楊柴種子萌發(fā)對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)研究

王志恒，楊秀柳，胡 韓，徐中偉，周吳艷，黃思麒，帕提古麗·熱合曼，魏玉清

(北方民族大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院 國家民委生態(tài)系統(tǒng)模型及應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750021)

楊柴(Hedysarumleave)別名羊柴，豆科巖黃芪屬多年生落葉半灌木，主要分布在我國半干旱、干旱地區(qū)的毛烏素沙地、庫布齊沙漠、渾善達(dá)克沙地和科爾沁沙地[1]。作為西北地區(qū)生長(zhǎng)的典型沙生灌木樹種，楊柴是荒漠化防治的理想植物，同時(shí)也是適口性好的優(yōu)良飼料[2-3]。飛播技術(shù)是一項(xiàng)快速而有效的現(xiàn)代化治沙措施，已成為荒漠化土地植被重建與逆轉(zhuǎn)的重要手段[4]。楊柴作為毛烏素沙地不同植被演替階段的優(yōu)勢(shì)物種之一，是飛播使用的主要物種，在飛播治沙中得到廣泛使用[4]。生產(chǎn)實(shí)踐中，種子能否順利萌發(fā)及幼苗能否順利出土與定居,是飛播成功與否的關(guān)鍵，其中溫度、光照、土壤水分和種子埋藏深度為主要環(huán)境影響因子[5]。因此，研究飛播植物種子的萌發(fā)機(jī)制，有助于理解其在自然生態(tài)系統(tǒng)及植被恢復(fù)中的機(jī)制，同時(shí)有利于飛播技術(shù)的改善[6]。

種子萌發(fā)是荒漠植物生活史中對(duì)環(huán)境生態(tài)因子最為敏感的階段，關(guān)系到其進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)間，進(jìn)而影響荒漠植物的分布多樣性[7-9]。適宜溫度是種子萌發(fā)和出苗的基礎(chǔ)條件[10-11],有些植物種子的萌發(fā)受到光照和溫度的共同作用[12]。有研究表明，恒溫22.5 ℃和變溫20/30 ℃為楊柴種子萌發(fā)的最適溫度， 100 μmol/(m2·s)為最適光照強(qiáng)度[1,6,11]。沙埋深度是影響荒漠植物種子萌發(fā)的另一關(guān)鍵因素，適度沙埋可以促進(jìn)種子萌發(fā)，不同的沙埋深度會(huì)引起種子周圍水、熱、光、氣等環(huán)境因子的變化，從而影響種子萌發(fā)[13]。土壤含水量過高或過低均導(dǎo)致種子發(fā)芽率降低[14]，沙埋深度與土壤含水量的共同作用會(huì)影響種子正常萌發(fā)[15]。聶春雷等[16]研究發(fā)現(xiàn)，楊柴萌發(fā)與出苗最適宜的供水量接近于當(dāng)?shù)胤N子萌發(fā)時(shí)期的平均降水量(50 mm)；姜聯(lián)合[6]研究指出，0.5 cm沙埋可使楊柴幼苗很好出土，當(dāng)種子埋藏過深或僅在沙土表面時(shí)很難萌發(fā)。沙地植物在完成生活史的過程中，經(jīng)常遭受水鹽脅迫，因而水分和鹽分常會(huì)成為其種子萌發(fā)的限制因子[17-18]。因此，本研究分析了光照、溫度、土壤含水量、沙埋深度、滲透勢(shì)及鹽堿環(huán)境因子對(duì)楊柴種子萌發(fā)的影響，以期闡明環(huán)境因子對(duì)楊柴種子萌發(fā)的影響特征，為毛烏素沙地楊柴飛播時(shí)機(jī)的選擇和種子萌發(fā)率的提高提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

楊柴種子購自寧夏遠(yuǎn)聲綠陽草業(yè)生態(tài)工程有限公司。試驗(yàn)開始前將種子用體積分?jǐn)?shù)10%的次氯酸鈉溶液浸泡20 min，用無菌水沖洗7～8次，直至干凈無味，用濾紙吸干種子表面水分后備用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 不同光照條件下溫度對(duì)楊柴種子萌發(fā)的影響 試驗(yàn)在室內(nèi)智能人工氣候箱(上海博訊，BIC800)內(nèi)進(jìn)行，光通量密度100 μmol/(m2·s)，相對(duì)濕度50%。溫度(高溫/低溫)設(shè)置15/10，20/15，25/20，30/25，35/30 ℃共5個(gè)梯度(其中高溫和低溫作用時(shí)間均為12 h)。采用錫紙包裹培養(yǎng)皿控制光照，設(shè)2種光照處理：光照處理(每隔12 h 光暗交替1次，下文簡(jiǎn)稱“光照”，光照/黑暗情況與高溫/低溫條件相對(duì)應(yīng))和黑暗處理(用雙層錫箔紙包裹培養(yǎng)皿模擬全部黑暗條件，下文簡(jiǎn)稱“黑暗”)。將30粒楊柴種子整齊擺放在直徑120 mm墊有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿加入10 mL蒸餾水，均設(shè)置3個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)期間每天更換培養(yǎng)基質(zhì)，以保證培養(yǎng)環(huán)境的恒定，以胚根伸出種皮2 mm為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，記錄種子萌發(fā)數(shù)，10 d后結(jié)束試驗(yàn)。

1.2.2 不同土壤含水量條件下沙埋深度對(duì)楊柴種子萌發(fā)的影響 試驗(yàn)在室內(nèi)智能人工氣候箱(上海博訊，BIC800)內(nèi)進(jìn)行，溫度25/20 ℃(光照/黑暗)，光通量密度100 μmol/(m2·s)。取北方民族大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)習(xí)基地內(nèi)多年種植小麥的熟化風(fēng)沙土，過篩去除雜質(zhì)后，120 ℃ 下烘干36 h，使可能存在的其他種子失活，自然冷卻后加入蒸餾水，使沙中含水量分別為5%，10%，15%，20%，25%。每個(gè)土壤含水量處理對(duì)應(yīng)設(shè)6個(gè)沙埋深度(0，1，2，3，4，5 cm)，然后用塑料圓柱形容器(內(nèi)徑10.2 cm，高15.0 cm)裝沙到擬放置種子的高度，除0 cm處理外，其余均在播種后覆上沙土，并使沙表面保持水平。試驗(yàn)期間每天改變?nèi)萜魑恢?，使各容器受光一致。以幼苗出現(xiàn)第1片真葉作為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)[13]，記錄種子萌發(fā)數(shù)，15 d后結(jié)束試驗(yàn)。

1.2.3 干旱和鹽堿脅迫對(duì)楊柴種子萌發(fā)的影響 將PEG-6000配制成0(CK，蒸餾水)，-0.05，-0.10，-0.15，-0.20，-0.25，-0.30，-0.35，-0.40，-0.50，-0.60 MPa共11個(gè)梯度；將NaCl配制成0(CK，蒸餾水)，0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，1.2%，1.4%，1.6%，2.0%，2.4%共11個(gè)梯度；將NaHCO3配制成0(CK，蒸餾水)，0.04%，0.08%，0.12%，0.16%，0.20%，0.24%，0.28%，0.32%，0.40%，0.48%共11個(gè)梯度。按1.2.1節(jié)的方法處理?xiàng)畈穹N子。滲透勢(shì)和鹽堿脅迫下的發(fā)芽率符合函數(shù)三參數(shù)S型模型[19]，擬合模型如下：

G=Gmax/{1+exp[-(x-x50)/k]}×100%。

式中：G表示在鹽堿水平或滲透勢(shì)下的發(fā)芽率，Gmax為最大發(fā)芽率，x指滲透勢(shì)或鹽堿水平，x50是抑制最大發(fā)芽率達(dá)50%時(shí)的鹽堿水平或滲透勢(shì)，k表示斜率。

1.2.4 測(cè)定指標(biāo)及方法 試驗(yàn)過程中，每隔24 h觀察記錄種子萌發(fā)情況；萌發(fā)試驗(yàn)結(jié)束后，從每個(gè)處理中隨機(jī)選出15株幼苗，用直尺測(cè)量早期幼苗長(zhǎng)度。按以下公式[13]計(jì)算各指標(biāo)：

發(fā)芽率=萌發(fā)種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

萌發(fā)速率=∑100Gt/nDt；

活力指數(shù)=∑Gt/Dt×S。

式中：Gt代表Dt天的萌發(fā)或出苗數(shù)量，n代表每個(gè)處理種子數(shù)量，S為早期幼苗平均長(zhǎng)度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理，SPSS Satatistics 21.0進(jìn)行二因素方差分析以及不同土壤含水量下楊柴種子萌發(fā)參數(shù)與沙埋深度間的回歸分析；三參數(shù)S型模型利用軟件Matlab建立函數(shù)模型，采用最小二乘法擬合，并對(duì)種子萌發(fā)率與滲透勢(shì)、NaCl水平和NaHCO3水平的關(guān)系進(jìn)行曲線擬合；采用GraphPad Prism 5.0和Origin Pro 9.0 進(jìn)行差異顯著性分析和作圖，試驗(yàn)數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光照條件下溫度對(duì)楊柴種子萌發(fā)的影響

光照和溫度對(duì)楊柴種子萌發(fā)參數(shù)的影響如圖1所示。

圖柱上不同小寫字母表示在同一光照條件下不同溫度處理間存在顯著差異(P<0.05)，不同大寫字母表示同一溫度條件下不同光照處理間存在顯著差異(P<0.05)Different lowercase letters indicate significant differences among temperature treatments under same light conditions (P<0.05),and different uppercase letters indicate significant differences among light treatments under same temperature conditions (P<0.05)圖1 光照和溫度對(duì)楊柴種子萌發(fā)參數(shù)的影響Fig.1 Influence of light and temperature on germination parameters of Hedysarum leave seeds

由圖1可知，在光照條件下，楊柴種子的發(fā)芽率、萌發(fā)速率和活力指數(shù)均隨溫度升高呈先上升后下降趨勢(shì)，15/10，20/15，25/20和30/25 ℃ 下楊柴種子的發(fā)芽率顯著高于35/30 ℃ (P<0.05)；20/15，25/20和30/25 ℃下楊柴種子的萌發(fā)速率和活力指數(shù)顯著高于15/10和35/30 ℃ (P<0.05)。在同一溫度條件下，黑暗條件下楊柴種子的發(fā)芽率、萌發(fā)速率和活力指數(shù)均高于光照條件下，且活力指數(shù)的差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。

由表1可以看出，光照、溫度以及二者的交互作用對(duì)楊柴種子的萌發(fā)參數(shù)均具有顯著影響。光照、溫度和光照×溫度對(duì)楊柴種子的發(fā)芽率、萌發(fā)速率和活力指數(shù)的貢獻(xiàn)度不同，以溫度對(duì)發(fā)芽率的貢獻(xiàn)度最大(89.59%)，光照×溫度次之(5.34%)，光照最小(5.07%)；溫度對(duì)萌發(fā)速率的貢獻(xiàn)度也最大(89.56%)，光照次之(10.22%)，光照×溫度最小(0.22%)；溫度對(duì)活力指數(shù)的貢獻(xiàn)度仍最大(70.30%)，光照次之(24.48%)，光照×溫度最小(5.22%)?？梢?，溫度是影響楊柴種子萌發(fā)的主要因子，而光照與溫度的交互作用對(duì)楊柴種子萌發(fā)參數(shù)的影響較小。

表1 光照和溫度對(duì)楊柴種子萌發(fā)影響的二因素方差分析Table 1 Two-factor analysis of variance on influence of light and temperature on germination of Hedysarum leave seeds

2.2 不同土壤含水量條件下沙埋深度對(duì)楊柴種子萌發(fā)的影響

由圖2和圖3可知，在5%和10%土壤含水量條件下，楊柴種子發(fā)芽率、萌發(fā)速率和活力指數(shù)均隨著沙埋深度的增加表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(shì)，均在1 cm沙埋深度下最大，且5%土壤含水量下沙埋深度1 cm的萌發(fā)參數(shù)顯著大于0 cm (P<0.05)；在15%和20%土壤含水量條件下，發(fā)芽率和萌發(fā)速率均隨著沙埋深度的增大逐漸減小，且5 cm沙埋深度顯著小于0 cm (P<0.05)；在25%土壤含水量條件下，除0 cm沙埋深度外，其余沙埋深度楊柴種子均未萌發(fā)。

圖柱上不同小寫字母表示在同一土壤含水量下不同沙埋深度處理間存在顯著差異(P<0.05)，不同大寫字母表示同一沙埋深度下不同土壤含水量處理間存在顯著差異(P<0.05)。圖3同Different lowercase letters indicate significant difference between treatments with different sand burial depths under same soil water content (P<0.05),and different uppercase letters indicate significant difference between different soil water treatments with same sand burial depth (P<0.05).The same as Fig.3

圖3 土壤含水量和沙埋深度對(duì)楊柴種子活力指數(shù)的影響Fig.3 Effects of soil water content and sand burial depth on vigor index of Hedysarum leave seeds

由表2可以看出，土壤含水量、沙埋深度以及二者交互作用對(duì)楊柴種子的萌發(fā)參數(shù)均具有極顯著影響。其中，土壤含水量對(duì)發(fā)芽率的貢獻(xiàn)度最大(59.31%)，土壤含水量×沙埋深度次之(23.37%)，沙埋深度最小(17.32%)；土壤含水量對(duì)萌發(fā)速率的貢獻(xiàn)度也最大(35.53%)，沙埋深度次之(33.21%)，土壤含水量×沙埋深度最小(31.26%)；土壤含水量×沙埋深度對(duì)活力指數(shù)的貢獻(xiàn)度最大(37.06%)，土壤含水量次之(32.11%)，沙埋深度最小(30.83%)?？梢姡寥篮渴怯绊憲畈穹N子發(fā)芽率和萌發(fā)速率的主要因子，而土壤含水量和沙埋深度的交互作用是影響活力指數(shù)的主要因子。

表2 土壤含水量和沙埋深度對(duì)楊柴種子萌發(fā)影響的二因素方差分析Table 2 Two-factor analysis of variance on influence of soil water content and sand depth on germination of Hedysarum leave seeds

為了進(jìn)一步明確楊柴種子萌發(fā)階段土壤含水量與沙埋深度的關(guān)系，將不同土壤含水量情況下的萌發(fā)參數(shù)與沙埋深度進(jìn)行曲線回歸分析。結(jié)果(圖4-6)顯示，除10%土壤含水量下發(fā)芽率、萌發(fā)速率與沙埋深度間的回歸模型為二次曲線模型外，其余均為三次曲線模型；其中10%土壤含水量下的發(fā)芽率和萌發(fā)速率、15%和20%土壤含水量的萌發(fā)參數(shù)回歸模型均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

圖4 不同土壤含水量下楊柴種子發(fā)芽率與沙埋深度的關(guān)系Fig.4 Relationship between seed germination percentage and sand burial depth of Hedysarum leave under different soil water contents

圖5 不同土壤含水量下楊柴種子萌發(fā)速率與沙埋深度的關(guān)系Fig.5 Relationship between seed germination rate and sand burial depth of Hedysarum leave under different soil water contents

分別以楊柴種子在不同土壤含水量條件下15 d后的發(fā)芽率為因變量(y1)，以沙埋深度為自變量(x)建立線性回歸方程，將發(fā)芽率達(dá)到75%,50%和10%代入線性回歸方程，得出所對(duì)應(yīng)的沙埋深度依次為適宜沙埋深度、半致死沙埋深度和極限致死沙埋深度。因此，10%土壤含水量下，楊柴種子的半致死沙埋深度為0.7 cm，極限致死沙埋深度為4.9 cm；15%土壤含水量下，楊柴種子的適宜沙埋深度為0.3 cm，半致死沙埋深度為4.6 cm，極限致死沙埋深度為6.2 cm；20%土壤含水量下，楊柴種子的適宜沙埋深度為1.3 cm，半致死沙埋深度為4.8 cm，極限致死沙埋深度為5.9 cm。

表3 不同土壤含水量下楊柴種子萌發(fā)參數(shù)與沙埋深度的回歸方程Table 3 Regression equations between Hedysarum leave seed germination parameters and sand depth under different soil water contents

2.3 干旱和鹽堿脅迫對(duì)楊柴種子萌發(fā)的影響

2.3.1 干旱脅迫的影響 由圖7可知，CK和滲透勢(shì)高于-0.30 MPa各處理種子發(fā)芽率基本均在80%以上，無顯著差異；當(dāng)滲透勢(shì)低于-0.40 MPa時(shí)種子發(fā)芽率有顯著下降趨勢(shì)；當(dāng)滲透勢(shì)為-0.40～-0.20 MPa時(shí)，盡管種子的萌發(fā)速率緩慢，而且活力指數(shù)顯著低于CK處理，但發(fā)芽率依然可達(dá)60%以上。以上結(jié)果表明，隨著滲透勢(shì)的降低，雖然楊柴種子萌發(fā)總體上受到明顯抑制，但滲透勢(shì)為-0.40 MPa時(shí)仍有60%左右的種子可以萌發(fā)。

不同小寫字母表示在不同處理間存在顯著差異(P<0.05)。下同Different lowercase letters indicate significant differences between treatments (P<0.05).The same below圖7 滲透勢(shì)脅迫對(duì)楊柴種子萌發(fā)參數(shù)的影響Fig.7 Effects of osmotic potential stress on germination parameters of Hedysarum leave seeds

楊柴種子發(fā)芽率對(duì)滲透勢(shì)的響應(yīng)關(guān)系曲線方程為：G=85.598/{1+exp[(x+0.438)/-0.0518]}(R2=0.975) (圖10-A)。通過模擬公式計(jì)算可知，種子萌發(fā)率為50%時(shí)的滲透勢(shì)為-0.44 MPa；滲透勢(shì)低于-0.50 MPa時(shí)，種子最終萌發(fā)率低于20%，且第3天才可觀察到種子萌發(fā)。說明楊柴種子具有較強(qiáng)的抗旱性。

2.3.2 鹽脅迫的影響 由圖8可知，CK與NaCl水平低于0.6%處理的發(fā)芽率基本在70%以上，無明顯差異；當(dāng)NaCl水平高于0.8%時(shí)，種子發(fā)芽率有顯著下降趨勢(shì)；當(dāng)NaCl水平在0.8%～2.0%時(shí)，盡管種子的萌發(fā)速率緩慢，而且活力指數(shù)顯著低于CK處理，但發(fā)芽率仍在20%以上。以上結(jié)果表明，雖然總體上隨NaCl水平的升高楊柴種子萌發(fā)受到明顯抑制，但NaCl水平小于0.8%時(shí)仍有60%以上的種子可以萌發(fā)。

圖8 鹽脅迫對(duì)楊柴種子萌發(fā)參數(shù)的影響Fig.8 Effects of salt stress on germination parameters of Hedysarum leave seeds

楊柴種子發(fā)芽率對(duì)NaCl水平的響應(yīng)關(guān)系曲線方程為：G=104.688/{1+exp[(x-0.930)/0.583]}(R2=0.959)(圖10-B)。通過模擬公式計(jì)算可知，楊柴種子萌發(fā)率為50%時(shí)NaCl水平為0.93%；當(dāng)NaCl水平為2.0%時(shí)，種子最終萌發(fā)率低于20%，且第4天才可觀察到種子萌發(fā)。由此可見，楊柴種子具有較強(qiáng)的耐鹽性。

2.3.3 堿脅迫的影響 由圖9可知，與CK處理相比，不同水平NaHCO3處理的楊柴種子發(fā)芽率均顯著降低，且隨著NaHCO3水平的升高呈顯著下降趨勢(shì)；當(dāng)NaHCO3水平在0.16%～0.40%時(shí)，盡管種子萌發(fā)速率較高，但活力指數(shù)顯著低于CK處理，最終其發(fā)芽率均不超過50%，并且在試驗(yàn)中觀察到種子萌發(fā)后死苗的現(xiàn)象，這可能是其萌發(fā)速率和活力指數(shù)變化不一致的原因。總體上，隨NaHCO3水平的升高楊柴種子萌發(fā)受到明顯抑制，且在NaHCO3水平超過0.16%時(shí)僅不到50%的種子可以萌發(fā)。

圖9 堿脅迫對(duì)楊柴種子萌發(fā)參數(shù)的影響Fig.9 Effects of alkali stress on germination parameters of Hedysarum leave seeds

楊柴種子發(fā)芽率對(duì)NaHCO3水平的響應(yīng)關(guān)系曲線方程為：G=109.658/{1+exp[(x-0.116)/0.0798]}(R2=0.981)(圖10-C)。通過模擬公式計(jì)算可知，種子萌發(fā)率為50%時(shí)NaHCO3水平為0.116%；當(dāng)NaHCO3水平為0.24%時(shí)，種子最終萌發(fā)率低于20%。說明楊柴種子萌發(fā)對(duì)NaHCO3較敏感。

圖10 楊柴種子發(fā)芽率與滲透勢(shì)及NaCl和NaHCO3水平的擬合曲線Fig.10 Fitting curves of germination rate of Hedysarum leave seeds with osmotic potentials,NaCl and NaHCO3 levels

3 討論與結(jié)論

3.1 光照和溫度對(duì)楊柴種子萌發(fā)的影響

光照和溫度是調(diào)節(jié)種子萌發(fā)的重要環(huán)境信號(hào)，在決定種子萌發(fā)周期和物種分布方面起著關(guān)鍵作用[20-21]。通過調(diào)整光照可以控制種子發(fā)芽時(shí)間，這可能是早期幼苗存活以及之后生長(zhǎng)和適應(yīng)的關(guān)鍵因素[22-23]。在水分、鹽堿度等因素脅迫下，若溫度不合適，會(huì)通過影響種子活力直接影響發(fā)芽過程，從而影響發(fā)芽率[24]。本研究結(jié)果表明，20～30 ℃下，楊柴種子萌發(fā)快速且集中，光照條件下30/25 ℃ 為楊柴種子最適萌發(fā)溫度，黑暗條件下25/20 ℃為楊柴種子最適萌發(fā)溫度。前人研究表明，種子萌發(fā)對(duì)光照需求因植物種類而異，適宜光照對(duì)長(zhǎng)芒草(Stipabungeana)[9]和南川繡線菊(Spiraearosthornii)[5]種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用；梭梭(Haloxylonammodendron)[25]、意大利蒼耳(Xanthiumitalicum)[26]和胡楊(Populuseuphratica)[27]種子萌發(fā)對(duì)光照無嚴(yán)格需求；但油蒿(Artemisiaordosica)[12]、沙芥(Pugioniumcornutum)和斧翅沙芥(P.dolabratum)[28]等種子萌發(fā)在強(qiáng)光下均會(huì)受到抑制。本研究發(fā)現(xiàn)，相比于光照條件，黑暗條件對(duì)楊柴種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用，特別是溫度條件不適時(shí),黑暗對(duì)楊柴種子萌發(fā)的促進(jìn)作用更大。即使楊柴在飛播時(shí)(晚春和早夏)的溫度和土壤濕度都適于種子萌發(fā)，若此時(shí)缺乏足夠的風(fēng)力揚(yáng)沙埋藏種子，使種子暴露在較強(qiáng)的光照條件下，導(dǎo)致其遭受干旱脅迫，則種子選擇休眠；當(dāng)遇上風(fēng)沙活動(dòng)使種子能夠適度沙埋從而躲避強(qiáng)光直射后，種子才進(jìn)行萌發(fā)與出苗。此外，根據(jù)姜聯(lián)合[6]的報(bào)道，楊柴種子萌發(fā)不受光照影響，這與本研究結(jié)果不一致，差異原因有待進(jìn)一步探討。

3.2 土壤含水量和沙埋深度的交互作用對(duì)楊柴種子萌發(fā)的影響

土壤含水量和沙埋深度是荒漠地區(qū)種子萌發(fā)過程中重要的生態(tài)因子。飛播后的種子經(jīng)常會(huì)遭受不同程度的沙埋，適宜沙埋可以將種子保護(hù)于土壤之中，減少種子周圍水分的蒸發(fā)，從而保證種子發(fā)芽所需水分、溫度和氧氣等條件，利于種子萌發(fā)。種子埋藏較淺時(shí)，較強(qiáng)的光照、較大的溫度波動(dòng)和降雨后種子的干燥現(xiàn)象均會(huì)導(dǎo)致發(fā)芽率降低；埋藏過深時(shí)，種子周圍的氧氣流通較差和CO2含量較高，尤其在土壤含水量較高的情況下，土壤致病微生物種群大量增加，最終會(huì)抑制植物種子的萌發(fā)[6,13]。有研究表明，在同一土壤含水量條件下，適宜的沙埋深度有利于種子萌發(fā)。如蒿屬半灌木的烏丹蒿(Artemisiawudanica)、白沙蒿(A.sphaerocephala) 和差不嘎蒿(A.halodendron)在土壤水分相同條件下，均在沙埋深度為1.5 cm時(shí)出苗率和出苗速率達(dá)到最大值，反映出沙埋深度與土壤水分間的交互作用[29]；沙米(Agriophyllumsquarrosum) 和長(zhǎng)穗蟲實(shí) (Corispermumelongatum) 在首次供水1 139.8 mL、之后每天供水189.9 mL的情況下，沙埋1 cm更利于種子萌發(fā)；大果蟲實(shí) (Corispermummacrocarpum)在沙埋4 cm下種子萌發(fā)率最大，沙埋過淺或過深均不利于其種子萌發(fā)[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，在5%和10%土壤含水量下，楊柴種子的萌發(fā)參數(shù)隨著沙埋深度增加均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，且在1 cm沙埋深度下最大;20%和25%土壤含水量萌發(fā)參數(shù)均在0 cm最大，且隨著沙埋深度的增加呈現(xiàn)逐漸減小趨勢(shì)；說明楊柴種子沙埋深度較淺時(shí)萌發(fā)情況較好，這與在另2種飛播植物檸條錦雞兒(CaraganakorshinskiiKom)[31]和梭梭(Haloxylonammodendron)[32]上的研究結(jié)果一致。在本研究中，不同土壤含水量下楊柴種子的萌發(fā)參數(shù)與沙埋深度間的回歸關(guān)系有所不同，總體趨勢(shì)是萌發(fā)參數(shù)與沙埋深度的相關(guān)性隨土壤含水量的升高表現(xiàn)為先升高后下降，萌發(fā)參數(shù)與沙埋深度的相關(guān)系數(shù)在20%土壤含水量下較高，并且各萌發(fā)參數(shù)值也較大，表明在這一土壤含水量下楊柴種子對(duì)沙埋深度的適應(yīng)性最強(qiáng)；二因素方差分析結(jié)果表明，土壤含水量與沙埋深度的交互作用顯著影響楊柴種子的萌發(fā)參數(shù)，即適宜土壤含水量與沙埋深度的交互作用有利于種子萌發(fā)。毛烏素沙地的飛播于每年5月中下旬進(jìn)行，此時(shí)沙地風(fēng)沙活動(dòng)較為頻繁且強(qiáng)烈，種子有很大機(jī)會(huì)被沙埋并維持長(zhǎng)期的萌發(fā)活力，在夏季來臨前溫度和降雨合適的情況下，種子就會(huì)迅速萌發(fā)；而適宜埋藏深度的種子萌發(fā)后會(huì)形成發(fā)育較好的根系，增強(qiáng)其水分利用能力和對(duì)溫差變化的抵抗能力，進(jìn)而提高幼苗成活率，可以保證飛播成效[33-34]。

3.3 干旱和鹽堿脅迫對(duì)楊柴種子萌發(fā)的影響

在荒漠生態(tài)環(huán)境中，植物種子的延遲萌發(fā)是一種對(duì)不利環(huán)境的適應(yīng)方式，提高了植物種子適應(yīng)環(huán)境的能力[35]。土壤缺水或鹽分過高均能限制延遲、減少或抑制種子發(fā)芽，并在植物以后的生長(zhǎng)發(fā)育中產(chǎn)生影響[20]。本研究結(jié)果表明，不同程度的干旱脅迫、NaCl脅迫和NaHCO3脅迫均能抑制楊柴種子的萌發(fā)，但楊柴種子在重度干旱脅迫和NaCl脅迫下仍有萌發(fā)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱和抗鹽能力。在本研究中，隨著NaCl和NaHCO3水平的升高，楊柴種子萌發(fā)參數(shù)下降幅度高于干旱脅迫，尤其是活力指數(shù)的受抑制程度十分明顯；同時(shí)從3種脅迫下的楊柴種子發(fā)芽率擬合曲線可以看出，NaHCO3脅迫擬合曲線拐點(diǎn)出現(xiàn)最早，干旱脅迫出現(xiàn)最晚；以上說明楊柴種子對(duì)逆境脅迫的敏感程度依次為：NaHCO3脅迫>NaCl脅迫>干旱脅迫。這可能是由于較高的Na+濃度抑制了種子萌發(fā)第Ⅱ 階段“遲滯期”DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞骨架重建及萌發(fā)相關(guān)m-RNA和蛋白質(zhì)的合成等代謝活動(dòng)，從而影響后續(xù)細(xì)胞分化和擴(kuò)大等重要的新陳代謝過程，導(dǎo)致種子未能或推遲進(jìn)入第 Ⅲ階段，最終影響種子萌發(fā)的完成[36-37]。已有研究表明，堿性鹽脅迫對(duì)植物種子萌發(fā)的傷害要高于中性鹽脅迫[38-39]，這在本研究中也得到了證實(shí)。