張 聃，曹 昀，2，鄭 林，2

（1.江西師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院，南昌 330022；2.江西師范大學(xué) 鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330022）

種子萌發(fā)是植物生活史的重要階段，是植物種群自然更新的基礎(chǔ)［1］。在沙漠地區(qū)以水分對(duì)沙地植物種子萌發(fā)的影響最為突出，雨量大小、降雨頻率及土壤濕度是決定沙地植物種子萌發(fā)的重要生態(tài)因子［2］。開展水分脅迫對(duì)沙生植物種子萌發(fā)的影響研究，有助于深入理解沙生植物地理分布及其對(duì)沙漠環(huán)境的適應(yīng)策略，同時(shí)對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和植被生態(tài)恢復(fù)具有重要意義。

濕地松（P.elliottii）原產(chǎn)于美國東南部暖熱潮濕的低海拔地區(qū)，屬常綠喬木，在我國南方分布較廣［3］。因其耐旱、耐貧瘠和固沙能力強(qiáng)等特性適合作為沙化土地生態(tài)系統(tǒng)重建的先鋒植物［4］。目前有關(guān)濕地松的研究主要集中在生理生態(tài)［3－5］、生長因子［6］、群落調(diào)控［7－9］和菌根應(yīng)用［10－11］等方面，干旱脅迫下濕地松種子的生長研究亦有少量報(bào)道［12］，而關(guān)于濕地松種子萌發(fā)對(duì)水分的生態(tài)響應(yīng)及萌發(fā)特性還尚未涉及。

本文采用聚乙二醇（PEG－6000）高滲溶液試驗(yàn)?zāi)M干旱脅迫的方法，分析濕地松種子萌發(fā)對(duì)不同水分脅迫的響應(yīng)，探求其萌發(fā)率、萌發(fā)特性及耐旱極限值，從而為其抗旱機(jī)理的研究提供依據(jù)，同時(shí)也為沙地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和植被生態(tài)恢復(fù)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

濕地松種子由江西省南昌市林業(yè)局提供，于2010年4月采集于廣東，千粒重為30.79g。選取大小均勻、飽滿、無病蟲的濕地松種子室溫下儲(chǔ)藏備用。滲透調(diào)節(jié)劑采用的PEG－6000（化學(xué)純CP）由上海青析化工科技有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子預(yù)處理 濕地松種子在30℃溫水中浸泡24h后，去除浮在水面的壞種子和部分雜質(zhì)后浸入75%的酒精溶液中消毒處理20min，再用蒸餾水沖洗干凈后陰處晾干。

1.2.2 PEG－6000處理 采用 Michel和 Kaufmann方法［13］配制滲透勢梯度分別為－0.2MPa（C1）、－0.4MPa（C2）、－0.6MPa（C3）、－0.8MPa（C4）、－1.0MPa（C5）、－1.2MPa（C6）的 PEG－6000溶液，以蒸餾水作為對(duì)照CK對(duì)濕地松種子進(jìn)行水分脅迫處理。采用培養(yǎng)皿紙上法進(jìn)行種子萌發(fā)，每個(gè)培養(yǎng)皿（9cm）中都放3張吸水紙后再鋪上2張濾紙制成培養(yǎng)床。放入經(jīng)過預(yù)處理后的種子，然后分別注入等量各滲透梯度的PEG－6000脅迫溶液使得吸水紙飽和，鋪上濕布后置于LRH－250－GSⅡ人工氣候箱中培養(yǎng)（濕度為58%RH，溫度為25℃，光周期為8h光照／16h黑暗）。每個(gè)處理4次重復(fù)，每處理50粒種子。以后每天都要將培養(yǎng)皿中的吸水紙用相應(yīng)濃度的PEG－6000溶液沖洗，以保持各自的溶液濃度恒定。每3天更換吸水紙，以防吸水紙霉變。1.2.3 生長指標(biāo)測定 每天定時(shí)進(jìn)行觀察測定，以胚芽露出種皮為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)4個(gè)重復(fù)中有1個(gè)種子萌發(fā)時(shí)，即記錄為該種子萌發(fā)開始時(shí)期，以后每日要統(tǒng)計(jì)萌發(fā)數(shù)，計(jì)算萌發(fā)率，并把已經(jīng)萌發(fā)的種子移植在其他同樣的環(huán)境中繼續(xù)觀察，當(dāng)連續(xù)5d無新種子萌發(fā)作為萌發(fā)終止時(shí)期。同時(shí)以濕地松完全脫離種皮為標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為其進(jìn)入幼苗生長階段。主要選取以下生理指標(biāo)作為研究內(nèi)容:（1）萌發(fā)率（%）＝（萌發(fā)終止時(shí)期全部正常萌發(fā)的種子數(shù)／供試種子數(shù)）×100%；（2）相對(duì)發(fā)芽率（%）＝（各處理發(fā)芽率／對(duì)照發(fā)芽率）×100%；（3）發(fā)芽勢（%）＝（規(guī)定時(shí)間內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)／供試種子數(shù)）×100%；（4）發(fā)芽指數(shù)（Gi（＝∑Gt／Dt，Gt:在時(shí)間t日的發(fā)芽數(shù)；Dt:相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)；（5）幼苗高度（cm）；（6）根長（cm）；（7）生物量（g／株），隨機(jī)選取各處理發(fā)育完全的幼苗，用電子天平測其鮮重取平均值。1.2.4 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，Excel 2003軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對(duì)濕地松種子萌發(fā)時(shí)間的影響

水分脅迫對(duì)濕地松種子萌發(fā)時(shí)間有不同程度的影響。CK的濕地松種子在第5天開始萌發(fā)，在第8～10天出現(xiàn)萌發(fā)高峰期，在第12天萌發(fā)基本完成。C1與CK的萌發(fā)時(shí)間基本相似，在第7～8天的萌發(fā)數(shù)反而超過CK，而后其萌發(fā)時(shí)間一直與CK保持相似，且累計(jì)萌發(fā)數(shù)和CK無顯著差異（p＞0.05）。但是隨著PEG－6000溶液濃度的升高，其余各處理的初始萌發(fā)時(shí)間逐步推遲。輕中度脅迫處理（C2、C3）與CK相比初始萌發(fā)時(shí)間僅推遲1d，重度脅迫處理（C4、C5）分別比CK的初始萌發(fā)時(shí)間推遲了4d和8 d（圖1）。

圖1 濕地松種子逐日萌發(fā)率

已有研究表明，發(fā)芽勢或發(fā)芽指數(shù)比發(fā)芽率更能靈敏地反映種子發(fā)芽速度和出苗整齊度［14］。在試驗(yàn)第10天統(tǒng)計(jì)各處理發(fā)芽勢，在輕度水分脅迫下，C1、C2與CK相比不存在顯著性差異（p＞0.05），C1的發(fā)芽勢甚至比CK略高。但是隨著水分脅迫的加重，發(fā)芽勢急速下降，C4的發(fā)芽勢僅為3.5%，相當(dāng)于CK的1／13，而且在C5時(shí)發(fā)芽勢就降至為0（圖2）。說明水分脅迫對(duì)濕地松種子萌發(fā)初期的影響較大。

圖2 濕地松種子發(fā)芽勢

各處理的發(fā)芽指數(shù)與CK相比均有不同程度的下降，且存在顯著性差異（p＜0.05），呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖3）。由此表明:各濃度的PEG－6000溶液處理會(huì)不同程度的延緩濕地松種子萌發(fā)的初始時(shí)間和降低萌發(fā)速度，在水分的輕中度脅迫下，推遲時(shí)間無差異或較短，隨著溶液濃度的升高，推遲時(shí)間延長，直至種子無法萌發(fā)。

圖3 濕地松種子發(fā)芽指數(shù)

2.2 水分脅迫對(duì)濕地松種子最終萌發(fā)率的影響

試驗(yàn)結(jié)束后，水對(duì)照處理（CK）、輕度脅迫處理（C1、C2）與中重度脅迫處理（C3、C4、C5、C6）存在顯著差異或極顯著差異（p＜0.05或p＜0.01）。C2是一個(gè)臨界值，當(dāng)溶液濃度小于或等于－0.4MPa，濕地松種子的萌發(fā)率與對(duì)照相比均差異不顯著（p＞0.05）；當(dāng)溶液濃度大于－0.4MPa，濕地松種子萌發(fā)率極度下降且均小于35%，重度脅迫處理C5僅為5.5%，相當(dāng)于CK的1／11，而C6的萌發(fā)率甚至直接降至為0（圖4）。以上結(jié)果表明:不同水分脅迫對(duì)濕地松種子的萌發(fā)均有不同程度的抑制作用，且萌發(fā)抑制程度隨著PEG－6000溶液的濃度升高而增加，因此濕地松種子萌發(fā)率與PEG－6000溶液濃度呈明顯的負(fù)相關(guān)。

為進(jìn)一步了解濕地松種子萌發(fā)的耐旱范圍，假設(shè)濕地松種子的萌發(fā)率分別為30%和0%，代入線性回歸方程可以計(jì)算出種子萌發(fā)的耐旱臨界值和耐旱極限值。通過計(jì)算可以得出濕地松種子萌發(fā)的耐旱臨界值是－0.68MPa，耐旱極限值是－1.14MPa。

圖4 水勢對(duì)濕地松種子萌發(fā)率的影響

2.3 水分脅迫對(duì)濕地松幼苗高度和根長的影響

隨著水分脅迫的加重，各處理濕地松幼苗高度呈下降趨勢，水對(duì)照CK最大，為15.2cm，C1與CK相比無顯著性差異（p＞0.05），其余各處理間均成極顯著性差異（p＜0.01）；而根長卻呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢，輕度水分脅迫處理C1較CK有小幅增長，而后隨著水分脅迫的加重，根長均下降明顯（圖5）。

根系是植物生長重要的器官，水分的虧缺必然會(huì)影響根系的生長［15］。輕中度水分脅迫處理的幼苗根長與高度的比值基本上都維持在50%左右，表明濕地松根系對(duì)水分脅迫的敏感性較小；輕度水分脅迫處理（C1、C2）均比CK大，表明輕度水分脅迫促進(jìn)濕地松根的生長（圖6）。沙生植物的一個(gè)普遍特點(diǎn)是通過發(fā)達(dá)根系增加與土壤的接觸面和吸收面來吸取水分維持自身供給［16］。這就說明在水分脅迫下濕地松首先保證根系的發(fā)育來適應(yīng)干旱環(huán)境，因此濕地松具有一定的抗旱性。

圖5 濕地松幼苗高度和根長

圖6 濕地松幼苗根長／高度

2.4 水分脅迫對(duì)濕地松幼苗生物量的影響

輕中度脅迫處理（C1、C2、C3）的生物量均比CK低，但差別不大。隨著水分脅迫的加劇，重度脅迫處理（C4、C5、C6）的生物量驟降至0（圖7）。在 C4條件下濕地松種子僅能發(fā)芽，但是無法進(jìn)入幼苗生長階段，因此造成無法對(duì)其統(tǒng)計(jì)生物量。建立線性回歸方程預(yù)測分析其在重度水分脅迫下的趨勢，在－1.07 MPa下濕地松的生物量就降至為0，這與耐旱極限值基本一致。

造成該現(xiàn)象的主要原因是在水分脅迫條件下，濕地松幼苗根系無法吸收足夠的水分來供給各器官的生長發(fā)育，導(dǎo)致其生物量的減少。重度脅迫處理（C4、C5、C6）的濕地松無法成苗也說明重度水分脅迫會(huì)對(duì)種子產(chǎn)生抑制作用迫使其進(jìn)入淺度休眠狀態(tài)來適應(yīng)極度干旱環(huán)境，但是否可以再度復(fù)水萌發(fā)還有待進(jìn)一步研究。

圖7 濕地公幼苗生物量

3 結(jié)論

（1）水分脅迫抑制濕地松種子萌發(fā)，且抑制程度隨著PEG－6000溶液的濃度升高而增加，其耐旱臨界值是－0.68MPa，耐旱極限值是－1.14MPa。

（2）水分脅迫對(duì)濕地松萌發(fā)初期影響較大，會(huì)推遲其萌發(fā)時(shí)間，分別為1～8d不等。

（3）濕地松幼苗高度和根長會(huì)隨著水分脅迫的加重而下降，但是幼苗的根系在輕中度水分脅迫下生長較為穩(wěn)定，從而提高水分的吸收和利用效率，表現(xiàn)出對(duì)干旱的適應(yīng)。

（4）水分脅迫抑制濕地松幼苗的生物量積累，在－0.8MPa時(shí)濕地松進(jìn)入淺度休眠狀態(tài)來適應(yīng)極度干旱環(huán)境，線性回歸方程預(yù)測在－1.07MPa下濕地松的生物量降至為0。

因此濕地松種子萌發(fā)階段具有一定的抗旱性，是一種適合作為沙化土地生態(tài)系統(tǒng)重建的先鋒植物。

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