高温处理对肉苁蓉寄主梭梭种子萌发相关性研究

何 权，蒋瑞娟，朱 军，石书兵，李晓瑾

(1.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆维吾尔自治区中药民族药研究所，乌鲁木齐 830002)

0 引 言

【研究意义】荒漠肉苁蓉(CistanchedeserticolaY.C.Ma)为列当科(Orobanchaceae)肉苁蓉属(Cistanche)多年生专性根寄生植物，具有补肾、保肝、通便、抗老年痴呆、肿瘤辅助治疗、抗辐射等10多种药用功能[1-2]。其寄主为藜科(Chenopodiaceae)植物梭梭(Haloxylonammodendron(C.A.Mey.) Bunge)，是我国西北地区特有的植物资源，新疆是荒漠肉苁蓉主产区之一。梭梭是藜科梭梭属(Haloxylon)植物，灌木或小乔木。高1～9 m，树干地径可达50 cm。树皮灰白色，木材坚而脆;老枝灰褐色或淡黄褐色，通常具环状裂隙。是一种典型的沙生植物，具有很强的抗逆性，是西北防治沙漠化的优良树种，对防风固沙、保护生态系统具有重要的意义[3-4]。同时，梭梭作为西北地区的燃料之一，燃烧值高、又是上等的薪碳植物；其嫩枝作为骆驼和羊喜食的饲料，具有很大的饲食价值。研究高温处理对种子萌发的影响，对于研究梭梭的人工栽培具有重要的意义。【前人研究进展】种子是生命延续的媒介，较高的萌发为其自身的延续奠定了基础，通常种子萌发的温度为10℃以上[5-6]，但有部分种子能够忍受高温且能促进其萌发，坡柳种子萌发前在80℃处理会提高种子的萌发率[7]，鸡冠花能忍受最高温度为60℃[8]，这使得不同的种子有其不同的生活策略来应对高温。但关于种子高温萌发的机理尚无定论。在古尔班通古特沙漠，夏季普遍干旱少雨、蒸发量大，这一地区植物的生长和生态系统的生产力始终被制约着[4]。自然条件下，荒漠或戈壁地表温度能达到40～60℃[9]，梭梭作为这一区域优势物种之一，广泛分布在固定、半固定沙地上。近年来，国内学者在分子生物学、分子遗传学等方面对梭梭研究比较深入[10-11]。但对梭梭种子萌发前以高温处理的研究较少。【本研究切入点】梭梭种子在人工栽培中用量非常大，在此过程中，经常受到高温和干旱的影响。研究高温处理对种子萌发的影响。【拟解决的关键问题】研究在萌发前以不同温度和时间热处理梭梭种子，探索萌发前高温处理对梭梭种子萌发率的影响，讨论高温对梭梭种子萌发的作用，为梭梭的人工栽培提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验材料于2016年10月采自新疆东北部奇台县，净选，置于阴凉处进行阴干，用纸袋盛装，低温储藏, 第二年4月,选取颗粒饱满、色泽一致、大小均匀的种子进行试验。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

将梭梭种子在 46、49、 52、55和58℃的温度下，分别处理 6、9、12、15、18和21 min，一共产生30个处理。每个处理3个重复，每个重复50粒种子，达到处理时间后迅速取出，晾干使种子含水量降至原状态后再进行萌发实验。以未处理种子为对照(CK)。

1.2.2 萌发试验

采用纸上发芽法，每处理3次重复，每重复50粒种子，将培养皿置于25℃(光照8 h，黑暗16 h)培养箱中进行发芽，适时补充水分，保持培养皿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，种子发芽的判定以胚根伸出种皮0.1 cm以上为标准，记录至连续7 d无种子萌发为止：

发芽率(GR)=发芽种子数/供试种子数×100%；

发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt)；

活力指数(VI)=GI×g；

发芽势(GE)=发芽达到高峰时正常苗总数/供试种子总粒数×100%；

式中，Gt为第td的发芽数，Dt为相应的发芽天数，g为幼苗鲜重[12]。

1.3 数据处理

数据经Excel软件处理，用SPSS21.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)、多重比较(LSD)以及多元非线性回归分析，用Sigmaplot13 软件绘制图形。

2 结果与分析

2.1 梭梭种子发芽率对不同温度和时间处理的响应

种子的萌发除了受基因调控外，还受到复杂的环境影响，研究表明，萌发前经高温处理后，梭梭种子发芽率有不同程度的下降，在5个不同高温处理下随着处理时间的延长，梭梭种子的发芽率先增加后降低(图1a)。在52℃，处理时间为9 min时，种子发芽率显著高于其他5个时间处理(P<0.05)；在55℃，处理时间为18 min时，种子发芽率为0，说明在高温影响下，随着处理时间的延长种子发芽率受到明显的抑制。在6个不同处理时间下(图1b)，处理时间为18、21 min时，处理温度越高，发芽率越低，处理时间为18 min,46和49℃差异不显著,但其他差异均，并在处理18 min后发芽率为0。无论是处理温度还是处理时间在52℃，9 min均与其他处理组差异显著。图1

图1 种子发芽率对不同温度和时间处理的响应
Fig.1 Seed germination rate response to different temperature and time treatments

2.2 梭梭种子发芽势对不同温度和时间处理的响应

梭梭种子发芽势与梭梭种子发芽率有相似的结果，在5个不同高温处理下随着处理时间的延长，梭梭种子的发芽势先增加后降低(图2a)；52℃时，处理时间为9 min时，种子发芽势显著高于其他5个时间处理(P<0.05)，并在55℃，18 min时发芽势为0。在6个不同处理时间下(图2b)，随着处理温度的上升梭梭种子的发芽势呈现先增加后降低的双峰现象。这表明可能与种子的自我保护有关，能在适宜的条件下萌发；无论是处理温度还是处理时间在52℃，9 min均差异显著其他处理且不同处理间差异显著(P<0.05)。图2

2.3 梭梭种子发芽指数对不同温度和时间处理的响应

梭梭种子发芽指数与梭梭种子发芽率和发芽势都有相似的结果，在5个不同高温处理下，随着处理时间的延长，梭梭种子的发芽指数先增加后降低(图3a)；在52℃，处理时间为9 min时，种子发芽指数显著高于其他5个时间处理(P<0.05)，并在55℃，18 min时发芽指数为0。在6个不同处理时间下(图3b)，随着处理温度的上升梭梭种子的发芽指数呈现先增加后降低的双峰现象；在处理时间为12 min时,55和58℃温度处理下差异不显著，但其他各组均差异显著(P<0.05)。图3

图2 种子发芽势对不同温度和时间处理的响应
Fig.2 Germination potential response to different temperature and time treatments

图3 种子发芽指数对不同温度和时间处理的响应
Fig.3 Seed germination index response to different temperature and time treatments

2.4 梭梭种子活力指数对不同温度和时间处理的响应

随着处理温度的升高梭梭种子活力指数随着处理时间的延长呈先上升在下降的趋势，高于52℃时均呈极速下降趋势。在55℃，15 min时，梭梭种子活力指数与对照相比下降显著(P<0.05)，种子发芽率受到抑制，无法维持正常发芽失去活力，说明高温对梭梭种子萌发有一定抑制作用。在6个不同处理时间下(图4b)，随着处理温度的上升梭梭种子的发芽指数先增加后降低的现象；在处理时间为9 min时,55和58℃温度处理下和处理18 min, 46和49℃差异不显著，但其他各组均差异显著(P<0.05)。图4

2.5 温度和时间处理的主效应和交互作用

梭梭种子在各处理条件下发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数的二因素方差分析结果表明，无论处理温度、处理时间对梭梭种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数还是处理温度与处理时间的交互作用效应均有显著(P<0.05)的影响，二者在梭梭种子处理中起着重要作用。表1

2.6 高温处理与梭梭种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数的关系

不同条件处理后种子活力下降的最直观的表现是种子的发芽率等活力指标降低，不同处理温度(X)和时间(Y)对各个活力指标(Z)的相关分析结果表明，不同处理温度和时间与梭梭种子的各个活力指标表现出正相关关系，相关性极显著，表明高温对梭梭种子萌发具有一定的抑制作用，这可能与梭梭种子在复杂的环境条件有关。表2

图4 种子活力指数对不同温度和时间处理的响应
Fig.4 Seed vigor index response to different temperature and time treatments

表1 温度和时间的主效应和交互作用分析
Table 1 Analysis of main effects and interactions between aging temperature and time

源Sourcedf发芽率 Germination rate发芽势 Germination potentialMSFSig.MSFSig.温度Temperature40.1395 007.269**00.0853 585.732**0时间Time50.0983 538.319**00.1415 916.322**0温度×时间Temperature × time200.00393.761**00.00298.894**0误差Error6000源Sourcedf发芽指数 Germination index活力指数 Vitality indexMSFSig.MSFSig.温度Temperature4120.21526 370.016**01.292119.597**0时间Time540.648 914.619**00.91184.315**0温度×时间Temperature × time200.807177.124**00.0585.411**0误差Error600.0050.011

注：**表示极显著相关(P<0.01)

Note:**indicates a very significant correlation (P<0.01)

表2 高温处理与种子各个活力指标关系
Table 2 Temperature treatment and the relationship between seed vigor indicators

指标Index样本数Sample size回归方程Regression equation调整R2发芽率(Z1)Germination rate (Z1)90Z1=-0.013 X-0.012 Y +1.0090.561**发芽势(Z2)Germination potential (Z2)90Z2=-0.010 X-0.016 Y +0.9060.653**发芽指数(Z3)Germination index (Z3)90Z3=-0.394 X-0.264 Y +28.9280.586**活力指数(Z4)Vitality Index (Z4)90Z4=-0.043 X-0.034 Y +3.0490.610**

注：**表示极显著相关(P<0.01)。X为温度；Y为时间

Note:**indicates a very significant correlation (P<0.01).Xis temperature;Yis time

3 讨 论

3.1 高温处理对梭梭种子萌发率的影响

研究表明，梭梭种子萌发前经高温处理后，最终在58℃时种子失去活力，发芽率为0，但在52℃，9 min 处理后，其萌发率达到最大，为(55.00±0.30)%。提高处理温度后，梭梭种子的萌发率会降低，但在外界环境条件刺激下整体呈现先增加后降低的双峰现象，这与张树新等[13]研究出现类似的现象。说明梭梭种子萌发对环境的适应性较强，能在适宜种子萌发的条件下促进种子的再次萌发，提高种子萌发率，加强梭梭种群的更新。在西北地区，梭梭广泛分布于干旱的荒漠，荒漠大部分区域的特点是不规则的降水量和很大的潜在蒸发量。很强的蒸发速率造成了土壤表面的高温。这种严酷的条件使得沙漠植物产生不同的生活史策略来增大其适应性。实验将梭梭种子萌发前遭遇高于40℃的高温后，并未表现出种子萌发率升高的现象，这可能是种子在恶劣环境下的自我保护。同时，也表明梭梭种子不存在热冲击[14-16]效应。

3.2 高温处理对防止梭梭种群退化的意义

种子萌发是植物构建的重要基础，种子萌发率的大小直接影响群落结构和功能。种子既有可能通过将种子散入土壤种子库抵御多变的环境条件从而分摊各种风险，也有可能通过大量萌发去竞争有利的资源。有研究认为，荒漠生态系统中，相同的环境压力会导致不同的植物产生趋同性适应能力[17]。例如，多年生草本、小灌木以及具有小种子的植物萌发时间较早[18]；乔木种子萌发时间比草本和灌木种子延迟[19]；总体水分条件较好时，在梭梭幼苗的生长初期，它在与短命植物的水分竞争中处于劣势，反之，水分有限的条件下则处于优势[20]。说明该类种子萌发能够适应较恶劣条件。梭梭被大量的肉苁蓉所寄生，有效的提高梭梭种群面积能使肉苁蓉这种资源得到更大的保护，发挥出更大的价值。试验发现，在高温处理梭梭种子后，仍有较高的萌发率，这与自然界中梭梭的种群退化形成对比，也就是说梭梭种群的退化与梭梭种子的萌发没有直接联系，梭梭的种群退化与种子繁殖力[21]、种群更新不良[22]等其他因素有关。

4 结 论

对种子萌发前经高温处理，表明高温对梭梭种子萌发具有一定的抑制作用。温度为52℃，时间为9 min时，梭梭种子发芽率最高，达(55.00±0.30)%，温度为58℃，时间为9 min时发芽率为0.00%；将梭梭种子置于4℃储存6个月后，种子没有明显的热冲击效应；梭梭种子萌发前经高温处理后仍有较高的萌发率，这与自然种群梭梭种群的退化没有直接联系。