種子附屬物及貯藏方式對4種野生灌木種子萌發(fā)和生活力的影響

李明遠，趙曉英，艾賽提，楊憶舒，帕如扎·哈力木拉提

(1.新疆師范大學生命科學學院，新疆 烏魯木齊 830054；2.烏魯木齊市柴窩堡國有林場管理處，新疆 柴窩堡 830076)

種子附屬物指包裹種子的果皮和果翅、苞片、冠毛、果毛等附屬結構，是果實適應傳播的重要性狀。大多數(shù)植物在種子成熟后，以種子為單位進行傳播，在適宜條件下萌發(fā)。而有些植物是以果實或果序為傳播和萌發(fā)單位[1-3]。種子附屬物除了具有保護和傳播種子的功能外，還對種子萌發(fā)具有調節(jié)作用。研究表明，寬翅菘藍(Isatisviolascens)[4]、甜蕎(Fagopyrumesculentum)和苦蕎(Fagopyrumtataricum)[5]的種子附屬物對種子萌發(fā)具有促進作用，而霸王(Zygophyllumxanthoxylum)[6]、白梭梭(HaloxylonPersicum)[7]、鈉豬毛菜(Salsolanitraria)[8]、草麻黃(Ephedrasinica)[9]、當歸(Angelicasinensis)[10]、塔里木沙拐棗(Calligonumroborowskii)[11]、蕓香科桔榆屬植物Pteleatrifoliata和P.crenulata[12]的種子附屬物對種子萌發(fā)具有抑制作用，百歲蘭屬Welwitschiamirabilis的種子附屬物對萌發(fā)的影響因生境不同而異，附屬物抑制納米布沙漠種群的種子萌發(fā)[13]，而對意大利Naples大學的栽培種群的萌發(fā)無顯著影響[14]。有關種子附屬物對種子活力的保持，有研究表明：絲葉芥(Leptaleumfilifoliu)和甘青念珠芥(Neotorulariakorolkovii)有附屬物種子在埋藏一年后仍有60%的種子具有生活力[15]，綿果薺在干貯藏后有附屬物種子的生活力顯著高于無附屬物的種子[16]，寬翅菘藍在埋藏12個月后無附屬物種子的生活力高于有附屬物種子的[4]?？梢姡綄傥飳ΨN子生活力的影響因種和貯藏方式而異。

灌木是荒漠植被的重要組成部分，對維持荒漠生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定及生物多樣性具有重要作用。灌木常作為退化荒漠植被恢復的候選植物，利用本地野生灌木提高植被成效已成為干旱區(qū)植被恢復的趨勢[17]。甘肅古浪縣沙漠和綠洲過渡帶[18]、河西走廊[19]等地引種了麻黃，寧夏鹽池引種了沙木蓼(Atraphaxisbracteata)、東疆沙拐棗(Calligonumklementzii)等[20]，古爾班通古特沙漠在1984年就開始建造人工梭梭(Haloxylonammodendron)林，這些灌木對荒漠地區(qū)植被恢復發(fā)揮了重要作用。

木賊麻黃(Ephedraequisetina)、木蓼(Atraphaxisfrutescens)、戈壁藜(Iljiniaregelii)、木本豬毛菜(Salsolaarbuscula)為灌木，是荒漠草地的優(yōu)勢種或重要組成種，是干旱區(qū)植被修復的潛在候選植物，這幾種灌木的種子都有附屬物(圖1)。在植被修復中如果采用種子直播或育苗，首先遇到的問題就是種子生活力和萌發(fā)問題。如果當年臨冬播種，至第2年春季種子萌發(fā)前，種子在野外貯藏了6個月左右，如果是在第二年春季播種，種子則會在倉庫貯藏6個月左右。那么，不同貯藏方式附屬物對種子生活力的保持、萌發(fā)乃至休眠解除有怎樣的作用？采集或貯藏種子時，種子附屬物是去除還是保留，都是有待研究的問題?；诤芏嗷哪嗄痉N子附屬物對種子生活力保持有促進作用，但是對種子休眠解除和萌發(fā)具有抑制作用，因此，我們假設：(1)這4種荒漠草地灌木的種子附屬物有利于其種子生活力的保持；(2)附屬物對種子萌發(fā)具有抑制作用。

1 材料和方法

1 種子采集地自然概況

木賊麻黃采自阿勒泰地區(qū)青河縣哈依亨(N 46°30′N，E 90°9′，海拔1 270 m)，該地區(qū)年均降水量19.7 mm，年均溫1.7℃(1989～2018年，青河縣氣象局)。戈壁藜、木本豬毛菜和木蓼均采自達坂城地區(qū)柴窩堡(N 43°39′，E 88°9′,海拔1 058.7 m)，該區(qū)干旱少雨長年大風，年均降水量52.3 mm，年均溫7.4℃，年均風速6.4 m/s(1989年至2018年，達坂城氣象局)，這兩個地方均為干旱冷涼地區(qū)。

1.2 種子的采集及特性

供試植物在自然條件下以果實為傳播和萌發(fā)單位，因此本研究中的種子采集單位為果實。2019年10月于木賊麻黃果實成熟期，2019年6～9月于木蓼、戈壁藜、木本豬毛菜果實成熟期，在其自然群落中隨機采收每種植物10株，每株收集30～100粒成熟果實，帶回實驗室在通風環(huán)境下放置兩周，自然晾干，將果實充分混勻，裝入紙袋，存放在室溫干燥環(huán)境下備用。對這4種植物的果實及其果皮進行觀察拍照，木賊麻黃為裸子植物，其果實為雌球花，種子被肉質“花被”包裹(圖1-A)；木蓼為蓼科植物，其果實為瘦果，在果期種子被增大的內輪花被片包被(圖1-B)；戈壁藜和木本豬毛菜為藜科植物，包裹戈壁藜種子的為邊緣膜質、中部肥厚并隆起的小苞片(圖1-C)，包裹木本豬毛菜種子的是果期生有翅的花被片以及宿存的花萼(圖1-D)，這些均為種子附屬物。

圖1 4種灌木的果實及種子Fig.1 Fruits and seeds of four shrubs注：A：木賊麻黃；B：木蓼；C：戈壁藜； D：木本豬毛菜

1.3 試驗方法

1.3.1 鮮種子的萌發(fā) 將每種植物帶有附屬物和去除附屬物的種子各400粒，放置于直徑100 mm的培養(yǎng)皿，每個培養(yǎng)皿25粒種子，以90 mm濕潤濾紙為基質， 4個重復，放入光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)，溫度設置為5℃/15℃、10℃/20℃、15℃/25℃、15℃/30℃(12 h光/12 h暗，光強8 000 lx)，接近這兩個生境生長季月平均最低/最高氣溫。在萌發(fā)過程中，保持濾紙濕潤，以胚長出2 mm即視為萌發(fā)。每天統(tǒng)計萌發(fā)的種子數(shù)，持續(xù)4周。試驗結束后用解剖刀剖開未萌發(fā)的種子，觀察胚并用TTC法檢測種子活性，記數(shù)發(fā)紅的有生活力的種子數(shù)，計算種子萌發(fā)率，萌發(fā)率=(萌發(fā)種子數(shù)/有生活力種子數(shù))×100%[17]。

1.3.2 種子附屬物處理及萌發(fā)于種子成熟當年10月，取晾干備用的果實2份各150粒，其中1組為完整果實，帶有種子附屬物，視為有附屬物種子，另一組去除種子附屬物只保留種子，視為無附屬物種子。兩組種子裝入紗網(wǎng)袋中，每種植物各4袋。其中一組埋放在柴窩堡自然植被的空地(土壤基質基本一致、周圍無植物)土中深約2.5 cm處，此處理視為野外貯藏，用50 cm×50 cm的方形鐵網(wǎng)框(四圍用木條鏈結)釘住，以防被風吹走，同時用DS1923型紐扣溫度計記錄種子所在位置的濕度和溫度。另一份放在實驗室(20℃～23℃，25%～36% RH)，接近生產(chǎn)實際中常用的倉庫為干熱貯藏，每個處理4個重復，共8袋。于第2年3月底將8袋種子拿出，帶回實驗室。挑出無生活力的空癟和腐爛的有附屬物種子和無附屬物種子，計算無生活力種子的百分比，有生活力種子比率=(有生活力種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%。剩余有生活力的種子(包括有、無附屬物的)放入光照培養(yǎng)箱(12 h光/12 h暗，光強8 000 lx，15℃/25℃變溫)培養(yǎng)(鮮種子萌發(fā)實驗表明此溫度幾種植物的種子萌發(fā)率均最高)，每天統(tǒng)計萌發(fā)數(shù)持續(xù)4周。實驗結束時用TTC檢測剩余種子的生活力，計數(shù)死種子數(shù)和有生活力種子數(shù)，分別計算有、無附屬物種子的萌發(fā)率，萌發(fā)率=(已萌發(fā)種子數(shù)/有生活力種子數(shù))×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計分析采用SPSS 20.0軟件和Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖，萌發(fā)試驗結果以平均值(Mean)±標準誤(SE)表示，采用單因素分析(One-way ANOVA)檢驗進行差異顯著性分析。

2 結果和分析

2.1 鮮種子的萌發(fā)

在4個溫度下木賊麻黃種子的萌發(fā)率在91%～100%，木本豬毛菜和戈壁藜種子的均為100%(圖2)，且萌發(fā)速度很快(表1)。木蓼種子的萌發(fā)率均不高，在5℃/15℃下的萌發(fā)率最低，為19%。在10℃/20℃、15℃/25℃、15℃/30℃下的萌發(fā)率為27%～37%，這三個溫度間差異不顯著(P>0.05)。

圖2 4種植物成熟鮮種子在不同培養(yǎng)溫度下的萌發(fā)率Fig.2 Germination percentage of fresh mature seeds of four species under different temperatures注：小寫字母不同表示同種植物不同溫度間萌發(fā)率差異顯著(P<0.05)

2.2 貯藏處理種子的萌發(fā)

貯藏6個月后，木賊麻黃無論干熱貯藏還是野外貯藏，均表現(xiàn)為不帶附屬物的種子生活力明顯高于帶附屬物的種子(P<0.05)(圖3)。木蓼的種子野外貯藏后不帶附屬物種子的生活力明顯高于帶附屬物種子的(P<0.05)，而干熱貯藏后的差異不顯著(P>0.05)。木本豬毛菜種子無論經(jīng)過室內貯藏還是野外貯藏，無論帶或不帶附屬物，均失去生活力。戈壁藜帶附屬物的種子的生活力高于不帶附屬物種子的，野外貯藏的尤為明顯(P<0.05)。

圖3 種子在不同地方貯藏后的具有生活力種子比率Fig.3 Effects of seed storage methods on percentage of viable seeds for four species注：大寫字母不同表示不同附屬物處理間差異顯著(P<0.05)，小寫字母不同表示貯藏方式間差異顯著(P<0.05)

木賊麻黃成熟時不帶附屬物的種子萌發(fā)率明顯高于帶附屬物的種子(P<0.05)，經(jīng)干熱貯藏和野外貯藏后，帶附屬物種子的萌發(fā)率明顯提高，帶附屬物種子與不帶附屬物種子差異不顯著(P>0.05)。木蓼鮮種子帶附屬物種子的萌發(fā)率明顯高于不帶附屬物的(P<0.05)。戈壁藜無論鮮種子還是貯藏后的，有附屬物種子和無附屬物種子的萌發(fā)率均為100%(P>0.05)(表1)。

木賊麻黃的鮮種子和貯藏后的帶附屬物種子明顯比不帶附屬物的慢(P<0.05)(表1)。木蓼鮮種子萌發(fā)速度有附屬物與無附屬物的差異不顯著，但干熱貯藏后無附屬物種子的萌發(fā)速度比有附屬物的快了近一倍(P<0.05)，而野外貯藏的差異不顯著(P>0.05)。木本豬毛菜和戈壁藜鮮種子和貯藏后種子均在培養(yǎng)24 h內開始萌發(fā)。在培養(yǎng)第1天時，木本豬毛菜帶附屬物種子的萌發(fā)率已超50%，而不帶附屬物的萌發(fā)率高達97%，且在第2天結束萌發(fā)。戈壁藜萌發(fā)速度也較快,但帶附屬物種子與不帶附屬物種子的差異不顯著(P>0.05)(表1)。

表1 有、無附屬物種子貯藏后在15℃/25℃下的萌發(fā)率和萌發(fā)速度

3 討論

3.1 鮮種子的萌發(fā)溫度

木賊麻黃、木本豬毛菜和戈壁藜種子在4個溫度下萌發(fā)率均接近100%(圖1)，說明在自然條件下，只要條件適宜，3種植物的大部分種子在生長季的任何時候均可萌發(fā)，這與荒漠灌木霸王[21]和雜草酸模(Rumexacetosa)[22]的種子萌發(fā)特性相似。本研究中3種灌木的生境均為荒漠，降水稀少且不可預測，年均溫低，為干旱冷涼地區(qū)，在任何時間都可萌發(fā)有利于種子在水分條件適宜時即刻萌發(fā)，增大建苗機會。木蓼在4個溫度下萌發(fā)率均較低，說明大部分種子是休眠的，與同屬植物長枝木蓼的研究結果相似[23]。

3.2 附屬物與種子生活力

第1個假設是這4種植物的種子附屬物有利于其種子活力的保持，但研究結果并未支持這一假設。無論哪種貯藏方式，木賊麻黃去除附屬物種子的生活力高于有附屬物種子的，說明其附屬物不利于種子生活力的保持。本試驗中觀察到帶附屬物的木賊麻黃種子發(fā)霉嚴重。有研究表明，包被木賊麻黃種子的肉質花被中含有豐富的有機物、無機鹽等營養(yǎng)物質[24]，從而容易滋生微生物，造成種子腐爛的重要原因。而木蓼種子附屬物的存在只降低了野外貯藏后種子的生活力，對干熱貯藏后的種子生活力無影響?？赡芤驗槟巨しN子外宿存的花被片是開裂的(圖1-B)，野外土壤條件下花被片對種子的保護有限，這與寬翅菘藍的結果一致[4]。戈壁藜和木本豬毛菜均為藜科植物，果實為胞果，無論哪種貯藏方式，戈壁藜帶附屬物種子的生活力均高于不帶附屬物的，可見附屬物有利于種子生活力的保持，這與綿果薺[16]的研究結果一致。木本豬毛菜種子萌發(fā)速度快，且很容易失活，不管哪種貯藏方式，有無附屬物的種子均很快失活。由此可見，種子生活力的保持和衰退不僅取決于該植物的遺傳特性和種子附屬物結構，還取決于貯藏條件。

3.3 附屬物對種子萌發(fā)的影響

第2個假設是種子附屬物對4種植物的種子萌發(fā)具有抑制作用，但研究結果并不支持該假設。

對于鮮種子而言，附屬物抑制木賊麻黃種子的萌發(fā)，促進木蓼種子的萌發(fā)，對其他兩種的無顯著影響。貯藏之后，對木賊麻黃種子萌發(fā)無明顯影響?？赡芤驗橘A藏后木賊麻黃種子附屬物變干并脫離種子，其抑制作用消失，這與草麻黃[9]成熟鮮種子的研究結果相似。貯藏后，附屬物抑制木蓼種子的萌發(fā)，類似于同屬植物香蓼(Polygonumviscosum)[25]、蕓香科桔榆屬的兩種植物[12]、霸王[6]、白梭梭[7]、高枝假木賊(Anabasiselatior)[26]、幾種豬毛菜屬植物[8，27]的研究結果。戈壁藜種子附屬物對貯藏后種子的萌發(fā)均無影響，可能因為其包裹種子的小苞片貼合緊密，對種子具很好的保護作用。木本豬毛菜種子附屬物對成熟鮮種子的萌發(fā)無影響，貯藏后無論有無附屬物，種子均失去生活力。由此可見，種子附屬物對種子萌發(fā)的影響取決于種子結構、休眠特性及貯藏條件。在植被恢復實施時的種子采購和貯藏中，木本豬毛菜不宜放到第2年，木賊麻黃、木蓼、種子附屬物的去留可以根據(jù)種子貯藏條件和播種時段而定，可以保留戈壁藜種子附屬物。

從萌發(fā)速度來看，木賊麻黃種子附屬物使種子萌發(fā)延遲了1周，可能因為，木賊麻黃的附屬物為肉質花被片，吸水后膨脹阻隔種子與外界聯(lián)通，當附屬物吸水達到飽和狀態(tài)后，種子才能獲得萌發(fā)所需要的水分，軟化較硬的種皮使胚突破種皮[28]，這與具假種皮的衛(wèi)矛(Euonymusalatus)[29]、當歸(Angelicasinensis)[10]的結果相似。同時，以往研究表明，麻黃的附屬物中含有抑制萌發(fā)的物質，延遲種子萌發(fā)[9]，本研究中木賊麻黃也可能含有抑制萌發(fā)的物質，因而延遲種子萌發(fā)。本研究中的戈壁藜和木本豬毛菜的鮮種子均在一天內完成萌發(fā)，屬于快速萌發(fā)類型，不易受附屬物的影響，這與同為藜科的堿蓬(Suaedaglauca)、鹽穗木(Halostachyscaspica)[30]在2～4 d內完成萌發(fā)的特性相似。

4 結論

木賊麻黃、戈壁藜和木本豬毛菜成熟鮮種子在5℃/15℃、10℃/20℃、15℃/25℃、15℃/30℃下萌發(fā)率均接近100%，木蓼種子萌發(fā)率均很低，大部分種子是休眠的。種子附屬物不利于木賊麻黃兩種貯藏和木蓼野外貯藏后種子生活力的保持，有利于野外貯藏戈壁藜種子生活力的保持。種子附屬物抑制木賊麻黃成熟鮮種子的萌發(fā)，促進木蓼鮮種子的萌發(fā)，對戈壁藜和木本豬毛菜無顯著影響。貯藏后，附屬物對種子萌發(fā)的影響因貯藏條件和物種而異，木本豬毛菜無論有無附屬物，貯藏后種子均失去生活力。在植被恢復播種和貯藏中，可以考慮去除木賊麻黃的種子附屬物，保留木蓼和戈壁藜的種子附屬物，木本豬毛菜種子易失活，不宜貯藏至第2年。

致謝：新疆特殊環(huán)境物種保護與調控生物學實驗室提供實驗條件。喬家利等參與萌發(fā)試驗。