密花檉柳春夏兩季不同時(shí)期種子的萌發(fā)特性

，　　，　，　，　，　　

(1.石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，　新疆 石河子 832011；　2.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，　新疆 石河子 832011)

荒漠地區(qū)具有降雨少蒸發(fā)強(qiáng)，溫度高且晝夜溫差大，鹽旱脅迫頻繁的特點(diǎn)[1]。為了增加植物生殖成功的幾率，荒漠植物種子衍生出多種生存策略來(lái)適應(yīng)多變的極端環(huán)境，如同一株植株上種子的異型性[2]，種子節(jié)律性休眠[3]以及兩季開花[4]等。

兩季開花(Bi-seasonal flowering)是指植物在一個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)具有2個(gè)獨(dú)立的花期，或是長(zhǎng)期持續(xù)的花期具有2個(gè)開花高峰期，并且在整個(gè)花期內(nèi)都可產(chǎn)生成熟種子的現(xiàn)象[5]。作為植物對(duì)外界生態(tài)環(huán)境的一種適應(yīng)方式，兩季開花確保了種子在合適時(shí)空下的萌發(fā)與生長(zhǎng)，對(duì)植物的生殖成功及種群持續(xù)更新具有關(guān)鍵作用[6]。據(jù)報(bào)道，Picó等對(duì)Lobulariamaritima研究表明，種子的重量和萌發(fā)能力會(huì)隨著花期的推移而顯著不同[5]。王磊對(duì)多枝檉柳(Tamarixramosissima)的研究表明，春花期和夏花期種子的萌發(fā)速率受溫度影響明顯[7]。嚴(yán)成對(duì)密花檉柳(Tamarixarceuthoides)春夏兩季種子的耐鹽性進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)夏花期種子的耐鹽性高于春花期[8]。然而，密花檉柳具有短暫的春花期(5月初至5月中旬)和結(jié)實(shí)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的夏花期(6月上旬至8月下旬)[8]，不同時(shí)期種子的萌發(fā)特性是否與其他兩季開花植物一樣，表現(xiàn)出一定的差異性，不同時(shí)期產(chǎn)生的種子如何與脅迫頻繁的荒漠環(huán)境相適應(yīng)等問題尚缺乏系統(tǒng)的研究。

密花檉柳為檉柳科(Tamaricaceae)檉柳屬(Tamarix)的多年生小喬木，具有兩季開花結(jié)實(shí)現(xiàn)象，是西北干旱荒漠生態(tài)系統(tǒng)中廣泛分布的關(guān)鍵種之一[9]。本試驗(yàn)以自然生境下密花檉柳不同時(shí)期(春花期及夏花期3個(gè)階段)的種子為研究材料，對(duì)不同花期及同一花期不同時(shí)期的種子萌發(fā)和耐脅迫特性進(jìn)行探究，以了解兩季開花植物的生殖生態(tài)適應(yīng)機(jī)制，為豐富和發(fā)展植物生活史進(jìn)化理論提供參考。

1　材料與方法

1.1　研究區(qū)概況與研究材料

研究區(qū)位于古爾班通古特沙漠(84°31′～90°0′E，44°11′～46°20′N)，為典型的溫帶內(nèi)陸荒漠氣候。試驗(yàn)地位于古爾班通古特沙漠南緣的莫索灣荒漠區(qū)(86°13′66″E，44°43′29″N)，年平均氣溫6.8 ℃，年平均降雨量約120 mm[10]。

密花檉柳春花期為5月初至5月中下旬，之后有15～25 d的無(wú)花期，種子生于上年生老枝；夏花期為6月中旬至8月中旬，種子著生于當(dāng)年生枝條頂端，結(jié)實(shí)期長(zhǎng)，呈現(xiàn)出邊開花邊結(jié)實(shí)的現(xiàn)象[11]。果實(shí)為蒴果，成熟后三裂，每枚果實(shí)包含數(shù)10粒種子，種子褐色棒狀，頂端具白色冠毛[5]。分別于2017年5月(春花期)、6月(夏花早期)、7月(夏花中期)和8月(夏花晚期)的中旬采集健康飽滿種子，采集后立即開始實(shí)驗(yàn)。

1.2　研究方法

1.2.1不同時(shí)期種子在不同濃度NaCl鹽脅迫下的萌發(fā)情況

利用NaCl溶液模擬種子生境下的鹽脅迫環(huán)境，分別設(shè)置0.05，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7 mol/L和0.8 mol/L 9個(gè)梯度，每組30粒，4個(gè)重復(fù)，并以蒸餾水為對(duì)照，用封口膜密封培養(yǎng)皿，防止溶液濃度發(fā)生變化。連續(xù)7 d，每4 h觀測(cè)1次萌發(fā)狀況。根據(jù)嚴(yán)成等[8]研究結(jié)果，在15～25 ℃的最適萌發(fā)溫度條件下，檢測(cè)種子在不同濃度鹽溶液中的萌發(fā)率及萌發(fā)速率。經(jīng)過7 d培養(yǎng)后，將NaCl溶液中未萌發(fā)的種子清洗后分別轉(zhuǎn)移到蒸餾水中繼續(xù)培養(yǎng)7 d，檢測(cè)種子恢復(fù)萌發(fā)率和最終萌發(fā)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，分別計(jì)算種子在鹽脅迫溶液中的萌發(fā)率(Ga)，蒸餾水清洗后種子的恢復(fù)萌發(fā)率(Gb)，最終萌發(fā)率(Gc)。計(jì)算公式：Ga=B/C×100%；Gb=(A-B)/(C-B)×100%；Gc=A/C×100%(式中：A是試驗(yàn)中全部萌發(fā)種子數(shù)量，B是鹽溶液處理下的萌發(fā)種子數(shù)量，C是該處理參試種子數(shù)量)。

1.2.2不同時(shí)期種子在不同濃度PEG-6000脅迫下的萌發(fā)情況

使用PEG-6000溶液模擬種子萌發(fā)時(shí)的干旱環(huán)境，設(shè)置溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度分別為5%、10%、20%、30%、40%和50%，每組30粒，4個(gè)重復(fù)，增加蒸餾水為對(duì)照。在全黑暗25 ℃恒溫條件下培養(yǎng)[12]，連續(xù)7 d，每4 h觀察1次種子在PEG-6000溶液中的萌發(fā)率及萌發(fā)速率。經(jīng)過7 d培養(yǎng)后，將PEG-6000溶液中未萌發(fā)的種子清洗后分別轉(zhuǎn)移到蒸餾水中繼續(xù)培養(yǎng)7 d，檢測(cè)種子恢復(fù)萌發(fā)率和最終萌發(fā)率。計(jì)算方法同1.2.1。

1.3　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

用SPSS 19軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及顯著性檢驗(yàn)，圖形處理軟件為Origin 8.5。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同濃度NaCl溶液對(duì)不同時(shí)期種子萌發(fā)的影響

2.1.1不同時(shí)期種子在不同濃度NaCl脅迫溶液中的萌發(fā)情況

春花期及夏花期各階段種子隨NaCl溶液濃度增加萌發(fā)率均呈下降趨勢(shì)(圖1)，初始萌發(fā)時(shí)間也隨之延長(zhǎng)，不同時(shí)期之間的萌發(fā)率差異顯著(F=74.836，p=0.000)。春花期種子受鹽脅迫影響較大，在0.3～0.5 mol/L濃度下，種子受鹽脅迫情況較嚴(yán)重，萌發(fā)率僅為對(duì)照組的50%左右，萌發(fā)率低于夏花期各階段。而夏花期各階段在0.5～0.8 mol/L濃度下，耐鹽萌發(fā)能力不一，表現(xiàn)為隨季節(jié)推移，種子耐鹽萌發(fā)能力逐漸下降，夏花早期種子耐鹽能力最強(qiáng)，在0.8 mol/L濃度下萌發(fā)率仍接近50%，夏花中期在0.5～0.8 mol/L濃度中，種子萌發(fā)率隨濃度升高而下降；0.8 mol/L濃度時(shí)種子不萌發(fā)，夏花晚期在濃度為0.7～0.8 mol/L時(shí)，種子無(wú)萌發(fā)現(xiàn)象。

注：不同小寫字母表示在p=0.05水平有顯著性差異(LSD檢驗(yàn))。下同。圖2　密花檉柳種子在NaCl脅迫后的恢復(fù)萌發(fā)率

圖1　密花檉柳種子在不同NaCl濃度下的萌發(fā)率

2.1.2不同時(shí)期種子在解除NaCl脅迫后的恢復(fù)萌發(fā)情況

對(duì)各濃度中未萌發(fā)種子進(jìn)行恢復(fù)萌發(fā)，發(fā)現(xiàn)恢復(fù)萌發(fā)現(xiàn)象主要集中在0.6～0.8 mol/L濃度的溶液中(圖2)。春花期及夏花期各階段的恢復(fù)萌發(fā)率均低于50%，且有顯著性差異(F=6.264，p=0.002)，春花期種子的恢復(fù)萌發(fā)率極低甚至無(wú)恢復(fù)萌發(fā)現(xiàn)象，顯著低于夏花期各階段，夏花中期的恢復(fù)萌發(fā)率最高，耐鹽性最大?；謴?fù)萌發(fā)率最高的濃度值隨時(shí)間的推移，呈現(xiàn)出先升高后降低的現(xiàn)象。

2.2　不同濃度PEG-6000溶液對(duì)不同時(shí)期種子萌發(fā)的影響

2.2.1不同時(shí)期種子在不同濃度PEG-6000脅迫溶液中的萌發(fā)情況

春花期及夏花期各階段的種子在不同濃度PEG-6000溶液中的萌發(fā)結(jié)果如圖3。從圖3可見，不同時(shí)期種子萌發(fā)率均呈現(xiàn)出隨著溶液濃度升高，萌發(fā)率逐漸下降的趨勢(shì)，種子的初始萌發(fā)時(shí)間也明顯延長(zhǎng)，且不同時(shí)期之間的萌發(fā)率差異顯著(F=17.632，p=0.017)。春花期及夏花期各階段的種子在40%～50%濃度的溶液中，呈現(xiàn)出萌發(fā)率極低甚至不萌發(fā)的現(xiàn)象。春花期種子在干旱環(huán)境中的萌發(fā)能力低于夏花期各階段，5%濃度下的萌發(fā)率已降低至60%。而夏花期各階段的種子耐旱性呈現(xiàn)不同特性，夏花中期種子的耐旱萌發(fā)率最高，夏花早期與晚期耐旱萌發(fā)率較低。另一方面，春花期種子的萌發(fā)率隨著濃度逐漸升高而逐漸降低，夏花各階段種子的萌發(fā)隨濃度升高呈現(xiàn)出高萌發(fā)率與不萌發(fā)2種現(xiàn)象，春夏花期種子萌發(fā)趨勢(shì)不相同。

圖3　不同PEG-6000濃度下密花檉柳種子的萌發(fā)率

2.2.2不同時(shí)期種子在解除PEG-6000脅迫后的恢復(fù)萌發(fā)情況

將不同濃度溶液中未萌發(fā)種子挑出并進(jìn)行恢復(fù)萌發(fā)，僅30%～50%濃度中的種子具有恢復(fù)萌發(fā)現(xiàn)象(圖4)。春花期恢復(fù)萌發(fā)率在各階段中最低，夏花早期的恢復(fù)萌發(fā)率呈現(xiàn)出隨濃度升高而降低的趨勢(shì)，這與其他階段均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)不相同。春花期及夏花期各階段恢復(fù)萌發(fā)率均較高，達(dá)到50%以上，放入蒸餾水后迅速萌發(fā)，且呈顯著性差異(F=4.318，p=0.022)。春花期種子的恢復(fù)萌發(fā)率低于夏花期各階段，且夏花中期的恢復(fù)萌發(fā)率最高。

圖4　PEG-6000脅迫后密花檉柳種子的恢復(fù)萌發(fā)率

3　討　論

3.1　各階段密花檉柳種子萌發(fā)對(duì)NaCl脅迫的響應(yīng)

由于地處于溫帶荒漠氣候，降水稀少、夏熱冬寒，荒漠嚴(yán)酷的自然環(huán)境孕育了植物獨(dú)特的生態(tài)適應(yīng)性，兩季開花結(jié)實(shí)植物在許多荒漠植物中就具有一定的代表性[13]。一般植物的種子會(huì)因鹽脅迫而表現(xiàn)出發(fā)芽率下降，發(fā)芽時(shí)間推遲和延長(zhǎng)[13]，甚至失去萌發(fā)活力而死亡的現(xiàn)象。密花檉柳不同時(shí)期的種子都具有一定的耐鹽萌發(fā)能力，且夏花早期的耐鹽性最高。但隨著NaCl濃度的增加，種子的萌發(fā)率和萌發(fā)速率隨之降低，直至不萌發(fā)，該現(xiàn)象也出現(xiàn)在鹽穗木[14](Halostachyscaspica)及其他幾種檉柳屬植物中[15]。這種生態(tài)特性能幫助種子優(yōu)先占領(lǐng)生境并迅速萌發(fā)，有利于對(duì)環(huán)境資源的利用和后期種群的定植。長(zhǎng)期處于逆境中的植物，會(huì)調(diào)節(jié)自身以適應(yīng)脅迫環(huán)境或緩解由脅迫造成的傷害[16]。密花檉柳不同時(shí)期的種子能在鹽分降低后恢復(fù)萌發(fā)，表現(xiàn)出不同的恢復(fù)萌發(fā)能力，這與黃振英等[17]研究結(jié)果一致。自然生境中，夏花期各階段種子面臨鹽分脅迫的程度要遠(yuǎn)高于春花期，種子因生境鹽分濃度過高而被抑制萌發(fā)，進(jìn)而保留在土壤中。一旦出現(xiàn)暴雨條件，脅迫程度會(huì)隨之降低，部分種子可再次萌發(fā)，該特性一定程度上增加了種子的成活率，節(jié)約了繁殖資源。

3.2　密花檉柳各階段種子萌發(fā)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)

荒漠中水分是影響種子萌發(fā)的關(guān)鍵生態(tài)因子，也是制約植物生長(zhǎng)和植被分布的重要因素之一，植物種子的萌發(fā)在干旱脅迫下表現(xiàn)為種子萌發(fā)率降低、初始萌發(fā)時(shí)間和萌發(fā)過程推遲等[18]。密花檉柳不同時(shí)期的種子在PEG-6000溶液中萌發(fā)率與萌發(fā)速率明顯低于對(duì)照組，耐旱萌發(fā)特性上春花期種子小于夏花期各階段，其中，夏花中期的耐旱性最高，出現(xiàn)該現(xiàn)象可能因?yàn)檠芯繀^(qū)在7月總體呈現(xiàn)出高溫、少雨和干旱的氣候特征[10]，種子生境的干旱脅迫程度加劇，因此，夏花中期種子通過提高耐旱特性，來(lái)抵御對(duì)應(yīng)時(shí)期出現(xiàn)的生境壓力。一旦解除干旱脅迫條件，夏花期3個(gè)階段種子則會(huì)呈現(xiàn)出高萌發(fā)態(tài)勢(shì)，而種子在春花期的恢復(fù)萌發(fā)率要明顯低于夏花期3個(gè)階段。對(duì)荒漠植物來(lái)說(shuō)，種子在干旱脅迫下萌發(fā)率降低是對(duì)荒漠生境的一種適應(yīng)機(jī)制[19]，避免了種子因缺乏連續(xù)降雨而造成已萌發(fā)幼苗的大量死亡。