萌发前高温处理对坡柳种子萌发率的影响

， ， ， (云南大学生态学与地植物学研究所， 昆明 650091)

萌发前高温处理对坡柳种子萌发率的影响

霍冬芳，黄博强，苏文华，张光飞
(云南大学生态学与地植物学研究所， 昆明 650091)

以中国西南干热河谷的代表物种坡柳(DodonaeaviscosaL.Jacq)种子为实验材料，萌发前以40，60，80，100 ℃ 4个高温处理，探讨萌发前高温处理对坡柳种子萌发率的影响，讨论火在干热河谷植被形成中的作用。结果表明，当处理温度高于40 ℃时，坡柳种子萌发率显著高于常温对照，具有明显的热冲击效应，80 ℃处理10 min 时萌发率最高，达(63.00±2.55)%；储存1年后的坡柳种子仍具有明显的热冲击效应；与传统的热水浸种相比，萌发前干燥高温处理过的坡柳种子，其萌发率显著提高。

高温处理； 坡柳； 萌发率; 热冲击效应； 植被恢复

vegetation restoration

野火是一种世界广泛存在的现象，且地球上野火几乎与陆生植物同时出现，火在植物进化中扮演重要的角色[1]，帮助维持陆生植物群落的组成及其多样性[2-3]。在长期与火抗争过程中，许多植物选择形成了一些适应性状，提高在周期性发生火的环境中的适合度，目前已发现植物对火的适应性状主要有萌生、厚树皮、果实延迟开放，高温或烟诱导种子萌发[4-7]。高温诱导种子萌发是指种子萌发前经高于40 ℃温度处理，可以显著提高其萌发率或萌发速率，这一现象又被称为热冲击效应[5,8]。目前对种子热冲击的研究主要集中于处理温度与时间的效应关系[8]及种子热冲击与烟诱导间的相互关系[9]，有关种子热冲击效应与储存时间的关系及高温处理后热冲击效应能够持续的时间，还缺乏基本的了解。在自然条件下，森林和灌丛经常遭受火灾的影响，研究高温处理对种子萌发的影响，对于研究火烧后植被恢复及物种更新具有重要的意义[3]。

中国干热河谷地区气候炎热干燥，年平均气温gt;20.0 ℃， ≥10 ℃的年平均积温大于7 500 ℃，全年的蒸发量远远高于年降水量，有些干旱地区的全年蒸发量大于降水量的3～6倍[10-11]，极易遭受到火灾，火对该地植物影响巨大。中国的干热河谷有着与非洲萨瓦纳地区相似的气候、群落特征，因此又被称为半萨瓦纳植被(Semi-Savanna)[10]。萨瓦纳地区常有火烧现象，火的干扰尤为严重[12]。在非洲和巴西萨瓦纳地区的Anadenantheramacrocarpa(Benth.)Brenan、AcaciaSenegal(Linn.) Willd等物种都发现了种子热冲击效应[5,8]。因此，我们猜测中国干热河谷地区中的某些植物可能也具有此特性。

坡柳(DodonaeaviscosaL.Jacq)又名车桑子、明油子，属无患子科(Sapindaceae)车桑子(Dodonaea)，多年生常绿灌木或小乔木[13]，是中国西南干热河谷的典型代表物种[10]。其根系非常发达，具有较强的耐干旱，耐贫瘠能力，是干旱贫瘠裸地和矿山植被恢复的先锋物种[14-15]。然而我们发现，成熟后坡柳种子以及常温储存1年后的种子的萌发率非常低，在植被恢复工程中种子用量非常大。本研究在萌发前用不同时间和温度的热处理坡柳种子，探索萌发前高温处理对坡柳种子萌发率的影响，讨论火在干热河谷植被形成中扮演的作用。旨在为植被恢复工程中坡柳的引种提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料选取

试材主要于3月份采自云南元谋干热河谷(25°40′N，101°55′E)，对比实验选用的种子同时期采于昆明官渡区和大理永平。选取颗粒饱满、色泽一致、大小均匀的种子进行试验。

元谋县位于云南省中北部，楚雄彝族自治州北部。年均气温22.9 ℃，年降雨量458.7 mm，年均气温20.8 ℃，年日照2 721.9 h；永平县位于云南省大理州西部，年均气温16.2 ℃，年降雨量799.8 mm，平均日照时数2 045.5 h；昆明官渡区，年平均气温14.67 ℃，平均降雨量800～1 000 mm，平均全年日照2 040.42 h[16]。

1.2 试验方法

1.2.1 材料处理及实验设计

本试验萌发前的热处理主要参照Ribeiro等[8]的实验进行设计。

采于元谋的坡柳种子，选用40 ℃(处理10，20 min)、60 ℃(处理10，20，40 min)、80 ℃(处理5，10，20 min)和100 ℃(处理2.5，5，10 min)4个温度梯度处理。每个处理5个重复，每个重复 20 粒种子，进行萌发实验(下同)。在烘箱中放入平面玻璃皿3个，设定好温度，待烘箱温度达到设定的温度后，迅速将坡柳种子置于平面玻璃皿中进行高温处理，每个玻璃皿中放置100粒种子，避免种子叠放；达到处理时间后迅速取出，转入备好的常温玻璃皿中；待种子自然冷却至室温后进行萌发实验。

不同地点比较：元谋、大理、昆明三地的坡柳种子，选用60，80，100 ℃(方法同上)进行热处理，再进行萌发实验。

不同储存时间: 成熟后的坡柳种子储存3个月、6个月、9个月、12个月时，选用40，60，80，100 ℃热处理10 min后，再做萌发实验，方法同上。

热冲击处理后的时间效应: 元谋采集的坡柳种子萌发前进行80 ℃热处理10 min，放置1，2，4，8，12，15，20，25，30 d后再进行萌发实验。

不同热处理方式：设置 60，80，100 ℃ 3个温度梯度，采用恒温水浴锅进行热水浸种和烘箱干燥热处理2种方式，每个温度下分别处理10 min 和20 min，自然冷却至室温再进行萌发实验。

1.2.2 萌发实验

不同温度和时间的处理，以及常温对照组，共计11个处理，每个处理5个重复，每个重复20粒种子，将种子置于直径为(10±1)cm的铺有湿润滤纸的培养瓶中进行种子萌发实验。

培养箱设置：德国产Binder人工气候培养箱，温度为25 ℃，光照强度为1 250 lx左右，光照时间14 h/d，适时补充水分，保持培养瓶底部湿润且种子周围不出现水膜。每天记录种子的萌发数量(种子萌发以胚根突破种皮2 mm为标准)，记录至连续5 d无种子萌发为止。

发芽率(%)=n/N×100%;

式中:n为正常发芽数量，N为供试种子数量。

1.3 数据处理

利用Excel 2003软件对数据进行统计分析，利用SPSS 22.0软件通过95%水平上进行单因素方差(ANOVA)分析，采用Duncan检验法进行多重比较及差异显著性检验(α=0.05 ),图表数据为平均值±标准误。

2 结果与分析

2.1 萌发前高温处理对坡柳种子萌发率的影响

萌发前高温处理可显著提高坡柳种子萌发率，萌发率受处理时间和温度的影响(图1)。当处理温度gt;40 ℃时，坡柳种子萌发率均显著高于常温对照组，经高温处理后其萌发率最高达(63.00±2.55)%。整体比较，经过不同温度处理10 min后的坡柳种子萌发率随着温度的升高，呈现先增加后降低的趋势，80 ℃处理时达最大值。

图1 萌发前高温处理对坡柳种子萌发率的影响(n=100)

2.2 萌发前高温处理对不同地点的坡柳种子萌发率的影响

常温条件下，3个地点的坡柳种子萌发率都不高，均低于10%。萌发前经60，80，100 ℃高温处理10 min，其萌发率均显著高于常温对照组(图2)，都有明显的热冲击效应。经过80 ℃处理后，3个地点的坡柳种子萌发率均达最高。采于元谋、大理两地的坡柳种子，在相同处理下其萌发率均略高于采自昆明的种子。萌发前经60，80，100 ℃高温处理10 min后，元谋、大理两地的坡柳种子的萌发率最高，分别为(63.00±2.55)%和(53.00±4.64)%，而昆明的种子萌发率最高为(36.00±4.85)%。

图2 萌发前高温处理对不同地点坡柳种子萌发率的影响

2.3 储存时间对坡柳种子萌发率的影响

从图3可以看出，坡柳种子成熟后储存1年依然可萌发，且仍具有明显的热冲击效应。同一个处理温度下，随着储存时间的变化，坡柳种子萌发率之间差异不显著(pgt;0.05)。当储存时间相同，处理温度不同时，除40 ℃处理外，其它温度上处理过的坡柳种子萌发率均显著高于常温对照组(plt;0.05)，且都是80 ℃处理后萌发率最高。

图3 储存时间对坡柳种子萌发率的影响

2.4 热冲击处理后的时间效应

元谋采集的坡柳种子进行80 ℃ 10 min的干燥热处理，放置1，2，4，8，12，15，20，25，30 d后再进行萌发。结果表明，热处理后30 d内坡柳种子萌发率在(48.33 ±4.41)% ～(61.67±3.33)%之间，显著高于常温下萌发率(7.00±1.22)%(图4)。

图4 坡柳种子萌发率随热冲击时间效应的变化

2.5 不同热处理方式对坡柳种子萌发率的影响比较

常温条件下坡柳种子萌发率为(7±1.22)%，萌发前经60，80，100 ℃干燥高温处理后坡柳种子除100 ℃ 20 min处理外，其它所有处理的种子萌发率均显著高于热水浸种(表1)。而萌发前经过相同温度、时间、热水浸种后的坡柳种子，60 ℃和80 ℃处理下的种子萌发率显著高于常温对照组(plt;0.05)，100 ℃处理下与常温对照组间均无显著差异。萌发前采用干燥高温处理更有助于提高坡柳种子的萌发率。

表1 萌发前热水浸种和高温处理对种子萌发的影响

热处理方式时间(min)萌发率(%)常温60℃80℃100℃干燥热处理1020热水浸种10207±1．22f30±2．74c63±2．55a23±2．55d41±2．92c50±3．54b4±1．00f16±1．8de20±2．74d10±2．36f18±2．54d19±1．40d5±1．58f

3 讨 论

Gashaw amp; Michelsen和Ribeiro等[5,8]研究发现，在巴西和非洲萨瓦纳的常见物种Anadenantheramacrocarpa(Benth.)Brenan、AristolochiagaleataMart. amp; Zucc、Kielmeyeracoriacea(Spreng.) Mart和Acaciasenegal(Linn.) Willd等植物的种子中存在热冲击效应。已有研究发现，在一些易火生态系统中，某些植物种子经40 ℃高温处理后可提高种子的萌发率，火对种子萌发具有明显诱导作用[2,4]。实验结果表明，坡柳种子也具有热冲击效应现象，除40 ℃处理后坡柳种子的萌发率与对照组之间不存在显著差异外，其他温度处理过的坡柳种子，其萌发率均显著高于常温对照组，与前人研究结果一致。研究发现，在80 ℃处理下的坡柳种子，其萌发率显著高于其它温度处理，且80 ℃处理10 min 时萌发率达最高[(63.00±2.55)%]。

元谋、大理、昆明3个地点的坡柳种子萌发前经10 min不同温度高温处理后，其萌发率均显著高于常温对照组(图2)，都存在热冲击效应，且80 ℃均为最适处理温度。元谋、大理永平都属于干热河谷地区，气候炎热干燥，是坡柳的自然分布区，而昆明不是坡柳的自然分布地，其萌发率虽均略低于其它两地，但也存在明显热冲击效应，说明热冲击效应与气孔、休眠芽、植冠种子库等其他植物进化过程中对环境的适应性状一样是可遗传的[8,17-18]。

坡柳种子成熟后储存1年仍具有热冲击效应，且80 ℃处理后萌发率达最大值。这说明只要坡柳种子成熟后能够完整保存下来，不被动物蚕食、不腐烂变质，在其成熟后的1年内，经历火刺激，只要条件适宜，仍可大量萌发。实验结果也表明，坡柳种子热处理后30 d内的萌发率都显著高于常温对照组，且种子萌发率间差异不显著(p=0.412gt;0.05)。说明经历一次热刺激后的一段时间内，坡柳种子的萌发率都较高，这可能是坡柳为什么能在干热河谷地区大量繁殖，形成多种典型群丛景观[9]的原因之一。相较于传统的热水浸种，干燥高温处理萌发前的坡柳种子，可以显著提高其萌发率。

短时间高温处理可以促进蛋白质合成，激活种子内部酶系统，使种子内部生理生化反应活跃起来[18]，所以种子热冲击可能是高温处理产生了热激蛋白，或者是激活了处于休眠状态的酶蛋白，引发一系列生理生化反应，促进了种子萌发[19-20]。一般情况下，随温度不断升高酶的活性总是先上升再下降，呈现出单峰曲线的趋势。本次实验中，对坡柳种子进行10 min热冲击时，其萌发率出现了类似的单峰曲线。种子萌发的种皮障碍，也是影响种子萌发的重要因素[21]，其热冲击效应也可能是因为高温处理破坏了种皮生理结构，提高种皮透性，促进了气体交换和水分吸收，降低了萌发阻力[22]。研究还发现，坡柳种子热处理后30 d内均具有较高萌发率，且差异不显著(p=0.412gt;0.05)，所以高温处理坡柳种子，其种皮结构与内部酶系统可能都发生了一定改变，具体机理有待进一步研究。

坡柳种子经高温刺激后可显著提高萌发率，具有明显的热冲击效应。Gonzalez等[6]的研究发现， 种子的热冲击效应的起因不一定与火有关，但在易发生火的生境中肯定是对火的适应性状。所以，坡柳种子的热冲击效应，可能是在与火长期的抗争过程中，坡柳进化产生的对火生境的一种积极适应，火对中国干热河谷地区植被的形成及其多样性有重要影响。在植被恢复工程中，坡柳种子可采用萌发前高温处理(80 ℃ 10 min)来提高萌发率，提高工程效率。

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Effects of High Temperature Treatment on Seed Germination of Semi-Savanna Species:Dodonaeaviscosa(L.) Jacq

HUODongfang,HUANGBoqiang,SUWenhua,ZHANGGuangfei
(Institute of Ecology and Geobotany，Yunan University，Kunming 650091,China)

The experiment choseDodonaeaviscosa(L.) Jacq seeds,a representative species of the dry-hot valleys in southwest China,as the test materials. In this experiment,theD.viscosaseeds were heat treated at the temperature of 40，60，80 and 100 ℃ before germination in order to explore the impact of high temperature treatment onD.viscosaseed germination rate and to further discuss the influence of fire on the vegetation forming process in China’s dry-hot valley areas.The results show that when the temperature is higher than 40 ℃,theD.viscosaseed germination rate is significantly higher than normal control group,and the heat shock effect is apparent.The germination rate appears highest when seeds are treated at the temperature of 80 ℃ for 10 minutes,which can be (63.00 ± 2.55)%.There is still a significant heat shock effect onD.viscosaseeds which have been stored for one year.In comparison with the conventional method of soaking seeds in hot water,the seed germination rate ofD.viscoseseeds which have been heat treated before germinating increases heavily.The results of this experiment can provide theoretical guidance to the introduction ofD.viscosafor the vegetation restoration project.

high temperature treatment;Dodonaeaviscose; germination rate; heat shock effect;

2016-05-10

国家水体污染控制与治理科技重大专项，“五采区”及其废弃地生态防护技术与工程示范(编号：2012 ZX 07101-003-04-04 )。

霍冬芳(1991—)，女，硕士研究生，主要从事生理生态与生态工程方面的研究；E-mail:121034045@qq.com。

张光飞(1966—)，男，副教授，主要从事生理生态及蕨类植物研究；E-mail：gfzhang@ynu.edu.cn。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.10.010

S 792.12

A

1001-4705(2016)10-0010-05