全 文 :新 疆 农 业 大 学 学 报 2011,34(6):469~473
Journal of Xinjiang Agricultural University
文章编号:1007-8614(2011)06-0469-05
不同环境因素对大赖草种子萌发的影响
王 超,迪利夏提·哈斯木,周桂玲
(新疆农业大学 草业与环境科学学院,新疆草地资源与生态重点实验室,乌鲁木齐 830052)
摘 要: 针对大赖草种群的自然更新率低、实生苗少的状况,研究了水分、盐分和埋深处理对大赖草种子萌发的
影响。结果表明,大赖草种子具有快速吸水的特性;较低浓度(5%~10%)的PEG处理对层积8周后大赖草种子
萌发率影响不明显,随着PEG浓度的升高,萌发抑制作用增强;盐分对其层积8周后种子的萌发具有明显抑制作
用,在0.2mol/L NaCl溶液中仅有17%的种子萌发,而将盐溶液中处理15d的种子转移至蒸馏水中后,种子恢复
萌发率随盐浓度升高而升高;沙埋深度的增加使其种子的萌发率呈先上升后下降的趋势,当沙埋深度为4cm时,
种子萌发率最高为30%。经综合分析,干旱少雨、盐碱及风蚀沙埋的自然环境是大赖草种子在自然状态下萌发困
难的主要因素。
关键词: 大赖草;种子萌发;水分;盐分;埋深
中图分类号:Q949.714.2 文献标识码:A
Effects of Different Environmental Factors on the Seed
Germination of Leymus racemosus
WANG Chao,Dilixiati.Hasimu,ZHOU Gui-ling
(Key Laboratory of Pratacultural Resource and Ecology in Xinjiang,Colege of Pratacultural En-
vironmental Sciences,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China)
Abstract: The seed germination characteristics of Leymusracemosusunder different water supply,salini-
ty(NaCl)and buried-depth were studied on the basis of slow renewal rate of the community of L.racemo-
sus and its scarce seedlings.The results indicated that the seeds had the characteristics of rapid absorbing
water.Lower concentration of PEG treatment(5%-10%)had no significant effect on the seed germina-
tion rate after being stratified for 8weeks.The percentage of seed germination inhibitory effect increased
with the increase of PEG concentrations.Salinity had significantly inhibitory effect on the germination of
the seeds which stratified for 8weeks.There were only 17%germinated seeds in 0.2mol/L of NaCI solu-
tion.However,when the seeds treated in NaCl solution for 15dwere transferred to distiled water,the re-
covery germination rate of the seeds increased with the increase of NaCl concentration;the increase of bur-
ied-depth of the seeds promoted the seed germination rate first to go up then go down.When buried-depth
was 4cm,the highest germination rate of the seeds was 30%.Comprehensive analysis showed that the
drought,salinity and erosion of sand burial in natural environment are the main factors to affect the germi-
nation of L.racemosus seed in the natural habitat.
Key words: Leymus racemosus;seed germination;salinity;water supply;buried-depth
大赖草(Leymus racemosus(Lam.)Tzvel)属
禾本科多年生草本植物,在我国主要分布于新疆阿
勒泰地区,生长在额尔齐斯河沿岸固定或半固定沙
丘的迎风坡中下部。它具有耐风蚀、耐高温、耐严
收稿日期:2011-10-08
基金项目:国家自然科学基金项目(30960039);新疆草地资源与生态自治区重点实验室(XJDX 0209-2008-02)资助
通讯作者:周桂玲,E-mail:xjzhougl@yahoo.com.cn
新 疆 农 业 大 学 学 报 2011年
寒、耐沙埋的特性及强烈的克隆生长能力和密集的
地上、地下构件,使其成为一种优良的固沙植物,对
于增加荒漠地表的粗糙度、防风固沙等方面具有重
要的生态价值[1]。然而,由于受自然和人类活动的
长期作用,大赖草种群已严重退化,使其成为濒危物
种[2],迫切需要恢复与重建。
植物种群的恢复与重建既依赖于群体中个体大
小的增长,又依赖个体数量的增长,而在极端干旱的
环境中后者更具有深刻的意义。大赖草是典型的兼
性克隆植物,既能开花结实进行有性繁殖,又能通过
水平根茎进行无性克隆繁殖[3],该种与很多沙生植
物一样[4],具有“花多果少”的特性,每穗开花数在
300~500朵,但结实率较低,为30%左右。由于花
的数目较多,因此,结实量也很可观。野外调查发
现,在自然生境中大赖草种群更新率非常低,可出现
少量的实生苗(约3%),但成功定植的很少,也就是
说大赖草由潜在种群向现实种群的转变效率很低。
有关大赖草种子萌发特性的研究较少,仅刘宇
等对其种子的寿命、休眠和萌发特性做了初步的研
究[5],未见环境因素对大赖草种子萌发影响的报道。
本研究将通过对其萌发特性过程中种子吸胀率、干
旱胁迫、盐分胁迫和沙埋特性进行分析,探讨环境因
子对大赖草种子萌发的影响,无疑对大赖草种群的
恢复与重建具有重要的意义。
1 材料与方法
1.1 材 料
大赖草种子于2010年8月采收自布尔津县城
西北7km处的额尔齐斯河沿岸的沙丘上,该点位
于北纬47°75568″,东经86°79153″,海拔466m。将
采集来的种子经自然干燥后装入信封袋,放置在
-18℃冰箱内储存备用。
1.2 方 法
1.2.1 种子吸胀率
种子采收后,在室温条件下,随机选取每组种子
各25粒,4个重复。每组种子用电子天平对其进行
统一称重,然后将每组种子分别置于直径为90mm
铺有两张 WhatmanⅠ号滤纸的培养皿中,加适量
蒸馏水,每隔1h将种子取出,用滤纸吸干其表面水
分,对每个培养皿内的种子统一称重后将种子重新
置于培养皿,并补充适量蒸馏水,直到种子的质量不
再增加。种子增重百分比的大小表示种子吸水速率
大小。实验结束后计算种子的增重百分比。
Wr=[(Wi–Wd)/Wd]×100
式中:Wr为增重百分比;Wd 为种子的初始质量;Wi
为种子吸水一定时间后的质量。
1.2.2 不同PEG浓度处理下种子的萌发
种子在黑暗变温(5℃/2℃)层积8周后,处于
15℃条件下进行萌发,分别用5%,10%,15%,
20%,25%和30%的PEG-6000溶液(聚乙二醇)进
行处理,并以蒸馏水为对照。每处理4个重复,每重
复25粒种子,放置在直径90mm、内置两层 What-
manⅠ号滤纸的培养皿内,放置在GXZ智能型光照
培养箱,日/夜周期为12h/12h进行萌发试验。观
察15d,检测大赖草种子在不同浓度PEG-6000溶
液中的萌发率。
1.2.3 不同NaCl浓度处理下种子的萌发
将层积8周后的种子在最适温度25℃/15℃
下进行盐胁迫处理实验[5],4个重复,每个重复25粒
种子,分别将0(对照),0.05,0.10,0.20,0.30,0.40
和0.50mol/L的NaCl溶液加入培养皿中,用封口
膜密封。观察大赖草种子在不同盐溶液胁迫下的萌
发状况;15d后将未萌发的种子用蒸馏水冲洗3次
后转移至加蒸馏水的培养皿中,继续培养15d,检测
种子的萌发恢复率和最终萌发率。
萌发恢复率(%)= 〔(a-b)/(c-b)〕×100
最终萌发率(%)= (a/c)×100
式中:a为全部时间的萌发种子数;b为盐溶液中的
萌发种子数;c为实验用的该处理的全部种子数。
1.2.4 不同沙埋深度对种子萌发的影响
将层积后的种子分别播种于直径为12cm,深
度为15cm装满沙子的塑料花盆中,花盆下面放置
尼龙网使得多余的水分能够从尼龙网下面流出。设
置0,2,4,6,8cm 5个处理,每个处理4个重复,每
个重复25粒种子,将花盆放于温室中进行种子萌发
试验15d,每天向花盆中浇入适量的水以保证种子
发芽湿度。
1.3 数据统计和分析
萌发过程中每24h检测1次,并将已萌发的幼
苗移走,萌发结果以百分率±标准误差表示。在
Excel下制表,运用SPSS软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 种子吸胀率
种子吸胀率见图1,在吸胀处理的7h以内,种
子吸水过程分为3个阶段:①迅速吸水;②缓慢吸
水;③停止吸水,即达到吸水承载力。种子在吸胀处
理中的前1h,吸水速率较快,1h后吸水速率明显
较缓,到达4h后开始趋向平衡,达到饱和状态。
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第6期 王 超,等:不同环境因素对大赖草种子萌发的影响
图1 大赖草种子吸水动态变化图
Fig.1 The dynamic pattern of absorption of Leymus racemo-
sus seeds
2.2 种子在不同浓度PEG溶液中的萌发
从图2可以看出,大赖草种子在蒸馏水中萌发
率达96%,与其相比不同PEG溶液浓度的处理均
对大赖草种子的萌发产生了抑制。并且随着PEG
浓度的升高,种子萌发率逐渐下降。方差分析表明,
PEG渗透胁迫处理对大赖草种子萌发影响显著(P
<0.05),说明大赖草种子萌发对干旱胁迫非常敏
感。而在PEG溶液为25%和30%浓度下种子均无
萌发现象。
图2 大赖草种子在不同浓度PEG溶液中的萌发率
Fig.2 Germination percentages of Leymus racemosus seeds at
different concentration of PEG solution
2.3 种子在不同浓度NaCl溶液中的萌发
由表1知,不同浓度的 NaCl溶液对大赖草种
子萌发影响显著(P <0.01)。高浓度盐分对种子
的萌发具有明显抑制作用,且种子的萌发率总体随
NaCl浓度的不断增大而呈明显下降趋势。与对照
相比,0.05mol/L的NaCl溶液处理下,种子萌发无
明显差异;当NaCl溶液浓度大于0.30mol/L时基
本无种子萌发。
在不同浓度的 NaCl溶液中培养15d后,将未
萌发的种子转移至蒸馏水中,未萌发的种子能恢复
萌发。复水第3天,被抑制的种子开始迅速萌发,经
0~0.5mol/L NaCl溶液处理的种子恢复萌发率随
盐浓度的升高而升高。在0.1~0.5mol/L NaCl溶
液中,种子复水后萌发率要明显高于其在盐溶液的
萌发率,种子在蒸馏水中的最终萌发率都高于各盐
度下的最终萌发率。
表1 大赖草种子在不同浓度的NaCl溶液中的萌发率和复
水后的恢复萌发率
Table 1 The germination percentage of Leymus racemosus
seeds and recovery germination percentage after re-
water under different concentration of NaCl solution
盐浓度
(mol/L)
盐溶液中的
萌发率(%)
萌发恢复率
(%)
最终萌发率
(%)
0 95.0±1.3a 20.0±1.6a 96.0±0.9a
0.05 75.0±1.1b 45.0±2.0b 86.0±1.2a
0.10 43.0±2.3c 54.3±1.6c 73.3±1.6a
0.20 17.0±1.8d 69.0±2.7d 74.0±1.8a
0.30 0.0±0.0e 73.0±1.9de 73.0±1.9a
0.40 0.3±0.3e 75.0±1.5e 74.0±1.4a
0.50 0.0±0.0e 72.3±1.1de 72.3±1.1b
注:同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
2.4 种子在不同沙埋深度下的萌发
随着沙埋深度的增加,种子的萌发率呈先上升
后下降趋势(图3)。当沙埋深度为0cm 和2cm
时,大赖草种子的萌发率分别为14%和18%;沙埋
深度为4cm时,种子萌发率增加至30%;沙埋深度
至6cm和8cm时萌发率递减为23%和13%。方
差分析表明,沙埋处理对种子萌发影响显著(P <
0.05)。
3 讨 论
植物更新一般经历种子成熟、扩散、休眠、萌发、
幼苗建成各环节,也反应与植物生活史每个阶段的
密切关系[6,7]。在种子植物的生活史中,种子散布
期、萌发和幼苗期是最关键时期,因为在这两个时
期,植物生命体死亡率最高[8]。植物之所以能在它
的分布范围内存活,主要与其保证种子在合适的时
间和地点萌发及幼苗建成的萌发机制有关。因此,
在植物的生活史中对种子萌发状况的研究显得至关
重要。
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新 疆 农 业 大 学 学 报 2011年
图3 不同沙埋深度对大赖草种子萌发的影响
Fig.3 Effect of different sowing depth on germination percentages of Leymus racemosus seeds
对于多数植物的种子来说,只要有适宜的水分、
氧气、温度条件就可萌发。然而因生境和种类的不
同,影响种子萌发的主要因子也有差异,环境因子如
种子成熟后吸水可能影响种子萌发率,将成熟大赖
草种子置于水中其质量在2~3h内迅速增加,说明
大赖草种子在水分条件暂时充足的极端环境下能迅
速吸取萌发所需水分。种子能在短时间内(1~2h)
吸收大量水分,这是植物在水分利用率较低或多变
环境条件下的一种适应[9]。
水分是种子萌发的首要条件,其过多或不足都
不利于萌发[10]。有研究表明,PEG能通过限制种子
吸水速率,从而提高种子发芽率[11]。但还有研究表
明,干旱胁迫使种子萌发受到抑制或发芽延迟[12]。
较低浓度(5%~10%)的PEG处理对大赖草种子萌
发率影响不明显,随着PEG浓度的升高,萌发抑制
作用增强,说明环境因子中水分条件影响种子正常
萌发。在自然生境中,春季水分条件较充足,大赖草
种子具有快速吸水的特性使其吸胀后快速萌发,但
沙地中水分蒸发或下渗迅速,萌发后的种子较易发
生干旱胁迫,常出现闪苗现象。
由于沙漠地区的特殊环境条件,如不规律的降
水量和较强蒸发量,常造成盐分在土壤表面的积累。
这种严酷的条件使沙生植被产生了不同的生活史策
略来增大其适应性[13]。盐分可以通过阻止和延迟
萌发以及当盐浓度高到一定程度时有可能造成种子
永久性丧失活力等方面来影响种子萌发[14,15]。通
过研究发现,高浓度盐分对种子的萌发具有明显抑
制作用,且种子的萌发率总体随 NaCl浓度的不断
增大而呈明显下降趋势,但在0.2mol/L NaCl溶液
中仍有17%的种子萌发,说明大赖草种子具有一定
耐盐能力。而将未萌发的种子转移至蒸馏水后,
64.2%种子可以复萌,且恢复萌发率随盐浓度升高
而升高。在自然生境下,荒漠沙丘环境极端恶劣,大
赖草种子由于土壤高盐度可能引发种子短暂休眠,
待水分条件得到补充时种子能迅速打破休眠恢复萌
发,这可能是大赖草种子对极端荒漠环境的一种适
应策略。
沙埋对幼苗出土既有促进作用,也有抑制作用。
抑制作用在于因缺乏适宜的氧气、光和温度,沙埋深
度过大会阻碍种子的萌发;即使种子萌发了,将要出
土的幼苗还要有忍耐黑暗和越过阻力的能力[16]。
研究表明,沙埋延迟并降低大部分幼苗出土率;但有
人认为沙埋可以保护种子和幼苗不被极端的低温或
高温和地表动物的损坏[17],一定的沙埋深度可以提
高种子萌发、幼苗出土和存活能力,从而躲避了被掠
夺现象的发生[18]。
随着沙埋深度的增加大赖草种子的萌发率呈先
上升后下降的趋势,当沙埋深度为4cm时,种子萌
发率最高为30%,说明大赖草种子在极端环境条件
下选择其特有的萌发机制,适中土壤深度下水分、氧
气、穿越土壤阻力等条件较为适宜有利于种子萌发。
通过不同处理对大赖草种子萌发影响的研究表
明,大赖草种子属于非深度生理休眠的类型,在环境
条件适宜的情况下种子均可萌发。而干旱少雨、盐
碱及风蚀沙埋的自然环境是大赖草种子在自然状态
下萌发困难的主要因素。了解其萌发特性,可为日
后大赖草种群的人工抚育、种群更新以及生态保护
提供理论依据。
参考文献:
[1] 董玉琛,孙雨珍,钟干远,等.新疆阿勒泰地区大赖草的
考察和初步研究[J].中国农业科学,1985(2):54-56.
[2] 傅立国.中国珍稀濒危物种[M].上海:上海教育出版
社,1989.
274
第6期 王 超,等:不同环境因素对大赖草种子萌发的影响
[3] 刘宇,周桂玲.大赖草种子的休眠和寿命[J].新疆农业
科学,2008,45(2):356-361.
[4] 马文宝,施翔,张道远,等.准噶尔无叶豆的开花物候与
生殖特征[J].植物生态学报,2008,32(4):760-767.
[5] 刘宇,周桂玲.不同处理对大赖草种子萌发的影响[J].
新疆农业大学学报,2008,31(4):5-10.
[6] Pakeman R J,Hay E.Heath land Seed banks under
Bracken Pteridium aquilinum.Kuhn and their Impor-
tance for Revegetation after Bracken Control[J].Jour-
nal of Environmental Management,1996,47:329-339.
[7] Leck M A,Schutz W.Regeneration of Cyperaceae,with
particular reference to seed ecology and seed banks[J].
Perspectives in Plant Ecology,Evolution and Systemat-
ics,2005,7(2):95-133.
[8] Nilson M E,Hjalten J.Covering pine-seeds immediate-
ly after seeding:effects on seedling emergence and on
mortality through seed-predation[J].Forest Ecology
and Management,2003,176(1-3):449-457.
[9] 刘晓风,谭敦炎.荒漠植物种子粘液的生态学意义[J].
植物学通报,2007,24(3):414-424.
[10] 藤伊正.植物的休眠与发芽[M].北京:科学出版社,
1980.
[11] 孙柳青,朱永良,程英.PEG引发对番茄种子萌发的
影响[J].上海蔬菜,2010,5(2):68-69.
[12] 余玲,土彦荣,孙建华.野大麦种子萌发条件及抗逆性
研究[J].草业学报,1999,8(1):50-57.
[13] Kigel J.Factors affecting germination of arid and
semiarid regions[C]//Kigel J,Galili G(Eds).Seed
Development and Germination.New York:Marcel
Dekker,1995,645-700.
[14] Khan M A,Ungar I A.Effect of germination promo-
ting compounds on the release of primary and salt-en-
forced seed dormancy in the halophyte Sporobolus ar-
abicus Bioss[J].Seed Science and Technology,2001,
29:299-306.
[15] Qu X X,Huang Z Y,Baskin J M,et al.Effect of tem-
perature,light and salinity on seed germination and
radicle growth of the geographicaly widesp read halo-
phyte shrub Halocnemum strobilaceum[J].Annals of
Botany,2008,101:293-299.
[16] Khan M A,Gul B,Weber D J.Germination responses
of Salicornia rubra to temperature and salinity[J].
Journal of Arid Environments,2000,45(3):207-214.
[17] Maun M A.Adaptations of plants to burial in coastal
sand dunes[J].Canadian Journal of Botany,1998,76
(5):713-738.
[18] Maun M A.Adaptations enhancing survival and es-
tablishment of seedlings on coastal dune systems[J].
Vegetatio,1994,111(1):59-70.
374