韓成蓮，楊新芳，王 瑩，王大寶，趙東旭

(1.北京理工大學(xué)生命學(xué)院，北京100081； 2.暨南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510632)

疏花蒺藜草(Cenchruspauciflorus)為禾本科蒺藜草屬一年生草本植物，原產(chǎn)北美洲，俗名草狗子、草蒺藜，須根分布在5～20 cm的土層里，具沙套。莖圓柱型中空，半匍匐狀，高30～70 cm，分蘗力極強(qiáng)，葉劍狀互生，穗狀花序，小穗1～2枚簇生成束，其外圍是由不孕小穗愈合而成的刺苞[1-2]。刺苞呈球形，每個(gè)刺苞含2粒種子，刺苞近中央處有一裂縫，其中暴露在裂縫中央的種子體積明顯大于另一粒種子，每粒種子外均有3層穎片包被。穎果呈球形，黃褐色或黑褐色；頂端具殘存的花柱，背面平坦，腹面凸起；臍明顯，深灰色。

疏花蒺藜草在我國為外來入侵植物，目前在遼寧、內(nèi)蒙古、吉林均有分布[3]。由于其耐干旱、耐貧瘠、繁殖能力強(qiáng)等生態(tài)特性，給當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、畜牧業(yè)等造成了嚴(yán)重的危害。同時(shí)，外來物種的侵占性會引起我國牧草種質(zhì)資源的喪失和流失[4]，因此，加強(qiáng)對入侵種的基礎(chǔ)生物學(xué)特性研究具有重要意義。

種子的異質(zhì)性表現(xiàn)為生長在同一植株或同一穗(或花序)上不同部位的籽粒，它的形態(tài)、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、成分都有所不同；用不同部位的種子來播種，其后代的生活力、分枝、開花結(jié)果部位、成熟期等也有所差異[5]。目前，對光梗蒺藜草(C.calyculatus)種子萌發(fā)特性已進(jìn)行初步探索[6]，疏花蒺藜草刺苞中的兩粒種子萌發(fā)也存在差異[1]，這可能與種子的異質(zhì)性有關(guān)。本研究將探討同一刺苞中大、小種子的發(fā)芽差異性，為疏花蒺藜草的生物學(xué)特性提供基礎(chǔ)知識。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料 疏花蒺藜草草種由遼寧省彰武縣農(nóng)業(yè)中心植保站可欣老師惠贈。

1.2疏花蒺藜草種子的萌發(fā)試驗(yàn) 采用人工氣候箱(型號PRX-350B-30，寧波海曙賽福實(shí)驗(yàn)儀器廠生產(chǎn))進(jìn)行培養(yǎng)，每天設(shè)4個(gè)時(shí)間段，條件分別為06:00-08:00，24℃,40%飽和光照；08:00-18:00，28℃，60%飽和光照；18:00-20:00，24℃，40%飽和光照；20:00-06:00，22℃，無光照。

完好種子(刺苞)的挑選：由于在選取種子時(shí)有一定的主觀性，因此本試驗(yàn)在選取刺苞(種子)時(shí)，僅挑選從外觀上看體積較大、飽滿且沒有任何發(fā)霉點(diǎn)或發(fā)霉現(xiàn)象的種子，盡量使選取的刺苞有較好的均一性。種子選取后，置于40℃恒溫?fù)u床中風(fēng)干24 h(備用)。從中選取200余粒刺苞，剝?nèi)〕雎惴N子。未發(fā)現(xiàn)僅有單粒種子(大種子)的現(xiàn)象，但大約有1%的刺苞中有3粒種子。

1.2.1完整種子的發(fā)芽試驗(yàn) 取種子80粒，種植在容器中，所用容器為20 cm×15 cm×8 cm(長×寬×深)，沙土深度5 cm，種植深度約1.5 cm (在較深的種植深度下，植物所遇生長阻力增大，使幼苗出土延遲，或?qū)е虏荒艹雒鏪7])，首次給水500 mL，以后每天噴水200 mL。待種子萌發(fā)后每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)和雙芽數(shù)。重復(fù)3次。

1.2.2帶穎片種子的發(fā)芽試驗(yàn) 取刺苞80粒剝?nèi)ネ鈿ず?，?0對帶有穎片的種子播種在沙土中，其他條件參照1.2.1。重復(fù)3次。

1.2.3裸種子的發(fā)芽試驗(yàn) 取刺苞80粒，剝?nèi)ネ鈿ぜ胺f片后將80對種子種植在沙土中，其他條件參照1.2.1。重復(fù)3次。

1.3大、小種子萌發(fā)順序的觀察試驗(yàn) 種植條件同完整種子的發(fā)芽。待種子萌發(fā)4～5 d 即單芽率達(dá)高峰時(shí)，從沙土中取出種苞，仔細(xì)觀察大小種子的發(fā)芽情況。同時(shí)，在試驗(yàn)1.2結(jié)束時(shí)，取出單芽種苞中的未發(fā)芽種子，再次種植于沙土中，觀察發(fā)芽情況。

1.4疏花蒺藜草種子在干旱條件下的發(fā)芽試驗(yàn) 取80粒刺苞種植在沙土中，種植深度約1.5 cm，每天的噴水量約為1.2.1中澆水量的1/3。重復(fù)3次。

1.5蒺藜草種子的吸水率測定

1.5.1完整種子的吸水率測定 取80粒刺苞，黑暗、28℃下?lián)u動浸泡48 h，其間換水5～6次。到時(shí)間后剝出種子，并用吸水紙吸干種子表面的水分，在電子天平上稱量以測定吸水率，重復(fù)3次,裸種子起始質(zhì)量參照1.5.3。吸水率計(jì)算公式為：

1.5.2帶穎片種子的吸水率測定 挑取80粒完整種子，剝?nèi)シN苞，保留完整穎片，28℃下浸泡48 h，其他操作同1.5.1，最后測定吸水率，重復(fù)3次。

1.5.3裸種子的吸水率測定 挑取80粒完整種子，剝?nèi)シN苞及穎片，取一半置于稱量瓶中密封稱量，作為種子原始質(zhì)量。28℃下浸泡48 h，其他操作同1.5.1，最后測定吸水率，重復(fù)3次。

1.6統(tǒng)計(jì)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)差異顯著性檢驗(yàn)用SPSS V13.0軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1疏花蒺藜草種子的發(fā)芽結(jié)果 完整種子從第3天開始發(fā)芽，發(fā)芽持續(xù)時(shí)間為5 d(圖1)。從第5天開始出現(xiàn)雙芽，雙芽萌發(fā)持續(xù)時(shí)間為6 d。其中完整種子的總發(fā)芽率為(88.05±6.35)%，雙芽率為(56.63±9.63)%，單芽率為(31.40±3.90)%；完整種子中大種子的發(fā)芽率為(85.00±6.27)%，小種子的發(fā)芽率為(59.64±9.11)%。從以上結(jié)果可以看出，在水分充足，光照、溫度適宜的條件下，同一種苞中的兩粒種子均發(fā)芽的概率明顯超過50%，且大種子的發(fā)芽率明顯高于小種子的發(fā)芽率。

種苞中的大種子總是先于小種子發(fā)芽。蒺藜草發(fā)芽前期(前5 d)單芽率迅速升高，之后隨著種苞內(nèi)另一種子的發(fā)芽，單芽率便逐漸下降，而雙芽率則逐漸升高直至趨于穩(wěn)定(圖1)。這說明即使種苞中的兩粒種子均能發(fā)芽，兩粒種子也不是同時(shí)發(fā)芽的，存在先后順序。發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，通過觀察種苞中的兩粒種子發(fā)現(xiàn)，大種子發(fā)芽的幼苗長勢顯著優(yōu)于小種子發(fā)芽的幼苗，不但莖高大粗壯，而且根系多分布范圍廣，可能大種子在先天遺傳因素上占優(yōu)勢。

圖1 完整種子的萌發(fā)趨勢

帶穎片大種子從第4天開始發(fā)芽，發(fā)芽持續(xù)5 d；帶穎片小種子從第6天開始發(fā)芽，發(fā)芽持續(xù)6 d。與完整種子發(fā)芽試驗(yàn)相比較，去掉外苞后大小種子的發(fā)芽時(shí)間均晚一天，并且?guī)Хf片的小種子發(fā)芽率很低，甚至明顯低于完整種子在適宜條件下小種子的發(fā)芽率(59.64%)，而大種子的發(fā)芽率也有所降低(表1)。帶穎片小種子發(fā)芽率反而低于完整種子的發(fā)芽率，這種現(xiàn)象有待進(jìn)一步研究。

大、小裸種子從第3天開始發(fā)芽，萌發(fā)持續(xù)2 d，且出苗非常整齊。即便是在去除影響吸水的種苞、穎片的情況下，大種子的發(fā)芽率也未達(dá)到100%(表1)，約有10%的種子不能發(fā)芽。值得注意的是，小種子的情況與大種子完全一致。這說明大小裸種子在沒有外苞及穎片的限制下，兩者的發(fā)芽機(jī)會是相等的，盡管種苞中的兩粒種子大小體積不同，只要去除限制小種子萌發(fā)的條件，小種子仍然能夠發(fā)芽。

表1 種子的發(fā)芽結(jié)果 %

試驗(yàn)中將僅發(fā)芽一粒的種苞中的另一粒小種子剝離出來，其體積有所增加，表明其仍有吸水能力，但再次種植在相同條件下的發(fā)芽率僅為(27.03±6.30)%，如加上同批次小種子已有59.64%的發(fā)芽率(見完整種子的萌發(fā)結(jié)果)，則小種子總發(fā)芽率則達(dá)到86.67%，與裸種子種植時(shí)的情況接近(表1)。

2.2疏花蒺藜草種子在干旱條件下的發(fā)芽結(jié)果 疏花蒺藜草種子在干旱條件下，總發(fā)芽率為(82.55±5.42)%，大種子發(fā)芽率為(80.25±2.37)%，小種子發(fā)芽率為0。從以上結(jié)果中可以看出，在干旱條件下完整種苞的總發(fā)芽率與其在適宜條件下的總發(fā)芽率差異不顯著。小種子幾乎不發(fā)芽，說明水分會顯著影響小種子的發(fā)芽，而大種子只要在種植時(shí)水分適宜，無論水分受到限制與否都不影響其發(fā)芽。

2.3蒺藜草種子吸水率測定結(jié)果 在不同包被狀態(tài)下，大種子的吸水率均高于小種子的吸水率。完整種子和帶穎片種子的吸水率差異不明顯。

表2 蒺藜草種子的吸水率測定 %

3 討論

完整種子發(fā)芽試驗(yàn)中，種子的總發(fā)芽率與光梗蒺藜草種子在最適條件的發(fā)芽率基本一致[6]，這表明光梗蒺藜草種子的最適發(fā)芽條件也適用于疏花蒺藜草。

在適宜的條件下，大種子的發(fā)芽率高于小種子；去除種苞限制的大、小種子發(fā)芽率相同。將發(fā)芽時(shí)僅發(fā)芽一粒的種苞中的另一粒小種子再次種植后，其總發(fā)芽率恢復(fù)到正常水平。由蒺藜草種苞的解剖結(jié)構(gòu)可知外苞對小種子包被非常致密，幾乎成完全包裹狀態(tài)，可能會對小種子獲取氧氣和吸收水分產(chǎn)生一定的限制。由此可推測出外苞及穎片是限制小種子發(fā)芽的一個(gè)關(guān)鍵因素。但完整種子發(fā)芽試驗(yàn)中也存在雙芽現(xiàn)象，說明部分小種子仍有破除外苞及穎片物理限制的能力。

在干旱、半干旱區(qū)，水分是影響種子萌發(fā)及生長的一個(gè)限制因子[8]，干旱脅迫會對植物的器官造成不同影響[9]。在水分供給均充分的條件下，小種子的吸水能力比大種子弱，可能與種子中淀粉等的含量不同有關(guān)。種子萌發(fā)時(shí)需要活化某些酶如β-淀粉酶等，而酶的活化是在種子吸水后才誘發(fā)的，因此小種子的吸水量不足時(shí)便不能活化其萌發(fā)所需的酶，進(jìn)而限制了小種子的萌發(fā)。雖然小種子的吸水能力弱于大種子，但二者在裸種子狀態(tài)下發(fā)芽率相同，這說明水分不是限制小種子發(fā)芽的關(guān)鍵因素，而是一個(gè)重要因素。

在帶穎片種子的發(fā)芽試驗(yàn)中，大小種子的發(fā)芽時(shí)間均比完整種子發(fā)芽時(shí)間晚1 d，并且發(fā)芽率也有所降低；另外，完整種子和帶穎片種子的吸水率無明顯差異，而裸種子的吸水率則急劇增加，說明刺苞外殼及基部與水分的吸收和保持密切相關(guān)。這是自然界的一種較為普遍的現(xiàn)象，如大蒜貯藏中，用激光灼傷基部，避免其吸水，進(jìn)而阻止其萌發(fā)。

種子的異質(zhì)性(不均一性)與其后代生產(chǎn)力密切相關(guān)[5]。完整種子發(fā)芽試驗(yàn)中只有部分小種子發(fā)芽可能還與不同種苞間的異質(zhì)性有關(guān)。

4 結(jié)論

疏花蒺藜草完整種苞中大、小種子的發(fā)芽存在差異，主要原因是小種子的吸水不充分，而導(dǎo)致種子吸水不充分的原因則是種子刺苞及穎片對小種子的致密包裹。至于大種子與小種子在先天遺傳上的差異是否會延遲小種子發(fā)芽甚至完全阻止發(fā)芽還有待進(jìn)一步探討。

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