殷東生 周志軍 葛文志 王洪梅 郭樹(shù)平

(黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究所，哈爾濱，150081)

種子萌發(fā)適應(yīng)性及萌發(fā)策略與幼苗存活緊密聯(lián)系，因此，了解種子萌發(fā)適應(yīng)性和萌發(fā)策略有著重要的生態(tài)學(xué)意義，在生產(chǎn)上有重要價(jià)值［1－4］，尤其對(duì)生長(zhǎng)于特殊生境植物(如水生植物、早生植物、沙生植物等)的研究更是倍受重視［1］。沙棘(Hippophae rhamnoides L.)為胡頹子科(Elaeagnaceae)沙棘屬(Hippophae)植物［5］，廣泛分布于我國(guó)北方的干旱半干旱地區(qū)，是重要的防沙治沙樹(shù)種之一。沙棘的果、葉和種子中含有大量的營(yíng)養(yǎng)成分和對(duì)人體有意義的生物活性物質(zhì)，沙棘根系發(fā)達(dá)，生有根瘤，固氮能力強(qiáng)，具有重要的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益［6－8］。我國(guó)是沙棘資源最豐富的國(guó)家［9－12］，沙棘的研究和開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到人們的重視。目前，開(kāi)展沙棘育種和栽培技術(shù)研究的國(guó)家主要有中國(guó)、俄羅斯、蒙古、芬蘭、德國(guó)、加拿大、匈牙利、羅馬尼亞等，蘇聯(lián)是世界上最早進(jìn)行沙棘育種的國(guó)家，其在沙棘育種領(lǐng)域的研究成果曾處于世界領(lǐng)先地位［13－14］。沙棘可以通過(guò)種子、扦插、壓條、組培來(lái)繁殖。最容易、最成功的繁殖方法仍是通過(guò)種子進(jìn)行。種子繁殖非常適合防護(hù)林建設(shè)，生產(chǎn)中不需要太多精細(xì)管理，可大大降低生產(chǎn)成本［15－17］。筆者對(duì)目前栽培表現(xiàn)較為優(yōu)良的沙棘品種的種子特性進(jìn)行比較研究，探討沙棘不同品種間種子的播種繁殖特點(diǎn)及萌發(fā)策略，為進(jìn)一步擴(kuò)大繁殖栽培和遺傳改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來(lái)源

試驗(yàn)品種來(lái)源于黑龍江省和遼寧省的沙棘主栽品種，契切克、依尼亞、阿爾泰、丘伊斯克4個(gè)大果沙棘品種是黑龍江省孫吳縣林業(yè)局從俄羅斯西伯利亞園藝研究所引進(jìn)的沙棘良種;壯圓黃和深秋紅是遼寧省在大果沙棘引種材料的基礎(chǔ)上選育出的良種;中國(guó)沙棘采集于遼寧省建平縣天然生長(zhǎng)的種群。大果沙棘和中國(guó)沙棘果實(shí)分別于8月和10月份漿果呈黃色或桔紅色時(shí)采收，選擇健壯無(wú)病蟲(chóng)害的母樹(shù)采果。采果時(shí)用剪子將漿果剪下，用石磙碾下果實(shí)，然后放入清水內(nèi)浸泡一晝夜，洗去果肉，揉去果皮，除去雜質(zhì)，再用清水淘洗一遍晾干，簸凈即得凈種，存放通風(fēng)干燥處儲(chǔ)藏。

1.2 指標(biāo)測(cè)定

種子形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定 隨機(jī)抽取30粒種子，逐粒測(cè)定長(zhǎng)度、寬度和厚度，然后計(jì)算30粒種子的平均值。

種子質(zhì)量測(cè)定 采用百粒法測(cè)定種子質(zhì)量，從純凈種子中，隨機(jī)選取100粒種子為1組，共取8組，即為8個(gè)重復(fù)，計(jì)算平均值，得出種子質(zhì)量。

種子生活力測(cè)定 采用四唑染色法測(cè)定種子的生活力。先把種子浸泡于20～30℃水中2 d，然后取胚在37℃條件下用四唑染色2 h。染色后，根據(jù)種胚的著色程度和部位，按國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程上的標(biāo)準(zhǔn)鑒定種子的生活力。

種子萌發(fā)試驗(yàn) 將用于發(fā)芽試驗(yàn)的種子用75%乙醇清洗2次，每次30 s，再用3%NaClO浸泡10 min進(jìn)行消毒處理，最后用蒸餾水沖洗3～5遍。將30粒消過(guò)毒的種子置于墊有脫脂棉和濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，將供試培養(yǎng)皿放置于LRH－250－GS人工氣候箱中，保持適當(dāng)?shù)臐穸?。氣候箱的溫度設(shè)定為25℃/18℃(白天/黑天)，光周期為14 h/10 h(白天/黑天)，氣候箱的光照強(qiáng)度為白天5 200 lx，晚上無(wú)光照處理，保證濾紙濕潤(rùn)。種子萌發(fā)過(guò)程中24 h觀測(cè)記錄1次種子的發(fā)芽情況，種子以胚根剛突破種皮為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

計(jì)算種子發(fā)芽率:

發(fā)芽指數(shù):

式中:Gi為發(fā)芽指數(shù);G為以2 d為時(shí)間間隔的發(fā)芽率;t為總的以日計(jì)的萌發(fā)時(shí)間。Gi值越大，表示發(fā)芽越快。

發(fā)芽速率:

式中:DG，S是日累積發(fā)芽數(shù)除以相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)所得商;N為從萌發(fā)開(kāi)始到結(jié)束的天數(shù);GP為最終發(fā)芽率［18］。測(cè)得的各項(xiàng)指標(biāo)采用 Excel和 Spss13.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行單因素方差分析和多重比較及相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同沙棘品種種子特性比較

從表1可以看出:供試品種種子質(zhì)量差異達(dá)到極顯著水平(p＜0.01，表2)，供試品種種子質(zhì)量在8.31 ～20.38 mg/粒之間，其中最大的為契切克，達(dá)到20.38 mg/粒，中國(guó)沙棘的最小，僅為 8.31 mg/粒;供試品種種子的長(zhǎng)度、寬度、厚度、長(zhǎng)寬比、寬厚比都達(dá)到極顯著水平(p＜0.01，表2)，供試的6個(gè)大果沙棘品種的種子平均長(zhǎng)度、寬度、厚度、長(zhǎng)寬比、寬厚比5 個(gè)指標(biāo)值分別為5.42 ～6.73 mm、2.03 ～2.91 mm、1.58 ～2.00 mm、1.91 ～3.01、1.29 ～1.83;中國(guó)沙棘的種子平均長(zhǎng)度、寬度、厚度、長(zhǎng)寬比、寬厚比5個(gè)指標(biāo)值分別為3.90 mm、1.94 mm、1.50 mm、2.01、1.26，很明顯，中國(guó)沙棘的種子形態(tài)指標(biāo)小于引進(jìn)的大果沙棘品種。

表1 不同沙棘品種種子特性比較

表2 不同沙棘品種測(cè)定指標(biāo)方差分析結(jié)果

2.2 不同沙棘品種種子萌發(fā)特性比較

從表3可以看出，不同沙棘品種種子的生活力差異明顯:深秋紅種子的生活力最低，僅為58.1%;契切克的也較低，為76%，通過(guò)解剖發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)品種的種子空粒和腐爛的較多;其他品種的種子生活力都超過(guò)90%。各品種種子的初始萌發(fā)天數(shù)差異不顯著(p＞0.05)，但是中國(guó)沙棘在第2天就開(kāi)始萌發(fā)，并且達(dá)到萌發(fā)高峰，萌發(fā)時(shí)間僅為8 d，發(fā)芽率達(dá)到92.2%;契切克和依尼亞都是在第3天開(kāi)始萌發(fā)，也很快進(jìn)入萌發(fā)高峰，但萌發(fā)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，分別是13 d和15 d，各品種種子發(fā)芽率差異顯著，契切克種子發(fā)芽率顯著低于依尼亞;阿爾泰、丘伊斯克、壯圓黃、深秋紅種子的初始萌發(fā)天數(shù)最遲，都是在第4天開(kāi)始萌發(fā)，萌發(fā)高峰期也較遲，都在萌發(fā)的中后期才達(dá)到萌發(fā)高峰，萌發(fā)的持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng)，分別為19、19、20、17 d，這4 個(gè)品種中，由于種子質(zhì)量問(wèn)題，深秋紅的發(fā)芽率顯著低于其他品種，僅為42.2%，其他品種的發(fā)芽率差異不顯著。沙棘各品種的發(fā)芽速率差異顯著(表2，p＜0.01)，中國(guó)沙棘萌發(fā)最快，其次為依尼亞，深秋紅萌發(fā)最慢。各品種沙棘的發(fā)芽指數(shù)差異顯著(表2，p＜0.01)，中國(guó)沙棘和依尼亞發(fā)芽最為整齊，契切克、阿爾泰、丘伊斯克的發(fā)芽整齊度較為相似，壯圓黃和深秋紅發(fā)芽最不整齊。

表3 不同沙棘品種種子萌發(fā)結(jié)果

2.3 不同沙棘品種種子的萌發(fā)進(jìn)程

從圖1可以看出，中國(guó)沙棘的發(fā)芽進(jìn)程最快，在第8天就達(dá)到了最高的發(fā)芽率(92.2%);依尼亞在第10天發(fā)芽率就達(dá)到了92.2%，此后萌發(fā)緩慢，在第15天時(shí)達(dá)到最高的發(fā)芽率(94.4%);契切克在第13天達(dá)到了最高的發(fā)芽率(66.7%);阿爾泰則在第15天達(dá)到了最高的發(fā)芽率(88.9%);丘伊斯克在第19天才達(dá)到了最高的發(fā)芽率(87.8%);而壯圓黃在第20天才達(dá)到了最高的發(fā)芽率(83.3%);深秋紅在第17天時(shí)發(fā)芽曲線(xiàn)達(dá)到平穩(wěn)，發(fā)芽率僅為42.2%。中、旱生植物的萌發(fā)類(lèi)型主要有爆發(fā)型、過(guò)渡型、緩萌型等［19］，通過(guò)對(duì)7種沙棘種子萌發(fā)進(jìn)程和發(fā)芽率的分析可知(表3，圖1):中國(guó)沙棘屬于爆發(fā)型;依尼亞、契切克、阿爾泰、丘伊斯克、壯圓黃屬于過(guò)渡型;深秋紅屬于緩萌型。

圖1 不同品種沙棘種子的萌發(fā)進(jìn)程

2.4 萌發(fā)能力與種子大小的關(guān)系

相關(guān)分析表明，發(fā)芽率與種子大小幾乎沒(méi)有關(guān)系(p＞0.05)，發(fā)芽速率與種子大小為不顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=－0.565，p=0.186)，發(fā)芽指數(shù)與種子大小為不顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=－0.327，p=0.474)，萌發(fā)持續(xù)的時(shí)間與萌發(fā)開(kāi)始時(shí)間與種子大小幾乎沒(méi)有關(guān)系(p＞0.05)。

3 結(jié)論與討論

大量研究顯示，每種荒漠植物都具有復(fù)雜的生態(tài)適應(yīng)機(jī)制，以確保在惡劣的荒漠環(huán)境中生存和發(fā)展。較多的荒漠植物種子不存在休眠，但種子成熟后的環(huán)境條件影響萌發(fā)［1，20］。沙棘種子長(zhǎng)卵形，深褐色，種皮堅(jiān)硬，無(wú)休眠期。供試品種種子質(zhì)量、長(zhǎng)度、寬度、厚度、長(zhǎng)寬比、寬厚比都達(dá)到極顯著水平(p＜0.01，表 2)。供試品種種子質(zhì)量為 8.31 ～20.38 mg/粒，其中最大的為契切克，中國(guó)沙棘的最小。中國(guó)沙棘種子的平均長(zhǎng)度、寬度、厚度、長(zhǎng)寬比、寬厚比5個(gè)指標(biāo)顯著小于引進(jìn)的大果沙棘品種。不同沙棘品種種子的生活力差異明顯。由于種子空粒和腐爛的較多，深秋紅和契切克種子的生活力較低，其他品種的種子生活力都超過(guò)90%，說(shuō)明沙棘種子的質(zhì)量較好。深秋紅和契切克種子的質(zhì)量較差，其發(fā)芽率顯著低于其他各品種，其余品種間發(fā)芽率差異不顯著，均超過(guò)80%，最高的可達(dá)94.4%(表3)。

種子和幼苗是植物一生最脆弱而又最關(guān)鍵的階段，它們經(jīng)歷著較高的死亡風(fēng)險(xiǎn)［21］，面臨著不可預(yù)測(cè)和多變的環(huán)境，在這樣的選擇壓力下，不同植物有著不同的生活史對(duì)策，最大目的是在有利的建植條件下增加幼體數(shù)量，同時(shí)減少不利條件下個(gè)體死亡的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)7種沙棘種子萌發(fā)進(jìn)程和發(fā)芽率的分析可知，中國(guó)沙棘屬于爆發(fā)型的(表3，圖1)，發(fā)芽率達(dá)到92.2%，在8 d內(nèi)完成萌發(fā);過(guò)渡型中發(fā)芽率大于90%的是依尼亞，發(fā)芽率在80%～90%之間的有契切克、阿爾泰、丘伊斯克、壯圓黃;深秋紅則屬于緩萌型。爆發(fā)型是一種冒險(xiǎn)的萌發(fā)行為，這些植物在環(huán)境條件適宜時(shí)(如溫度和水分)立即萌發(fā)，并在很短的時(shí)間內(nèi)完成萌發(fā)，這是萌發(fā)對(duì)降水少而且分布不均勻的響應(yīng)，是一種帶有很大風(fēng)險(xiǎn)的萌發(fā)對(duì)策，如遇多變或惡劣的環(huán)境，可能會(huì)導(dǎo)致大量幼苗死亡，造成植物局域性的滅絕。過(guò)渡型和緩萌型是持續(xù)、穩(wěn)定的萌發(fā)行為，這種連續(xù)、穩(wěn)定的萌發(fā)可以分?jǐn)偯劝l(fā)風(fēng)險(xiǎn)，既能使植物種群保持一定密度，又能避免極端干旱或高溫而引起的種群大量滅絕，這種萌發(fā)對(duì)策是長(zhǎng)期生活在干旱、高溫地帶的荒漠植物適應(yīng)環(huán)境的必然結(jié)果［22－23］。

有研究結(jié)果顯示，大多數(shù)旱生植物長(zhǎng)期生活在干旱生境中，限制其生長(zhǎng)的主要因子是水分，帶有較少貯存物質(zhì)的小種子遇到環(huán)境中的各種萌發(fā)暗示后會(huì)快速萌發(fā)［24］。中國(guó)沙棘種子在7個(gè)沙棘品種中是最小的，并且長(zhǎng)期生長(zhǎng)在較為干旱的地區(qū)，中國(guó)沙棘能在最短的時(shí)間達(dá)到最高的發(fā)芽率，而且發(fā)芽整齊，這可能是對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的一種適應(yīng)機(jī)制，這種萌發(fā)策略使得沙棘在干旱地區(qū)的種間競(jìng)爭(zhēng)中搶占空間生態(tài)位非常重要。

［1］Baskin C C，Baskin J M.Seeds:ecology，biogeography，and evolution of dormancy and germination［M］.San Diego:Academic Press，1998:18－60.

［2］Fenner M.Seeds:the ecology of regerneration in plant communities［M］.2nd ed.CABI Publishing，Wallingford，2000:237－331.

［3］Gutterman Y.Survival strategies of annual desert plant［M］.New York:Springer-Verlag Berlin Heidelberg，2002:65－167，211－280.

［4］Fenner M，Thompson K.The ecology of seeds［M］.Cambridge:Cambridge University Press，2005:97－131.

［5］葛孝炎，史國(guó)富.沙棘化學(xué)成分的研究概況［J］.中草藥，1986(8):42－44.

［6］包文芳，李保樺，胡紅矚，等.沙棘屬植物化學(xué)成分研究概況［J］.中國(guó)藥物化學(xué)雜志，1997，7(1):66－78.

［7］侯冬巖，回瑞華，李鐵純.沙棘的研究進(jìn)展［J］.鞍山師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，4(1):49－53.

［8］張建國(guó)，段愛(ài)國(guó)，羅紅梅，等.大果沙棘不同品種的生長(zhǎng)性狀及其與產(chǎn)量的相關(guān)分析［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2007，20(6):794－800.

［9］黃銓?zhuān)〗饳?quán).中國(guó)沙棘的表型結(jié)構(gòu)與種群變異［J］.林業(yè)科學(xué)研究，1993，6(2):175－181.

［10］劉尚武，何廷農(nóng).青藏高原的沙棘［J］.植物分類(lèi)學(xué)報(bào)，1978，16(2):106－108.

［11］廉永善，陳學(xué)林.沙棘的生態(tài)地理分布及其植物地理學(xué)意義［J］.植物分類(lèi)學(xué)報(bào)，1992，30(4):349－355.

［12］廉永善，陳學(xué)林.沙棘屬植物的系統(tǒng)分類(lèi)［J］.沙棘，1996，9(1):15－24.

［13］Yao Yingmou，Tigerstedt P M A，Joy P.Variation of vitamin C concentration and character correlation between and within natural sea buckthorn(Hippophae rhamnoides L.)populations［J］.Acta Agric Scan，1992，42(1):12－17.

［14］張建國(guó)，羅紅梅，黃銓?zhuān)?大果沙棘不同品種果實(shí)特性比較研究［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2005，18(6):643－650.

［15］李云章，慈忠玲，嚴(yán)磊，等.沙棘繁殖方法和技術(shù)［J］.內(nèi)蒙古林學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，16(1):59－63.

［16］ThomasS C，Schroeder W R.沙棘繁殖［J］.國(guó)際沙棘研究與開(kāi)發(fā)，2006，4(1):25－29.

［17］楊立學(xué).俄羅斯大果沙棘(Hippophae rhamnoides L.)種子萌發(fā)特性［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27(6):2215－2222.

［18］杜國(guó)禎，馬錦榮.五種野生草本植物種子在不同溫度下萌發(fā)能力的研究［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，1994，3(1):18－24.

［19］王桔紅，崔現(xiàn)亮，陳學(xué)林，等.中、旱生植物萌發(fā)特性及其與種子大小關(guān)系的比較［J］.植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，31(6):1037－1045.

［20］張穎娟，王玉山，李紹舜.貯藏條件和時(shí)間對(duì)西鄂爾多斯5種荒漠植物種子萌發(fā)的影響［J］.林業(yè)科學(xué)，2011，47(1):36－41.

［21］Hammond D S，Brown V K.Seed size of wood plants in relation to disturbance，dispersal，soil type in wet Neotropical forests［J］.Ecology，1995，76(8):2544－2561.

［22］Wang Juhong，Baskin C C，Cui Xianliang，et al.Effect of phylogeny，life history and habitat correlates on seed germination of 69 arid and semi-arid zone species from northwest China［J］.Evolutionary Ecology，2009，23(6):827－846.

［23］王桔紅，陳文，張勇，等.貯藏條件對(duì)河西走廊四種旱生灌木種子萌發(fā)的影響［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2011，30(3):477－482.

［24］Milberg P，Andersson L，Thompson K.Large seeded species are less dependent on light for germination than small-seeded ones［J］.Seed Science Research，2000，10(1):99－104.