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不同环境因子对梭梭种子萌发的影响

2024-04-11 来源:意榕旅游网
安徽农学通报,Anhui A .Sci.Bul1.2017,23(07) 33 不同环境因子对梭梭种子萌发的影响 彭梦文 刘晓龙 郭 帅 马雨荷 王红燕 (石河子大学农学院,新疆石河子832000) 摘要:该文研究了温度、盐分、干旱等环境因子对梭梭种子萌发的影响。结果表明:梭梭种子萌发速率随着 温度的降低而减慢,不同温度条件下,梭梭种子的最终萌发率均在90%以上;较高浓度的Nacl溶液,对梭梭种 子萌发进程具有抑制作用,当Nacl浓度大于44s/L时,最终萌发率和萌发速率显著降低,盐胁迫复水后的萌发 恢复率均在60%以上;梭梭种子只能在渗透势为0—一2.4MPa的条件下萌发,随着干旱胁迫的加强,梭梭种子 的萌发率和萌发速率逐渐降低,干旱胁迫复水后的萌发恢复率均在70%vX上。通过研究梭梭种子对温度的 广泛适应性,以及在盐胁迫和干旱胁迫后种子复水萌发的能力,探索梭梭种子萌发机制,为荒漠区植被恢复 和重建提供参考。 关键词:种子萌发;梭梭;温度;盐胁迫;干旱胁迫 中图分类号¥793 文献标识码A 文章编号1007—7731(2017)07—0033—05 Influences of Diferent Environmental Factors on the Germination of Haloxylon ammodendron Seeds Peng Mengwen et a1. (Agricultural College,Shihezi University,Shihezi 832000,China) Abstract:The influences of temperature,salinity and drought stress on Haloxylon ammodendron seed germination were studied.The results showed that the germination rate reduced when the temperature decreased,its final germi— nation percentage could reach more than 90%in different temperature levels.The germination percentageand germi— nation ratedecreased when the salinity concentration increased,the germination decreased signiifcantly when the con- centration of NaCl solution exceeded 44g/L.When the incubated seeds treated in NaCI solution were transferred to distilled.the recovery rate of the germination was more than 60%.H.Ammodendron seed only germinated when the solution osmotic potential higher more than-2.4MPa.With the increase of osmotic stress,H.Ammodendron seeds ger— mination percentage decreased signiicantlfy.The re—germination percentage could reach more than 70%after osmot— ic stresstreatments.We concluded that H.Ammodendron had extensive adaptability to temperature conditions and the re—germination ability after salinity and drought stress. Key words:Seed germination;Haloxylon ammodendron;Temperature;Salt stress;Drought stress 梭梭(Haloxylon ammodendron)属于藜科多叶旱生 植物,是分布于中国西北地区的多年生灌木,具有在干 旱、盐碱、营养不良、强风、沙土移动和在强光下生长的 特性…。其抗旱、抗热、抗寒、耐盐碱性较强,茎枝内盐 分含量高达15%左右,喜光,不耐庇荫,适应性强,生长迅 速,枝条稠密,根系发达,防风固沙能力强,是我国西北和 一些研究者表明有些物种可以在低温条件下完成萌发。 周平等研究表明白梭梭(Halaxylon persicum Bunge)种子 在2℃时就可以萌发,当积雪厚度达到22cm时,白梭梭萌 发率达 ̄U8o%以上 。韩建欣等在融雪期间开展了高枝 假木贼(Anabasis elatior)胎生萌发特性的野外观测,并进 行了低温(5/2 ̄C)萌发实验,认为低温只是降低了种子萌 内蒙古干旱荒漠地区固沙造林的优良树种,也可以作为 牲畜的饲料。作为地中海植物区系的重要组成植物,梭 梭主要广泛分布于准噶尔盆地、塔里木盆地以及一些荒 漠地区,是一种典型的沙生植物 ]。 发速度而对总萌发率没有影响 ;而Shimono and Kudo发 现前胡属多管藁本(Peucedanum multivittatum)种子在低 温(0℃)处理期间就可以萌发,并观测到了雪床生境中的 种子在融雪期间就已经出苗 。目前,对于梭梭种子萌发 的温度条件主要集中于5 ̄C以上,关于更低温度对种子萌 关于各种环境因子对梭梭种子萌发的影响已有大量 报道 ],其中,温度是决定种子萌发的一个重要因素 。 一发的影响鲜有报道,本文通过模拟野外温度环境,在实验 室条件下,开展了低温(5/2cI=、2 ̄C、2/-3 ̄C)萌发实验,对梭 般来说,种子萌发的温度被认为在IO ̄C以上 一 。然而 基金项目:石河子大学大学生研究训练计划项目(SRP2017012)。 作者简介:彭梦文(1994一),女,新疆人,本科,研究方向:森林生态学。 通讯作者 收稿日期:2017—02—25 梭种子能否适应低温环境而萌发进行研究。关于盐分和 干旱条件对梭梭种子萌发的影响有较多报道,但胁迫处 理后对种子进行复水实验,探测种子是否还具有萌发活 力的内容还不够全面。因此,本文通过研究梭梭种子对 低温的适应性,以及在经历胁迫后种子复水萌发的能力, 揭示梭梭种子对于温度、盐分、干旱的适应范围,用于阐 明梭梭种子在野外的萌发特性,为荒漠地区植被恢复与 重建提供科学依据。 1材料与方法 1.1供试材料梭梭种子于2016年10月采自准噶尔盆地 南缘的克拉玛依农业开发区自然种群中,在室温下贮藏。 1.2研究方法 1.2.1 不同温度处理下种子的萌发选择籽粒饱满、发育 良好的成熟种子,设置实验温度分别为20/15"{]、15/10 ̄、 10/5 ̄C、5/2℃、2℃、2/一3℃。将种子放置在具有湿润滤纸 的培养皿中,每组40粒、3个重复,以胚根出现为种子萌发 标准,定期观察萌发情况并记录其发芽数,计算发芽率。 1.2.2不同盐胁迫处理下种子的萌发配置浓度为2g/∞∞L、∞  4g/L 6g/L 8g/L、12#L、16g/L、20g/L、24g/L、30g/L、36g/L、 44g/L、52g/L、60g/L、68g/L的NaC1溶液,以蒸馏水为对照, 将种子放置在具有湿润滤纸的培养皿中,每组40粒、3个 重复,在20℃/l0℃(光照/黑暗=12h/12h)条件下进行萌发, 每天记录萌发情况。 1.2I3 不同干旱胁迫处理下种子的萌发在20 ̄C/10 ̄ 下,采用模拟干旱的PEG一6000溶液,溶液的渗透势为 0,一0.3,一0.6,-0.9,一1.2,一1.5,一1.8,-2.1,一2.4,一2.7和 一3.0MPa。将种子放置在具有湿润滤纸的培养皿中,每 组40粒、3个重复,在20%/10℃(光照/黑暗=12h/12h)条件 下进行萌发,每天记录萌发情况。 1.2.4复水实验胁迫实验进行到第8d,将培养皿中未 萌发的种子取出,用蒸馏水进行冲洗过后,放置在加入蒸 馏水的湿润培养皿中,每个培养皿垫有两层滤纸。以胚 根出现为种子萌发标准,定期观察萌发情况并统计其萌 发数,计算萌发率。萌发率计算公式:最终萌发率(G )= ∑n/N。 1.3数据处理本试验数据分析采用Excel 2007和SPSS 18.0软件,绘图采用ORIGIN 7.5软件。 2结果与分析 2.1不同温度对梭梭种子萌发的影响通过10d的培养 发现,随着时问变化,梭梭种子的萌发率总体呈增长趋 势(图1)。随着温度的降低,梭梭种子萌发率的增长变 得缓慢。温度为5/2"C、2 ̄C、2/一3℃时的萌发率增长曲线 明显 ̄L20/15 ̄C、15/10 ̄C、10/5℃温度下的增长曲线平缓, 在20/15 ̄C温度条件下培养的梭梭种子,实验开始的24h 内就出现萌发现象,并在实验的2—3d发芽达到高峰,第 安徽农学通报,Anhui A .Sci.Bul1.2017,23(07) 4d完成萌发,最终萌发率达 ̄1198.8%。在15/10 ̄C温度条件 下的梭梭种子,实验的2—4d发芽达到高峰,第6d基本完 成萌发,最终萌发率为98.4%。当温度为10/5 ̄C时,梭梭种 子在实验的1—4d内萌发率逐渐增加,实验的第4—7d,萌 发率增长迅速,随后萌发率达到最大值97.2%不再变化。 当温度为5/2 ̄C时,梭梭种子的萌发速率明显减弱,尤其在 实验的1—4d萌发率较低,实验的第9d萌发率达到最大值 95.6%。在温度为2℃、2/一3 ̄C的低温条件下,种子萌发缓 慢,完成萌发的时间较长,但最终萌发率均达到9O%以上 (图1,表1)。由此可知,梭梭种子在各个温度梯度下均能 萌发,且萌发率差异不显著,低温仅仅减缓了种子萌发速 率,延迟萌发时间,但是对最终的萌发率没有影响(表1)。 一 、_, 褂 ∞的∞∞加 O 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1O 11 时间(d) 图1 不同温度对梭梭种子萌发率的影响 表1不同温度对梭梭种子萌发的影响 2.2不同浓度NaCI溶液处理对梭梭种子萌发的影响 梭梭种子的萌发率与NaC1浓度整体呈反比,即随着NaCI 浓度的增加,梭梭种子的萌发率逐渐降低(图2,表2)。当 NaCI浓度低 ̄36#L时,梭梭种子的萌发率较高,基本处 于80%以上,且萌发速度较快。当NaC1浓度高7:36g/Ln ̄, 梭梭种子的萌发率逐渐呈下降趋势。当NaCI浓度高于 44g门L时,梭梭种子萌发速率显著下降。实验至第8d,将 未萌发的梭梭种子进行复水实验,种子萌发迅速且萌发 恢复率较高,将NaC1处理浓度低T36eCL时的梭梭种子进 行复水,最终发芽率均达到90%以上,将高浓度(44g/L、 52g/L、60g/L、68g/L)的NaC1处理下的种子进行复水,萌发 率增加至60%以上(图3,表2)。浓度高7:44g/L的NaC1溶 液中的梭梭种子萌发率和低T44g/L的NaC1溶液中的梭 23卷o7期 彭梦文等不同环境因子对梭梭种子萌发的影响 35 梭种子萌发率之间具有显著性差异,说明高浓度的NaCI 盐溶液抑制了种子萌发(表2)。 表2不同浓度NaCI溶液对梭梭种子萌发的影响 100 80 ,一、 60 瓣 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时间(d) 图2不同浓度NaCL对梭梭种子萌发率的影响 10o 90 —8O 啦《卜7O 酞 60 50 40 0 52 60 68 NacL浓度(g/L) 图3商浓度NaCL溶液下的梭梭种子复水后萌发率 2-3干旱胁迫对梭梭种子萌发的影响梭梭种子在不同 渗透势的PEG溶液中具有不同的萌发率,并且随着干旱 胁迫强度的增强,萌发率显著降低(表3)。在PEG溶液 渗透势为0MPa、一0.3MPa、一0.6MPa、一0.9MPa、一1.2MPa 时,梭梭种子在1—4d内萌发较快,随后种子萌发率缓慢 增长最终达到稳定值不再变化。PEG溶液渗透势为 一1.5MPa、一1.8MPa、一2.1MPa时,梭梭种子萌发速率显著下 降,且萌发率低。渗透势为一2.4MPa、一2.7MPa、一3.0MPa时 的萌发率为0(表3,图4)。实验至第8d,将未萌发的种子 进行复水试验,各个渗透势的PEG溶液下的梭梭种子, 绝大部分完成萌发,萌发率显著增加,并且基本在80% 左右(表3)。在PEG溶液浓度较高的条件下(渗透势为 一1.5MPa、一1.8MPa、一2.1MPa、一2.4MPa、一2.7MPa、一3.0MPa) 培养的种子,经复水试验后,最终也达到较高的萌发率 (图5)。在复水试验前,各个渗透势的PEG溶液下种子萌 发率不同,PEG溶液渗透势大于一1.5MPa时梭梭种子萌发 率与渗透势小于一1.5MPa时的种子萌发率之间差异显著, 渗透势在一1.5—一3.0MPa间梭梭种子萌发率之间差异不显 著,且均为0。解除PEG胁迫后,各个渗透势处理的梭梭种 子的萌发率差异显著,且渗透势在一1.5—一3.0MPa梭梭种 子都出现迅速萌发现象,说明干旱胁迫会抑制梭梭种子 的萌发(表3)。 表3干旱胁迫对梭梭种子萌发的影响 一 一 瓣 时间(d) 图4不同浓度PEG溶液对梭梭种子萌发率的影响 36 100 9O 一8O 、一 褂7O 6O 5O O -1.5 -i.8 —2.1 —2.4 —2.7 -3.0 渗透势(MPa) 图5高浓度PEG溶液下的梭梭种子复水后萌发率 3讨论与结论 3.1讨论种子萌发是植物生活史中的重要阶段,但 是此阶段在时间和环境条件上却存在很大的不可预测 性 ,气候变化间接影响植物变化n 。适宜温度是 荒漠植物种子萌发的先决条件,喜温的荒漠植物种子要 求的温度通常是15~25℃ ,不同的荒漠植物种子萌发 都有其最低、最适和最高温度。适温时,荒漠植物种子萌 发最快,萌发率也最高;温度较高时,种子萌发速度与适 温时相差不大,但发芽率则随温度升高而降低 ,本研究 结果表明,梭梭种子的最适萌发温度为20/15 ̄C和15/ lO℃,随着温度的降低,梭梭种子的萌发速率减慢,但各 个温度下的最终萌发率没有差异,均表现出高萌发率,说 明梭梭种子对于温度的适应范围较广,低温条件仅仅减 弱了种子萌发速率,推迟了种子完成萌发的时间,但最终 萌发率与最适温度下的最终萌发率无显著差异,梭梭在 低温环境下的萌发特性也许是利用了早春积雪融化时期 良好的土壤条件,从而在经历春季干燥期之前促进幼苗 的生长和木质化的形成。在低温条件下完成萌发,表现 出梭梭种子能够适应荒漠区恶劣环境,从而促进种子建 苗的萌发机制,这对植被在荒漠区成功建群具有很大的 意义。 我国西北干旱荒漠区降水稀少,蒸发强烈,导致盐分 聚留在土壤表层,形成大量盐渍化生境,盐渍化土壤使植 物的生长发育受到严重胁迫,并直接影响着荒漠植物种子 的活力和萌发 。较低的盐分对种子萌发影响不大,甚 至有一定的促进作用,究其原因,可能是低盐条件能够促进 细胞膜的渗透调节作用,也可能与微量的无机离子(如Na+) 激活了某些酶有关 t例。本研究表明梭梭种子在盐分较高 时,发芽率显著降低,复水后,在高盐分处理下的梭梭种子 萌发恢复率显著提高,说明盐分抑制了梭梭种子萌发,但大 部分梭梭种子仍具有萌发活力,当盐分被稀释时,即可完成 萌发,表现出梭梭种子具有一定的耐盐I生。 安徽农学通报,Anhui Agri.Sci.Bul1.2017.23(07) 水分是荒漠地区植物种子萌发的限制条件,不同土 壤含水量会导致荒漠木本植物种子萌发率和萌发速度 有显著差异 ,如内蒙古吉兰泰地区梭梭在萌发期降 水量减少的情况下,其种子萌发率显著降低,甚至不萌 发 。本研究结果也是如此,在干旱胁迫达到一定程度 时,梭梭种子表现出萌发速率缓慢,萌发率低甚至不萌 发的现象,经过复水后,萌发率显著提高。这与盐胁迫萌 发特征一致,不仅体现出梭梭种子具有一定的耐盐、耐旱 性,也体现了荒漠植物在长期的进化中形成了其独特的 种子萌发适应对策。当梭梭种子处于高盐分,较干旱的 环境条件下时,绝大部分种子不萌发且仍具有萌发活力, 当盐分被稀释、土壤含水量适宜时,种子即可完成萌发。 这种适应策略,不仅提高了荒漠种子的高效利用率,而且 种子萌发时间的不一致性,避免了因外界环境巨变造成 种群灭绝的危险,从而使物种能够在恶劣环境中成功建 群,这对实现治理荒漠化具有重要意义。 3.2结论萌发速率随萌发时温度的降低而减缓,各个 温度下的梭梭种子萌发率均达 ̄U90%以上,其中适宜萌 发温周期为20/15 ̄(2和15/10 ̄C,低温仅仅抑制了梭梭种子 的萌发速率,但并不影响种子的最终萌发率。(2)梭梭种 子萌发率随着NaC1浓度的升高而降低,当盐浓度大于 44g/L时,种子萌发率显著降低。经复水后,各个盐浓度 下的种子萌发恢复率均达 ̄1160%以上,说明较高盐条件 抑制了种子的萌发,但解除胁迫后,大部分梭梭种子仍具 有萌发活力。(3)梭梭种子萌发率随着PEG浓度的升高而 降低,当渗透势为一1.5MPa时,梭梭种子的萌发率显著降 低至15%。渗透势达到一2.4MPa时,种子不萌发,复水后, 种子的萌发率显著提高至70%以上,表明绝大部分梭梭 种子经历干旱胁迫后,仍具有较高的萌发活力。 参考文献 [1]HuangZY,ZhangXS,ZhengGH,et a1.Inlfuence of light,tempera— ture,salinity and storage on seed germination of Haloxylon ftm- modendron[J].Journal of Arid Environments,2003,55:453—464. 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