珍稀濒危植物针枝芸香种子及萌发特性研究

， ， ， ， (.内蒙古农业大学生态环境学院草学系， 呼和浩特 0009；.锡林郭勒职业学院草原生态与畜牧兽医系， 内蒙古 锡林浩特 06000)

珍稀濒危植物针枝芸香种子及萌发特性研究

于静1，宛涛1，蔡萍2，徐振朋1，满达1
(1.内蒙古农业大学生态环境学院草学系， 呼和浩特 010019；2.锡林郭勒职业学院草原生态与畜牧兽医系， 内蒙古 锡林浩特 026000)

以当年采集的野生濒危植物针枝芸香(HaplophyllumtragacanthoidesDiels)的种子为供试材料，研究内在特性及外在因素对种子萌发的影响。结果表明：种子活力为72%；种子萌发对温度响应具有宽适性，在15～30 ℃条件下都能够萌发，萌发的最适宜的温度为20 ℃或15 ℃/25 ℃的变温；全暗条件下种子的萌发最好，显著高于全天光照及14 h光照/10 h黑暗处理(p<0.05)，属忌光性种子；低浓度PEG胁迫下各萌发指标变化不显著(p>0.05)，表明针枝芸香种子萌发阶段具有一定的抗旱能力，随着PEG胁迫渗透势的增加，种子萌发指标下降，呈现显著的抑制作用。

濒危植物； 针枝芸香； 种子萌发； 种皮微形态

种子萌发及幼苗的建成是植物生活史中最脆弱而又最为关键的阶段，它们经历着较高的死亡风险[1]。种子萌发过程中不利因素的存在会直接影响到植物种群新个体的产生与补充，牵动种群动态变化与种群的稳定性。濒危种质资源在幼苗建成过程中经历了内外因素综合作用，在长期的演化过程形成了特定的稳定适应机制。致濒原因一方面可能是种子自身产量低、生活力低、发芽率低、种质差等内在因素，另一方面，外部的自然环境条件特别是光照、温度及水分等因素，影响种子萌发进而导致濒危[2-3]。对于濒危种的研究特别是种子萌发影响因素的研究显得尤为重要，只有充分的考虑濒危植物种子萌发阶段的内、外在影响因素，才能更好地探明其致濒原因，采取准确的有效的保护策略。

针枝芸香(HaplophyllumtragacanthoidesDiels)为芸香科拟芸香属小半灌木，高10～18 cm，花期5—6月，果期7—8月，为中国特有植物，是国家三级、内蒙古自治区二级珍稀濒危保护植物[4-5]。该种仅零星分布于内蒙古和宁夏的荒漠山地、石质山坡、岩石裂缝，且分布地多为避开阳光直射、阴暗荫蔽的干旱荒漠地带。夏季开花，花色呈鲜黄色，花期较长，是荒漠地区重要的野生花卉植物资源，具有重要的生态、观赏价值。但现因生存环境恶劣和人类活动干扰，其种群数量正在急剧下降，生存受到严重威胁。目前，国内外关于针枝芸香的研究甚少，仅仅在资源利用、解剖学等方面有一些研究成果[6-7]。对于针枝芸香种子方面的研究仅燕玲[8]等进行了初步的试验研究。因此全面系统的开展对针枝芸香繁育机制的研究，特别是种子及萌发特性的研究更显重要。通过对针枝芸香种子本身内在特性及光照、温度、水分外在条件及种皮微形态特征等进行研究，以探究其在荒漠环境的适应机制，进一步探索其致濒原因，以期为珍稀濒危植物针枝芸香的种质资源保育和开发利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

针枝芸香种子于2014年秋采集于内蒙古贺兰山保护区的石砾山坡(105°50′E，38°40′N)。采集后的种子在实验室内自然风干，除去杂质，室温下保存。挑选饱满、无病虫害的种子用于观察、测定及萌发试验。

1.2 方 法

1.2.1 种子形态特征观察

观察记录针枝芸香种子的其形状、颜色等表面特征，随机选取20粒种子，用游标卡尺测量种子的长宽；随机选取1 000粒种子，测定其千粒重，设5次重复，以平均值±标准差表示；随机选取50粒种子，采用TTC染色法测定种子生活力，设3次重复；选取饱满、无虫害种子若干粒，经喷金处理后移入S-450型扫描电镜下观察其表皮微形态特征，相关描述术语参考刘长江等[9]对种子微形态的描述。

注：A.扫描电镜下的种子形态，种子为肾形(40×)；B.种子表面波浪状纹饰(200×)；C. 波浪状纹饰间的纵肋(500×)；D.下陷的椭圆状种脐(100×)。图1 针枝芸香种子微形态结构

1.2.2 不同温度下种子的萌发

取100粒种子置于垫有2层湿润滤纸的培养皿中，并置于培养箱中培养，实验设置3次重复，以胚根突破种皮为种子萌发标准[10]。将针枝芸香种子置于15，20，25 ℃和30 ℃ 4个恒温条件及20 ℃/30 ℃、15 ℃/25 ℃ 2个变温条件的光照培养箱下培养。每24 h统计1次种子萌发情况，12 d后在每个培养皿中随机挑选15粒发芽种子，测量其胚根长度并结束观测。

1.2.3 不同光照下种子的萌发

将针枝芸香种子置于恒温20 ℃条件下的24 h光照、24 h黑暗和14 h光照/10 h黑暗3个不同的光照培养箱下培养，光照强度为1 000 lx。黑暗处理的种子用黑色塑料袋包裹，并放入不透光的纸盒。每24 h统计1次种子萌发情况(统计黑暗处理种子萌发数时动作要快，尽量缩短其在光照下的时间)，12 d后在每个培养皿中随机挑选15粒发芽种子，测量其胚根长度并结束对种子萌发情况的观测。

1.2.4 不同干旱胁迫下种子的萌发

将经30 ℃清水浸种，0.2%KMnO4溶液消毒15 min处理后的针枝芸香种子分别置于0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%聚乙二醇(PEG-6000)溶液中，在20 ℃的光照培养箱内恒温培养。每24 h滴加渗透溶液约1 mL后统计种子萌发情况，每2 d更换1次发芽床以保证PEG浓度一致。12 d后在每个培养皿中随机挑选15粒发芽种子，测量其胚根长度并结束对种子萌发情况的观测[11]。

1.3 实验参数

1.3.1 发芽率

发芽率(%)=n/N×100%(式中：n为统计的发芽种子数，N为每皿实验种子数)[12]。

1.3.2 发芽势

发芽势(%)=n7/N×100%(式中：n7为种子萌发比较集中的第7天的正常种子发芽数，N为供试种子数)。

1.3.3 发芽指数

发芽指数=∑Gt/Dt(式中：Gt为t日的种子萌发数，Dt为相对应的天数)[13]。

1.3.4 活力指数

活力指数=H×GE(式中：H为平均胚根长度，GE为萌发指数)。

1.4 数据处理

采用Excel及统计软件SAS 9.0进行图表及数据分析，不同梯度处理下相同指标进行方差比较。

2 结果与分析

2.1 种子基本特征

种子活力的基础是贮藏物质的积累，伴随着种子的成熟过程，体内各种营养物质积累，活力提高直至达到成熟生理期，作为考察种子品质的重要指标。而种子大小及质量决定种群未来的发育和繁殖的关键，它关系到幼苗的建成、存活、竞争和个体的未来的适合度[14]。经测定，针枝芸香种子千粒重为(0.47±0.11)g，种子生活力为72%，种子不存在休眠现象。其中有部分虫害或冻害种子，危害程度较轻，种子仍有活力。在扫描电镜下观察针枝芸香种子呈肾形(图1 A)，黑色，长1.72～2.41 mm，宽0.95～1.51 mm，种皮表面有围绕种脐渐开的波浪状浅条纹，条纹不规则(图1 B)；条纹之间有纵肋，纵肋为排列较密集的颗粒组成，颗粒大小不一(图1 C)；种脐位于中部，有种柄脱落的痕迹，呈凹陷的椭圆形(图1 D)。

2.2 种子萌发对温度的响应

不同植物种子萌发阶段具有不同适宜温度范围，温度对植物种子萌发的响应有助于提高植被恢复工作成效，这与植物所处生境及其特性紧密相关[15]。由表1可看出，针枝芸香在15～30 ℃之间6个不同温度梯度的处理下均能萌发，且萌发指标除发芽率外都不具明显差异(p>0.05)。在恒温条件下，随着温度的升高，针枝芸香种子发芽率、发芽势、萌发指数、活力指数均呈先升后降的趋势，最低温15 ℃时种子发芽率为70.7%，最高温30 ℃时发芽率为72%，可见低温或高温对针枝芸香的生长有一定的抑制作用。20 ℃条件下发芽率达到最高，为88.7%，与其它温度差异显著(p<0.05)，但发芽势、萌发指数、活力指数仅与15 ℃处理呈差异显著(p<0.05)。与对应恒温相比较，15 ℃/25 ℃、20 ℃/30 ℃ 2个变温处理对种子发芽有一定的促进作用。综上，针枝芸香种子在20 ℃条件或15 ℃/25 ℃的变温下发芽效果最好。

表1 不同温度对针枝芸香种子萌发的影响

温度(℃)发芽率(%)发芽势(%)萌发指数活力指数1570．7±2．5c40．7±3．1b12．1±0．9b15．8±1．1b2088．7±2．5a72．7±3．1a16．7±0．7a31．7±5．6a2582．0±3．6b62．7±4．6a17．7±1．7a28．4±2．6a3072．0±2．0c60．7±5．6a16．6±1．4a27．5±4．0a15/2582．7±3．8b71．3±5．0a17．5±1．0a28．4±4．7a20/3075．3±2．3c64．7±4．6a12．7±1．5a27．1±6．1a

注：同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。下同。

2.3 种子萌发对光照的响应

在自然环境中，光照是影响种子萌发的重要因素，它通过影响种子的萌发率和萌发速率进而影响幼苗的形成和生长，最终影响到物种的适合度。它可以正向刺激种子萌发，也可以负向抑制种子萌发，不同的反应是植物在长期进化过程中对生存环境条件的生态适应[16]。本研究结果表明，针枝芸香种子在恒温20 ℃试验条件下，不同光照处理对种子萌发的影响显著不同，详见表2。针枝芸香种子在光照、黑暗、光照与黑暗交替处理下都能萌发，但在光照条件下种子的萌发率、萌发势、萌发指数、活力指数均为相应黑暗指标的16.7%、14%、8.4%、28.4%，显著低于黑暗条件下。方差分析结果显示，在有光照和无光照条件下，上述4项萌发指标均差异显著(p<0.05)；黑暗条件下种子萌发率可达90.0%，种子的长势最优。说明光是影响针枝芸香种子萌发的重要因子。

2.4 种子萌发对水分的响应

在干旱、半干旱地区有些植物种子无休眠，能够在很宽的温度范围内迅速萌发，影响种子萌发的限制因子可能为水分[17]。由表3可知，随着PEG-6000浓度的递增，针枝芸香种子的发芽率、发芽势、萌发指数、活力指数总体呈下降趋势，但下降较为缓慢。PEG浓度为5%～15%时，种子的萌发率、萌发指数与对照差异不显著(p>0.05)，此后随着模拟干旱胁迫的逐渐加剧呈显著下降趋势。但当PEG浓度达到25%时，种子的萌发率、萌发指数仍能达到50%，表明针枝芸香种子具有一定的抗旱性。当PEG浓度达到最高(30%)时，上述4项指标呈现显著的下降趋势(p<0.05)，发芽势显著下降为28.7%，综合上述指标表明，针枝芸香种子具有一定的抗旱性，严重的干旱胁迫对种子萌发有显著的抑制作用。

表2 不同光照处理对针枝芸香种子萌发的影响

光照(h)发芽率(%)发芽势(%)萌发指数活力指数全光73．3±3．1b64．0±3．5b17．2±2．7b20．6±3．3c全暗90．0±2．0a78．0±2．0a25．6±0．4a49．0±2．1a14h光照/10h黑暗80．0±8．0ab71．3±5．8ab20．4±3．0b33．3±7．2b

表3 不同PEG浓度对针枝芸香种子萌发的影响

PEG浓度(%)发芽率(%)发芽势(%)萌发指数活力指数ck82．0±8．0a72．7±4．6a20．7±2．9a33．9±7．0a579．3±5．8ab66．7±2．3ab18．0±0．7ab37．8±3．9a1076．7±3．1ab66．0±4．0ab18．7±1．3ab35．4±3．3a1574．±12．5ab62．7±3．3ab17．6±2．6ab27．1±1．7b2063．3±4．2bc56．7±5．8ab15．5±0．7bc20．6±2．2c2554．7±6．4c50．7±5．0b13．3±0．9c16．2±2．4c3032．7±4．6d28．7±4．2c8．3±0．9d7．7±1．5d

3 讨论与结论

3.1 种子质量对种子萌发的影响

种子是植物生长发育过程中的特定阶段，起着遗传信息的保存与种群传递的重要作用，是植物自身存活与繁衍所采取的适应策略[18]。本研究表明：针枝芸香自然种群的种子活力较高。千粒重也是反映种子质量的一个重要指标，它的数值越大代表种子所含营养物质越多，越有利于种子萌发与幼苗生长，逆境中种子小的能够占据更多的生态位[19]。经测定针枝芸香种子较小，质量较轻，植株成熟期产生种子的数量较多，可见针枝芸香采取产量大而种子小的生殖策略。通过扫描电镜对种子表皮微形态特征进行观察发现，种子表面呈波浪状浅条纹，分析在种子成熟后脱落进入地表，由于表面具较明显的纵横凸凹特征，在萌发阶段有利于对水分的储藏，进而有利于幼苗的建成。综上，针枝芸香种群更新困难，内在质量对种子萌发及幼苗建成存在一定的影响，但种子本身的质量问题不是主要障碍，而在于种子萌发的特性以及萌发过程中所依赖的外部环境因子。

3.2 环境条件对种子萌发的影响

种子的萌发，除了要考虑种子质量的内部因素，还需要考虑适宜的外部因素，如温度、光照、水分等[20]。不同植物在建成阶段的种子萌发特性及对外部环境因子的响应存在很大差别，特别是在极端气候条件下生存的荒漠植物，对环境的适应性差别更大。研究发现，针枝芸香种子在15～30 ℃之间都能很好的萌发，萌发率均高于70%且种子萌发不存在休眠现象。由此表明种子对萌发温度的要求具有宽泛性，温度可能不是限制种子萌发的主要环境因子。但值得注意的是，较低温或较高温对针枝芸香种子生长存在一定抑制作用，这在一定程度上限制种子在早春或盛夏的萌发[21]。针枝芸香种子在9月份成熟，此时风力较大且进入秋季，种子在大风的吹动下很快脱落，但因温度较低等原因不适宜种子萌发，种子可能需要等到第2年4—5月才能集中萌发。光照因不同植物适应生境的需求不同，表现为对光的敏感度也不同，种子依据此可分为需光性、忌光性与光中性3种类型[16]。针枝芸香种子在黑暗条件下萌发率、萌发势、萌发指数、活力指数均显著高于光照，属于典型的忌光性种子，这与宋兆伟等对沙芥种子萌发研究所得结果一致[22]。在实际调查中发现，针枝芸香多生长在光照条件相对较差阴暗荫蔽的石砾山坡上，这一适宜机制有利于针枝芸香在逆境的复杂的荒漠生境下生存和繁衍，这似乎有利于促进针枝芸香的自然更替。通过人工模拟水分条对针枝芸香的抗旱性进行评价，发现随着干旱胁迫的逐渐加剧针枝芸香的各项发芽指标总体呈下降趋势。当PEG浓度达到25%时，种子的萌发率、萌发指数仍能超过50%，可见针枝芸香种子具有一定的抗旱性。但当浓度增加到30%时呈现显著的抑制作用，证明水分成为限制针枝芸香种子萌发及幼苗生长的主要的限制因子，由此推测水分可能是造成其濒危的主要原因。本研究仅针对针枝芸香种子的萌发期对干旱的响应，而至于其生长发育后期干旱胁迫的影响还需进一步研究。

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Study on the Characteristics of Seed Germination of the Endangered PlantHaplophyllumtragacanthoidesDiels

YUJing1，WANTao1，CAIPing2，XUZhenpeng1，MANDa1

2016-01-25

于 静(1990—)，女，内蒙古锡林郭勒盟人；硕士研究生，研究方向：牧草种质资源；E-mail:443955160@qq.com。

宛 涛，E-mail:wantao425@sohu.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.08.095

S 68

A

1001-4705(2016)08-0095-04