环境因子对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

2018-05-21，，，，

种子 2018年4期

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(1.安顺学院农学院，贵州安顺 561000； 2.安顺学院图书馆，贵州安顺 561000； 3.安顺市第三中学，贵州安顺 561000)

冬青叶鼠刺(IteailicifoliaO.)为虎耳草科(Saxifragaceae)鼠刺属(Itea)的常绿植物[1]。具有岩生、早生和喜光、喜钙的生态适应性，是黔中地区典型喀斯特石质山地上植被破坏后萌生序列中最突出、最普遍的一个树种，其每个果实内含有种子(28±11)粒，种子千粒重0.098 7 g[2]。野外成年植株每年产生上万乃至千万粒种子，而植株周围实生苗较少。敖国富等[3]研究表明，冬青叶鼠刺种子在实验室条件下25 ℃恒温培养，发芽率可达91.40%，说明环境因子影响冬青叶鼠刺种子萌发和生长。本试验研究光照、温度、水分和播种深度等环境因子对冬青叶鼠刺种子萌发，探究种子萌发对环境因子的需求，为冬青叶鼠刺在喀斯特地貌上自然种群更新、萌发阶段对生境的适应性以及苗木培育研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

冬青叶鼠刺种子于2014年11月采自安顺市郊区。培养容器：直径为9 cm培养皿，容积为1 L长方形塑料盒(规格：17 cm×11.7 cm×7 cm)。ZRX-1000 DC智能人工气候培养柜(杭州钱江仪器设备有限公司制造)、GZX-9146 MBE电热鼓风干燥箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)、LRh/d-400-G珠江牌培养箱(韶关市泰宏医疗器械有限公司)。

1.2 环境因子对种子萌发的影响

埋藏深度试验在人工气候培养柜中进行，每天以光照强度4 000 lx光照8 h，25 ℃恒温培养，以幼芽露出土面1 mm视为发芽，第26天计算发芽率和萌发指数。其余试验均在光照培养箱中实施，其中水、Ca2+和pH值3个环境因子处理时，每天以光照强度5 400 lx光照8 h，25 ℃恒温培养。以胚根露白视为发芽，第14天计算发芽率和萌发指数，逐日统计发芽数[3]。不同环境因子的每个处理设4次重复，每次重复100粒种子。种子的发芽率和萌发指数计算公式如下:

发芽率(%)=发芽种子总数/供试种子总数×100%；

发芽指数(GI)=∑Gt/Dt，式中：Gt为第t日的发芽数，Dt为相应的发芽日数。

1.2.1 光照时间和温度对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

采用滤纸培养皿法，以光照和温度因素交互作用处理种子，在培养温度为20，25，30，35 ℃和40 ℃下，并分别以光照0，12，24 h/d对种子进行培养[4-5]，定期加一定量蒸馏水保持滤纸湿润。为避免培养箱效应,实验时培养皿在培养箱内随机放置。

1.2.2 水分胁迫对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

采用滤纸培养皿法，用聚乙二醇(PEG-6000)溶液模拟水分胁迫处理。共设0(ck)，0.05，0.10，0.15，0.20，0.25 g/mL 等6个处理水平[6]。定期加一定量蒸馏水以维持溶液渗透势恒定。

1.2.3 Ca2+处理对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

采用滤纸培养皿法，分别以0.009，0.02，0.03，0.05，0.07，0.09 mol/L CaCl2溶液处理种子，定期加一定量蒸馏水保持滤纸湿润[7-10]，以蒸馏水为空白对照。

1.2.4 pH值对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

采用滤纸培养皿法，用Na2HPO4和H3PO4缓冲液将培养液配成pH为5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0等6个处理水平，定期加相应pH缓冲液保持滤纸湿润[11]。

1.2.5 埋藏深度对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

用容积为1 L的塑料盒，设置土壤埋藏深度为0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.0 cm等8个梯度，每天喷一定量蒸馏水,保持土壤湿润[6,12]。

1.3 数据处理与分析

采用SPSS 17.0软件、Duncan新复极差法分析数据。

2 结果与分析

2.1 光照时间和温度对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

由图1、图2结果所示，冬青叶鼠刺种子在温度30 ℃、光照12 h时发芽率和萌发指数达到最大值，分别为85.75%和64.34；温度低于30 ℃时发芽率和萌发指数随温度升高而增加，超过该温度时则降低,40 ℃时其值均为0；不同光照时长下冬青叶鼠刺种子发芽率规律为0 h<24 h<12 h，即种子萌发对光照敏感。经多因素方差分析和多重比较分析，30 ℃和12 h时的发芽率和萌发指数与30 ℃和24 h、25 ℃和12 h、25 ℃和24 h差异不显著，与其余温度和光照时间相比差异显著和极显著。说明温度和光照时间共同影响冬青叶鼠刺种子发芽率和萌发指数，高温明显抑制种子萌发，其种子为光敏感型种子。

表1 水分胁迫对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

萌发指标对照聚乙二醇(g/mL)0.050.100.150.200.25发芽率84.00±1.0Aa79.67±0.58Bb74.33±1.15Cc42.00±1.00Dd24.67±0.58Ee3.00±1.00Ff萌发指数71.43±2.81Aa66.66±3.27Ab52.30±1.07Bc28.15±1.50Cd15.90±0.77De0.98±0.42Ef

表2 CaCl2胁迫对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

萌发指标对照CaCl2(mol/L)0.0090.020.030.050.070.09发芽率85.00±1.00Bb85.67±0.58Bb87.00±1.00Bb91.33±1.53Aa46.67±2.31Cc38.67±2.31Dd26.67±2.31Ee萌发指数64.72±0.73Bb62.63±1.60Bb64.37±0.68Bb72.83±3.51Aa38.87±3.67Cc28.68±1.64Dd17.20±2.4Ee

注：小写字母表示0.05水平上的差异,大写字母表示0.01水平上的差异,下同。图1 温度和光照时间对冬青叶鼠刺种子发芽率的影响

图2 温度和光照时间对冬青叶鼠刺种子萌发指数的影响

2.2 水分胁迫对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

由表1可知，水分胁迫影响冬青叶鼠刺种子萌发，随着聚乙二醇浓度的增加，种子发芽率和萌发指数显著降低，浓度为0.25 g/mL时发芽率和萌发指数为3%和0.98。经多重比较分析，各处理间发芽率显著和极显著低于对照；浓度为0.05 g/mL时萌发指数与对照相比差异显著，其余浓度差异显著和极显著。说明冬青叶鼠刺种子在萌发期对干旱敏感。

2.3 Ca2+处理对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

由表2可知，不同浓度CaCl2溶液处理影响冬青叶鼠刺种子萌发，在 CaCl2浓度为0.03 mol/L时发芽率和萌发指数达到最大，分别为91.33%和72.83。多重比较分析表明，0.03 mol/L CaCl2处理的冬青叶鼠刺种子发芽率和萌发指数与对照和其他浓度相比差异极显著，0.009 mol/L和0.02 mol/L浓度处理的发芽率和萌发指数与对照相比差异不显著，但极显著高于0.05，0.07 mol/L和0.09 mol/L处理。说明低浓度的CaCl2处理促进冬青叶鼠刺种子萌发。

2.4 pH值对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

冬青叶鼠刺种子在供试培养液pH范围内均能萌发(表3)，其中pH=6.5时种子发芽率和萌发指数最高，分别为84.67%和68.08，pH=8.0时发芽率和萌发指数最低，分别为37.33%和31.22。多重比较分析表明，培养液pH值在6.5时发芽率极显著高于pH=5.5、pH=6.0、pH=7.0、pH=7.5和pH=8.0；培养液pH=6.5萌发指数极显著高于pH=5.5、pH=6.0、pH=7.5、pH=8.0，pH=6.5和pH=7.0的萌发指数，差异显著。说明溶液的pH值影响种子发芽率和萌发指数，而中性或偏弱酸性环境有利于种子萌发。

2.5 埋藏深度对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

由表4可知，冬青叶鼠刺种子在土壤表层(0.0 cm)时，其发芽率和萌发指数极显著大于其他处理，分别为82.5%和68.86，随着埋藏深度的增加，发芽率和萌发指数显著降低，埋藏深度达2.5 cm后则不发芽。多重比较分析表明，埋藏深度小于2.0 cm时，各处理间发芽率和萌发指数差异极显著，大于2.0 cm时差异不显著。说明埋藏深度对种子萌发具有显著影响。

表3 pH值对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

萌发指标pH值5.56.06.57.07.58.0发芽率49.33±2.31Dd58.67±0.25Cc84.67±1.15Aa73.67±0.53Bb45.33±1.31De37.33±0.92Ef萌发指数46.21±1.27Cc56.15±0.19Bb68.08±1.05Aa60.95±0.82Ab41.75±0.78Cc31.22±1.20Dd

表4 埋藏深度对冬青叶鼠刺种子萌发的影响

萌发指标土壤深度(cm)0.00.51.01.52.02.53.04.0发芽率82.5±2.08Aa29.25±0.96Bb9.25±0.50Cc5.25±0.50Cd1.00±0.00Ee0.00±0.00Ee0.00±0.00Ee0.00±0.00Ee萌发指数68.8±1.01Aa16.13±0.61Bb3.47±0.19Cc1.83±0.37Dd0.10±0.05Ee0.00±0.00Ee0.00±0.00Ee0.00±0.00Ee

3 结论与讨论

冬青叶鼠刺在碱性石灰土上能很好生长并占据优势地位，是一种较为典型的喜钙树种，其种子在12月至次年1月成熟，成熟后蒴果裂开，由于种子极轻极小，陆续随风飘落，至次年4月下旬仍有20%的种子留在果壳内[2]。冬青叶鼠刺无性系种群的根系极发达且不对称，根冠比大，根系穿透能力强。地下与地上部分生物量比值接近1∶1，根系生物量中主根生物量所占比值最高，其次为根蔸，侧根最小，此生物量对维持其无性生殖、种群的稳定和发展起到重要的作用[14]。现有喀斯特植被以灌木林、藤刺灌丛、灌草丛为多，冬青叶鼠刺是这些群落中常见的树种之一，它具有分布广、适应性强、耐干旱瘠薄的特点，从而在喀斯特森林的演替中有重要作用[15-16]。而生物入侵特种紫茎泽兰水浸液对冬青叶鼠刺种子发芽势、发芽率都有低浓度促进、高浓度抑制的现象，其胚根生长状况比其他指标对紫茎泽兰水浸液化感物质表现更为敏感，冬青叶鼠刺对于来自紫茎泽兰的化感作用具有一定忍耐力[17]。种子萌发在生态系统中种群的建立、竞争和稳定等方面发挥重要作用，但种子萌发受到温度、光照、水分和埋藏深度等环境因子的影响。研究发现，环境温度过高或偏低均会影响冬青叶鼠刺种子萌发和生长，温度达到40 ℃时种子不萌发，其萌发最适温度为25～30 ℃。同时在不同温度下，光照时长也影响种子萌发，0 h和24 h光照处理后，种子的发芽率和萌发指数均低于12 h光照/黑暗交替处理，说明冬青叶鼠刺种子为光敏感型种子。冬青叶鼠刺是子叶出土型植物，由于其种子太小，种子埋藏深度对其萌发和突破土层能力影响较大，仅有土壤表面的种子发芽率和萌发指数最高，分别达到82.5%和68.86，深层土壤的种子突破土层能力弱，此外，深层土壤光照较少也影响种子萌发。冬青叶鼠刺种子发芽率和萌发指数随水分胁迫增强显著降低，种子萌发期对干旱比较敏感。自然环境中土壤表层水分易挥发变得干燥，冬青叶鼠刺种子较难萌发，当持续干旱时幼苗成活率降低。

钙是植物生长发育所需的营养元素，也是偶联胞外刺激和胞内反应的第二信使，一定浓度的钙离子调节植物生长发育，提高钙调素的含量，可增强种子活力，提高种子发芽率和幼苗活力[18-20]。本研究发现，CaCl2浓度在0.03 mol/L时，冬青叶鼠刺种子发芽率和萌发指数分别达到91.33%和72.83，与对照相比，低浓度的CaCl2提高种子发芽率和萌发指数。而种子萌发对pH有一定的耐受性，在pH值为5.5～8.0时均能萌发，但最适pH值为6.5～7.0，即在中性或偏弱酸的环境中有利于种群建立。

综上所述，温度、光照、水分、Ca2+浓度、pH值和埋藏深度共同影响冬青叶鼠刺种子萌发，而中性或偏弱酸的含钙较高的环境则有利于种子萌发。研究结果进一步解释了为何野外冬青叶鼠刺成年植株每年产生几十万乃至几百万成熟种子，而植株周围实生幼苗较少的原因。因此，在今后冬青叶鼠刺苗木培育时，建议直接将种子播种于中性或偏弱酸土壤表面，维持25～30 ℃温度及适宜湿度,并适当喷撒一定浓度的CaCl2溶液。

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