長芒草種子適宜萌發(fā)條件

周芝琴，李廷山，武艷培，胡小文

(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室 蘭州大學草地農(nóng)業(yè)科技學院,甘肅 蘭州 730020)

種子萌發(fā)受外界生態(tài)條件，如水分、溫度、氧氣、光照、土壤酸堿、土壤鹽分、化學物質(zhì)、埋深和生物條件的綜合影響[1-2]。其中，光照和溫度是影響植物種子萌發(fā)的重要因素。根據(jù)種子萌發(fā)對光照的反應，可將種子分為需光性、忌光性與光中性3種類型[3]。這一特性是種子感應自身生境的一個重要機制，如種子萌發(fā)的需光特性可能有利于避免種子在遮蔭或較深埋藏條件下萌發(fā)[4-5]。但種子萌發(fā)對光照反應的實際情況往往更為復雜，如光質(zhì)、光強、光周期等都會影響種子萌發(fā)對光的反應[6]，溫度也可能在一定程度上改變種子萌發(fā)對光照的反應。種子萌發(fā)是由一系列酶催化的生化反應引起的，因而溫度是影響種子萌發(fā)的另一重要因素。早在19世紀中期,德國學者Sach就提出使用溫度三基點即最低溫、最適溫與最高溫來描述種子萌發(fā)對溫度的需求[7]。最適溫度時，種子萌發(fā)速率最快，最終萌發(fā)率高，發(fā)芽整齊；當溫度低于最適溫而高于最低溫時，種子雖能萌發(fā)，但所需時間長，發(fā)芽不整齊；而當溫度高于最適溫而低于最高溫時，雖然萌發(fā)速率較快，但發(fā)芽率低[8]。因而，研究光照和溫度對種子萌發(fā)的作用不僅對了解植物對生態(tài)環(huán)境的適應性具有重要意義[9]，也對確定合適的種子檢驗條件具有一定的參考價值。

長芒草(Stipabungeana)，禾本科針茅屬，多年生密叢禾草，主要分布于亞洲中部和北部以及我國華北、西北，常見于路邊草地及干山坡。長芒草春季萌發(fā)甚早，耐踐踏，為山羊、綿羊所喜食，是山地早期放牧的一種重要牧草，具有重要的生產(chǎn)價值[3]。Cheng等[10]研究發(fā)現(xiàn)，隨著全球氣候的變化與人類活動的加劇，近30年來，長芒草的分布范圍呈現(xiàn)明顯擴張的趨勢，在干旱半干旱區(qū)草原由伴生種逐漸演替為建群種與優(yōu)勢種。這一過程，與長芒草種子的傳播及其在自然條件下的繁殖更新密不可分。目前為數(shù)不多的關(guān)于長芒草的工作主要集中于其形態(tài)、地域分布、飼用與生態(tài)價值的研究[11-13]，而對其種子萌發(fā)與幼苗繁殖更新的研究尚未見報道。此外，作為一種具有重要利用價值的牧草，適宜的種子質(zhì)量檢驗方法是必需的，但目前《牧草種子檢驗規(guī)程》僅見其同屬植物克氏針茅(S.krylovii)種子發(fā)芽試驗的測定方法。

基于此，本研究以長芒草為材料，探討了光照、溫度及其之間的互作對長芒草種子萌發(fā)的影響，以期為深入了解長芒草種子萌發(fā)的生態(tài)適應性，及確定長芒草適宜的萌發(fā)條件提供科學基礎。

1 材料與方法

1.1試驗材料 長芒草種子于2010年7月采于甘肅省榆中縣蘭州大學榆中校區(qū)(35°57′ N，104°10′ E)，經(jīng)清選干燥后，置于農(nóng)業(yè)部牧草與草坪草種子質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心(蘭州)種質(zhì)資源庫(4 ℃)貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.2試驗方法

1.2.1種子生活力測定 隨機數(shù)取25粒長芒草種子，4個重復，30 ℃黑暗條件下，1%氮紅四唑染色18 h，解剖鏡下觀察種子染色情況，計算其平均值，求得種子生活力為90%。

1.2.2種子千粒重測定 隨機數(shù)取100粒長芒草凈種子稱量，重復8次，計算平均值，求得其千粒重為0.873 g。

1.2.3光照對不同溫度條件下種子萌發(fā)與幼苗生長的影響 隨機數(shù)取50粒種子置于鋪有兩層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，分別置于恒溫5、10、15、20、25、30、35 ℃和變溫10 ℃/20 ℃、15 ℃/25 ℃、20 ℃/30 ℃條件下進行培養(yǎng)。各溫度條件下，分別設置持續(xù)黑暗與光暗交替(12 h/12 h)兩個處理，其中黑暗處理采用錫箔紙包裹培養(yǎng)皿，并放入不透光的紙盒，每處理4個重復。每天統(tǒng)計發(fā)芽率，持續(xù)兩周。

1.2.4測定指標 以胚根突出種皮作為發(fā)芽標準，按公式計算以下指標：

發(fā)芽率=發(fā)芽終期全部正常種苗數(shù)/供試種子數(shù)×100%，發(fā)芽終期為14 d。

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt，

式中，Gt為第t天的發(fā)芽率，Dt為發(fā)芽天數(shù)。

幼苗根長、苗長測定：在長芒草種子發(fā)芽試驗的第7天，對恒溫處理下發(fā)芽種子的根長、苗長隨機取10株進行測定，計算平均值即為相應的根長、苗長。

1.2.5數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計分析 采用SPSS 17.0對種子萌發(fā)與幼苗生長數(shù)據(jù)進行單因素或多因素方差分析，各處理間均值的多重比較采用DUNCAN法；采用Excel 2007制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1光照對不同溫度條件下種子發(fā)芽率的影響 光照、溫度及其互作均顯著影響長芒草種子的最終發(fā)芽率(表1)。因溫度不同，光照不同程度地抑制了長芒草種子的發(fā)芽。如在20 ℃條件下，長芒草在黑暗與光照條件下發(fā)芽率分別為88%與72%；而在30 ℃條件下，長芒草種子黑暗與光照條件下最終發(fā)芽率分別僅為45%與14%(圖1)。恒溫條件下，隨溫度的升高，長芒草種子發(fā)芽率呈現(xiàn)先升后降的趨勢，20 ℃條件下發(fā)芽率達到最高。與對應恒溫相比,除20 ℃/30 ℃變溫處理顯著促進種子發(fā)芽外，其它變溫處理對種子發(fā)芽無促進作用。

2.2光照對不同溫度條件下種子發(fā)芽指數(shù)的影響 在所有溫度條件下，光照均顯著降低種子的發(fā)芽指數(shù)(圖2)。如在20 ℃條件下，光照與黑暗條件下的發(fā)芽指數(shù)分別為4.35和8.32。5～20 ℃時，發(fā)芽指數(shù)隨溫度的增加而增加；20 ℃以后，發(fā)芽指數(shù)隨溫度的增加而減少。除20 ℃/30 ℃變溫光照條件下發(fā)芽指數(shù)高于對應恒溫條件下外，其他處理條件下，變溫處理對發(fā)芽速率沒有促進作用。

2.3光照對不同溫度條件下幼苗生長的影響 在恒溫條件下，培養(yǎng)溫度低于10 ℃或為35 ℃時，種子在第7天不萌發(fā)，因而無根長、苗長數(shù)據(jù)。其他培養(yǎng)溫度條件下，除15 ℃條件下的根長、苗長及20 ℃條件下的根長外，光照均顯著抑制了長芒草根與苗的生長，相比20 ℃，光照在其它亞適宜溫度條件下對長芒草幼苗生長的抑制明顯增強，如相比黑暗條件下，20 ℃光照條件下根長和苗長分別下降24.6%和33.9%，而在25 ℃條件下，光照條件比黑暗條件下根長和苗長分別下降88.6%和86.1%(圖3)；隨培養(yǎng)溫度的升高，苗長和根長呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢；其中根長在20 ℃黑暗條件下達到最大，為1.06 cm，苗長在25 ℃黑暗條件下達到最大，為2.93 cm。

表1 光照與溫度及其互作對長芒草種子發(fā)芽率的影響Table 1 Effects of light，temperature and their interaction on seed germination percentage of Stipa bungeana

圖1 不同光照和溫度條件下長芒草種子的發(fā)芽率Fig.1 Seed germination percentage of Stipa bungeana under different light and temperature conditions

圖2 不同光照和溫度條件下長芒草的發(fā)芽指數(shù)Fig.2 Seed germination index of Stipa bungeana under different light and temperature conditions

圖3 不同光照和溫度條件下長芒草種子幼苗生長Fig.3 Seedling growth of Stipa bungeana under different light and temperature conditions

3 討論與結(jié)論

光照是影響植物種子萌發(fā)的一個重要因素，不同植物由于適應特殊生境的需要，其種子萌發(fā)對光照的需求存在較大差異[14]。如光照可促進醴腸(Ecliptaprostrata)、紫莖澤蘭(Eupatoriumadenophroum)[15-16]等種子的萌發(fā)；但顯著抑制麥仁珠(Galiumtricornutum)種子的萌發(fā)[17]。與后者相似,在各種溫度條件下，長芒草種子的萌發(fā)均表現(xiàn)為光照低于黑暗條件，屬典型的忌光性種子。這可能是長芒草種子適應干旱生境的一種策略。干旱區(qū)一個典型的特點是降水少、蒸發(fā)量大，相比地下，地表處于相對濕潤狀態(tài)的持續(xù)時間較短。因而，即使一時的降水可滿足種子萌發(fā)對水分的需求，但地表隨后快速的干旱極易引起幼苗夭折，從而造成種子庫的萌發(fā)損耗[18-20]。種子萌發(fā)的需光性可確保種子只有處于一定的埋深條件下才能順利萌發(fā)，從而保證幼苗根系能從更深土層獲取水分，成功建植[4]。特別值得注意的是，本研究發(fā)現(xiàn)，溫度與光照對長芒草種子的萌發(fā)存在顯著的互作效應，即在亞適宜萌發(fā)溫度條件下，光抑制效應更為顯著，進一步說明光抑制是長芒草防止種子在不利條件下萌發(fā)，從而消減土壤種子庫的一種適應策略[21]。

有趣的是，長芒草種子尖端具有螺旋狀的長芒，這一結(jié)構(gòu)特點一方面有助于其傳播，另一方面，當其落于地面時，由于螺旋狀長芒在土壤濕度變化的驅(qū)動下，其伸縮將有利于種子往土壤深層遷移，從而從結(jié)構(gòu)機制上保證了種子能在土壤深層萌發(fā)[22]。

一般認為，光照對種子萌發(fā)的促進或抑制作用與光敏色素狀態(tài)的轉(zhuǎn)變有關(guān)，這種轉(zhuǎn)變通常與種子接受光照的質(zhì)量有關(guān)，如紅光與遠紅光的比例[23]。本研究僅僅探討了日光燈照射條件下光照對種子萌發(fā)的影響，對于光照強度、光照周期以及光照質(zhì)量等因素對長芒草種子萌發(fā)的影響尚待進一步研究。

溫度是決定種子萌發(fā)的另一重要因素。溫度對種子休眠和種子萌發(fā)都有著重要的影響，既能通過調(diào)節(jié)休眠影響種子的萌發(fā)率也能影響不休眠種子的萌發(fā)速率，通常使用溫度三基點(最低、最適、最高溫)來描述一個物種能萌發(fā)的溫度范圍[7,24]。本研究發(fā)現(xiàn)，長芒草種子在10～30 ℃均能萌發(fā)，表明溫度可能不是限制種子田間萌發(fā)的主要環(huán)境因子。但值得注意的是，在低溫或者高溫條件下，種子的萌發(fā)速率或最終萌發(fā)率顯著下降，這在一定程度上將限制種子在不利環(huán)境如早春或盛夏的萌發(fā)。很多研究表明，變溫有利于種子萌發(fā)[25-26]，但本研究發(fā)現(xiàn)，與相應恒溫條件比較，僅20～30 ℃變溫處理對長芒草種子的萌發(fā)有促進作用，這可能是由于變溫處理減輕了高溫的抑制作用。其他變溫處理對種子萌發(fā)沒有影響甚至起到抑制作用，這與種子萌發(fā)對黑暗的需求特性是一致的，即避免了種子在地表萌發(fā)。

在所有處理條件下，20 ℃黑暗條件下種子萌發(fā)率最高，接近種子的生活力；且其萌發(fā)速率最快，可以作為檢驗該植物種子發(fā)芽率的適宜條件。

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