极度濒危植物贵州大花杜鹃种子的传播与萌发特性研究

田晓玲 杨承乾 任永权

摘要 贵州大花杜鹃属于贵州省特有的极小种群植物和IUCN评估的极度濒危植物，目前仅在龙头大山分布，且幼苗数量极少。为了探究导致贵州大花杜鹃濒危因素中是否在种子传播和萌发上存在障碍导致其居群数量微小，研究了种翅、温度、光照和凋落物4个因素对其种子传播及萌发的影响。对种子进行留翅与去翅2种处理，在不同风速及水处理条件下探究种皮膜翅对种子传播的影响；设置不同温度及光照条件下，贵州大花杜鹃种子萌发的影响；模拟生境条件下凋落物的情况，测定不同基质对种子萌发及幼苗形态建成的影响。结果表明：种翅有助于贵州大花杜鹃种子的风传播与水传播；但在实际生境中，由于其处于丛林密林处，这2种方式实际传播效率并不高。温度适当提高会促进贵州大花杜鹃种子萌发，光照对贵州大花杜鹃的种子萌发没有明显影响，但对幼苗建成影响较大；过厚的凋落物会阻碍贵州大花杜鹃种子的萌发，造成幼苗数量少，种群更新困难。

关键词 贵州大花杜鹃；种子；传播；萌发；发芽率

中图分类号 S685.21  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）13-0111-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.13.026

Seed Dispersal and Germination Characteristics of Rhododendron magniflorum， A  Critically Endangered Plant Endemic to Guizhou Province

TIAN Xiao-ling1， YANG Cheng-qian2， REN Yong-quan2

（1.Guiyang Institute of Humanities and Technology， Guiyang， Guizhou 550025;2.  College of Eco-Environmental Engineering， Guizhou Minzu University， Guiyang， Guizhou 550025）

Abstract Rhododendron magniflorum is an extremely endangered plant evaluated by IUCN， and its wild population is very small. At present， it is only founded in Longtou mountain in Guizhou ， and seedlings in the wild are very rare. In order to verify whether there are obstacles in seed dispersal and germination which might cause its extremely small populations， we studied the effects of seed wing， temperature， light and litter on seed dispersal and germination of R. magniflorum. The effect of seed coat membrane wing on seed dispesal was investigated under different wind speed and water treatments while the effects of temperature on seed germination were examined under different temperatures and light conditions. The effects of different substrate conditions on seed germination and seedling morphogenesis were measured. The results showed that the seed wings were beneficial to both wind and water dispersal of seeds.However， in its native habitat， because it is in the dense forests， the transmission efficiency of seed dispersal could be limited; the increasing temperature will promote the seed germination of R. magniflorum. The light has no obvious effect on its seed germination， but has a great effect on the seedling establishment; thicker litter would hinder successful germination of R. magniflorum seeds， resulting in a small number of seedlings and difficulty of population regeneration.

Key words Rhododendron magniflorum;Seed;Dispersal;Germination;Germination rate

基金項目 国家自然科学基金青年基金资助项目“极度濒危植物贵州大花杜鹃的濒危机制解析”（31901237）。

作者简介 田晓玲（1986—），女，山西孝义人，助教，从事小种群保护生物学研究。通信作者，教授，博士，从事植物保护生物学研究。

收稿日期 2022-08-20

种子传播是群落更替的第一步，传播完成后，才是植物生长周期的开始，传播的距离决定着植物的生长范围。种子的传播方式和传播距离是该物种长期适应生境的结果，研究种子的传播对生物地理学和群落演替的方向有着重要意义。种子萌发和幼苗生长是植物生命周期的重要环节，在该阶段受多个环境因素的影响［1］。种子能够顺利萌发，幼苗能够成活是森林更新的必要条件。极小种群的形成，往往是由于其生存环境发生改变，导致其自然更新差，种群适应性降低，分布范围逐渐狭窄，种子数量、萌发或幼苗形成发生障碍，面临着极高的灭绝风险［2］。

贵州大花杜鹃（Rhododendron magniflorum）属于杜鹃属常绿杜鹃组，在Red List of Rhododendrons（杜鵑花红色名录）中被列为极度濒危（critically endangered，CR）等级。杜鹃花属被分为9个亚属，其中的常绿杜鹃亚属被分为23个组，我国有259种，贵州大花杜鹃是杜鹃花科花朵最大的物种之一，具有极高的观赏价值［3］。目前，贵州大花杜鹃在野外调查中因种群稀少，自然更新差，种群数量少，仅在贵州安龙县龙头大山自然保护区内找到2个居群，每个居群仅有3株。笔者通过研究贵州大花杜鹃种子的传播情况，研究温度、光照、基质与种子萌发关联性，探究种子传播和萌发是否为影响其种群散布造成贵州大花杜鹃濒危的原因之一，对贵州大花杜鹃保护具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

在贵州大花杜鹃种子已完全成熟的11月采集成熟硕果，在实验室自然风干开裂后剥开挑取质地均匀、饱满的种子置于实验室自然干燥后，立即开展试验。

1.2 试验设计

1.2.1 种皮膜翅对种子传播的影响。

对传播试验种子作留翅与去翅（脱翅）2种处理，在不损伤种翅包裹的内部种子的情况下，先用镊子去除外部种翅，再用针小心去除种子轮廓边缘残留的种翅。

1.2.1.1

风传播。在试验台设1.0、2.0 m 2个固定高度，在无风且无其他气流影响下，将2种处理的种子从2个距地貌相同的原点放下，使用工具测量其在坐标纸的落点位置。将风扇固定在与种子高度同一水平高度，保证唯一气流是风扇提供后，用风速测量仪测定种子所在位置风速，当风速恒定不变时，将2种处理的种子从原点释放，当种子掉落停止后，测量种子位置与原点的距离。2个高度下，在2.5、3.5、4.5 m/s 3个风速梯度重复上述操作，不同高度与不同风速下进行50次重复。

1.2.1.2 水传播。将20粒完整的种子和20粒去翅种子放入装有自来水的玻璃烧杯中，每天观察2种类型的种子是沉底还是持续漂浮在水面，记录每天沉水种子数及日期，每处理4次重复。通过计算停留时间推算可用于种子传播的漂浮时间。

1.2.2 种子萌发试验。

1.2.2.1 温度对贵州大花杜鹃种子萌发的影响。

将贵州大花杜鹃种子均匀放置于铺有棉布的培养皿内，棉布用清水完全浸湿，将培养皿盖上盖子。分别放置12 h/12 h暗光交替下在设定温度为0、10～20、15～25、20～30 ℃ 4个温度梯度的培养箱中，放置时随机摆放。每个培养皿50粒，每处理5次重复。每天观察培养箱培养皿中水分是否适当，同时记录种子发芽日期和发芽数。

1.2.2.2 光照对贵州大花杜鹃种子萌发的影响。

在透明的玻璃烧杯内放入已吸饱水贴合烧杯的海绵，再将蒸馏水倒入烧杯内，到达海绵高度一半时停止，后续海绵不需再次补水。设置全黑暗与12 h/12 h光暗交替2种方式，光暗交替的烧杯不作处理放入培养箱，全黑暗烧杯用多层锡纸完全包裹，在每层锡纸的不同部位戳孔，保证透气不透光，后放入培养箱，2种处理放置同一培养箱中，保证二者相同温度条件。每个处理4次重复，在培养最后30 d后同时打开2个处理的烧杯记录种子发芽数。

1.2.2.3 基质对贵州大花杜鹃种子萌发的影响。

取15个洗净烧杯，分3组分别加入：①10 cm厚度原生境土；②10 cm原生境土上覆盖2 cm厚度腐殖质；③10 cm原生境土上覆盖2 cm厚度腐殖质后再加3 cm厚凋落物，向15个烧杯内加入等量蒸馏水，保证烧杯内基质湿润即可。每个烧杯基质上放入50粒贵州大花杜鹃种子，在烧杯瓶口用有透气孔的薄膜覆盖，用胶圈固定薄膜后放入20～30 ℃培养箱。每天观察烧杯内种子情况，7 d后开始记录种子发芽日期和发芽数。

1.2.2.4 指标的测定。

发芽势＝（试验前7 d内发芽的种子数/种子总数）×100%

发芽率＝（试验期发芽的种子数/种子总数）×100%

平均沉水时间（d）=Σ（hini）/ni

式中，hi为放入烧杯的天数，ni为相应日期种子沉水的粒数。

1.3 数据统计分析

用Excel 2016软件进行试验数据的统计，用SPSS 24软件进行数据的单因素方差分析和双因素方差分析。数据分析后用Origin 2018软件作图。涉及2个比较的用t检验。

2 结果与分析

2.1 种翅对种子传播的影响

2.1.1 种翅对风传播的影响。

从图1可见，在高度为1.0 m，风速为0 m/s时，留翅与去翅的种子传播距离差异不显著（P>0.05），贵州大花杜鹃的种子传播距离随着风速增大而明显增长，去翅种子比留翅种子传播距离更远，但在2.5、3.5 m/s差异不显著（P>0.05），在4.5 m/s风速下，差异极显著（P<0.001）。风速和2种处理的种子双因素方差分析显示，去翅和留翅的种子传播距离差异显著（P=0.004），不同风速下的传播距离差异极显著（P<0.001）。

从图2可见，高度为2.0 m时，去翅比留翅的传播距离更远，在风速为3.5、4.5 m/s时，差异极显著（P<0.001）。风速和2种处理的种子进行双因素方差分析显示，去翅和留翅种子传播距离有极显著差异（P<0.001），不同风速下传播距离差异极显著（P<0.001）。这说明高度越高，种子去翅比留翅的传播距离更远。

2.1.2 种翅对水传播的影响。由表1可知，留翅种子比去翅种子在水表面停留时间更长。留翅的种子在第4天开始沉底，直到20 d后仍有少量种子漂浮在水面，去翅种子在第2天开始沉底，第7天全部沉底。留翅种子平均沉水时间为7.57 d，去翅为3.45 d，二者间差异显著（t=5.970，P<0.05）。

2.2 种子萌发

2.2.1 温度对种子萌发的影响。

由表2可知，温度在20～30 ℃，贵州大花杜鹃种子的发芽率最高，为85.50%，其次为15～25 ℃，为82.00%，再次是10～20 ℃，发芽率为77.00%，发芽率最低是10 ℃培养的种子，发芽率为71.00%。4个温度梯度处理下贵州大花杜鹃种子的平均发芽率在71.00%以上，温度由高到低依次两两比较差异不显著（P>0.05），但20～30 ℃和10 ℃间的发芽率差异显著（P<0.05），说明温度过低抑制贵州大花杜鹃种子的萌发率。对不同温度的发芽势差异比较显示，20～30 ℃与15～25 ℃发芽势差异不显著（P>0.05），10～20 ℃与10 ℃的发芽势差异不显著（P>0.05），前2组与后2组间差异显著（P>0.05）。这可能是由于温度低，种胚内酶活性较弱，因此萌动较迟。

2.2.2 光照对种子萌发的影响。

经测定可知，在12 h/12 h光暗交替下培养的种子发芽率为68.80%，全黑暗培养的种子发芽率为37.20%。光照黑暗交替和黑暗处理的种子发芽率差异显著（t=8.341，P<0.05）。

2.2.3 基质对种子萌发的影响。

由表3可知，基质为原生境土壤时，发芽率最高，达81.20%，比腐殖质（57.20%）和凋落物（14.00%）高，3种基质两两相比发芽率均有显著差异（P<0.05）；发芽势表现为原生境土壤（24.80%）>腐殖质（5.60%）>凋落物（0）。

3 结论与讨论

贵州大花杜鹃生长于贵州黔西南龙头大山的密林之中，目前发现的居群人为活动较少，受当地自然环境影响，种子传播存在障碍。风有利于种子的扩散，已有对植物的风传播研究表明，风速与植物和果实水平扩散距离呈正相关，风速越大，植物的种子和果实传播距离越远［4］，这与该试验结论一致。在水传播试验中，完整的贵州大花杜鹃种子能在水表面漂浮更长时间。原因是种皮和果皮间填充着一种结构疏松的纤维，这种结构除了使得种皮和果皮外部有一定的阻水能力外，还会使种子内部能够存在气体，增强植物种子在水面的漂浮能力［5］。

通过传播试验能够推测实际情况，贵州大花杜鹃种子自身具有正常的风传播和水传播能力，风速的提升会增加扩散距離，扩大贵州大花杜鹃种子散布的范围，但留翅种子比去翅种子传播距离小，在一定程度上减小了种子库范围。用2个不同高度来重复风传播试验，结果表明，高度越高，风传播效果更好，属于小乔木的贵州大花杜鹃更能在风传播时飘得更远。但贵州大花杜鹃所处的生境丛林密集，周围亦有高大乔木，由此决定风传播的距离有限。种翅能明显增加水传播距离，贵州大花杜鹃的生长区域并不靠近江河，并不能直接靠江河的径流传播，更多情况是其种子的水传播在雨天天气条件下完成的，且由于生境所处地域凋落地被物较厚，地表径流较少，因此种子水传播实际效率并不高。

种子的萌发需要生境提供适宜的环境，温度是这个过程中不可或缺的因素，适宜的温度能够软化种皮，利于出芽，还能调节种子的吸水能力，并加快种子的酶促反应，让种子顺利萌发［6-9］。在已有对杜鹃花种子萌发的最适温度研究中，杜鹃花萌发的最适温度是15～25 ℃［10］，而该试验最适温度为20～30 ℃，整体平均最适温度提高5 ℃左右，适合其种子萌发的温度范围更广，这可能是植物特性所决定的，说明贵州大花杜鹃种子喜热，同时说明温度不会造成贵州大花杜鹃萌发障碍。

从光照数据分析处理结果来看，光照条件下的种子平均发芽率比全黑暗条件下的种子发芽率更高。由此可知，光照对贵州大花杜鹃种子发芽有影响，但黑暗条件下，种子发芽率亦可达到37.20%，但后期由于无光照，幼苗逐渐死亡，这与周艳等［11］的研究结果一致。在原生境条件下，贵州大花杜鹃所处林下很少见到幼苗，可能是由于处于密林之中，林下光照稀少，即便种子可以萌发，但由于该种是需光植物，种子萌发后光照不足，可见该因素是导致贵州大花杜鹃濒危的因素之一，幼苗建成障碍会影响种群的增长。

种子在凋落物覆盖的森林表层土壤中等待萌发期间，环境要素（如光照、温度以及化学物质含量等）对种子萌发和幼苗生长产生影响［12］。凋落物对植物的自然更替作用是双重的，凋落物的类型和深厚程度在适合种子萌发时才能促进种子的萌发［11］ 。当植物处于种子萌发和幼苗生长时，凋落物可降低土壤水分的蒸发率，减小温度的大幅度变化，使得掉在土壤上的种子得到更好的生长环境，也改变了动物的取食环境，提供了丰富的养分资源，从而为种子萌发和幼苗生长发育提供良好的微环境。同时，凋落物具有物理阻碍作用和化感作用，如果凋落物过厚而致密，传播后的种子不能直接掉落在土壤之上［13］，阻止或延迟幼苗到达土壤表面，难以扎根及生长，从而影响种子的萌发和出苗等进程。该试验基质对贵州大花杜鹃发芽影响明显，土壤之间的缝隙比腐殖质和凋落物更小，土壤对比二者，有着更好的保温保水功能，更能提供种子所需萌发条件。对于凋落物，受到风的影响，凋落物水分蒸发更快，温度不能长时间稳定，这直接降低了凋落物上的种子发芽率。腐殖质保温保水功能处于二者之间，发芽率也处于二者之间。在已有凋落物对种子萌发影响研究表示，凋落物对种子萌发抑制作用明显，凋落物厚度越大，抑制作用越明显，只有在厚度3 cm凋落物有少量种子萌发［14］，这与该试验结果一致。

该试验结果表明，种子自身传播和萌发的能力不是导致贵州大花杜鹃种群稀少的原因，推测是该物种受到生境影响的结果。另一方面，安龙龙头大山属于保护区，人类活动较少，该物种植株周围大树密集，地上积累较厚的凋落物，凋落物会延缓与阻碍种子掉落到土壤，而直接掉落到凋落物上会降低贵州大花杜鹃种子发芽率。除此之外，周围高大的乔木及深厚的凋落物会遮挡光照、流失水分和散失温度等，使贵州大花杜鹃不能出苗或者在幼苗形态建成过程中成活率降低，导致其种群自然更新能力差，种群稀少。极小种群的形成并不是单纯因素造成的，往往是多重作用的结果。对于贵州大花杜鹃的濒危机制，其传粉生物学及繁育系统方面等可能造成该物种濒危的因素还有待进一步研究。

参考文献

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