， ， ， ， (.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學生態(tài)環(huán)境學院草學系， 呼和浩特 0009；.錫林郭勒職業(yè)學院草原生態(tài)與畜牧獸醫(yī)系， 內(nèi)蒙古 錫林浩特 06000)

珍稀瀕危植物針枝蕓香種子及萌發(fā)特性研究

于靜1，宛濤1，蔡萍2，徐振朋1，滿達1
(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學生態(tài)環(huán)境學院草學系， 呼和浩特 010019；2.錫林郭勒職業(yè)學院草原生態(tài)與畜牧獸醫(yī)系， 內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

以當年采集的野生瀕危植物針枝蕓香(HaplophyllumtragacanthoidesDiels)的種子為供試材料，研究內(nèi)在特性及外在因素對種子萌發(fā)的影響。結(jié)果表明：種子活力為72%；種子萌發(fā)對溫度響應具有寬適性，在15～30 ℃條件下都能夠萌發(fā)，萌發(fā)的最適宜的溫度為20 ℃或15 ℃/25 ℃的變溫；全暗條件下種子的萌發(fā)最好，顯著高于全天光照及14 h光照/10 h黑暗處理(p<0.05)，屬忌光性種子；低濃度PEG脅迫下各萌發(fā)指標變化不顯著(p>0.05)，表明針枝蕓香種子萌發(fā)階段具有一定的抗旱能力，隨著PEG脅迫滲透勢的增加，種子萌發(fā)指標下降，呈現(xiàn)顯著的抑制作用。

瀕危植物； 針枝蕓香； 種子萌發(fā)； 種皮微形態(tài)

種子萌發(fā)及幼苗的建成是植物生活史中最脆弱而又最為關鍵的階段，它們經(jīng)歷著較高的死亡風險[1]。種子萌發(fā)過程中不利因素的存在會直接影響到植物種群新個體的產(chǎn)生與補充，牽動種群動態(tài)變化與種群的穩(wěn)定性。瀕危種質(zhì)資源在幼苗建成過程中經(jīng)歷了內(nèi)外因素綜合作用，在長期的演化過程形成了特定的穩(wěn)定適應機制。致瀕原因一方面可能是種子自身產(chǎn)量低、生活力低、發(fā)芽率低、種質(zhì)差等內(nèi)在因素，另一方面，外部的自然環(huán)境條件特別是光照、溫度及水分等因素，影響種子萌發(fā)進而導致瀕危[2-3]。對于瀕危種的研究特別是種子萌發(fā)影響因素的研究顯得尤為重要，只有充分的考慮瀕危植物種子萌發(fā)階段的內(nèi)、外在影響因素，才能更好地探明其致瀕原因，采取準確的有效的保護策略。

針枝蕓香(HaplophyllumtragacanthoidesDiels)為蕓香科擬蕓香屬小半灌木，高10～18 cm，花期5—6月，果期7—8月，為中國特有植物，是國家三級、內(nèi)蒙古自治區(qū)二級珍稀瀕危保護植物[4-5]。該種僅零星分布于內(nèi)蒙古和寧夏的荒漠山地、石質(zhì)山坡、巖石裂縫，且分布地多為避開陽光直射、陰暗蔭蔽的干旱荒漠地帶。夏季開花，花色呈鮮黃色，花期較長，是荒漠地區(qū)重要的野生花卉植物資源，具有重要的生態(tài)、觀賞價值。但現(xiàn)因生存環(huán)境惡劣和人類活動干擾，其種群數(shù)量正在急劇下降，生存受到嚴重威脅。目前，國內(nèi)外關于針枝蕓香的研究甚少，僅僅在資源利用、解剖學等方面有一些研究成果[6-7]。對于針枝蕓香種子方面的研究僅燕玲[8]等進行了初步的試驗研究。因此全面系統(tǒng)的開展對針枝蕓香繁育機制的研究，特別是種子及萌發(fā)特性的研究更顯重要。通過對針枝蕓香種子本身內(nèi)在特性及光照、溫度、水分外在條件及種皮微形態(tài)特征等進行研究，以探究其在荒漠環(huán)境的適應機制，進一步探索其致瀕原因，以期為珍稀瀕危植物針枝蕓香的種質(zhì)資源保育和開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

針枝蕓香種子于2014年秋采集于內(nèi)蒙古賀蘭山保護區(qū)的石礫山坡(105°50′E，38°40′N)。采集后的種子在實驗室內(nèi)自然風干，除去雜質(zhì)，室溫下保存。挑選飽滿、無病蟲害的種子用于觀察、測定及萌發(fā)試驗。

1.2 方 法

1.2.1 種子形態(tài)特征觀察

觀察記錄針枝蕓香種子的其形狀、顏色等表面特征，隨機選取20粒種子，用游標卡尺測量種子的長寬；隨機選取1 000粒種子，測定其千粒重，設5次重復，以平均值±標準差表示；隨機選取50粒種子，采用TTC染色法測定種子生活力，設3次重復；選取飽滿、無蟲害種子若干粒，經(jīng)噴金處理后移入S-450型掃描電鏡下觀察其表皮微形態(tài)特征，相關描述術語參考劉長江等[9]對種子微形態(tài)的描述。

注：A.掃描電鏡下的種子形態(tài)，種子為腎形(40×)；B.種子表面波浪狀紋飾(200×)；C. 波浪狀紋飾間的縱肋(500×)；D.下陷的橢圓狀種臍(100×)。圖1 針枝蕓香種子微形態(tài)結(jié)構(gòu)

1.2.2 不同溫度下種子的萌發(fā)

取100粒種子置于墊有2層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，并置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，實驗設置3次重復，以胚根突破種皮為種子萌發(fā)標準[10]。將針枝蕓香種子置于15，20，25 ℃和30 ℃ 4個恒溫條件及20 ℃/30 ℃、15 ℃/25 ℃ 2個變溫條件的光照培養(yǎng)箱下培養(yǎng)。每24 h統(tǒng)計1次種子萌發(fā)情況，12 d后在每個培養(yǎng)皿中隨機挑選15粒發(fā)芽種子，測量其胚根長度并結(jié)束觀測。

1.2.3 不同光照下種子的萌發(fā)

將針枝蕓香種子置于恒溫20 ℃條件下的24 h光照、24 h黑暗和14 h光照/10 h黑暗3個不同的光照培養(yǎng)箱下培養(yǎng)，光照強度為1 000 lx。黑暗處理的種子用黑色塑料袋包裹，并放入不透光的紙盒。每24 h統(tǒng)計1次種子萌發(fā)情況(統(tǒng)計黑暗處理種子萌發(fā)數(shù)時動作要快，盡量縮短其在光照下的時間)，12 d后在每個培養(yǎng)皿中隨機挑選15粒發(fā)芽種子，測量其胚根長度并結(jié)束對種子萌發(fā)情況的觀測。

1.2.4 不同干旱脅迫下種子的萌發(fā)

將經(jīng)30 ℃清水浸種，0.2%KMnO4溶液消毒15 min處理后的針枝蕓香種子分別置于0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%聚乙二醇(PEG-6000)溶液中，在20 ℃的光照培養(yǎng)箱內(nèi)恒溫培養(yǎng)。每24 h滴加滲透溶液約1 mL后統(tǒng)計種子萌發(fā)情況，每2 d更換1次發(fā)芽床以保證PEG濃度一致。12 d后在每個培養(yǎng)皿中隨機挑選15粒發(fā)芽種子，測量其胚根長度并結(jié)束對種子萌發(fā)情況的觀測[11]。

1.3 實驗參數(shù)

1.3.1 發(fā)芽率

發(fā)芽率(%)=n/N×100%(式中：n為統(tǒng)計的發(fā)芽種子數(shù)，N為每皿實驗種子數(shù))[12]。

1.3.2 發(fā)芽勢

發(fā)芽勢(%)=n7/N×100%(式中：n7為種子萌發(fā)比較集中的第7天的正常種子發(fā)芽數(shù)，N為供試種子數(shù))。

1.3.3 發(fā)芽指數(shù)

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt(式中：Gt為t日的種子萌發(fā)數(shù)，Dt為相對應的天數(shù))[13]。

1.3.4 活力指數(shù)

活力指數(shù)=H×GE(式中：H為平均胚根長度，GE為萌發(fā)指數(shù))。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel及統(tǒng)計軟件SAS 9.0進行圖表及數(shù)據(jù)分析，不同梯度處理下相同指標進行方差比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子基本特征

種子活力的基礎是貯藏物質(zhì)的積累，伴隨著種子的成熟過程，體內(nèi)各種營養(yǎng)物質(zhì)積累，活力提高直至達到成熟生理期，作為考察種子品質(zhì)的重要指標。而種子大小及質(zhì)量決定種群未來的發(fā)育和繁殖的關鍵，它關系到幼苗的建成、存活、競爭和個體的未來的適合度[14]。經(jīng)測定，針枝蕓香種子千粒重為(0.47±0.11)g，種子生活力為72%，種子不存在休眠現(xiàn)象。其中有部分蟲害或凍害種子，危害程度較輕，種子仍有活力。在掃描電鏡下觀察針枝蕓香種子呈腎形(圖1 A)，黑色，長1.72～2.41 mm，寬0.95～1.51 mm，種皮表面有圍繞種臍漸開的波浪狀淺條紋，條紋不規(guī)則(圖1 B)；條紋之間有縱肋，縱肋為排列較密集的顆粒組成，顆粒大小不一(圖1 C)；種臍位于中部，有種柄脫落的痕跡，呈凹陷的橢圓形(圖1 D)。

2.2 種子萌發(fā)對溫度的響應

不同植物種子萌發(fā)階段具有不同適宜溫度范圍，溫度對植物種子萌發(fā)的響應有助于提高植被恢復工作成效，這與植物所處生境及其特性緊密相關[15]。由表1可看出，針枝蕓香在15～30 ℃之間6個不同溫度梯度的處理下均能萌發(fā)，且萌發(fā)指標除發(fā)芽率外都不具明顯差異(p>0.05)。在恒溫條件下，隨著溫度的升高，針枝蕓香種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)均呈先升后降的趨勢，最低溫15 ℃時種子發(fā)芽率為70.7%，最高溫30 ℃時發(fā)芽率為72%，可見低溫或高溫對針枝蕓香的生長有一定的抑制作用。20 ℃條件下發(fā)芽率達到最高，為88.7%，與其它溫度差異顯著(p<0.05)，但發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)僅與15 ℃處理呈差異顯著(p<0.05)。與對應恒溫相比較，15 ℃/25 ℃、20 ℃/30 ℃ 2個變溫處理對種子發(fā)芽有一定的促進作用。綜上，針枝蕓香種子在20 ℃條件或15 ℃/25 ℃的變溫下發(fā)芽效果最好。

表1 不同溫度對針枝蕓香種子萌發(fā)的影響

溫度(℃)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)萌發(fā)指數(shù)活力指數(shù)1570．7±2．5c40．7±3．1b12．1±0．9b15．8±1．1b2088．7±2．5a72．7±3．1a16．7±0．7a31．7±5．6a2582．0±3．6b62．7±4．6a17．7±1．7a28．4±2．6a3072．0±2．0c60．7±5．6a16．6±1．4a27．5±4．0a15/2582．7±3．8b71．3±5．0a17．5±1．0a28．4±4．7a20/3075．3±2．3c64．7±4．6a12．7±1．5a27．1±6．1a

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。

2.3 種子萌發(fā)對光照的響應

在自然環(huán)境中，光照是影響種子萌發(fā)的重要因素，它通過影響種子的萌發(fā)率和萌發(fā)速率進而影響幼苗的形成和生長，最終影響到物種的適合度。它可以正向刺激種子萌發(fā)，也可以負向抑制種子萌發(fā)，不同的反應是植物在長期進化過程中對生存環(huán)境條件的生態(tài)適應[16]。本研究結(jié)果表明，針枝蕓香種子在恒溫20 ℃試驗條件下，不同光照處理對種子萌發(fā)的影響顯著不同，詳見表2。針枝蕓香種子在光照、黑暗、光照與黑暗交替處理下都能萌發(fā)，但在光照條件下種子的萌發(fā)率、萌發(fā)勢、萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)均為相應黑暗指標的16.7%、14%、8.4%、28.4%，顯著低于黑暗條件下。方差分析結(jié)果顯示，在有光照和無光照條件下，上述4項萌發(fā)指標均差異顯著(p<0.05)；黑暗條件下種子萌發(fā)率可達90.0%，種子的長勢最優(yōu)。說明光是影響針枝蕓香種子萌發(fā)的重要因子。

2.4 種子萌發(fā)對水分的響應

在干旱、半干旱地區(qū)有些植物種子無休眠，能夠在很寬的溫度范圍內(nèi)迅速萌發(fā)，影響種子萌發(fā)的限制因子可能為水分[17]。由表3可知，隨著PEG-6000濃度的遞增，針枝蕓香種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)總體呈下降趨勢，但下降較為緩慢。PEG濃度為5%～15%時，種子的萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)與對照差異不顯著(p>0.05)，此后隨著模擬干旱脅迫的逐漸加劇呈顯著下降趨勢。但當PEG濃度達到25%時，種子的萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)仍能達到50%，表明針枝蕓香種子具有一定的抗旱性。當PEG濃度達到最高(30%)時，上述4項指標呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(p<0.05)，發(fā)芽勢顯著下降為28.7%，綜合上述指標表明，針枝蕓香種子具有一定的抗旱性，嚴重的干旱脅迫對種子萌發(fā)有顯著的抑制作用。

表2 不同光照處理對針枝蕓香種子萌發(fā)的影響

光照(h)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)萌發(fā)指數(shù)活力指數(shù)全光73．3±3．1b64．0±3．5b17．2±2．7b20．6±3．3c全暗90．0±2．0a78．0±2．0a25．6±0．4a49．0±2．1a14h光照/10h黑暗80．0±8．0ab71．3±5．8ab20．4±3．0b33．3±7．2b

表3 不同PEG濃度對針枝蕓香種子萌發(fā)的影響

PEG濃度(%)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)萌發(fā)指數(shù)活力指數(shù)ck82．0±8．0a72．7±4．6a20．7±2．9a33．9±7．0a579．3±5．8ab66．7±2．3ab18．0±0．7ab37．8±3．9a1076．7±3．1ab66．0±4．0ab18．7±1．3ab35．4±3．3a1574．±12．5ab62．7±3．3ab17．6±2．6ab27．1±1．7b2063．3±4．2bc56．7±5．8ab15．5±0．7bc20．6±2．2c2554．7±6．4c50．7±5．0b13．3±0．9c16．2±2．4c3032．7±4．6d28．7±4．2c8．3±0．9d7．7±1．5d

3 討論與結(jié)論

3.1 種子質(zhì)量對種子萌發(fā)的影響

種子是植物生長發(fā)育過程中的特定階段，起著遺傳信息的保存與種群傳遞的重要作用，是植物自身存活與繁衍所采取的適應策略[18]。本研究表明：針枝蕓香自然種群的種子活力較高。千粒重也是反映種子質(zhì)量的一個重要指標，它的數(shù)值越大代表種子所含營養(yǎng)物質(zhì)越多，越有利于種子萌發(fā)與幼苗生長，逆境中種子小的能夠占據(jù)更多的生態(tài)位[19]。經(jīng)測定針枝蕓香種子較小，質(zhì)量較輕，植株成熟期產(chǎn)生種子的數(shù)量較多，可見針枝蕓香采取產(chǎn)量大而種子小的生殖策略。通過掃描電鏡對種子表皮微形態(tài)特征進行觀察發(fā)現(xiàn)，種子表面呈波浪狀淺條紋，分析在種子成熟后脫落進入地表，由于表面具較明顯的縱橫凸凹特征，在萌發(fā)階段有利于對水分的儲藏，進而有利于幼苗的建成。綜上，針枝蕓香種群更新困難，內(nèi)在質(zhì)量對種子萌發(fā)及幼苗建成存在一定的影響，但種子本身的質(zhì)量問題不是主要障礙，而在于種子萌發(fā)的特性以及萌發(fā)過程中所依賴的外部環(huán)境因子。

3.2 環(huán)境條件對種子萌發(fā)的影響

種子的萌發(fā)，除了要考慮種子質(zhì)量的內(nèi)部因素，還需要考慮適宜的外部因素，如溫度、光照、水分等[20]。不同植物在建成階段的種子萌發(fā)特性及對外部環(huán)境因子的響應存在很大差別，特別是在極端氣候條件下生存的荒漠植物，對環(huán)境的適應性差別更大。研究發(fā)現(xiàn)，針枝蕓香種子在15～30 ℃之間都能很好的萌發(fā)，萌發(fā)率均高于70%且種子萌發(fā)不存在休眠現(xiàn)象。由此表明種子對萌發(fā)溫度的要求具有寬泛性，溫度可能不是限制種子萌發(fā)的主要環(huán)境因子。但值得注意的是，較低溫或較高溫對針枝蕓香種子生長存在一定抑制作用，這在一定程度上限制種子在早春或盛夏的萌發(fā)[21]。針枝蕓香種子在9月份成熟，此時風力較大且進入秋季，種子在大風的吹動下很快脫落，但因溫度較低等原因不適宜種子萌發(fā)，種子可能需要等到第2年4—5月才能集中萌發(fā)。光照因不同植物適應生境的需求不同，表現(xiàn)為對光的敏感度也不同，種子依據(jù)此可分為需光性、忌光性與光中性3種類型[16]。針枝蕓香種子在黑暗條件下萌發(fā)率、萌發(fā)勢、萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)均顯著高于光照，屬于典型的忌光性種子，這與宋兆偉等對沙芥種子萌發(fā)研究所得結(jié)果一致[22]。在實際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，針枝蕓香多生長在光照條件相對較差陰暗蔭蔽的石礫山坡上，這一適宜機制有利于針枝蕓香在逆境的復雜的荒漠生境下生存和繁衍，這似乎有利于促進針枝蕓香的自然更替。通過人工模擬水分條對針枝蕓香的抗旱性進行評價，發(fā)現(xiàn)隨著干旱脅迫的逐漸加劇針枝蕓香的各項發(fā)芽指標總體呈下降趨勢。當PEG濃度達到25%時，種子的萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)仍能超過50%，可見針枝蕓香種子具有一定的抗旱性。但當濃度增加到30%時呈現(xiàn)顯著的抑制作用，證明水分成為限制針枝蕓香種子萌發(fā)及幼苗生長的主要的限制因子，由此推測水分可能是造成其瀕危的主要原因。本研究僅針對針枝蕓香種子的萌發(fā)期對干旱的響應，而至于其生長發(fā)育后期干旱脅迫的影響還需進一步研究。

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Study on the Characteristics of Seed Germination of the Endangered PlantHaplophyllumtragacanthoidesDiels

YUJing1，WANTao1，CAIPing2，XUZhenpeng1，MANDa1

2016-01-25

于 靜(1990—)，女，內(nèi)蒙古錫林郭勒盟人；碩士研究生，研究方向：牧草種質(zhì)資源；E-mail:443955160@qq.com。

宛 濤，E-mail:wantao425@sohu.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.08.095

S 68

A

1001-4705(2016)08-0095-04