基于種子萌發(fā)特征的黔東南特有植物鋸緣報(bào)春苣苔瀕危機(jī)制探討*

竇全麗，唐小迪，張仁波，王雙雙，錢(qián)正敏，胡 艷

(遵義師范學(xué)院，貴州 遵義 563006)

鋸緣報(bào)春苣苔(PrimulinaserrulataR.B.Zhang & F.Wen)是2019年發(fā)表的苦苣苔科新種[1]，為蓮座狀草本植物，單株花朵較多且美麗，綠葉表面具有顯眼的白色葉脈，故開(kāi)花可賞花、無(wú)花可賞葉，花葉俱美，是潛在的優(yōu)良觀賞經(jīng)濟(jì)植物。該物種僅分布于黔東南黎平縣和榕江縣交界的一些溝谷，分布區(qū)狹窄且個(gè)體數(shù)量少，依據(jù)IUCN標(biāo)準(zhǔn)[1]被劃分為“極?！?CR)等級(jí)[2]。鋸緣報(bào)春苣苔種子極多而小，容易借助風(fēng)力傳播，但與較大的種子相比定居能力較弱，故種子萌發(fā)能力可能與其瀕危原因有關(guān)。

萌發(fā)困難是不少瀕危植物致瀕的主要原因之一。東北巖高蘭(EmpetrumnigrumL.var.japonicumK.Koch)和中甸刺玫(RosapraelucensByhouwer)等瀕危植物的種子存在生理休眠現(xiàn)象[3-4]；四川牡丹(PaeoniadecompositaHandel-Mazzetti)和金絲李(GarciniapaucinervisChun et How)等瀕危植物種子萌發(fā)時(shí)間長(zhǎng)[2-3]，需要消耗較多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這會(huì)降低種子的生活力且增加了被意外損壞的機(jī)率；無(wú)距蝦脊蘭(CalanthetsoongianaT.Tang et F.T.Wang)等瀕危植物，種子在自然條件下需要與真菌共生才能萌發(fā)[4]。

赤霉素(GA3)是調(diào)控種子萌發(fā)的2種主要激素之一，可以通過(guò)軟化種胚周?chē)M織來(lái)突破種皮機(jī)械限制并刺激胚細(xì)胞伸長(zhǎng)以促進(jìn)種子萌發(fā)[5]，尤其對(duì)休眠種胚的生長(zhǎng)具有顯著的促進(jìn)作用[6]。適量的外源GA3經(jīng)常被用來(lái)促進(jìn)植物的種子萌發(fā)，如紫斑牡丹(Paeoniasuffruticosavar.papaveracea(Andr.)Kerner)和多種晚花杜鵑(Rhododendronsp.)等觀賞植物[7-8]，以及永瓣藤(MonimopetalumchinenseRehd.)[9]和四川牡丹等瀕危植物。

萌發(fā)基質(zhì)對(duì)種子的萌發(fā)也有影響。四川牡丹的生境土不利于種子萌發(fā)和生長(zhǎng)，而在實(shí)驗(yàn)條件下草炭土處理種子萌發(fā)效果良好[2]。羊耳菊(Inulacappa(Buch.-Ham.)DC.)種子在細(xì)河沙中的萌發(fā)率高于紗布和濾紙[10]，新疆紫草(Arnebiaeuchroma(Royle)Johnst.)種子在河沙中的萌發(fā)情況最佳[11]。水青樹(shù)(TetracentronsinenseOliv.)種子在腐殖土中的萌發(fā)率高于生境土和沙土[12]，而短序十大功勞種子(MahoniabreviracemaY.S.Wang et Hsiao)在黃土和河沙的混合基質(zhì)中萌發(fā)較好[13]。

鋸緣報(bào)春苣苔既是特有瀕危植物，又是具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的觀賞植物，所以對(duì)其進(jìn)行保護(hù)性的研究和開(kāi)發(fā)具有較重要的生態(tài)意義。為探討鋸緣報(bào)春苣苔種子是否有休眠現(xiàn)象，以及種子萌發(fā)能力是否與其瀕危原因有關(guān)，本文研究了萌發(fā)基質(zhì)和外源GA3對(duì)其種子萌發(fā)的影響。研究結(jié)果還可以為其遷地保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用等提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 供試材料

鋸緣報(bào)春苣苔種子來(lái)源于2019年從模式產(chǎn)地移栽到遵義師范學(xué)院的數(shù)株活體植物。在果實(shí)接近成熟且未開(kāi)裂前套袋，果實(shí)開(kāi)裂3～4周后采集，用鑷子撥出種子。共收集了8個(gè)果實(shí)12，294枚種子。收集種子后立即進(jìn)行試驗(yàn)處理。

1.2 試驗(yàn)方法

種子萌發(fā)試驗(yàn)采用了3種不同的基質(zhì)：萌發(fā)紙、薄層營(yíng)養(yǎng)土、薄層泥炭土+珍珠巖(3∶1)。萌發(fā)紙購(gòu)于杭州木木生物科技有限公司，泥炭土為丹麥品氏托普(PINDSTRUP)泥炭(水蘚泥炭，已放置5年)，營(yíng)養(yǎng)土和珍珠巖購(gòu)于河北德沃多肥料有限公司。

在室溫條件下分別用6個(gè)不同濃度的GA3對(duì)種子進(jìn)行浸種處理：0 mg/L(CK)，25 mg/L，50 mg/L，100 mg/L，150 mg/L和200 mg/L。種子的浸種時(shí)間均為 12 h，每處理 3次重復(fù)，每重復(fù) 50粒種子。種子經(jīng)外源激素處理后用清水沖洗 5次，再將種子撒在土壤表面，輕壓(因種子太小而未埋土)，置于 25 ℃ 恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)，設(shè)置每天光照為12 h，光照強(qiáng)度為1500 lx。

每種處理都采用萌發(fā)基質(zhì)英文縮寫(xiě)+GA3濃度的編號(hào)方法。萌發(fā)紙為GP，泥炭土+珍珠巖基質(zhì)為PP，營(yíng)養(yǎng)土為NS。例如，GP0表示基質(zhì)為萌發(fā)紙、GA3濃度為0 mg/L，以此類(lèi)推。

處理后，每天觀察種子的萌發(fā)數(shù)，萌發(fā)過(guò)程結(jié)束、5天無(wú)種子萌發(fā)后結(jié)束統(tǒng)計(jì)。

發(fā)芽勢(shì)(%)=開(kāi)始發(fā)芽后5天內(nèi)的發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)(Gt：第n日的發(fā)芽數(shù)；Dt：發(fā)芽實(shí)驗(yàn)第n日)

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析，具有重復(fù)處理的數(shù)據(jù)用3次測(cè)定平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。平均值間的比較采用單因素方差分析方法(One-Way ANOVA)。在觀察單日萌發(fā)動(dòng)態(tài)和累計(jì)萌發(fā)率時(shí)，每個(gè)處理取3個(gè)重復(fù)的平均值作為當(dāng)日的發(fā)芽數(shù)或萌發(fā)率。使用Origin軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

從收集的8個(gè)果實(shí)來(lái)看，鋸緣報(bào)春苣苔每個(gè)果實(shí)具有1536.75±728.71枚種子，千粒重為0.0098±0.0026 g。

2.1 種子萌發(fā)特征

GA3浸種處理后，不同處理的發(fā)芽時(shí)滯在6～10 d之間(表1)。種子從果實(shí)中取出后立即處理，數(shù)天后就開(kāi)始發(fā)芽，說(shuō)明無(wú)休眠現(xiàn)象。發(fā)芽時(shí)滯在不同基質(zhì)之間差異不大，PP處理時(shí)間稍短而NS處理時(shí)間稍長(zhǎng)；不同處理的發(fā)芽持續(xù)時(shí)間在10～21 d之間，PP處理(12.83±1.83)顯著(P<0.05)短于GP(18.33±2.66)和NS(15.94±3.50)處理。這說(shuō)明在泥炭土+珍珠巖基質(zhì)中種子開(kāi)始萌發(fā)的時(shí)間稍早，且萌發(fā)時(shí)間較為集中。

從基質(zhì)之間的比較來(lái)看，PP處理的萌發(fā)率(%)(87.67±6.48)顯著(P<0.05)高于GP(78.44±12.19)和NS(80.22±11.90)處理，而GP與NS處理之間差異不顯著。從單個(gè)處理來(lái)看，GP 0、GP 25、NS 0和NS 25處理的萌發(fā)率較低(均<70%；表1)，而其它處理的萌發(fā)率均在80%以上，說(shuō)明GA3在萌發(fā)紙和營(yíng)養(yǎng)土基質(zhì)中能明顯促進(jìn)鋸緣報(bào)春苣苔種子的萌發(fā)，而在泥炭土+珍珠巖基質(zhì)中無(wú)明顯的促進(jìn)作用(可能與該基質(zhì)本身特性有關(guān))。在今后的保育過(guò)程中，若使用PP基質(zhì)萌發(fā)鋸緣報(bào)春苣苔種子則無(wú)需GA3處理。

從不同濃度GA3之間的比較來(lái)看，50 mg/L的GA3處理萌發(fā)率為最高(86.89±8.78)，顯著(P<0.05)高于CK和25 mg/L處理，但與100 mg/L，150 mg/L，200 mg/L的處理之間差異不顯著。

PP處理的發(fā)芽勢(shì)相對(duì)較高(表1)，說(shuō)明該處理種子開(kāi)始萌發(fā)后發(fā)芽率較高、萌發(fā)比較集中，但該基質(zhì)中處理與CK差別不大，說(shuō)明GA3對(duì)泥炭土+珍珠巖基質(zhì)中種子發(fā)芽勢(shì)的作用不大。在NS處理中，NS 0和NS 25明顯低于其它4個(gè)處理，說(shuō)明GA3對(duì)營(yíng)養(yǎng)土基質(zhì)中種子的發(fā)芽勢(shì)有明顯的促進(jìn)作用。各個(gè)GP處理的發(fā)芽勢(shì)普遍都比較低，說(shuō)明GA3對(duì)萌發(fā)紙基質(zhì)中種子發(fā)芽勢(shì)的作用不大，且該基質(zhì)中發(fā)芽勢(shì)低于其它2種基質(zhì)。

表1 基質(zhì)和GA3對(duì)鋸緣報(bào)春苣苔種子萌發(fā)的影響Tab.1 Effects of substrate and GA3 on the seed germination of Primulina serrulata

在GP和NS處理中，CK和25 mg/L的GA3處理的發(fā)芽指數(shù)明顯低于其它4個(gè)處理(表1)，說(shuō)明GA3在這2種基質(zhì)中對(duì)發(fā)芽指數(shù)有明顯的促進(jìn)作用，而在PP處理中作用不明顯。PP處理的發(fā)芽指數(shù)較高，說(shuō)明泥炭土+珍珠巖基質(zhì)中種子比其它2種基質(zhì)發(fā)芽較早且較集中。

2.2 種子單日萌發(fā)動(dòng)態(tài)

PP基質(zhì)各個(gè)處理的單日萌發(fā)動(dòng)態(tài)圖都呈單峰曲線(圖1b)，說(shuō)明種子萌發(fā)時(shí)間較為集中；較高濃度的GA3處理和CK的曲線相似，同樣也說(shuō)明GA3對(duì)該基質(zhì)中種子萌發(fā)的促進(jìn)作用不大。從該圖可以看出，該基質(zhì)的種子在21 d之內(nèi)就完成了整個(gè)萌發(fā)進(jìn)程，說(shuō)明鋸緣報(bào)春苣苔種子在泥炭土+珍珠巖基質(zhì)中萌發(fā)快且較為集中。

GP基質(zhì)各個(gè)處理的單日萌發(fā)動(dòng)態(tài)圖大多呈多峰曲線(圖1a)，且耗時(shí)27 d才完成整個(gè)萌發(fā)進(jìn)程，說(shuō)明種子在這種基質(zhì)中萌發(fā)慢且不集中。GP 0和GP 25處理的曲線在整個(gè)萌發(fā)進(jìn)程的早期階段大多低于其他4個(gè)處理，但差別不大，說(shuō)明GA3對(duì)萌發(fā)紙基質(zhì)種子萌發(fā)有一定的提前作用但不明顯。

圖1 鋸緣報(bào)春苣苔種子單日萌發(fā)動(dòng)態(tài)Fig.1 Single-day germination dynamics of Primulina serrulata seeds

NS基質(zhì)耗時(shí)31 d才完成整個(gè)萌發(fā)進(jìn)程，是3種基質(zhì)中最慢的。NS 0和NS 25處理曲線呈多峰曲線(圖1c)，說(shuō)明在CK和低濃度的GA3處理中種子萌發(fā)緩慢且不集中。其它4種處理明顯在種子開(kāi)始萌發(fā)后就出現(xiàn)了1個(gè)高峰，說(shuō)明GA3對(duì)營(yíng)養(yǎng)土基質(zhì)中的種子有明顯的提前和集中萌發(fā)的作用。

2.3 種子累計(jì)萌發(fā)率

在GP和NS這2種基質(zhì)中，CK和25 mg/L處理的曲線明顯比其它4種處理低(圖2)，說(shuō)明GA3可以明顯提高這2種基質(zhì)中種子的萌發(fā)率。在PP基質(zhì)中，CK的曲線并不比處理低，說(shuō)明GA3在該基質(zhì)中并不能提高種子的萌發(fā)率。

圖2 鋸緣報(bào)春苣苔種子累計(jì)萌發(fā)率Fig.2 Accumulated germination rate of Primulina serrulata seeds

3 討論

種子萌發(fā)是種群延續(xù)和維持物種多樣性的重要途徑[14]，而種子大小具有重要的進(jìn)化生物學(xué)和生態(tài)學(xué)意義[15]。苦苣苔科植物種子多而細(xì)小，這樣的種子可以在更大空間擴(kuò)散從而躲避風(fēng)險(xiǎn)使繁殖成功[16]，但小種子必然無(wú)法存儲(chǔ)較多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可能會(huì)導(dǎo)致萌發(fā)和定居困難，這可能是某些苦苣苔科植物瀕危的原因之一。

同為苦苣苔科瀕危植物，瑤山苣苔(Oreochariscotinifolia(W.T.Wang)Mich.M?ller & A.Weber)和藥用唇柱苣苔(Primulinamedica(D.Fang & W.T.Wang)Y.Z.Wang)新采收種子的萌發(fā)率極低，經(jīng)GA3處理后也分別僅為60%和64%[17-18]。種子萌發(fā)困難是這2種苦苣苔科植物瀕危的原因之一。在本研究中，新采收、未經(jīng)處理的鋸緣報(bào)春苣苔種子萌發(fā)率在萌發(fā)紙和營(yíng)養(yǎng)土基質(zhì)中的萌發(fā)率約為68%，而在泥炭土+珍珠巖混合基質(zhì)中的萌發(fā)率高達(dá)90%，且不同基質(zhì)中的種子在30 d之內(nèi)就基本可以完成整個(gè)萌發(fā)進(jìn)程，說(shuō)明其種子萌發(fā)能力較強(qiáng)?，幧杰奶ΨN子每年11月成熟，要經(jīng)過(guò)一個(gè)寒冷的冬季才能萌發(fā)，嚴(yán)重影響了種子的生活力[18]。藥用唇柱苣苔花期4月[19]，種子大約在5月成熟，從物候?qū)W特征來(lái)看不需要休眠，但其種子仍然具有明顯的休眠現(xiàn)象[17]。鋸緣報(bào)春苣苔種子在5月-6月成熟，且無(wú)休眠現(xiàn)象，可以立即進(jìn)入萌發(fā)進(jìn)程，種子的生活力未受到影響。野外觀察也發(fā)現(xiàn)在成熟的鋸緣報(bào)春苣苔開(kāi)花植株附近具有一定量的幼苗，這說(shuō)明種子萌發(fā)能力不是其瀕危的原因。

野外觀察發(fā)現(xiàn)，鋸緣報(bào)春苣苔生長(zhǎng)于土壤少、有少量(流)水的喀斯特巖石表面，有較強(qiáng)的生境偏好性(也即生境適應(yīng)力較差)。加之其生長(zhǎng)于溝底，兩側(cè)通常還有喬木遮蔽，導(dǎo)致風(fēng)力受限，這限制了其通過(guò)風(fēng)力傳播后代的特長(zhǎng)(種子多、小而輕)，使得傳播體無(wú)法達(dá)到周?chē)湎埠玫纳?。所以雖然該物種種子萌發(fā)能力較強(qiáng)，但目前分布區(qū)域極為狹窄。生境偏好和風(fēng)力受限可能是鋸緣報(bào)春苣苔瀕危的主要生物學(xué)原因。

適量的外源GA3經(jīng)常用于促進(jìn)種子萌發(fā)且作用較好。本研究中，GA3能提高萌發(fā)紙和營(yíng)養(yǎng)土2種基質(zhì)中鋸緣報(bào)春苣苔種子的萌發(fā)率，且具有較為明顯的促進(jìn)提前萌發(fā)作用，也驗(yàn)證了這一規(guī)律。但在泥炭土+珍珠巖基質(zhì)中，GA3并無(wú)明顯的提高或提前作用，這可能和基質(zhì)特性有關(guān)。不同廠家在生產(chǎn)泥炭土和營(yíng)養(yǎng)土基質(zhì)的過(guò)程中，添加的營(yíng)養(yǎng)成分不同，這可能是導(dǎo)致這2種基質(zhì)中種子萌發(fā)能力差異明顯的主要原因。

作為新種發(fā)表時(shí)，鋸緣報(bào)春苣苔只在1條山溝中被發(fā)現(xiàn)，原文獻(xiàn)記載成熟個(gè)體數(shù)量不超過(guò)150株[1]。作者等人后來(lái)又對(duì)其種群個(gè)體數(shù)量進(jìn)行了調(diào)查，在鄰近的數(shù)條溝谷中又發(fā)現(xiàn)了一定數(shù)量的個(gè)體，但總數(shù)仍然很少，該物種目前處于(極)小種群狀態(tài)。小種群在理論上可能會(huì)增加遺傳漂變的機(jī)率，導(dǎo)致遺傳多樣性降低，進(jìn)而逐漸失去適應(yīng)能力[18-20]。小種群還面臨兩大現(xiàn)實(shí)威脅：環(huán)境改變和人為干擾。泥石流、滑坡、降雨減少和人為采挖等因素都極容易導(dǎo)致小種群發(fā)生滅絕事件，故現(xiàn)在亟需對(duì)鋸緣報(bào)春苣苔進(jìn)行生境保護(hù)和遷地保護(hù)。