內蒙古河套灌區(qū)3種沉水植物種子休眠及萌發(fā)特性*

王 譞，李青豐，胡 楊，賈紅梅，李玲玲

(內蒙古農業(yè)大學生態(tài)環(huán)境學院，呼和浩特010019)

內蒙古河套灌區(qū)存在大小湖泊近300個，各種動植物在此繁衍生息，其中的沉水植物在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中起到了重要的作用.這些沉水植物不僅是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中重要的生產者，同時沉水植物還能夠吸收氮、磷等導致水體富營養(yǎng)化的物質，具有一定的改善水質的作用［1］.因此，了解沉水植物的繁衍更新特性對于保持湖泊生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和治理湖泊富營養(yǎng)化污染有著重要的作用.

國內外專家對沉水植物的有性繁殖有了較多的研究，并發(fā)現(xiàn)大部分的沉水植物種子都具有很強的休眠性.休眠的原因各異，有受種皮控制的硬實性休眠，也有胚自身原因引起的生理性休眠.通過破除種皮障礙或對種子層積處理能夠使一些種子萌發(fā)率顯著提高［2-11］.上述研究多涉及南方地區(qū)的沉水植物，北方地區(qū)的相關研究則少見.由于氣候原因以及植物的生長發(fā)育節(jié)律所致，北方地區(qū)的沉水植物繁衍更新特點與南方地區(qū)有較大差異.本文擬對內蒙古河套地區(qū)幾種常見沉水植物的種子萌發(fā)及休眠特性進行研究.

1 材料與方法

1.1 材料

通過對內蒙古河套灌區(qū)水體中沉水植物的調查，較常見的沉水植物有3種:篦齒眼子菜(Potamogeton pectinatus)、穿葉眼子菜(Potamogeton perfoliatus)、狐尾藻(Myriophyllum verticillatum).本試驗在內蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏梁素海及附近的農田退水排水支溝中采集了這3種沉水植物種子，并在實驗室內進行萌發(fā)測定.

1.2 方法

1.2.1 沉水植物種子解剖形態(tài)觀察 觀察3種沉水植物種子形成方式，采集種子并統(tǒng)計每條生殖枝產生種子的數(shù)量及敗育種子的數(shù)量.選取采集到的新鮮飽滿種子進行解剖，觀察種子及胚的形態(tài)并加以描述.

1.2.2 沉水植物種子萌發(fā)率及活種率測定 1)種子萌發(fā)率測定:將3種沉水植物置于培養(yǎng)皿中，以兩層濾紙為基質，加入自來水，于25℃環(huán)境下進行萌發(fā)測定.設置4個重復，30 d后統(tǒng)計種子的萌發(fā)率.

2)紅墨水法測定活種率:將種子種皮切開并完全露出種子胚，將其放入10%紅墨水溶液中，靜置3 h后洗去紅墨水，觀察統(tǒng)計.設置4個重復.胚不變色的種子為活種子.

1.2.3 沉水植物種子休眠打破 在上一步實驗中觀察到3種沉水植物有著較強的休眠性，為了打破種子的休眠進行如下處理:

1)對照組:不對種子進行任何處理，只使用自來水進行萌發(fā)測定.

2)切破種皮:用小刀切破種子堅硬的種皮，再進行萌發(fā)測定.

3)硝酸鉀處理:使用0.37 g/L硝酸鉀溶液代替水進行萌發(fā)測定.

4)赤霉素處理:使用0.98 g/L赤霉素溶液浸泡種子30 d后進行萌發(fā)測定.

5)層積處理:將種子置于4)環(huán)境下貯藏60 d后進行萌發(fā)測定.

6)多因素處理:在切破種皮的同時，增加硝酸鉀、赤霉素處理.

以上處理的萌發(fā)測定均于培養(yǎng)皿中進行.培養(yǎng)皿以兩層濾紙為基質，設置4個重復并將培養(yǎng)皿置于25℃環(huán)境下萌發(fā)30 d.使用硝酸鉀及赤霉素代水進行萌發(fā)測定時，第一周使用硝酸鉀或赤霉素溶液，之后使用自來水濕潤濾紙，以防止藥品濃度過高導致種子生理干旱.

2 結果與分析

2.1 種子解剖形態(tài)

3種沉水植物種子及瘦果形態(tài)差距較大，成熟的瘦果以篦齒眼子菜最大，穿葉眼子菜次之，狐尾藻最小.篦齒眼子菜和穿葉眼子菜花序呈穗狀頂生，果實呈倒卵形;狐尾藻種子輪生于生殖枝上，通常四個花序為一組環(huán)繞生殖枝，每一個花序可產生四顆瘦果.3種沉水植物每條生殖枝產生種子數(shù)量差異較大，其中穿葉眼子菜每條生殖枝平均產生39.8個種子，種子敗育率9.22%;篦齒眼子菜平均產生15.4個種子，種子敗育率1.11%;狐尾藻平均產生51.2個種子，種子敗育率17.44%.

篦齒眼子菜與穿葉眼子菜的解剖形態(tài)相同，其成熟瘦果的果皮呈棕紅至深褐色，種皮堅硬有氣室，胚呈螺旋形于種皮內.狐尾藻種子廣卵形，解剖形態(tài)與眼子菜屬植物不同，種皮堅硬有氣室，其胚則呈柱狀.

2.2 種子萌發(fā)率及活種率

3種沉水植物活種率較高，其中篦齒眼子菜最高達到85.25%，而最低的穿葉眼子菜的活種率也有60.25%，但萌發(fā)率均較低，萌發(fā)率最高的篦齒眼子菜也僅達到18.00%，表明3種沉水植物種子有較強的休眠性(圖1).

2.3 不同處理對打破種子休眠的效果

狐尾藻種子直接進行發(fā)芽時的萌發(fā)率較低，切破種皮、層積處理以及施用硝酸鉀或赤霉素都能夠顯著提高狐尾藻種子的萌發(fā)率.在4℃低溫層積處理下，狐尾藻種子萌發(fā)率最高，達到了58.5%，而切破種皮也能夠顯著提高種子的萌發(fā)率(表1).

在4℃低溫層積處理下能夠顯著提高篦齒眼子菜種子萌發(fā)率，而切破種皮和硝酸鉀處理不能顯著提高篦齒眼子菜的萌發(fā)率，赤霉素處理下篦齒眼子菜萌發(fā)率提高到了25.5%.在切破種皮加赤霉素和硝酸鉀處理的實驗組中，種子萌發(fā)率并沒有顯著提高(表1).

穿葉眼子菜種子在各處理下的萌發(fā)率均低于10%，雖與篦齒眼子菜同屬，但其層積處理萌發(fā)率僅為1%，其他各處理下的萌發(fā)率并沒有顯著提高.

圖1 沉水植物萌發(fā)率及活種子率Fig.1 The germination percentages and seed survival rate of submerged macrophytes

表1 沉水植物各處理下萌發(fā)率及差異顯著性Tab.1 Germination percentages and significant difference of submerged macrophytes under different treatments

3 討論與結論

狐尾藻種子萌發(fā)率較低，但經(jīng)過破除硬實、赤霉素、硝酸鉀、層積等處理后其萌發(fā)率顯著提高.其中，層積處理后狐尾藻種子的萌發(fā)率接近60%，表明經(jīng)過了低溫層積處理后，狐尾藻大部分的種子能夠打破休眠.穿葉眼子菜種子活種子率最低，并且在各項處理下其萌發(fā)率都顯著低于其他兩種沉水植物.在萌發(fā)30 d后可見培養(yǎng)皿內有較多穿葉眼子菜種子腐爛變軟，而休眠種子的外果皮都保存完好.對于我國北方地區(qū)狐尾藻和穿葉眼子菜種子萌發(fā)休眠特性的研究較少，僅有文獻指出，狐尾藻種子在聚集密度較高時萌發(fā)率會顯著降低，而種子聚集作用對于穿葉眼子菜影響不大［2］.本研究發(fā)現(xiàn)，穿葉眼子菜種子的休眠特性與狐尾藻截然不同，以常規(guī)的方法難以打破其休眠.其萌發(fā)和休眠特性還有待進一步研究.

篦齒眼子菜種子在對照組中萌發(fā)率是3種沉水植物中最高的，但也僅為18.5%，表明其有較嚴重的休眠現(xiàn)象.低溫層積處理下篦齒眼子菜種子萌發(fā)率顯著提高，其萌發(fā)率接近40%.除去已死亡的種子，篦齒眼子菜在低溫層積處理下仍有54.25%的種子處于休眠中.Van Wijk對篦齒眼子菜種子進行的相關研究顯示，破除種皮和低溫層積處理均能夠顯著提高種子的萌發(fā)率，并認為篦齒眼子菜堅硬的種皮是影響種子休眠的主要因素，而低溫層積處理也能夠改善種皮的通透性，從而提高其萌發(fā)率［3］.而另一些學者對云南滇池生長的篦齒眼子菜進行研究發(fā)現(xiàn)，篦齒眼子菜種子破除硬實后萌發(fā)率顯著提高，而低溫層積處理萌發(fā)率提高不顯著［4］.雖與本實驗的結論不同，但可以看出我國南方地區(qū)和北方地區(qū)生活的篦齒眼子菜雖為同種植物但其種子休眠的特性有著明顯差異.

其他學者研究發(fā)現(xiàn)，竹葉眼子菜(Potamogeton malaianus Miq)的種子在常溫下的萌發(fā)率僅為8%左右，但撕破種皮后種子萌發(fā)率最高可達96%，經(jīng)過低溫冷藏后的種子萌發(fā)率亦能達到30%左右［5］.微齒眼子菜(Potamogeton maackianus A.Bennett)在撕破種皮后胚的呼吸速率明顯提高，但新鮮種子在撕破種皮后也難以萌發(fā)，而經(jīng)過低溫層積后的萌發(fā)率提高到22.37%，因此認為微齒眼子菜種子有后熟作用［6］.結合本研究中篦齒眼子菜種子經(jīng)層積處理后的萌發(fā)表現(xiàn)可以看到，低溫層積處理都能夠有效打破眼子菜種子的休眠，提高其萌發(fā)率.生理性后熟可能是這些種子休眠的主要原因之一.這也符合沉水植物種子在自然環(huán)境下需要經(jīng)歷冬季低溫環(huán)境后再進行萌發(fā)的生理特性.但穿葉眼子菜為一個例外，其種子具有深度休眠的特性，各種處理均難以有效解除其休眠.

利用沉水植物治理湖泊水體富營養(yǎng)化污染已成為廣泛應用的手段.在利用沉水植物種子進行湖泊植被生態(tài)恢復時，應根據(jù)不同沉水植物種子休眠的特性做相應處理以提高種子的萌發(fā)率，低溫層積處理與破除硬實處理均能有效地提高篦齒眼子菜和狐尾藻的種子的萌發(fā)率，而穿葉眼子菜種子的休眠機制尚不清楚，尚未找到有效提高其萌發(fā)率的處理方法.

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