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(西藏自治區(qū)農(nóng)科院草業(yè)科學(xué)研究所，　拉薩 850009)

青藏高原有世界“第三極”之稱，其高寒草原生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱，正面臨著草地退化的危機(jī)[1]。時(shí)下，高原植被恢復(fù)已成為社會(huì)各界人士關(guān)注的問題之一。西藏野生牧草種質(zhì)資源豐富，全區(qū)可食牧草種類有2 672種[2]，其中高寒草原以禾本科早熟禾屬(Poa)、披堿草屬(Elymus)、針茅屬(Stipa)為主要的建群植物，其擁有較強(qiáng)的適應(yīng)性和高度的抗逆性等優(yōu)質(zhì)性狀，是畜牧業(yè)發(fā)展和退化草地恢復(fù)和重建的關(guān)鍵。

表1種子采集地概況

植物名稱編號(hào)北緯(N)東經(jīng)(E)海拔(m)年均溫度(℃)采集地垂穗披堿草ElymusnutansE?131°51′94°24′42001．4那曲地區(qū)巴青縣雅安鎮(zhèn)E?231°08′92°12′4566-1．9那曲縣E?331°24′90°01′4700-1．2班戈縣冷地早熟禾PoacrymophilaP?129°53′92°30′4234-3．8林芝地區(qū)工布江達(dá)縣江達(dá)鄉(xiāng)P?231°08′92°12′4566-2．2那曲縣P?332°03′92°17′4848-10．0聶榮縣聶榮鎮(zhèn)5村絲穎針茅StipacapillaceaS?130°06′92°48′4045-3．8林芝地區(qū)工布江達(dá)縣江達(dá)鄉(xiāng)S?231°51′94°24′42001．4那曲地區(qū)巴青縣雅安鎮(zhèn)S?330°35′91°18′43601．3拉薩市當(dāng)雄縣龍仁鄉(xiāng)

表2不同海拔3種植物發(fā)芽特性變化

植物名稱編號(hào)千粒重(g)發(fā)芽率(%)發(fā)芽速率胚芽(cm)胚根(cm)披堿草ElymusnutansE?14．6±0．04a88．2±4．81a18．1±0．77a11．3±0．417．8±0．29E?23．8±0．10b75．6±3．75a14．2±0．84b9．8±0．297．9±0．35E?33．1±0．05c54．7±4．00b7．5±1．04c7．5±0．455．3±0．72冷地早熟禾PoacrymophilaP?10．18±0．005b59．8±3．46b10．8±0．70b2．4±0．142．8±0．35P?20．21±0．003a93．4±1．33a13．7±0．94a2．5±0．073．9±0．29P?30．11±0．002c49．3±5．81b7．7±0．76c2．2±0．103．6±0．39絲穎針茅StipacapillaceaS?17．5±0．19a84．0±4．06a15．9±0．65a6．4±0．183．8±0．16S?26．5±0．07b59．6±4．62b8．3±0．90b5．6±0．254．4±0．35S?33．3±0．08c70．7±4．81ab11．0±0．94b4．9±0．263．9±0．22

注：相同牧草不同海拔間做單因素方差分析，不同字母表示Duncan方差分析后的顯著性差異。

種子萌發(fā)是植物生命活動(dòng)過程中重要的環(huán)節(jié)，是新生命開始植物定居和種群延續(xù)的前提[3]。直接關(guān)系著物種維持、繁衍、擴(kuò)散等生態(tài)過程。研究發(fā)現(xiàn)，許多植物種子萌發(fā)與其生長的地理環(huán)境的異質(zhì)性有密切關(guān)系。如多年生草本植物種子萌發(fā)隨海拔升高而降低[4]。也有研究指出，種子萌發(fā)率與海拔呈顯著的負(fù)相關(guān)[5]。西藏高原海拔落差極大，不同海拔種子差異性對(duì)植物種子萌發(fā)的影響有待研究。本試驗(yàn)以西藏野生禾本科植物冷地早熟禾(Poacrymophila)、垂穗披堿草(ElymusnutansGriseb)、絲穎針茅為(StipacapillaceaKeng)材料，研究不同海拔牧草種子大小和萌發(fā)特性的差異，揭示高海拔條件下種子生存和萌發(fā)對(duì)策，旨在為西藏畜牧業(yè)生產(chǎn)和草地恢復(fù)提供優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源。

1　材料與方法

1.1　材　料

不同海拔的牧草種子于2013年9月中旬在西藏自治區(qū)拉薩市、那曲地區(qū)、林芝地區(qū)境內(nèi)采集(見表1)。為避免相同植株種子對(duì)發(fā)芽的干擾，將采集后的50株相同種群不同株叢的種子充分混合，自然風(fēng)干。種子清選后置于牛皮紙信封中室溫條件下貯藏備用。次年4月挑選成熟、均勻一致的種子進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。

1.2　方　法

1.2.1種子千粒重測(cè)定

隨機(jī)選取清選好的100粒種子，稱百粒重，精確到0.000 1 g，重復(fù)5次，取其平均值，計(jì)算千粒重[6]。

1.2.2萌發(fā)試驗(yàn)

萌發(fā)試驗(yàn)于拉薩市農(nóng)科院草業(yè)所實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。將不同種類和不同海拔的種子均勻排列于發(fā)芽床上，發(fā)芽床為墊有雙層濾紙的直徑為9 cm的培養(yǎng)皿，濾紙始終保持濕潤而無明水，每皿放置100粒種子，3個(gè)重復(fù)。將裝有發(fā)芽種子的培養(yǎng)皿放于25 ℃恒溫，光照16 h/黑暗8 h的培養(yǎng)箱中。萌發(fā)試驗(yàn)期間，每天補(bǔ)充因蒸發(fā)而散失的水分，以盡量減少水勢(shì)變動(dòng)。每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)(胚根長度達(dá)到與種子等長、胚芽長度達(dá)到種子一半作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn))[7]，第14天后發(fā)芽結(jié)束。測(cè)定根長和芽長并計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽速率(GS)。

發(fā)芽率(%)=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

1.3　數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel與SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析，用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同海拔3種植物發(fā)芽特性變化

2.1.1千粒重差異

圖1　種子大小與發(fā)芽率、發(fā)芽速率的回歸分析

表3種子大小和發(fā)芽率、發(fā)芽速率、根長和芽長的相關(guān)性

　　　發(fā)芽率　　　　　發(fā)芽速率　　　　　胚根　　　　　　胚芽　　　相關(guān)性P相關(guān)性P相關(guān)性P相關(guān)性P垂穗披堿草0．924??0．0000．964??0．0000．671??0．0060．887??0．000冷地早熟禾0．830??0．0000．884??0．000-0．0300．9160．539?0．038絲穎針茅0．1980．4790．3320．2260．1550．5820．771??0．001

注：**(*)代表0.01(0.05)水平下相關(guān)顯著性檢驗(yàn)。

不同海拔野生垂穗披堿草、高原早熟禾、絲穎針茅種子的千粒重差異顯著(p<0.05)，如表2。垂穗披堿草、冷地早熟禾和絲穎針茅種子千粒重分別為3.05～4.58 g、0.11～0.21 g和3.34～7.46 g。垂穗披堿草和絲穎針茅種子千粒重隨海拔升高而降低，早熟禾以P-2(海拔4 654 m)種子的千粒重最大，P-3(海拔4 848 m)最小。

2.1.2發(fā)芽率、發(fā)芽速率的變化

表2所示，不同海拔禾本科植物種子發(fā)芽率都有明顯差異，垂穗披堿草、冷地早熟禾和絲穎針茅發(fā)芽變幅分別為54.7%～88.0%、49.3%～93.4%、60.0%～84.0%。披堿草發(fā)芽率隨海拔升高而降低；早熟禾呈現(xiàn)單峰變化，P-2發(fā)芽率最高，達(dá)93.4%，是P-3發(fā)芽率的2倍；絲穎針茅在巴青縣雅安鎮(zhèn)(S-2)發(fā)芽率最低，為60.0%。相同牧草不同海拔間單因素方差分析表明：班戈縣披堿草(E-3)的顯著低于那曲縣(E-1)和巴青縣雅安鎮(zhèn)(E-2)；P-2顯著高于P-1和P-3(p<0.05)，工布江達(dá)縣絲穎針茅(S-1)顯著高于S-2(p<0.05)。

不同禾本科植物發(fā)芽速率隨海拔的變化如表2所示，發(fā)芽速率與發(fā)芽率的變化趨勢(shì)一致，單因素方差分析結(jié)果顯示，不同海拔垂穗披堿草、早熟禾的發(fā)芽速率差異均顯著(p<0.05)。S-1顯著高于S-2和S-3(p<0.05)。

2.1.3胚根長和胚芽長的變化

由表2可見，牧草種子胚根和胚芽長度差異明顯，垂穗披堿草隨海拔升高胚根、胚芽長度縮短，相同海拔其胚芽長度>胚根長度，那曲縣冷地早熟禾其胚根和胚芽最長，同一海拔其胚根長度>胚芽長度，絲穎針茅胚芽隨海拔升高長度縮短。同一海拔其胚芽長>胚根長。

2.2　種子大小和發(fā)芽率、發(fā)芽速率、根長和芽長的相關(guān)性

不同海拔3種禾本科牧草種子大小與發(fā)芽率、發(fā)芽速率、胚根長和胚芽長的相關(guān)關(guān)系如表3所示，垂穗披堿草的種子大小與發(fā)芽率、胚根長和胚芽長極顯著正相關(guān)(p<0.01)，與發(fā)芽速率極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01)、相關(guān)系數(shù)均在0.67以上。冷地早熟禾的種子大小與發(fā)芽率、發(fā)芽速率極顯著正相關(guān)(p<0.01)，與胚芽長顯著相關(guān)(p<0.05)。絲穎針茅種子大小與胚芽長極顯著正相關(guān)(p<0.01)。

2.3　種子大小與發(fā)芽率、發(fā)芽速率的回歸分析

對(duì)不同海拔植物種子大小與發(fā)芽率、發(fā)芽速率進(jìn)行回歸擬合，結(jié)果見圖1，垂穗披堿草種子大小與發(fā)芽速率、發(fā)芽率成指數(shù)擬合較好。擬合方程分別為y=2.35 e0.04 x、y=1.76 e0.01 x，決定系數(shù)0.94和0.87；冷地早熟禾種子大小與發(fā)芽速率、發(fā)芽率對(duì)數(shù)擬合較優(yōu)，決定系數(shù)分別為0.82和0.71；絲穎針茅種子大小與發(fā)芽速率、發(fā)芽率呈2次擬合關(guān)系，擬合系數(shù)較低。

3　討論與結(jié)論

植物種子在長期的進(jìn)化過程中形成了一系列的適應(yīng)生存環(huán)境的對(duì)策，種子大小的變異受植物遺傳進(jìn)化和自然選擇的共同作用，系統(tǒng)發(fā)育是種子大小變異的內(nèi)因，環(huán)境條件是其變化的外因。海拔是一個(gè)復(fù)合的環(huán)境梯度，造就了不同的水、氣、熱、光照和土壤營養(yǎng)的梯度，成為影響種子大小變異的重要因素之一。本研究中隨海拔升高供試種子千粒重隨之降低，這與郭淑青和楊霞等研究結(jié)果類似[9-10]。在高原地區(qū)，尤其是海拔4 000 m以上的區(qū)域，隨著海拔的升高，植物生長環(huán)境條件嚴(yán)酷而多變，種子趨于微小化，王琳[11]等在研究古爾班通古特沙漠種子大小空間變異中提出，受沙漠極端環(huán)境的影響，植物更傾向產(chǎn)生小質(zhì)量種子。這類種子具有較遠(yuǎn)的傳播距離，能充分利用環(huán)境中的隨機(jī)降水，使種群能夠延續(xù)下來，也充分印證了本研究的結(jié)論。

種子萌發(fā)直接體現(xiàn)了植物的總體適應(yīng)性。影響著幼苗的存活及個(gè)體適合度[12]。同種植物生長在不同海拔梯度下其萌發(fā)特性也不近相同，可能與生境氣候條件存在差異有關(guān)[13]，為了適應(yīng)不同海拔多變的環(huán)境，每一植物都有各自的生存策略。西藏高原不同地區(qū)氣候差異顯著，年均降水變幅也較大[14]，聶榮縣年均溫度僅為-10 ℃，而工布江達(dá)縣年均溫度為1.4 ℃。因此，本研究不同地區(qū)相同的垂穗披堿草、早熟禾和絲穎針茅其萌發(fā)特性是受各地氣候條件決定的。

海拔決定的種子大小能夠影響種子萌發(fā)能力[15]，從而影響群落植物更新。到目前為止，在關(guān)于種子大小與萌發(fā)特性關(guān)系的研究中，并未得出一致性的結(jié)論。許靜等[5]對(duì)高寒草甸32科524種植物種子的萌發(fā)研究，發(fā)現(xiàn)種子大小與萌發(fā)率顯著相關(guān)，質(zhì)量小的種子具有相對(duì)較高的萌發(fā)率和較快的萌發(fā)速度。Stanton[16]認(rèn)為，較大種子萌發(fā)明顯快于小種子，種子大小和種子的萌發(fā)率、萌發(fā)速率呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。本研究結(jié)果顯示，垂穗披堿草大種子比小種子有著較高的發(fā)芽率、發(fā)芽速率、胚根長和胚芽長，早熟禾種子大小與發(fā)芽率、發(fā)芽速率和胚芽長正相關(guān)。絲穎針茅種子大小與萌發(fā)特性相關(guān)性不明顯，高海拔小種子的萌發(fā)率不高。分析原因，西藏高寒草原區(qū)，高海拔與低海拔相比，年均溫較低、生長季短，霜凍等惡劣的自然天氣頻繁，這將對(duì)種子的萌發(fā)產(chǎn)生不利的影響。種子為了適應(yīng)環(huán)境，質(zhì)量變小。小種子在高海拔生境下可能需要較長的寒冷需求[17]，也會(huì)影響種子的萌發(fā)。

由此可見，種子的萌發(fā)是多變的，在不同海拔及溫、濕度條件下同種植物或不同植物有著不同的萌發(fā)特性。所以關(guān)于植物種子生物學(xué)特征和種子萌發(fā)的研究，還應(yīng)從發(fā)育學(xué)，生態(tài)學(xué)各個(gè)角度進(jìn)行系統(tǒng)分析研究。

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