温度对狗尾草和金色狗尾草植物种子萌发的影响

贾风勤， 李幼龙， 张会群

（1．乌鲁木齐职业大学旅游学院， 新疆 乌鲁木齐830002；2．中国科学院新疆生态与地理与地理研究所， 乌鲁木齐830011； 3．伊犁师范学院， 新疆 伊宁835000）

种子萌发是植物生长的基础，也是植物繁殖过程中的一个重要环节，萌发特征影响着幼苗的存活能力和个体适合度［1］。作为幼苗建成的前提，种子萌发甚至决定某些植物的稀有性和分布范围，深入分析种子萌发特点及其调控因子，不但可以明确其自然有性更新的原因，而且可以使人工控制种群更新成为现实［2］。

狗尾草（Setaria viridis）和金色狗尾草（Setaria glauca（L．）Beauv）均为为禾本科狗尾草属1年生草本植物，均具有休眠特征，常形成斑块状的单优种群生长在路边、林缘和弃耕农田中。但作为农田生态系统初级生产力的重要组成部分［3－4］，当其以一定密度存在时对某些植物抵抗恶劣环境有协助作用［5］，并对盐碱离子富集较强［6］，在弃（退）耕地植被自然恢复方面有着积极作用。同时狗尾草和金色狗尾草的适口性好，生产力高，为各种家畜所喜食［7］，对于家畜饲料有一定的补饲意义。通过对弃耕当年稻田的植被调查观察发现，狗尾草和金色狗尾草可以成为共同优势种在同一生境中共存。因此，拟通过狗尾草和金色狗尾草种子萌发试验弄清两物种种子萌发率、萌发进程和休眠率等对温度反应的特点，以期阐明狗尾草和金色狗尾草在同一生境中以共优势种共存机制，为两者在弃（退）耕地恶劣生境植被恢复、水土保持等方面的合理利用提供科学依据。

表1 不同温度条件下2种狗尾草种子萌发率差异显著性比较（%）

表2 不同温度条件下2种狗尾草种子的初始萌发时间

1 材料与方法

1．1 供试材料

选择狗尾草和金色狗尾草种子为实验材料。种子于2012年采自新疆伊犁霍城县弃耕当年的水稻田，采集方法为每株植物间距离不小于3 m，植株数不少于100。伊犁霍城县位于44°06′～44°18′N，80°48′～81°58′E，海拔650～1 100 m，属于温带半干旱气候，无霜期165 d，年均气温9．1℃，年均降水219 mm。所采集的种子自然风干，清理后在－20℃冰箱中贮藏。

1．2 试验设计

对需进行试验的种子进行单粒分拣，尽量去除虫蛀、空粒种子。温度设置为0℃／5℃、5℃／15℃、10℃／25℃、15℃／25℃、20℃／30℃、25℃／35℃共6个变温处理。设置2个光处理为12 h光照／12 h黑暗和24 h黑暗。

1．3 萌发试验及观测指标

将种子置于垫有2层滤纸的90 mm培养皿中，每次重复50粒种子，3次重复。黑暗处理种子需用铝箔包裹装有培养皿的自封袋得到24 h黑暗环境，在装有绿色光源的暗室中进行种子萌发检测。每皿加入5 m L蒸馏水，萌发期间及时补充蒸馏水，以保证种子萌发所需水。每天统计萌发情况，以胚根长为2 mm作为标准判断种子是否萌发。

以3个重复中有1粒种子萌发即为该处理的发芽始期，连续12 d不再有种子发芽为萌发结束。萌发结束后，对未萌发的种子用1%TTC染色，24 h后检验种子活力。如果胚被染成红色，则表明种子有活力（可认为处于休眠状态）。腐烂种子和没有活力种子均认为是死亡种子。统计种子的萌发率、累计萌发率、初始发芽时间、休眠率。

萌发率（%）＝n／N×100% （n为累计发芽种子数，N 为供试种子总数）；

休眠率（%）＝n／N×100% （n为胚染成红色的种子数，N 为供试种子总数）。

2 结果与分析

2．1 温度对狗尾草和金色狗尾草种子萌发率的影响

5℃／15℃和10℃／20℃是狗尾草种子萌发的适宜温度，光照或黑暗环境中两者均无显著差异，光照条件下种子萌发率分别为20%和30%，黑暗条件下种子萌发率增加至49%和45%。15℃／25℃、20℃／30℃和25℃／35℃均抑制种子萌发，3个温度间萌发率在光照或黑暗条件下均无显著差异，0℃／10℃无种子萌发（表1）。在6个温度处理中狗尾草种子萌发率均小于50%。金色狗尾草种子萌发的适宜温度与狗尾草相同，但种子萌发率要高于狗尾草，光照条件下种子萌发率均达到78%，黑暗条件下分别为71%和78%。随温度升高表现为抑制种子萌发，0℃／10℃、20℃／30℃和25℃／35℃对萌发率的影响要显著高于15℃／25℃（表1）。由此可知，高温和低温都不利于2种狗尾草种子的萌发，温度对金色狗尾草种子萌发抑制作用要小于狗尾草。

2．2 温度对狗尾草和金色狗尾草初始萌发时间和萌发进程的影响

低温抑制狗尾草种子萌发，0℃／10℃时狗尾草种子在整个试验期间无萌发，在5℃／15℃时有种子萌发，在光照和黑暗条件下分别于第42天和第30天观察到第1粒种子萌发。随温度升高，初始萌发时间迅速缩短且逐渐趋于一致，在5～9 d内出现种子萌发。除20℃／30℃、25℃／35℃外，其余4个萌发温度下光照环境较黑暗而言，对种子初始萌发时间的影响表现为延迟萌发，但对同一温度条件下整个萌发进程无显著影响，均表现为缓慢萌发（表1、表2、图1）。

图1 不同温度条件下狗尾草种子萌发进程

图2 不同温度条件下金色狗尾草种子萌发进程

图3 温度与狗尾草和金色狗尾草种子休眠率间关系

温度对金色狗尾草种子初始萌发时间的影响与狗尾草略有不同，0℃／10℃条件有种子萌发，且初始萌发时间较狗尾草提前。其中5℃／15℃条件下，光照和黑暗环境下金色狗尾草种子初始萌发时间较狗尾草种子分别提前22 d和14 d。温度对金色狗尾草种子萌发进程影响与狗尾草也有所不同。种子初始萌发后金色狗尾草种子萌发进程均表现出迅速萌发，且短时间内达到萌发最大值（表2、图2），但在同一温度下，光照和黑暗环境对萌发进程无显著影响（表1）。

2．3 温度对狗尾草和金色狗尾草休眠率的影响

对于未萌发的种子进行休眠检测，结果表明，一部分种子处于休眠状态，一部分种子已死亡。在光照环境中，狗尾草种子平均休眠率为33%，其中15℃／25℃时最低，为16%，5℃／15℃时休眠率最高，为44%；黑暗环境下狗尾草种子平均休眠率为32%。光照或黑暗条件下各温度间种子休眠率均无显著差异（图3）。

金色狗尾草种子休眠率对温度的反应较狗尾草明显，在光照处理下各温度间种子休眠率呈显著差异。其中，休眠率最高达53%（0℃／10℃），最低为5%（5℃／15℃）。黑暗环境下金色狗尾草种子休眠率也受到温度的显著影响（图3）。其中0℃／10℃、20℃／30℃和25℃／35℃休眠率要显著高于其余3个温度处理。

3 结论与讨论

适宜的温度能够使种皮软化，促进种子的吸水、影响酶促过程，温度过高或过低均能影响种子活力，造成萌发率下降等［8－10］。在本研究中，温度显著影响着狗尾草种子的萌发率，对休眠率则无显著影响；金色狗尾草的萌发率和休眠率均受温度显著影响，这可解释两者在同一生境下共同生长的部分原因。狗尾草丛径大、分蘖数量多均值为17．63±14．98，株高平均为（45．40±49．20）cm，种子粒小且数量多占总生物量的21．60%±4．66%，6个变温环境中狗尾草种子萌发率低于50%，休眠率最高可达44%。金色狗尾草则表现为分蘖株数量少（4．16±2．47），植株高大（73．73±77．71）cm，穗长、种子粒大而数量少（占总生物量的22．22%±2．52%）［11－12］，在适宜温度条件下迅速萌发且萌发率可达78%，休眠率则低至5%。这表明狗尾草在不适宜种子萌发的温度条件下，可通过种子休眠保持种子活力而延迟萌发等待适宜萌发条件，如果有种子萌发，则通过其庞大分枝、低矮株高等方式占据可能的生存空间。而金色狗尾草种子则可在不适宜狗尾草萌发的温度条件下进行萌发，实现提前占据适宜生境的生存策略，且采取与狗尾草相反的生长方式，这都为两者共存于同一生境提供了保证。

适宜的水、温度、光照和氧气在种子萌发过程中有着不同的作用，通过彼此的联系共同影响着种子萌发。各因子对种子萌发过程影响的大小因植物生长环境和种类的不同而异。百合科条叶百合和毛百合分别生长在全光照、土壤湿度小和半荫蔽、土壤湿度大的生境中，光照对前者种子萌发率无显著影响，但温度影响显著，后者则相反［13］，这与本研究的结论相似。在试验开展的自然生境中，2种狗尾草共同生长在全光照环境中，光照或黑暗环境对种子萌发率在相同温度条件下无显著影响。

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