張 聃，曹 昀，2，鄭 林，2

（1.江西師范大學 地理與環(huán)境學院，南昌 330022；2.江西師范大學 鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室，南昌 330022）

種子萌發(fā)是植物生活史的重要階段，是植物種群自然更新的基礎［1］。在沙漠地區(qū)以水分對沙地植物種子萌發(fā)的影響最為突出，雨量大小、降雨頻率及土壤濕度是決定沙地植物種子萌發(fā)的重要生態(tài)因子［2］。開展水分脅迫對沙生植物種子萌發(fā)的影響研究，有助于深入理解沙生植物地理分布及其對沙漠環(huán)境的適應策略，同時對沙地生態(tài)系統(tǒng)保護和植被生態(tài)恢復具有重要意義。

濕地松（P.elliottii）原產(chǎn)于美國東南部暖熱潮濕的低海拔地區(qū)，屬常綠喬木，在我國南方分布較廣［3］。因其耐旱、耐貧瘠和固沙能力強等特性適合作為沙化土地生態(tài)系統(tǒng)重建的先鋒植物［4］。目前有關濕地松的研究主要集中在生理生態(tài)［3－5］、生長因子［6］、群落調(diào)控［7－9］和菌根應用［10－11］等方面，干旱脅迫下濕地松種子的生長研究亦有少量報道［12］，而關于濕地松種子萌發(fā)對水分的生態(tài)響應及萌發(fā)特性還尚未涉及。

本文采用聚乙二醇（PEG－6000）高滲溶液試驗模擬干旱脅迫的方法，分析濕地松種子萌發(fā)對不同水分脅迫的響應，探求其萌發(fā)率、萌發(fā)特性及耐旱極限值，從而為其抗旱機理的研究提供依據(jù)，同時也為沙地生態(tài)系統(tǒng)保護和植被生態(tài)恢復提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

濕地松種子由江西省南昌市林業(yè)局提供，于2010年4月采集于廣東，千粒重為30.79g。選取大小均勻、飽滿、無病蟲的濕地松種子室溫下儲藏備用。滲透調(diào)節(jié)劑采用的PEG－6000（化學純CP）由上海青析化工科技有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子預處理 濕地松種子在30℃溫水中浸泡24h后，去除浮在水面的壞種子和部分雜質(zhì)后浸入75%的酒精溶液中消毒處理20min，再用蒸餾水沖洗干凈后陰處晾干。

1.2.2 PEG－6000處理 采用 Michel和 Kaufmann方法［13］配制滲透勢梯度分別為－0.2MPa（C1）、－0.4MPa（C2）、－0.6MPa（C3）、－0.8MPa（C4）、－1.0MPa（C5）、－1.2MPa（C6）的 PEG－6000溶液，以蒸餾水作為對照CK對濕地松種子進行水分脅迫處理。采用培養(yǎng)皿紙上法進行種子萌發(fā)，每個培養(yǎng)皿（9cm）中都放3張吸水紙后再鋪上2張濾紙制成培養(yǎng)床。放入經(jīng)過預處理后的種子，然后分別注入等量各滲透梯度的PEG－6000脅迫溶液使得吸水紙飽和，鋪上濕布后置于LRH－250－GSⅡ人工氣候箱中培養(yǎng)（濕度為58%RH，溫度為25℃，光周期為8h光照／16h黑暗）。每個處理4次重復，每處理50粒種子。以后每天都要將培養(yǎng)皿中的吸水紙用相應濃度的PEG－6000溶液沖洗，以保持各自的溶液濃度恒定。每3天更換吸水紙，以防吸水紙霉變。1.2.3 生長指標測定 每天定時進行觀察測定，以胚芽露出種皮為標準，當4個重復中有1個種子萌發(fā)時，即記錄為該種子萌發(fā)開始時期，以后每日要統(tǒng)計萌發(fā)數(shù)，計算萌發(fā)率，并把已經(jīng)萌發(fā)的種子移植在其他同樣的環(huán)境中繼續(xù)觀察，當連續(xù)5d無新種子萌發(fā)作為萌發(fā)終止時期。同時以濕地松完全脫離種皮為標準認為其進入幼苗生長階段。主要選取以下生理指標作為研究內(nèi)容:（1）萌發(fā)率（%）＝（萌發(fā)終止時期全部正常萌發(fā)的種子數(shù)／供試種子數(shù)）×100%；（2）相對發(fā)芽率（%）＝（各處理發(fā)芽率／對照發(fā)芽率）×100%；（3）發(fā)芽勢（%）＝（規(guī)定時間內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)／供試種子數(shù)）×100%；（4）發(fā)芽指數(shù)（Gi（＝∑Gt／Dt，Gt:在時間t日的發(fā)芽數(shù)；Dt:相應的發(fā)芽日數(shù)；（5）幼苗高度（cm）；（6）根長（cm）；（7）生物量（g／株），隨機選取各處理發(fā)育完全的幼苗，用電子天平測其鮮重取平均值。1.2.4 數(shù)據(jù)處理 試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 11.5統(tǒng)計分析軟件進行差異顯著性檢驗，Excel 2003軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對濕地松種子萌發(fā)時間的影響

水分脅迫對濕地松種子萌發(fā)時間有不同程度的影響。CK的濕地松種子在第5天開始萌發(fā)，在第8～10天出現(xiàn)萌發(fā)高峰期，在第12天萌發(fā)基本完成。C1與CK的萌發(fā)時間基本相似，在第7～8天的萌發(fā)數(shù)反而超過CK，而后其萌發(fā)時間一直與CK保持相似，且累計萌發(fā)數(shù)和CK無顯著差異（p＞0.05）。但是隨著PEG－6000溶液濃度的升高，其余各處理的初始萌發(fā)時間逐步推遲。輕中度脅迫處理（C2、C3）與CK相比初始萌發(fā)時間僅推遲1d，重度脅迫處理（C4、C5）分別比CK的初始萌發(fā)時間推遲了4d和8 d（圖1）。

圖1 濕地松種子逐日萌發(fā)率

已有研究表明，發(fā)芽勢或發(fā)芽指數(shù)比發(fā)芽率更能靈敏地反映種子發(fā)芽速度和出苗整齊度［14］。在試驗第10天統(tǒng)計各處理發(fā)芽勢，在輕度水分脅迫下，C1、C2與CK相比不存在顯著性差異（p＞0.05），C1的發(fā)芽勢甚至比CK略高。但是隨著水分脅迫的加重，發(fā)芽勢急速下降，C4的發(fā)芽勢僅為3.5%，相當于CK的1／13，而且在C5時發(fā)芽勢就降至為0（圖2）。說明水分脅迫對濕地松種子萌發(fā)初期的影響較大。

圖2 濕地松種子發(fā)芽勢

各處理的發(fā)芽指數(shù)與CK相比均有不同程度的下降，且存在顯著性差異（p＜0.05），呈現(xiàn)明顯的負相關關系（圖3）。由此表明:各濃度的PEG－6000溶液處理會不同程度的延緩濕地松種子萌發(fā)的初始時間和降低萌發(fā)速度，在水分的輕中度脅迫下，推遲時間無差異或較短，隨著溶液濃度的升高，推遲時間延長，直至種子無法萌發(fā)。

圖3 濕地松種子發(fā)芽指數(shù)

2.2 水分脅迫對濕地松種子最終萌發(fā)率的影響

試驗結(jié)束后，水對照處理（CK）、輕度脅迫處理（C1、C2）與中重度脅迫處理（C3、C4、C5、C6）存在顯著差異或極顯著差異（p＜0.05或p＜0.01）。C2是一個臨界值，當溶液濃度小于或等于－0.4MPa，濕地松種子的萌發(fā)率與對照相比均差異不顯著（p＞0.05）；當溶液濃度大于－0.4MPa，濕地松種子萌發(fā)率極度下降且均小于35%，重度脅迫處理C5僅為5.5%，相當于CK的1／11，而C6的萌發(fā)率甚至直接降至為0（圖4）。以上結(jié)果表明:不同水分脅迫對濕地松種子的萌發(fā)均有不同程度的抑制作用，且萌發(fā)抑制程度隨著PEG－6000溶液的濃度升高而增加，因此濕地松種子萌發(fā)率與PEG－6000溶液濃度呈明顯的負相關。

為進一步了解濕地松種子萌發(fā)的耐旱范圍，假設濕地松種子的萌發(fā)率分別為30%和0%，代入線性回歸方程可以計算出種子萌發(fā)的耐旱臨界值和耐旱極限值。通過計算可以得出濕地松種子萌發(fā)的耐旱臨界值是－0.68MPa，耐旱極限值是－1.14MPa。

圖4 水勢對濕地松種子萌發(fā)率的影響

2.3 水分脅迫對濕地松幼苗高度和根長的影響

隨著水分脅迫的加重，各處理濕地松幼苗高度呈下降趨勢，水對照CK最大，為15.2cm，C1與CK相比無顯著性差異（p＞0.05），其余各處理間均成極顯著性差異（p＜0.01）；而根長卻呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢，輕度水分脅迫處理C1較CK有小幅增長，而后隨著水分脅迫的加重，根長均下降明顯（圖5）。

根系是植物生長重要的器官，水分的虧缺必然會影響根系的生長［15］。輕中度水分脅迫處理的幼苗根長與高度的比值基本上都維持在50%左右，表明濕地松根系對水分脅迫的敏感性較小；輕度水分脅迫處理（C1、C2）均比CK大，表明輕度水分脅迫促進濕地松根的生長（圖6）。沙生植物的一個普遍特點是通過發(fā)達根系增加與土壤的接觸面和吸收面來吸取水分維持自身供給［16］。這就說明在水分脅迫下濕地松首先保證根系的發(fā)育來適應干旱環(huán)境，因此濕地松具有一定的抗旱性。

圖5 濕地松幼苗高度和根長

圖6 濕地松幼苗根長／高度

2.4 水分脅迫對濕地松幼苗生物量的影響

輕中度脅迫處理（C1、C2、C3）的生物量均比CK低，但差別不大。隨著水分脅迫的加劇，重度脅迫處理（C4、C5、C6）的生物量驟降至0（圖7）。在 C4條件下濕地松種子僅能發(fā)芽，但是無法進入幼苗生長階段，因此造成無法對其統(tǒng)計生物量。建立線性回歸方程預測分析其在重度水分脅迫下的趨勢，在－1.07 MPa下濕地松的生物量就降至為0，這與耐旱極限值基本一致。

造成該現(xiàn)象的主要原因是在水分脅迫條件下，濕地松幼苗根系無法吸收足夠的水分來供給各器官的生長發(fā)育，導致其生物量的減少。重度脅迫處理（C4、C5、C6）的濕地松無法成苗也說明重度水分脅迫會對種子產(chǎn)生抑制作用迫使其進入淺度休眠狀態(tài)來適應極度干旱環(huán)境，但是否可以再度復水萌發(fā)還有待進一步研究。

圖7 濕地公幼苗生物量

3 結(jié)論

（1）水分脅迫抑制濕地松種子萌發(fā)，且抑制程度隨著PEG－6000溶液的濃度升高而增加，其耐旱臨界值是－0.68MPa，耐旱極限值是－1.14MPa。

（2）水分脅迫對濕地松萌發(fā)初期影響較大，會推遲其萌發(fā)時間，分別為1～8d不等。

（3）濕地松幼苗高度和根長會隨著水分脅迫的加重而下降，但是幼苗的根系在輕中度水分脅迫下生長較為穩(wěn)定，從而提高水分的吸收和利用效率，表現(xiàn)出對干旱的適應。

（4）水分脅迫抑制濕地松幼苗的生物量積累，在－0.8MPa時濕地松進入淺度休眠狀態(tài)來適應極度干旱環(huán)境，線性回歸方程預測在－1.07MPa下濕地松的生物量降至為0。

因此濕地松種子萌發(fā)階段具有一定的抗旱性，是一種適合作為沙化土地生態(tài)系統(tǒng)重建的先鋒植物。

［1］孫景寬，張文輝，張潔明，等.種子萌發(fā)期4種植物對干旱脅迫的響應及其抗旱性評價研究［J］.西北植物學報，2006，26（9）:1811－1818.

［2］張勇，薛林貴，高天鵬，等.荒漠植物種子萌發(fā)研究進展［J］.中國沙漠，2005，25（1）:106－112.

［3］張?zhí)?，任海，彭少麟，?濕地松的生態(tài)生物學特征［J］.生態(tài)科學，1999，18（2）:8－12.

［4］何興東.亞熱帶沙地濕地松造林的初步研究:以江西南昌市厚田和崗上地區(qū)為例［J］.中國沙漠，1993，13（1）:57－63.

［5］曾小平，趙平，彭少麟，等.三種松樹的生理生態(tài)學特性研究［J］.應用生態(tài)學報，1999，10（3）:275－278.

［6］張歡，束慶龍，孫倩，等.安徽農(nóng)業(yè)大學實驗林場濕地松枯死原因的分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2006，34（3）:470－471.

［7］譚芳林，林捷，張水松.沿海沙地濕地松林地土壤養(yǎng)分含量及酶活性研究［J］.林業(yè)科學，2003，39（1）:169－173.

［8］陳建文.濕地松杉木混交林試驗初探［J］.江西農(nóng)業(yè)大學學報，2001，23（5）:167－169.

［9］周國模，金崇華，章偉成.馬尾松、濕地松立體經(jīng)營的試驗研究［J］.自然資源學報，1998，13（3）:279－281.

［10］花曉梅，姜春前，劉國龍.我國南方松外生菌根資源調(diào)查［J］.南京林業(yè)大學學報，1995，19（3）:29－36.

［11］賈慧君，鄭槐明，李江南，等.穩(wěn)態(tài)營養(yǎng)與Pt菌根化在濕地松育苗中的應用［J］.林業(yè)科學，2004，40（1）:41－46.

［12］黃麟，葉建仁.保水劑對干旱脅迫下濕地松種子出苗的影響［J］.江西農(nóng)業(yè)大學學報，2007，29（3）:404－408.

［13］Burlyn E M，Merrill R K.The Osmotic Potential of Polyethylene Glycol 6000［J］.Plant Physiol，1973，51:914－916.

［14］馬小衛(wèi)，郭春會，羅夢.核殼、鹽和水分脅迫對長柄扁長種子萌發(fā)的影響［J］.西北林學院學報，2006，21（4）:69－72.

［15］宋鳳斌，戴俊英.玉米莖葉和根系的生長對干旱脅迫的反應和適應性［J］.干旱區(qū)研究，2005，22（2）:256－258.

［16］戶連榮，郎南軍，鄭科.植物抗旱性研究進展及發(fā)展趨勢［J］.2008，36（7）:2652－2654.