疏花蒺藜草种子发芽习性差异的研究

2011-04-25韩成莲杨新芳王大宝赵东旭

草业科学 2011年5期

韩成莲，杨新芳，王莹，王大宝，赵东旭

(1.北京理工大学生命学院，北京100081； 2.暨南大学生命科学与技术学院，广东广州 510632)

疏花蒺藜草(Cenchruspauciflorus)为禾本科蒺藜草属一年生草本植物，原产北美洲，俗名草狗子、草蒺藜，须根分布在5～20 cm的土层里，具沙套。茎圆柱型中空，半匍匐状，高30～70 cm，分蘖力极强，叶剑状互生，穗状花序，小穗1～2枚簇生成束，其外围是由不孕小穗愈合而成的刺苞[1-2]。刺苞呈球形，每个刺苞含2粒种子，刺苞近中央处有一裂缝，其中暴露在裂缝中央的种子体积明显大于另一粒种子，每粒种子外均有3层颖片包被。颖果呈球形，黄褐色或黑褐色；顶端具残存的花柱，背面平坦，腹面凸起；脐明显，深灰色。

疏花蒺藜草在我国为外来入侵植物，目前在辽宁、内蒙古、吉林均有分布[3]。由于其耐干旱、耐贫瘠、繁殖能力强等生态特性，给当地的自然生态系统、农业生产、畜牧业等造成了严重的危害。同时，外来物种的侵占性会引起我国牧草种质资源的丧失和流失[4]，因此，加强对入侵种的基础生物学特性研究具有重要意义。

种子的异质性表现为生长在同一植株或同一穗(或花序)上不同部位的籽粒，它的形态、质量、结构、成分都有所不同；用不同部位的种子来播种，其后代的生活力、分枝、开花结果部位、成熟期等也有所差异[5]。目前，对光梗蒺藜草(C.calyculatus)种子萌发特性已进行初步探索[6]，疏花蒺藜草刺苞中的两粒种子萌发也存在差异[1]，这可能与种子的异质性有关。本研究将探讨同一刺苞中大、小种子的发芽差异性，为疏花蒺藜草的生物学特性提供基础知识。

1 材料与方法

1.1试验材料疏花蒺藜草草种由辽宁省彰武县农业中心植保站可欣老师惠赠。

1.2疏花蒺藜草种子的萌发试验采用人工气候箱(型号PRX-350B-30，宁波海曙赛福实验仪器厂生产)进行培养，每天设4个时间段，条件分别为06:00-08:00，24℃,40%饱和光照；08:00-18:00，28℃，60%饱和光照；18:00-20:00，24℃，40%饱和光照；20:00-06:00，22℃，无光照。

完好种子(刺苞)的挑选：由于在选取种子时有一定的主观性，因此本试验在选取刺苞(种子)时，仅挑选从外观上看体积较大、饱满且没有任何发霉点或发霉现象的种子，尽量使选取的刺苞有较好的均一性。种子选取后，置于40℃恒温摇床中风干24 h(备用)。从中选取200余粒刺苞，剥取出裸种子。未发现仅有单粒种子(大种子)的现象，但大约有1%的刺苞中有3粒种子。

1.2.1完整种子的发芽试验取种子80粒，种植在容器中，所用容器为20 cm×15 cm×8 cm(长×宽×深)，沙土深度5 cm，种植深度约1.5 cm (在较深的种植深度下，植物所遇生长阻力增大，使幼苗出土延迟，或导致不能出苗[7])，首次给水500 mL，以后每天喷水200 mL。待种子萌发后每天统计发芽数和双芽数。重复3次。

1.2.2带颖片种子的发芽试验取刺苞80粒剥去外壳后，将80对带有颖片的种子播种在沙土中，其他条件参照1.2.1。重复3次。

1.2.3裸种子的发芽试验取刺苞80粒，剥去外壳及颖片后将80对种子种植在沙土中，其他条件参照1.2.1。重复3次。

1.3大、小种子萌发顺序的观察试验种植条件同完整种子的发芽。待种子萌发4～5 d 即单芽率达高峰时，从沙土中取出种苞，仔细观察大小种子的发芽情况。同时，在试验1.2结束时，取出单芽种苞中的未发芽种子，再次种植于沙土中，观察发芽情况。

1.4疏花蒺藜草种子在干旱条件下的发芽试验取80粒刺苞种植在沙土中，种植深度约1.5 cm，每天的喷水量约为1.2.1中浇水量的1/3。重复3次。

1.5蒺藜草种子的吸水率测定

1.5.1完整种子的吸水率测定取80粒刺苞，黑暗、28℃下摇动浸泡48 h，其间换水5～6次。到时间后剥出种子，并用吸水纸吸干种子表面的水分，在电子天平上称量以测定吸水率，重复3次,裸种子起始质量参照1.5.3。吸水率计算公式为：

1.5.2带颖片种子的吸水率测定挑取80粒完整种子，剥去种苞，保留完整颖片，28℃下浸泡48 h，其他操作同1.5.1，最后测定吸水率，重复3次。

1.5.3裸种子的吸水率测定挑取80粒完整种子，剥去种苞及颖片，取一半置于称量瓶中密封称量，作为种子原始质量。28℃下浸泡48 h，其他操作同1.5.1，最后测定吸水率，重复3次。

1.6统计分析试验数据差异显著性检验用SPSS V13.0软件进行分析。

2 结果与分析

2.1疏花蒺藜草种子的发芽结果完整种子从第3天开始发芽，发芽持续时间为5 d(图1)。从第5天开始出现双芽，双芽萌发持续时间为6 d。其中完整种子的总发芽率为(88.05±6.35)%，双芽率为(56.63±9.63)%，单芽率为(31.40±3.90)%；完整种子中大种子的发芽率为(85.00±6.27)%，小种子的发芽率为(59.64±9.11)%。从以上结果可以看出，在水分充足，光照、温度适宜的条件下，同一种苞中的两粒种子均发芽的概率明显超过50%，且大种子的发芽率明显高于小种子的发芽率。

种苞中的大种子总是先于小种子发芽。蒺藜草发芽前期(前5 d)单芽率迅速升高，之后随着种苞内另一种子的发芽，单芽率便逐渐下降，而双芽率则逐渐升高直至趋于稳定(图1)。这说明即使种苞中的两粒种子均能发芽，两粒种子也不是同时发芽的，存在先后顺序。发芽试验结束时，通过观察种苞中的两粒种子发现，大种子发芽的幼苗长势显著优于小种子发芽的幼苗，不但茎高大粗壮，而且根系多分布范围广，可能大种子在先天遗传因素上占优势。

图1 完整种子的萌发趋势

带颖片大种子从第4天开始发芽，发芽持续5 d；带颖片小种子从第6天开始发芽，发芽持续6 d。与完整种子发芽试验相比较，去掉外苞后大小种子的发芽时间均晚一天，并且带颖片的小种子发芽率很低，甚至明显低于完整种子在适宜条件下小种子的发芽率(59.64%)，而大种子的发芽率也有所降低(表1)。带颖片小种子发芽率反而低于完整种子的发芽率，这种现象有待进一步研究。

大、小裸种子从第3天开始发芽，萌发持续2 d，且出苗非常整齐。即便是在去除影响吸水的种苞、颖片的情况下，大种子的发芽率也未达到100%(表1)，约有10%的种子不能发芽。值得注意的是，小种子的情况与大种子完全一致。这说明大小裸种子在没有外苞及颖片的限制下，两者的发芽机会是相等的，尽管种苞中的两粒种子大小体积不同，只要去除限制小种子萌发的条件，小种子仍然能够发芽。

表1 种子的发芽结果 %

试验中将仅发芽一粒的种苞中的另一粒小种子剥离出来，其体积有所增加，表明其仍有吸水能力，但再次种植在相同条件下的发芽率仅为(27.03±6.30)%，如加上同批次小种子已有59.64%的发芽率(见完整种子的萌发结果)，则小种子总发芽率则达到86.67%，与裸种子种植时的情况接近(表1)。

2.2疏花蒺藜草种子在干旱条件下的发芽结果疏花蒺藜草种子在干旱条件下，总发芽率为(82.55±5.42)%，大种子发芽率为(80.25±2.37)%，小种子发芽率为0。从以上结果中可以看出，在干旱条件下完整种苞的总发芽率与其在适宜条件下的总发芽率差异不显著。小种子几乎不发芽，说明水分会显著影响小种子的发芽，而大种子只要在种植时水分适宜，无论水分受到限制与否都不影响其发芽。

2.3蒺藜草种子吸水率测定结果在不同包被状态下，大种子的吸水率均高于小种子的吸水率。完整种子和带颖片种子的吸水率差异不明显。

表2 蒺藜草种子的吸水率测定 %

3 讨论

完整种子发芽试验中，种子的总发芽率与光梗蒺藜草种子在最适条件的发芽率基本一致[6]，这表明光梗蒺藜草种子的最适发芽条件也适用于疏花蒺藜草。

在适宜的条件下，大种子的发芽率高于小种子；去除种苞限制的大、小种子发芽率相同。将发芽时仅发芽一粒的种苞中的另一粒小种子再次种植后，其总发芽率恢复到正常水平。由蒺藜草种苞的解剖结构可知外苞对小种子包被非常致密，几乎成完全包裹状态，可能会对小种子获取氧气和吸收水分产生一定的限制。由此可推测出外苞及颖片是限制小种子发芽的一个关键因素。但完整种子发芽试验中也存在双芽现象，说明部分小种子仍有破除外苞及颖片物理限制的能力。

在干旱、半干旱区，水分是影响种子萌发及生长的一个限制因子[8]，干旱胁迫会对植物的器官造成不同影响[9]。在水分供给均充分的条件下，小种子的吸水能力比大种子弱，可能与种子中淀粉等的含量不同有关。种子萌发时需要活化某些酶如β-淀粉酶等，而酶的活化是在种子吸水后才诱发的，因此小种子的吸水量不足时便不能活化其萌发所需的酶，进而限制了小种子的萌发。虽然小种子的吸水能力弱于大种子，但二者在裸种子状态下发芽率相同，这说明水分不是限制小种子发芽的关键因素，而是一个重要因素。

在带颖片种子的发芽试验中，大小种子的发芽时间均比完整种子发芽时间晚1 d，并且发芽率也有所降低；另外，完整种子和带颖片种子的吸水率无明显差异，而裸种子的吸水率则急剧增加，说明刺苞外壳及基部与水分的吸收和保持密切相关。这是自然界的一种较为普遍的现象，如大蒜贮藏中，用激光灼伤基部，避免其吸水，进而阻止其萌发。

种子的异质性(不均一性)与其后代生产力密切相关[5]。完整种子发芽试验中只有部分小种子发芽可能还与不同种苞间的异质性有关。