－6000處理 采用 Michel和 Kaufmann方法［13］配制滲透勢梯度分別為－0.2MPa（C1）、－0.4MPa（C2）、－0.6MPa（C3）、－0.8MPa（C4）、－1.0MPa（C5）、－1.2MPa（C6）的 PEG－6000溶液，以蒸餾水作為對照CK對濕地松種子進行水分脅迫處理。采用培養(yǎng)皿紙上法進行種子萌發(fā)，每個培養(yǎng)皿（9cm）中都放3張吸水紙后再鋪上2張濾紙制成培養(yǎng)床。放入經過預處理后的種子，然后分別注入等量各滲透梯度的PEG－6000脅迫溶液使得吸水紙飽和，鋪上濕布后置于LRH－250－GSⅡ人工氣候箱中培養(yǎng)（濕度為58%RH，溫度為25℃，光周期為8h光照／16h黑暗）。每個處理4次重復，每處理50粒種子。以后每天都要將培養(yǎng)皿中的吸水紙用相應濃度的PEG－6000溶液沖洗，以保持各自的溶液濃度恒定。每3天更換吸水紙，以防吸水紙霉變。1.2.3 生長指標測定 每天定時進行觀察測定，以胚芽露出種皮為標準，當4個重復中有1個種子萌發(fā)時，即記錄為該種子萌發(fā)開始時期，以后每日要統計萌發(fā)數，計算萌發(fā)率，并把已經萌發(fā)的種子移植在其他同樣的環(huán)境中繼續(xù)觀察，當連續(xù)5d無新種子萌發(fā)作為萌發(fā)終止時期。同時以濕地松完全脫離種皮為標準認為其進入幼苗生長階段。主要選取以下生理指標作為研究內容:（1）萌發(fā)率（%）＝（萌發(fā)終止時期全部正常萌發(fā)的種子數／供試種子數）×100%；（2）相對發(fā)芽率（%）＝（各處理發(fā)芽率／對照發(fā)芽率）×100%；（3）發(fā)芽勢（%）＝（規(guī)定時間內種子發(fā)芽數／供試種子數）×100%；（4）發(fā)芽指數（Gi（＝∑Gt／Dt，Gt:在時間t日的發(fā)芽數；Dt:相應的發(fā)芽日數；（5）幼苗高度（cm）；（6）根長（cm）；（7）生物量（g／株），隨機選取各處理發(fā)育完全的幼苗，用電子天平測其鮮重取平均值。1.2.4 數據處理 試驗數據采用SPSS 11.5統計分析軟件進行差異顯著性檢驗，Excel 2003軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 水分脅迫對濕地松種子萌發(fā)時間的影響

水分脅迫對濕地松種子萌發(fā)時間有不同程度的影響。CK的濕地松種子在第5天開始萌發(fā)，在第8～10天出現萌發(fā)高峰期，在第12天萌發(fā)基本完成。C1與CK的萌發(fā)時間基本相似，在第7～8天的萌發(fā)數反而超過CK，而后其萌發(fā)時間一直與CK保持相似，且累計萌發(fā)數和CK無顯著差異（p＞0.05）。但是隨著PEG－6000溶液濃度的升高，其余各處理的初始萌發(fā)時間逐步推遲。輕中度脅迫處理（C2、C3）與CK相比初始萌發(fā)時間僅推遲1d，重度脅迫處理（C4、C5）分別比CK的初始萌發(fā)時間推遲了4d和8 d（圖1）。

圖1 濕地松種子逐日萌發(fā)率

已有研究表明，發(fā)芽勢或發(fā)芽指數比發(fā)芽率更能靈敏地反映種子發(fā)芽速度和出苗整齊度［14］。在試驗第10天統計各處理發(fā)芽勢，在輕度水分脅迫下，C1、C2與CK相比不存在顯著性差異（p＞0.05），C1的發(fā)芽勢甚至比CK略高。但是隨著水分脅迫的加重，發(fā)芽勢急速下降，C4的發(fā)芽勢僅為3.5%，相當于CK的1／13，而且在C5時發(fā)芽勢就降至為0（圖2）。說明水分脅迫對濕地松種子萌發(fā)初期的影響較大。

圖2 濕地松種子發(fā)芽勢

各處理的發(fā)芽指數與CK相比均有不同程度的下降，且存在顯著性差異（p＜0.05），呈現明顯的負相關關系（圖3）。由此表明:各濃度的PEG－6000溶液處理會不同程度的延緩濕地松種子萌發(fā)的初始時間和降低萌發(fā)速度，在水分的輕中度脅迫下，推遲時間無差異或較短，隨著溶液濃度的升高，推遲時間延長，直至種子無法萌發(fā)。

圖3 濕地松種子發(fā)芽指數

2.2 水分脅迫對濕地松種子最終萌發(fā)率的影響

試驗結束后，水對照處理（CK）、輕度脅迫處理（C1、C2）與中重度脅迫處理（C3、C4、C5、C6）存在顯著差異或極顯著差異（p＜0.05或p＜0.01）。C2是一個臨界值，當溶液濃度小于或等于－0.4MPa，濕地松種子的萌發(fā)率與對照相比均差異不顯著（p＞0.05）；當溶液濃度大于－0.4MPa，濕地松種子萌發(fā)率極度下降且均小于35%，重度脅迫處理C5僅為5.5%，相當于CK的1／11，而C6的萌發(fā)率甚至直接降至為0（圖4）。以上結果表明:不同水分脅迫對濕地松種子的萌發(fā)均有不同程度的抑制作用，且萌發(fā)抑制程度隨著PEG－6000溶液的濃度升高而增加，因此濕地松種子萌發(fā)率與PEG－6000溶液濃度呈明顯的負相關。

為進一步了解濕地松種子萌發(fā)的耐旱范圍，假設濕地松種子的萌發(fā)率分別為30%和0%，代入線性回歸方程可以計算出種子萌發(fā)的耐旱臨界值和耐旱極限值。通過計算可以得出濕地松種子萌發(fā)的耐旱臨界值是－0.68MPa，耐旱極限值是－1.14MPa。

圖4 水勢對濕地松種子萌發(fā)率的影響

2.3 水分脅迫對濕地松幼苗高度和根長的影響

隨著水分脅迫的加重，各處理濕地松幼苗高度呈下降趨勢，水對照CK最大，為15.2cm，C1與CK相比無顯著性差異（p＞0.05），其余各處理間均成極顯著性差異（p＜0.01）；而根長卻呈現先增大再減小的趨勢，輕度水分脅迫處理C1較CK有小幅增長，而后隨著水分脅迫的加重，根長均下降明顯（圖5）。

根系是植物生長重要的器官，水分的虧缺必然會影響根系的生長［15］。輕中度水分脅迫處理的幼苗根長與高度的比值基本上都維持在50%左右，表明濕地松根系對水分脅迫的敏感性較?。惠p度水分脅迫處理（C1、C2）均比CK大，表明輕度水分脅迫促進濕地松根的生長（圖6）。沙生植物的一個普遍特點是通過發(fā)達根系增加與土壤的接觸面和吸收面來吸取水分維持自身供給［16］。這就說明在水分脅迫下濕地松首先保證根系的發(fā)育來適應干旱環(huán)境，因此濕地松具有一定的抗旱性。

圖5 濕地松幼苗高度和根長

圖6 濕地松幼苗根長／高度

2.4 水分脅迫對濕地松幼苗生物量的影響

輕中度脅迫處理（C1、C2、C3）的生物量均比CK低，但差別不大。隨著水分脅迫的加劇，重度脅迫處理（C4、C5、C6）的生物量驟降至0（圖7）。在 C4條件下濕地松種子僅能發(fā)芽，但是無法進入幼苗生長階段，因此造成無法對其統計生物量。建立線性回歸方程預測分析其在重度水分脅迫下的趨勢，在－1.07 MPa下濕地松的生物量就降至為0，這與耐旱極限值基本一致。

造成該現象的主要原因是在水分脅迫條件下，濕地松幼苗根系無法吸收足夠的水分來供給各器官的生長發(fā)育，導致其生物量的減少。重度脅迫處理（C4、C5、C6）的濕地松無法成苗也說明重度水分脅迫會對種子產生抑制作用迫使其進入淺度休眠狀態(tài)來適應極度干旱環(huán)境，但是否可以再度復水萌發(fā)還有待進一步研究。

圖7 濕地公幼苗生物量

3 結論

（1）水分脅迫抑制濕地松種子萌發(fā)，且抑制程度隨著PEG－6000溶液的濃度升高而增加，其耐旱臨界值是－0.68MPa，耐旱極限值是－1.14MPa。

（2）水分脅迫對濕地松萌發(fā)初期影響較大，會推遲其萌發(fā)時間，分別為1～8d不等。

（3）濕地松幼苗高度和根長會隨著水分脅迫的加重而下降，但是幼苗的根系在輕中度水分脅迫下生長較為穩(wěn)定，從而提高水分的吸收和利用效率，表現出對干旱的適應。

（4）水分脅迫抑制濕地松幼苗的生物量積累，在－0.8MPa時濕地松進入淺度休眠狀態(tài)來適應極度干旱環(huán)境，線性回歸方程預測在－1.07MPa下濕地松的生物量降至為0。

因此濕地松種子萌發(fā)階段具有一定的抗旱性，是一種適合作為沙化土地生態(tài)系統重建的先鋒植物。

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