環(huán)境因子對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

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(1.安順學(xué)院農(nóng)學(xué)院， 貴州 安順 561000； 2.安順學(xué)院圖書(shū)館， 貴州 安順 561000； 3.安順市第三中學(xué)， 貴州 安順 561000)

冬青葉鼠刺(IteailicifoliaO.)為虎耳草科(Saxifragaceae)鼠刺屬(Itea)的常綠植物[1]。具有巖生、早生和喜光、喜鈣的生態(tài)適應(yīng)性，是黔中地區(qū)典型喀斯特石質(zhì)山地上植被破壞后萌生序列中最突出、最普遍的一個(gè)樹(shù)種，其每個(gè)果實(shí)內(nèi)含有種子(28±11)粒，種子千粒重0.098 7 g[2]。野外成年植株每年產(chǎn)生上萬(wàn)乃至千萬(wàn)粒種子，而植株周?chē)鷮?shí)生苗較少。敖國(guó)富等[3]研究表明，冬青葉鼠刺種子在實(shí)驗(yàn)室條件下25 ℃恒溫培養(yǎng)，發(fā)芽率可達(dá)91.40%，說(shuō)明環(huán)境因子影響冬青葉鼠刺種子萌發(fā)和生長(zhǎng)。本試驗(yàn)研究光照、溫度、水分和播種深度等環(huán)境因子對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)，探究種子萌發(fā)對(duì)環(huán)境因子的需求，為冬青葉鼠刺在喀斯特地貌上自然種群更新、萌發(fā)階段對(duì)生境的適應(yīng)性以及苗木培育研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冬青葉鼠刺種子于2014年11月采自安順市郊區(qū)。培養(yǎng)容器：直徑為9 cm培養(yǎng)皿，容積為1 L長(zhǎng)方形塑料盒(規(guī)格：17 cm×11.7 cm×7 cm)。ZRX-1000 DC智能人工氣候培養(yǎng)柜(杭州錢(qián)江儀器設(shè)備有限公司制造)、GZX-9146 MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)、LRh/d-400-G珠江牌培養(yǎng)箱(韶關(guān)市泰宏醫(yī)療器械有限公司)。

1.2 環(huán)境因子對(duì)種子萌發(fā)的影響

埋藏深度試驗(yàn)在人工氣候培養(yǎng)柜中進(jìn)行，每天以光照強(qiáng)度4 000 lx光照8 h，25 ℃恒溫培養(yǎng)，以幼芽露出土面1 mm視為發(fā)芽，第26天計(jì)算發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)。其余試驗(yàn)均在光照培養(yǎng)箱中實(shí)施，其中水、Ca2+和pH值3個(gè)環(huán)境因子處理時(shí)，每天以光照強(qiáng)度5 400 lx光照8 h，25 ℃恒溫培養(yǎng)。以胚根露白視為發(fā)芽，第14天計(jì)算發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)，逐日統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)[3]。不同環(huán)境因子的每個(gè)處理設(shè)4次重復(fù)，每次重復(fù)100粒種子。種子的發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)計(jì)算公式如下:

發(fā)芽率(%)=發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt，式中：Gt為第t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)。

1.2.1 光照時(shí)間和溫度對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

采用濾紙培養(yǎng)皿法，以光照和溫度因素交互作用處理種子，在培養(yǎng)溫度為20，25，30，35 ℃和40 ℃下，并分別以光照0，12，24 h/d對(duì)種子進(jìn)行培養(yǎng)[4-5]，定期加一定量蒸餾水保持濾紙濕潤(rùn)。為避免培養(yǎng)箱效應(yīng),實(shí)驗(yàn)時(shí)培養(yǎng)皿在培養(yǎng)箱內(nèi)隨機(jī)放置。

1.2.2 水分脅迫對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

采用濾紙培養(yǎng)皿法，用聚乙二醇(PEG-6000)溶液模擬水分脅迫處理。共設(shè)0(ck)，0.05，0.10，0.15，0.20，0.25 g/mL 等6個(gè)處理水平[6]。定期加一定量蒸餾水以維持溶液滲透勢(shì)恒定。

1.2.3 Ca2+處理對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

采用濾紙培養(yǎng)皿法，分別以0.009，0.02，0.03，0.05，0.07，0.09 mol/L CaCl2溶液處理種子，定期加一定量蒸餾水保持濾紙濕潤(rùn)[7-10]，以蒸餾水為空白對(duì)照。

1.2.4 pH值對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

采用濾紙培養(yǎng)皿法，用Na2HPO4和H3PO4緩沖液將培養(yǎng)液配成pH為5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0等6個(gè)處理水平，定期加相應(yīng)pH緩沖液保持濾紙濕潤(rùn)[11]。

1.2.5 埋藏深度對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

用容積為1 L的塑料盒，設(shè)置土壤埋藏深度為0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.0 cm等8個(gè)梯度，每天噴一定量蒸餾水,保持土壤濕潤(rùn)[6,12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 17.0軟件、Duncan新復(fù)極差法分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照時(shí)間和溫度對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

由圖1、圖2結(jié)果所示，冬青葉鼠刺種子在溫度30 ℃、光照12 h時(shí)發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)達(dá)到最大值，分別為85.75%和64.34；溫度低于30 ℃時(shí)發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)隨溫度升高而增加，超過(guò)該溫度時(shí)則降低,40 ℃時(shí)其值均為0；不同光照時(shí)長(zhǎng)下冬青葉鼠刺種子發(fā)芽率規(guī)律為0 h<24 h<12 h，即種子萌發(fā)對(duì)光照敏感。經(jīng)多因素方差分析和多重比較分析，30 ℃和12 h時(shí)的發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)與30 ℃和24 h、25 ℃和12 h、25 ℃和24 h差異不顯著，與其余溫度和光照時(shí)間相比差異顯著和極顯著。說(shuō)明溫度和光照時(shí)間共同影響冬青葉鼠刺種子發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)，高溫明顯抑制種子萌發(fā)，其種子為光敏感型種子。

表1 水分脅迫對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

萌發(fā)指標(biāo)對(duì)照聚乙二醇(g/mL)0.050.100.150.200.25發(fā)芽率84.00±1.0Aa79.67±0.58Bb74.33±1.15Cc42.00±1.00Dd24.67±0.58Ee3.00±1.00Ff萌發(fā)指數(shù)71.43±2.81Aa66.66±3.27Ab52.30±1.07Bc28.15±1.50Cd15.90±0.77De0.98±0.42Ef

表2 CaCl2脅迫對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

萌發(fā)指標(biāo)對(duì)照CaCl2(mol/L)0.0090.020.030.050.070.09發(fā)芽率85.00±1.00Bb85.67±0.58Bb87.00±1.00Bb91.33±1.53Aa46.67±2.31Cc38.67±2.31Dd26.67±2.31Ee萌發(fā)指數(shù)64.72±0.73Bb62.63±1.60Bb64.37±0.68Bb72.83±3.51Aa38.87±3.67Cc28.68±1.64Dd17.20±2.4Ee

注：小寫(xiě)字母表示0.05水平上的差異,大寫(xiě)字母表示0.01水平上的差異,下同。圖1 溫度和光照時(shí)間對(duì)冬青葉鼠刺種子發(fā)芽率的影響

圖2 溫度和光照時(shí)間對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)指數(shù)的影響

2.2 水分脅迫對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

由表1可知，水分脅迫影響冬青葉鼠刺種子萌發(fā)，隨著聚乙二醇濃度的增加，種子發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)顯著降低，濃度為0.25 g/mL時(shí)發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)為3%和0.98。經(jīng)多重比較分析，各處理間發(fā)芽率顯著和極顯著低于對(duì)照；濃度為0.05 g/mL時(shí)萌發(fā)指數(shù)與對(duì)照相比差異顯著，其余濃度差異顯著和極顯著。說(shuō)明冬青葉鼠刺種子在萌發(fā)期對(duì)干旱敏感。

2.3 Ca2+處理對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

由表2可知，不同濃度CaCl2溶液處理影響冬青葉鼠刺種子萌發(fā)，在 CaCl2濃度為0.03 mol/L時(shí)發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)達(dá)到最大，分別為91.33%和72.83。多重比較分析表明，0.03 mol/L CaCl2處理的冬青葉鼠刺種子發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)與對(duì)照和其他濃度相比差異極顯著，0.009 mol/L和0.02 mol/L濃度處理的發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)與對(duì)照相比差異不顯著，但極顯著高于0.05，0.07 mol/L和0.09 mol/L處理。說(shuō)明低濃度的CaCl2處理促進(jìn)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)。

2.4 pH值對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

冬青葉鼠刺種子在供試培養(yǎng)液pH范圍內(nèi)均能萌發(fā)(表3)，其中pH=6.5時(shí)種子發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)最高，分別為84.67%和68.08，pH=8.0時(shí)發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)最低，分別為37.33%和31.22。多重比較分析表明，培養(yǎng)液pH值在6.5時(shí)發(fā)芽率極顯著高于pH=5.5、pH=6.0、pH=7.0、pH=7.5和pH=8.0；培養(yǎng)液pH=6.5萌發(fā)指數(shù)極顯著高于pH=5.5、pH=6.0、pH=7.5、pH=8.0，pH=6.5和pH=7.0的萌發(fā)指數(shù)，差異顯著。說(shuō)明溶液的pH值影響種子發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)，而中性或偏弱酸性環(huán)境有利于種子萌發(fā)。

2.5 埋藏深度對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

由表4可知，冬青葉鼠刺種子在土壤表層(0.0 cm)時(shí)，其發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)極顯著大于其他處理，分別為82.5%和68.86，隨著埋藏深度的增加，發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)顯著降低，埋藏深度達(dá)2.5 cm后則不發(fā)芽。多重比較分析表明，埋藏深度小于2.0 cm時(shí)，各處理間發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)差異極顯著，大于2.0 cm時(shí)差異不顯著。說(shuō)明埋藏深度對(duì)種子萌發(fā)具有顯著影響。

表3 pH值對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

萌發(fā)指標(biāo)pH值5.56.06.57.07.58.0發(fā)芽率49.33±2.31Dd58.67±0.25Cc84.67±1.15Aa73.67±0.53Bb45.33±1.31De37.33±0.92Ef萌發(fā)指數(shù)46.21±1.27Cc56.15±0.19Bb68.08±1.05Aa60.95±0.82Ab41.75±0.78Cc31.22±1.20Dd

表4 埋藏深度對(duì)冬青葉鼠刺種子萌發(fā)的影響

萌發(fā)指標(biāo)土壤深度(cm)0.00.51.01.52.02.53.04.0發(fā)芽率82.5±2.08Aa29.25±0.96Bb9.25±0.50Cc5.25±0.50Cd1.00±0.00Ee0.00±0.00Ee0.00±0.00Ee0.00±0.00Ee萌發(fā)指數(shù)68.8±1.01Aa16.13±0.61Bb3.47±0.19Cc1.83±0.37Dd0.10±0.05Ee0.00±0.00Ee0.00±0.00Ee0.00±0.00Ee

3 結(jié)論與討論

冬青葉鼠刺在堿性石灰土上能很好生長(zhǎng)并占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，是一種較為典型的喜鈣樹(shù)種，其種子在12月至次年1月成熟，成熟后蒴果裂開(kāi)，由于種子極輕極小，陸續(xù)隨風(fēng)飄落，至次年4月下旬仍有20%的種子留在果殼內(nèi)[2]。冬青葉鼠刺無(wú)性系種群的根系極發(fā)達(dá)且不對(duì)稱，根冠比大，根系穿透能力強(qiáng)。地下與地上部分生物量比值接近1∶1，根系生物量中主根生物量所占比值最高，其次為根蔸，側(cè)根最小，此生物量對(duì)維持其無(wú)性生殖、種群的穩(wěn)定和發(fā)展起到重要的作用[14]。現(xiàn)有喀斯特植被以灌木林、藤刺灌叢、灌草叢為多，冬青葉鼠刺是這些群落中常見(jiàn)的樹(shù)種之一，它具有分布廣、適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱瘠薄的特點(diǎn)，從而在喀斯特森林的演替中有重要作用[15-16]。而生物入侵特種紫莖澤蘭水浸液對(duì)冬青葉鼠刺種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率都有低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的現(xiàn)象，其胚根生長(zhǎng)狀況比其他指標(biāo)對(duì)紫莖澤蘭水浸液化感物質(zhì)表現(xiàn)更為敏感，冬青葉鼠刺對(duì)于來(lái)自紫莖澤蘭的化感作用具有一定忍耐力[17]。種子萌發(fā)在生態(tài)系統(tǒng)中種群的建立、競(jìng)爭(zhēng)和穩(wěn)定等方面發(fā)揮重要作用，但種子萌發(fā)受到溫度、光照、水分和埋藏深度等環(huán)境因子的影響。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度過(guò)高或偏低均會(huì)影響冬青葉鼠刺種子萌發(fā)和生長(zhǎng)，溫度達(dá)到40 ℃時(shí)種子不萌發(fā)，其萌發(fā)最適溫度為25～30 ℃。同時(shí)在不同溫度下，光照時(shí)長(zhǎng)也影響種子萌發(fā)，0 h和24 h光照處理后，種子的發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)均低于12 h光照/黑暗交替處理，說(shuō)明冬青葉鼠刺種子為光敏感型種子。冬青葉鼠刺是子葉出土型植物，由于其種子太小，種子埋藏深度對(duì)其萌發(fā)和突破土層能力影響較大，僅有土壤表面的種子發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)最高，分別達(dá)到82.5%和68.86，深層土壤的種子突破土層能力弱，此外，深層土壤光照較少也影響種子萌發(fā)。冬青葉鼠刺種子發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)隨水分脅迫增強(qiáng)顯著降低，種子萌發(fā)期對(duì)干旱比較敏感。自然環(huán)境中土壤表層水分易揮發(fā)變得干燥，冬青葉鼠刺種子較難萌發(fā)，當(dāng)持續(xù)干旱時(shí)幼苗成活率降低。

鈣是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)元素，也是偶聯(lián)胞外刺激和胞內(nèi)反應(yīng)的第二信使，一定濃度的鈣離子調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育，提高鈣調(diào)素的含量，可增強(qiáng)種子活力，提高種子發(fā)芽率和幼苗活力[18-20]。本研究發(fā)現(xiàn)，CaCl2濃度在0.03 mol/L時(shí)，冬青葉鼠刺種子發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)分別達(dá)到91.33%和72.83，與對(duì)照相比，低濃度的CaCl2提高種子發(fā)芽率和萌發(fā)指數(shù)。而種子萌發(fā)對(duì)pH有一定的耐受性，在pH值為5.5～8.0時(shí)均能萌發(fā)，但最適pH值為6.5～7.0，即在中性或偏弱酸的環(huán)境中有利于種群建立。

綜上所述，溫度、光照、水分、Ca2+濃度、pH值和埋藏深度共同影響冬青葉鼠刺種子萌發(fā)，而中性或偏弱酸的含鈣較高的環(huán)境則有利于種子萌發(fā)。研究結(jié)果進(jìn)一步解釋了為何野外冬青葉鼠刺成年植株每年產(chǎn)生幾十萬(wàn)乃至幾百萬(wàn)成熟種子，而植株周?chē)鷮?shí)生幼苗較少的原因。因此，在今后冬青葉鼠刺苗木培育時(shí)，建議直接將種子播種于中性或偏弱酸土壤表面，維持25～30 ℃溫度及適宜濕度,并適當(dāng)噴撒一定濃度的CaCl2溶液。

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