环境因子对西藏巴青县野生垂穗披碱草种子萌发的影响

王传旗， 武俊喜， 余成群， 王明涛， 包赛很那， 苗彦军*

(1. 西藏农牧学院， 西藏 林芝 860000； 2. 中国科学院地理科学与资源研究所， 北京 100101)

研究显示，对于大多数作物而言，种子萌发和早期幼苗阶段对环境胁迫最为敏感[1]。种子萌发是植物生活史中的起始阶段，影响种子萌发的条件很多，主要有水分、温度、氧和光照[2]。此外，盐(NaCI)胁迫对种子萌发、幼苗形态及生理变化等也有很大影响[3]。垂穗披碱草(Elymusnutans)为禾本科披碱草属牧草，又名钩头草，弯穗草[4]。原为野生种，在我国西藏、西北、华北等地均有分布，在青藏高原海拔2 500～4 000 m的高寒湿润地区为建群种，是有价值的饲用植物[5]。此外，垂穗披碱草抗逆性强、生态适应性广，对于西藏地区生态保护和生态恢复有重要意义。近年来，有关环境因子对垂穗披碱草种子萌发影响的文献报道较多，涉及到温度、光照、盐分及干旱胁迫等对垂穗披碱草种子萌发及幼苗生长的影响[6-11]。受光、温、水、盐等各种生态因子的影响，不同地区野生垂穗披碱草种子发芽率和幼苗生长状况不同。2个以上生态因子对垂穗披碱草种子萌发的影响研究尚未见详细报道。以往对垂穗披碱草种子萌发的研究都侧重于1个或2个生态因子。因此，有必要从光、温、水、盐等多个生态因子对垂穗披碱草种子萌发的影响进行研究，可以更准确地分析西藏巴青地区野生垂穗披碱草种子的萌发特性。试验以西藏巴青地区野生垂穗披碱草种子为材料，通过光、温、水、盐的处理，探讨4种生态因子对垂穗披碱草种子萌发的影响，为西藏巴青地区野生披碱草属牧草种质资源的开发利用及扩大垂穗披碱草的种植范围等提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 种子采集地自然状况

供试材料于2010年9月份采自西藏那曲巴青县(31°43′657″N，93°09′104″E，海拔4 675 m)。该地区属高原亚寒带半湿润季风气候区，高寒缺氧、冬季多风多雪，降雪日数约在150 d以上。年平均气温1.5℃，极端最低气温-38℃，极端最高气温25.6℃。年温差相对较大，无霜期短。太阳辐射强烈，年日照时数 2 400 h左右；年降水量约500～600 mm。采回来的种子风干后在5℃冰箱内贮藏待用。试验前在室温条件下做预试验，测得供试材料种子千粒重为4.88±0.06 g，平均发芽率为76.40%。

1.2 试验方法

种子表面用1%的NaClO消毒10 min，之后用蒸馏水冲洗干净，自然晾干待用。系列发芽试验均在PXZ智能人工气候箱中进行。试验采用纸上发芽法，种子均在铺有两层虑纸的塑料发芽盒内排列。每个处理3个重复，每个重复50粒种子。每天统计发芽数(胚根长度达到与种子等长、胚芽长度达到种子一半作为发芽标准[12])，并称重加水使滤纸保持湿润，第15 d结束发芽试验。

种子发芽率(GP)=(发芽数/总种子数)×100%[13]；

发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt)，式中，Gt为在15 d的种子发芽数，Dt为相对应的种子发芽天数；

活力指数(VI)=平均胚根长度×GI[14]。

1.2.1光照处理 在25℃恒温条件下设置持续黑暗和12 h黑暗/12 h光照，光照强度400 μmol·m-2·s-1，进行种子萌发试验。

1.2.2温度处理 试验在黑暗条件下的人工气候箱中进行。恒温试验培养温度分别为：5，10，15，20，25，30和35℃；变温试验培养温度分别为10/20℃，15/25℃，20/30℃和25/35℃，每天12 h低温、12 h高温。

1.2.3干旱处理 试验采用聚乙二醇(PEG-6000)进行干旱处理。分别配置浓度为0%(CK)，5%，10%，15%，20%和25%的聚乙二醇(PEG)溶液作为种子萌发的培养液。在人工智能气候箱内25℃恒温、无光照条件下进行种子萌发试验。

1.2.4NaCl处理 试验以单盐NaCl溶液作为种子萌发的培养液。在塑料发芽盒中铺双层虑纸，分别加入质量浓度为0，0.2%，0.4%，0.8%，1.2%和1.6%的NaCl溶液10 mL。在25℃恒温培养箱中下进行萌发试验，光照设置为12 h黑暗/12 h光照，光照强度400 μmol·m-2·s-1。

1.3 数据分析

采用DPS 6.0统计分析软件进行方差分析，样本间的差异显著性用Duncans检验，用WPS软件作图。

2 结果与分析

2.1 光照对种子萌发影响

由表1可知，在恒温25℃的两种光照培养条件下，种子发芽率均保持在70%以上，光照对巴青野生垂穗披碱草种子的发芽率、发芽指数和活力指数无显著影响。在全黑暗条件下，种子发芽率更高，但其幼苗表现为黄化苗。

表1 光照对种子发芽率、发芽指数和活力指数的影响Table 1 Effect of light on seed germination percentage,germination index and vigor index

注:同行不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示处理间差异极显著(P<0.01)，下同

Note: Different small letters in the same row represent significant differences at the 0.05 level, different capital letters represent significant differences at the 0.01 level, the same below

2.2 温度对种子萌发的影响

温度对巴青县野生垂穗披碱草种子萌发具有极显著影响(P<0.01)(表2，表3)。种子在恒温10～30 ℃之间均能萌发，且在20～30℃的范围内其发芽率均保持在65%以上。巴青县野生垂穗披碱草在恒温5℃和35℃培养条件下种子发芽率为均0，在恒温25℃的培养条件下，其发芽率、发芽指数和活力指数均达到最大值，分别为81%，2.23和3.88。

在4种变温培养条件下，巴青县野生垂穗披碱草种子均有萌发。其中，在变温15/25～ 20/30℃的培养条件下种子发芽率均保持在65%以上。种子发芽率、发芽指数和活力指数在20/30℃的变温培养条件下均高于其它变温处理，分别为82.65%，2.33和10.31 。此外，巴青县野生垂穗披碱草种子在20/30℃变温培养条件下的萌发指标均高于其最佳恒温处理，但差异不显著。

表2 恒温对种子发芽率、发芽指数和活力指数的影响Table 2 Effect of constant temperature on seed germination percentage, germination index and vigor index

表3 变温对种子发芽率、发芽指数和活力指数的影响Table 3 Effect of alternating temperature on seed germination percentage, germination index and vigor index

2.3 干旱胁迫对种子萌发的影响

随着干旱胁迫程度的加重，巴青县野生垂穗披碱草种子发芽率由81%降低到29%，发芽指数由2.04降低到0.42，几乎呈直线下降趋势(表4)。对照(0%)和5%浓度PEG胁迫下种子发芽率差异不显著，但二者均与PEG浓度为10%，15%，20%和25%的发芽率差异显著(P<0.05)。在PEG胁迫浓度为0%～5%下，巴青县野生垂穗披碱草发芽率可保持在70%以上，即使在PEG浓度为25%的胁迫下，种子发芽率为29%，表明垂穗披碱草在种子萌发阶段抗旱性较强。

表4 不同浓度聚乙二醇对种子发芽率、发芽指数和活力指数的影响Table 4 Effects of different concentrations of polyethylene glycol on seed germination percentage,germination index and vigor index

2.4 NaCl胁迫对种子萌发的影响

巴青县野生垂穗披碱草种子发芽率随盐浓度的升高出现了先上升后下降的变化(表5)。中轻浓度NaCl溶液(0.2%，0.4%)下的种子发芽率高于高浓度NaCl溶液(0.8%，1.2%，1.6%)下的发芽率。与对照相比，0.2%，0.4%的盐浓度培养下，种子发芽率无显著差异；而在1.2%和1.6%等高浓度NaCl培养条件下，种子发芽率较低，呈极显著差异(P<0.01)。

表5 不同NaCl胁迫对垂穗披碱草种子发芽率、发芽指数和活力指数的影响Table 5 Effect of NaCl on germination percentage, germination index and vigor index of Elymus nutans

3 讨论与结论

3.1 光照对垂穗披碱草种子萌发的影响

有些植物种子萌发需要光的照射，有些则不需要，这由植物的遗传性和环境共同决定[15]。大量研究证明，光照能够促进种子的萌发，而在黑暗条件下种子萌发受到抑制[16-17]，但也存在种子在光照和黑暗条件下均能萌发的相关研究[18-19]，例如，梭梭(Haloxylonammodendron)种子无论在光照还是在黑暗环境中都能萌发[20]。本研究表明，种子在光照和持续黑暗培养条件下其发芽率、发芽势指数和活力指数无显著差异，即种子萌发对光照没有特殊要求。虽然在全黑暗条件下种子发芽率较光照略高，但其幼苗的生长状况不佳，表现为黄弱化。

3.2 温度对垂穗披碱草种子萌发的影响

温度是影响种子萌发的重要生态因子，研究结果显示，巴青县野生垂穗披碱草种子在恒温5℃和35℃处理显示下无萌发，即种子萌发完全被抑制。种子在恒温25℃和变温20/30℃条件下其发芽率和萌发速率都达到了最佳响应。可能是由于适宜的温度使酶促过程和呼吸作用加强，使种子体内贮藏的养分快速变成胚能够利用的可溶性状态，从而提高了种子的发芽率和萌发速度。其中20/30℃的变温培养下，种子发芽率、发芽指数和活力指数均高于恒温25℃处理，但无显著差异性。

3.3 干旱胁迫对垂穗披碱草种子萌发的影响

巴青县野生垂穗披碱草种子在PEG浓度为5%～25%的干旱胁迫范围内均能萌发，表现出了较强的抗旱性。种子在5%的PEG浓度下，其发芽率高于对照但差异不显著。可能是低浓度的PEG对巴青野生垂穗披碱草种子萌发起到了引发作用。有研究表明，干旱胁迫不仅影响种子的发芽率，还对种子活力具有影响，具体表现在随溶液胁迫程度的加重，种子发芽率降低、发芽延缓[21]。本研究表明，当PEG处理浓度为25%时，其发芽率最低，较对照(0%)降低了47%。干旱胁迫对西藏巴青县野生垂穗披碱草种子萌发具有极显著影响(P<0.01)，随着PEG浓度的增加，其发芽率呈下降趋势，且开始发芽天数出现推迟现象。

3.4 NaCl对垂穗披碱草种子萌发的影响

种子是植物重要的繁殖材料，他在萌发阶段的耐盐状况在一定程度上反映了该物种的耐盐程度，种子耐盐性是耐盐碱植物筛选与早期鉴定的主要依据之一[22]。本试验中，在盐浓度为0.2%时，种子发芽率达到了最高值83%，且发芽指数和活力指数均高于对照(CK)。说明低浓度的NaCl处理对垂穗披碱草种子萌发有促进作用，这与程龙、王传旗等[23-24]人的研究结论相一致。当盐浓度达到1.6%时，种子发芽率为0。其原因可能是盐胁迫使种子吸水速度变慢、吸水量降低，外界环境中Na+的进入产生单盐毒害，造成膜修复困难，甚至加剧膜结构的破坏，导致种子内大量溶质的外渗[25]。本研究结果，随着NaCl胁迫浓度的升高，巴青县野生垂穗披碱草种子开始发芽时间推迟，种子发芽率、发芽指数、活力指数以盐浓度0.4%为阈值出现了显著的下降现象；垂穗披碱草种子在盐浓度为0.2%～0.4%范围内都能够正常萌发，且其发芽率高达70%以上，表明种子在整个萌发阶段具有一定的耐盐能力。

巴青县野生垂穗披碱草种子萌发对光照无特殊要求，其适宜萌发温度为恒温20～30℃、变温15/25～20/30℃；种子在0%～5%的PEG浓度下具有较高的发芽率，其适宜萌发盐浓度为0%～0.4%。以上结果表明，西藏巴青县野生垂穗披碱草种子萌发具有较强的生态适应性，其开发利用潜力较大，可作为改善西藏地区生态环境及畜牧业发展的重要的牧草种质资源。