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Probing the cause of the low germination rate of Merremia boisiana seed

金钟藤种子低萌发率原因探讨



全 文 :书广 西 植 物 Guihaia 32(4):522-526                                2012年 7 月  
DOI:10.3969/j.issn.1000-3142.2012.04.018
金钟藤种子低萌发率原因探讨
程汉亭1,范志伟1*,李鸣光2,黄乔乔1,李晓霞1,沈奕德1,刘丽珍1
(1.中国热带农业科学院 环境与植物保护研究所/农业部热带作物有害生物综合治理重点实验室/海南省
热带农业有害生物检测监控重点实验室/海南省热带作物病虫害生物防治工程技术研究中心(筹),
海南 儋州571737;2.中山大学 有害生物控制与资源利用国家重点实验室,广州510275)
摘 要:金钟藤种子在室内萌发率很低,为进一步探讨金钟藤种子的特性,阐明其种子萌发率低的主要原因,
对金钟藤种皮的透水性、种子解剖结构、种子活力和种子内源抑制物的生物测定进行了研究。结果表明:金钟
藤种皮透水性较差,完整种子比破皮种子吸水达到最高水平慢38h;种子空瘪粒多,占所有种子的30%;种子
活力较低,平均活力仅为35%;金钟藤种子甲醇粗提液对白菜种子萌发率、根长和芽长均有较强的抑制作用,
其浸提液浓度在25mg/mL时,严重抑制白菜种子萌发和生长,即金钟藤种子内部含有较高的内源抑制物质。
金钟藤种子萌发率低,表明其近年来突发性蔓延成灾主要不是由种子生成新个体造成的,导致其蔓延成灾的
关键因素还需要进一步深入研究。
关键词:藤本植物;种皮透水性;种子活力;种子内源抑制物;萌发率
中图分类号:Q945.34  文献标识码:A  文章编号:1000-3142(2012)04-0522-05
* Probingthe cause of the low germination
rate of Merremia boisianaseed
CHENG Han-Ting1,FAN Zhi-Wei 1*,LI Ming-Guang2,HUANG
Qiao-Qiao1,LI Xiao-Xia1,SHEN Yi-De1,LIU Li-Zhen1
(1.Institute of Environment and Plant Protection,CATAS/Key Laboratory of Integrated Pest Management for Tropical Crops,
Ministry of Agriculture/Hainan Key Laboratory for Monitoring and Control of Tropical Agricultural Pests/Hainan
Engineering Research Center for Biological Control of Tropical Crops Diseases and Insect Pests,Danzhou 571737,
China;2.State Key Laboratory of Biocontrol of Sun Yat-Sen University,Guangzhou 510275,China)
Abstract:To find out the reasons for its indoor low germination rate,the permeability of seed coat,seed anatomical
structure,seed vigor and seed endogenesis inhibitors were examined.The results showed that the permeability of seed
coat was poor.Chipped seeds reached the highest value of water absorption in less than 38has the intact seeds.The
proportion of empty seeds was as high as 30%.Seed vigor was low and averaged at 35%.The germinability,shoot
and root growth of cabbage seeds were significantly inhibited by methanol extracts of M.boisianaseeds.When meth-
anol extracts of seeds reached a concentration of 25mg/mL,germination and growth of cabbage seeds were seriously
inhibited,suggesting rather high content of endogenesis inhibitors in M.boisianaseeds.Low germination rate of M.
boisianaseeds indicated that seed's generation of a new plant was not the main reason for the outburst overspread dis-
aster in the recent years,and the key factors should be further researched.
Key words:liana;seed coat permeability;seed vigor;seed endogenesis inhibitor;germination
* 收稿日期:2011-11-13  修回日期:2012-03-06
基金项目:国家自然科学基金(31071699);科技部国际合作项目(2011DFB30040);海南省重点科技项目(080149);中央级公益性科研院所基本科研
业务费专项 (2009hzs1J018,2011hzs1J026)[Supported by the National Natural Science Foundation of China(31071699);International Cooperation Program
of MOST(2011DFB30040);Key Science and Technology Foundation of Hainan Province(080149);the Fundamental Research Funds for Environment and
Plant Protection Institute,CATAS(2009hzs1J018,2011hzs1J026)]
作者简介:程汉亭(1983-),男,陕西汉中人,研究实习员,主要从事农田杂草和入侵植物生理生态研究,(E-mail)chenghanting@163.com。
*通讯作者:范志伟,博士,研究员,主要从事杂草生态与综合治理研究,(E-mail)fanweed@163.com。
  金钟藤(Merremia boisiana),又称多花山猪菜,
旋花科;多年生,常绿,缠绕或攀援木质藤本。金钟
藤有3个自然分布中心:①海南;②亚洲赤道的加里
曼丹岛;③中越边界和越南北部的沙巴、先安,老挝
的湄公河流域,并包括中国广西、云南靠近越老边界
的地区(Hu等,2010;Wang等,2005;Wang等,
2007)。金钟藤近二十年来在海南及其它分布中心
及周边的部分地区突发性成灾,成片覆盖疏林地、次
生常绿阔叶林地、灌丛、人工林,导致支持木因光合
作用严重受阻而死亡,群落退行演替成高1.3~1.8
m的单一藤本层,对所在地区的农林业生产和生态
林的服务功能产生极大危害,而且近十年来金种藤
的危害程度持续加重。
金钟藤的蔓延、扩散和成灾现象近年来才受到
研究者的关注(Lian等,2007;Sun等,2006)。金钟
藤近距离蔓延主要依靠营养繁殖,而且具有很强的
蔓延扩散能力(Li等,2006);远距离主要靠种子传
播。倪广艳等(2005)报道金钟藤种子在恒温25、
28、30℃处理下其萌发率、发芽指数、活力指数均随
着温度的升高上升,但萌发率仍只有5%~27%之
间。李鸣光等(2009)在大量开花的金钟藤样地,连
续两年都没有发现金钟藤小苗,推断种子对金钟藤
的爆发贡献极小;在随机调查50个花序中,有4 040
朵花,210粒种子,但只有79粒硬壳种子,推断金钟
藤花而不实;且金钟藤种子在室内萌发率很低。许
多大面积暴发成灾的植物都具有种子结实量大、萌
发率高的特性,而金钟藤近年来在广东和海南突发
性成灾的现象与其种子低萌发率极不相称。因此,
本研究进一步探讨金钟藤种子的特性,以阐明其种
子萌发率低的原因。
1 材料和方法
1.1种子来源
金钟藤的种子于2011年7月采集于海南琼中、
白沙、万宁等地。金钟藤在海南于每年4月底至5月
中旬抽蕾,6月进入盛花期,7~8月种子成熟脱落。
1.2试验方法
1.2.1种子基本参数测定 (1)千粒重测定:随机取
1 000粒种子,测定其质量,3次重复。(2)含水量测
定:依据国际种子检验规程 (International Seed
Testing Association,1985),随机取100粒金钟藤种
子3份,均匀地铺在样品盒内,放入烘箱,在(103±
2)℃烘干18h,取出后立即放入干燥皿里,冷却至
室温后称重。含水量按下式计算:种子含水量(%)
=(烘前样品重-烘后样品重)/烘前样品重×
100%。(3)种子长度、宽度和厚度的测定:随机取
20粒种子,用游标卡尺分别测量种子的长度、宽度
和厚度。
1.2.2金钟藤种子结构观察 取金钟藤种子50粒,
清水浸泡48h,然后用3%双氧水消毒30min;处理
后的种子置于铺有两层滤纸的培养皿内,适量加水
至湿润;在黑暗条件下培养,温度控制在(25±1)℃。
期间用体视显微镜Stereo Discovery LumarVi2观
察种子发芽过程。
1.2.3金钟藤种子是否休眠测定 随机选取两份金
钟藤种子各100粒,在25℃的温水中浸种48h,1
份用TTC法测定活力,即沿种子子叶平行的正中
纵切,切面朝下,浸于0.2%的 TTC溶液中,在25
℃黑暗条件下恒温显色24h,取出、用清水冲洗种
子切面,观察子叶的染色情况并进行统计,着色的为
有活力种子,没有着色的为无活力种子;另1份在光
照培养箱中28℃下进行萌发试验(光照12h,黑暗
12h),3d后统计其萌发率。如果其活力显著大于
萌发率则说明种子处于休眠状态。
萌发率(%)=(萌发种子数/供试种子数)×
100%
1.2.4金钟藤种子吸水率的测定 采用称重法测定
种子的吸水率。随机取完整种子和破皮种子(用刀
片小心划破坚硬种皮的种子)各50粒称重,在室温
条件下将种子浸泡在蒸馏水中并放置在25℃恒温
培养箱中,分别在1、2、3、4、5和6h时测定,以后每
12h测定1次。测定时先用滤纸吸干种子表面水
分,用万分之一电子天平称量种子质量,连续3次秤
种子质量相同为止,即吸水停止。吸水率(%)=(湿
重-干重)/干重×100%。两种处理各3次重复,取
其平均值绘制种子吸水曲线。
1.2.5种子内源抑制物质的生物测定 用万分之一
天平称取金钟藤的种子约2g(误差为±0.001g),
加80%甲醇研磨,4℃条件下密封浸提24h,期间振
荡5次,使其充分浸提,然后过滤,浸提重复2次,合
并滤液,35℃减压浓缩至水相,蒸馏水定容至40
mL,即浓度为50mg/mL。分别稀释浸提原液,形
成浓度梯度为12.5、25和50mg/mL的浸提液。
生物测定:分别用不同浓度(12.5、25和50
mg/mL)的浸提液浸泡白菜(Brassica pekinensis)
3254期            程汉亭等:金钟藤种子低萌发率原因探讨
种子,并以蒸馏水浸泡为对照,25℃下浸泡2h,然
后按100粒/皿均匀置于垫有两层滤纸的培养皿中,
用相应浓度的浸提液润湿,光照培养箱中25℃下培
养,重复3次,每隔12h统计白菜籽的萌发率,在萌
发试验开始72h时测定其根长和芽长。
相对根或芽长(%)=(处理的根或芽长/对照的
根或芽长)×100%
2 结果与分析
2.1金钟藤种子基本参数和种子解剖结构
  金钟藤种子的基本参数见表1,金钟藤种子卵
状圆锥形,种皮坚硬,种子表面被灰色乳头状毛。种
子千粒重14.32~20.18g,平均17.25g;种子含水
量平均9.7%。
  金钟藤种子(图1:a)外壳革质坚硬,并着有绒
毛,具双子叶、无胚乳;部分金钟藤种子发育不完全,
种子不够饱满(图1:b)或缺子叶(图1:c);图1:d为
金钟藤的子叶;图1:e和图1:f为完好金钟藤种子
表1 金钟藤种子的基本参数
Table 1 Basic parameter of Merremia boisiana seeds
测定项目
Measurement item
样品数
No.of
samples
测定结果
(平均值±标准差)
Results(Mean±SD)
种子千粒重(g)
1 000-seed weight
3×1 000  17.25±2.93
种子含水量(%)
Seed water content
3×100  9.70±0.16
种子长度Length of seed(mm) 20  5.00±0.32
种子宽度 Width of seed(mm) 20  3.31±0.37
种子厚度(mm)
Thickness of seed
20  2.36±0.33
 
图1 金钟藤种子形态及解剖结构
Fig.1 Morphology and anatomical structure of M.boisianaseeds
a.金钟藤成熟的种子形态;b.成熟种子纵切面;c.空瘪种子纵切面;d.失去活力的子叶;e.萌发的种子;f.萌发的种子纵切面。
a.The morphology of matured seed of Merremia boisiana;b.Vertical-section of matured seed;c.Vertical-section
of empty seed;d.Lost viability of cotyledon;e.Germinating seed;f.Vertical-section of germinating seed.
的萌发,胚根先突破种皮吸收水分和养分。
2.2种子是否休眠的测定
用TTC法检测100粒金钟藤种子活力的结果
为空瘪粒30%,饱满种子70%,有活力种子35%;
而另100粒28℃下萌发试验的种子萌发率为6%,
即金钟藤种子活力>萌发率。
2.3种皮对种子透水性的影响
从图2看出,在前2h完整种子与破皮种子的
吸水速率均直线上升,分别达到总吸水量的30%和
96%;2~6h吸水速率稍为减缓,但仍然大量吸水;
6~104h吸水速率缓慢;78h时破皮种子吸水趋于
停滞,即接近最高吸水率,最终测得吸水率为
211%,而此时完整种子的吸水率为181%,仍未达
最高吸水率;在112h时完整种子吸水才接近最高
吸水率,较破皮种子接近最高吸水率迟38h。
2.4种子浸提液的生物测定
从图3和图4看出,金钟藤种子甲醇粗提液对
白菜种子萌发率、根长和芽长均有较强的抑制作用,
425 广 西 植 物                  32卷
图2 金钟藤种子吸水率曲线
Fig.2 The water absorption curve of M.boisianaseeds
在试验浓度范围内,抑制作用随粗提物质量浓度增
大而增强。浸提液浓度为12.5mg/mL时,白菜种
子萌发率受轻微抑制,72h时萌发率为97%(P<
0.01);但是白菜的根和芽的生长受到严重抑制,抑
制率为85.91%和65.38%(P<0.01)。浸提液浓
度为25mg/mL时,白菜种子萌发率、根长和芽长都
受到严重抑制,此浓度下白菜种子萌发率仅为
12.5%(萌发72h时)(P<0.01),相对根长和相对
芽长分别为4.55%和7.69%(P<0.01)。当浓度
为50mg/mL时,白菜种子不能萌发。
图3 金钟藤种子浸提液对白菜种子萌发率的影响
Fig.3 Effects of M.boisianaseeds extract on
germination of Chinese cabbage seeds
图4 金钟藤种子浸提液对白菜种子芽长和根长的影响
Fig.4 Effects of M.boisianaseeds extract on bud and root length of Chinese cabbage seeds
3 结论与讨论
种子质量的大小是影响种子传播距离的因素之
一。种子质量小有助于植物通过多种途径远距离传
播,如菊科和禾本科植物,这两类植物千粒重均很
小,有利于其长距离传播,而金钟藤种子质量相对较
大,且没有使种子容易远距离传播的结构,从种子质
量角度来看不利于其远距离传播。吸水是种子萌发
准备的首要环节,种子的萌发总是从含水量增加、种
子吸胀吸水开始的。本研究表明,金钟藤种子吸水
缓慢,完整的种子完成吸胀吸水需要约112h;破皮
种子仅用78h就完成了吸胀吸水过程。Yang等
(2007)的研究结果认为其种皮组织结构紧密、封闭
性好,限制了种子的吸胀吸水从而表现出种壳休眠
的特性。
  金钟藤种子的品质不高。对金钟藤种子的解剖
结构和活力测定发现,许多金钟藤种子发育不完全,
空瘪粒占生产种子的30%,有活力种子数量仅占所
有种子的35%,说明在自然条件下只有少量金钟藤
种子具有活性,是其萌发率低的主要原因。据我们
调查统计发现,每个花序开花数约40~65朵,可是
成熟种子数量却很少,此结果与李鸣光等(2009)的
观察结果一致。Wu等(2007)研究发现金钟藤花期
一般为1d,且开花时间受温度和光照的影响较大,
通常受阳光照射30min后开放,1h内全开,到夜间
5254期            程汉亭等:金钟藤种子低萌发率原因探讨
闭合。因此条件严格的开花和授粉环节可能也是金
钟藤授粉率低、空瘪率高的主要原因。
发芽抑制物在植物种子中广泛存在。Bewley
等(1994)在研究导致种子生理休眠的诸多原因中,
认为抑制物是最重要的原因之一;陈发菊等(2007)
发现濒危植物巴东木莲种子内含有较高浓度的在萌
发抑制物。通过金钟藤种子活力测定表明,金钟藤
种子活力>萌发率,说明金钟藤种子具有休眠特性。
进一步试验发现金钟藤种子内存在抑制白菜种子萌
发的物质,而且当浸提液浓度达到25mg/mL时对
白菜种子具有很强的抑制作用,可见金钟藤种子含
有很高含量的内源抑制物质,这可能是影响金钟藤种
子萌发的重要生理因素。至于其内源抑制物质是植
物激素还是次生代谢物质则有待进一步研究鉴定。
造成种子萌发率低的原因很多,种子发育不完
全、种子休眠以及种子萌发缺少必须的温度、水分等
外界环境因素(Zhang等,2011)。本研究表明,金钟
藤种子空瘪粒数量大、种子活力低、种皮透水性差、
种子中存在较高含量的内源抑制物质,均是导致金
钟藤种子不易萌发和萌发率低的因素。金钟藤种子
低萌发率表明其近年来突发性蔓延成灾主要不是由
种子生成新个体造成的,导致其蔓延成灾的关键因
素需要进一步深入研究。
参考文献:
Bewley JD,Black M.1994.Seeds:physiology of development and
germination[M].New York:Plenum Press:199-257
Chen FJ(陈发菊),Liang HW(梁宏伟),Wang X(王旭),et al.
2007.Seed dormancy and germination characteristics of Mangli
etiapatungensis,an endangered plant endemic to China(濒危植
物巴东木莲种子休眠与萌发特性的研究)[J].Biodiv Sci(生
物多样性),15(5):492-499
Hu L,Li MG,Li Z.2010.Geographical and environmental
gradients of lianas and vines in China[J].Glob Ecol Bio-
geogr,19:554-561
International Seed Testing Association.1985.International
rules for seed testing[J].Seed Sci Tech,13:299-355
Lian JY(练琚蕍),Cao HL(曹洪麟),Wang ZG(王志高),et al.
2007.The community characteristics for invading damage of the
forest kiler Merremia boisiana(金钟藤入侵危害的群落学特征
初探)[J].Guihaia(广西植物),27(3):482-486
Li MG(李鸣光),Cheng XY(成秀媛),Liu B(刘斌),et al.
2006.Fast growing and high photosynthetic rate of Merre-
mia boisiana(金钟藤的快速生长和强光合能力)[J].Acta
Univ Sunyatseni:Sci Nat Edit(中山大学学报·自然科学
版),45(3):70-72,81
Li MG,Liu HY,Li FL,et al.2009.Seed,cutting and air-layering
reproductive inefficiency of noxious woody vine Merremia biosi-
ana and its implications for management strategy[J].Front Biol
Chin,4(3):342-349
Ni GY(倪广艳),Wang CW(王昌伟),Peng SL(彭少麟).2005.
Effects of different temperature on seed germination of Meremia
biosiana(不同温度处理对金钟藤种子萌发的影响)[J].Ecol
Environ(生态环境),14(6):898-900
Sun DL(孙东磊),Shen JM(申建梅),Wan SQ(万树青),et al.
2006.Danger and utilization of Merremia boisiana(金钟藤
的危害与利用)[J].Chin Wild Plant Res(中国野生植物资
源),25(1):32-34
Wang BS(王伯荪),Li MG(李鸣光),Liao WB(廖文波),et al.
2005.Geographical distribution of Merremia boisiana(金钟藤的
地理分布)[J].Ecol Environ(生态环境),14(4):451-454
Wang BS(王伯荪),Qiu HX(丘华兴),Liao WB(廖文波),et al.
2007.Revision and additional notes on Merremia boisiana and
M.boisianavar.fulvopilosa(Convolvulaceae)(金钟藤分类考证
及补充描述)[J].Guihaia(广西植物),27(4):527-536
Wu LF(吴林芳),Liang YQ(梁永勤),Chen K(陈康),et al.
2007.Damage and prevention of Merremia boisiana in Hainan
Province,China(金钟藤在海南的危害与防治)[J].Guangdong
Fore Sci Tech(广东林业科技),23(1):83-86
Zhang YC(张玉翠),Li YG(李勇刚),Wang ZH(王占红),et
al.2011.Study on dormancy of reason of Polygonatum
sibiricum Red.seed(黄精种子休眠原因的研究)[J].Seed
(种子),30(4):58-61
625 广 西 植 物                  32卷