褚希彤，付娟娟，孫永芳，益西措姆，苗彥軍，許岳飛，呼天明

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院，陜西 楊凌 712100； 2.西藏農(nóng)牧學(xué)院植物科學(xué)學(xué)院，西藏 林芝 860000)

嵩草屬(Kobresia)植物為莎草科中的苔草亞科，屬寒冷中生、濕中生和旱中生多年生密叢短根莖地下芽草本植物，主要分布于北半球的溫帶至寒帶，為北溫帶分布的屬[1]，常見于海拔2 000～5 000 m[2]，適宜生長于高山草甸。長期的自然選擇過程使嵩草適應(yīng)高寒環(huán)境，能在高寒草甸形成優(yōu)勢群體[3]。

嵩草屬的牧草是青藏高原主要的優(yōu)良牧草和生態(tài)草種，其良好生長對維持青藏高原地區(qū)的生態(tài)平衡具有十分重要的意義。長期以來，不合理的人類活動，如過度放牧和濫采濫挖等，使得草地退化嚴重，對畜牧業(yè)生產(chǎn)造成了很大的影響，加之嵩草種子種皮較堅硬[4]，野外發(fā)芽率較低，嵩草草甸退化日趨嚴重。本研究以青藏高原高寒草甸不同海拔梯度的四川嵩草(K.setchwanensis)、喜馬拉雅嵩草(K.royleana)、藏北嵩草(K.littledalei)、線葉嵩草(K.capillifolia)和高山嵩草(K.pygmaea)為對象，分析不同浸種處理對5種嵩草種子萌發(fā)機制的影響，旨在為青藏高原地區(qū)嵩草種子發(fā)芽提供新的方法，以降低栽培草地建植成本，保護西藏優(yōu)質(zhì)野生牧草資源，為西藏地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和畜牧業(yè)發(fā)展提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1試驗材料 供試材料為來源于海拔2 900～5 200 m的西藏那曲地區(qū)的四川嵩草(2 918 m)、喜馬拉雅嵩草(5 200 m)、藏北嵩草(4 744 m)、線葉嵩草(4 125 m)和高山嵩草(4 645 m)。于2011年9月采集后室內(nèi)貯藏，2012年4月用于發(fā)芽試驗。

1.2試驗方法 將每種嵩草分別取一定量分裝于3個燒杯中，然后用質(zhì)量分數(shù)為1.0%的NaClO溶液處理1 min后取出，用蒸餾水清洗干凈備用，再分別采用化學(xué)和物理方法處理。

1.2.1化學(xué)方法處理 KNO3溶液浸種：每種嵩草種子取一定量分裝于3個燒杯中，分別加入濃度為0.1%、0.2%和0.3%的KNO3溶液，浸泡12 h后取出[5]，用蒸餾水沖洗干凈并用濾紙吸凈表面水分用于發(fā)芽試驗。

H2SO4浸泡：每種嵩草種子取一定量分裝于3個燒杯中，加入濃度為70%的H2SO4分別浸泡1、2和5 min后取出[6]，用蒸餾水沖洗干凈并用濾紙吸凈表面水分用于發(fā)芽試驗。

NaOH溶液浸泡：每種嵩草種子取一定量分裝于3個燒杯中，分別加入濃度為20%、40%和60%的NaOH溶液，浸泡2 h后取出[7]，用蒸餾水沖洗干凈并用濾紙吸凈表面水分用于發(fā)芽試驗。

1.2.2物理方法處理

溫水浸種處理：將每種嵩草種子取一定量分裝于3個燒杯中，加蒸餾水至沒過種子，分別在50、60和70 ℃恒溫水浴箱中浸泡1 h，并在加熱過程中不斷攪拌，保證種子均勻受熱后，取出使其自然冷卻到室溫，用蒸餾水沖洗干凈并用濾紙吸凈表面水分用于發(fā)芽試驗。

1.2.3發(fā)芽指標測定方法

將處理后的嵩草種子，每種隨機數(shù)取150粒，3個重復(fù)，采用紙上發(fā)芽法(TP)，將培養(yǎng)皿放入培養(yǎng)箱進行發(fā)芽試驗(10 h光期+14 h暗期，光強100 μmol·m-2·s-1，相對濕度60%，溫度25 ℃)。從第5 天開始，每24 h統(tǒng)計一次正常發(fā)芽數(shù)，至第10天結(jié)束。依次計算種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率。

發(fā)芽勢=[發(fā)芽數(shù)(第5天)/供試種子數(shù)]×100%；

發(fā)芽率=[發(fā)芽數(shù)(第10天)/供試種子數(shù)]×100%。

第10天發(fā)芽結(jié)束后，從每個培養(yǎng)皿中隨機選取5株(不足5株全部計算在內(nèi))發(fā)芽的種子，用最小刻度為1 mm的尺子測量其根長、苗長。

1.2.4數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采用DPS 7.05軟件進行差異顯著性分析和多因素方差分析，試驗結(jié)果均以平均值±SD表示。

2 結(jié)果與分析

2.1不同種嵩草發(fā)芽情況比較 四川嵩草初期發(fā)芽整齊，發(fā)芽勢顯著高于其他4 種嵩草(P<0.05)(表1)。5種嵩草種子發(fā)芽率依次為四川嵩草>喜馬拉雅嵩草>藏北嵩草>線葉嵩草>高山嵩草。其中，僅有線葉嵩草和高山嵩草發(fā)芽率差異不顯著。除高山嵩草沒有發(fā)芽外，其余4種嵩草幼苗的苗長和根長以喜馬拉雅嵩草為最高，分別達到13.34和8.48 mm。

表1 5種嵩草種子發(fā)芽情況比較Table 1 Comparison of germination of five Kobresia species

2.2不同處理對5種嵩草種子發(fā)芽勢的影響 多因素方差分析表明，除各種間發(fā)芽勢差異顯著(P<0.05)之外，4種不同處理(KNO3、H2SO4、NaOH和溫水)和對應(yīng)濃度、溫度及浸泡時間亦對5種嵩草種子發(fā)芽勢有顯著影響(P<0.05)(表2)。

NaOH處理5種嵩草種子均能得到較好的效果(圖1)。NaOH溶液浸泡處理四川嵩草，發(fā)芽勢比對照提高了40.67%。3種不同濃度NaOH溶液對藏北嵩草發(fā)芽勢影響較大，較對照分別顯著提高了28.00%、35.34%和40.67%(P<0.05)，且藏北嵩草發(fā)芽勢隨著NaOH濃度的升高而升高；線葉嵩草種子經(jīng)20%、40%和60%的NaOH溶液處理后，發(fā)芽勢由0分別提高到了14.00%、12.00%和14.00%，組間無顯著差異(P>0.05)；20%的NaOH溶液浸泡高山嵩草種子使其發(fā)芽勢由0提高到2.67%，顯著高于對照(P<0.05)。低濃度KNO3對提高四川嵩草和喜馬拉雅嵩草種子發(fā)芽勢有顯著作用(P<0.05)。

2.3不同處理對5種嵩草種子發(fā)芽率的影響 方差分析表明，種間差異是影響5種嵩草種子發(fā)芽率差異最重要的因素(表2)。4種不同試劑(KNO3、H2SO4、NaOH和溫水)和處理的濃度、溫度及浸泡時間對5種嵩草種子發(fā)芽率的影響顯著(P<0.05)。

表2 不同處理對5種嵩草發(fā)芽及幼苗的影響Table 2 Effects of different treatments on seed germination and seeding of five Kobresia

圖1 不同處理對5種嵩草種子發(fā)芽勢的影響Fig.1 Influences of different treatments on germination potential of five species of Kobresia seeds

四川嵩草未經(jīng)處理時發(fā)芽率很高，達到92.00%。濃度為20%的NaOH溶液和60、70 ℃溫水處理四川嵩草后，發(fā)芽率分別降至82.67%、24.67%和0.67%，與對照差異顯著(P<0.05)(圖2)。

與四川嵩草發(fā)芽率相似，經(jīng)40%的NaOH浸種后，藏北嵩草種子發(fā)芽率達到最高，顯著高于對照(41.33%)(P<0.05)。用濃度為20%的NaOH處理線葉嵩草和高山嵩草均顯著提高了其發(fā)芽率，分別提高了25.33%和8.67%(P<0.05)(圖2)。

就不同處理而言，3個濃度的NaOH溶液均抑制了喜馬拉雅嵩草種子的發(fā)芽，且濃度由高到低，抑制作用增強。當NaOH溶液濃度為20%時，喜馬拉雅嵩草種子發(fā)芽率僅有0.7%，大部分種子發(fā)霉變質(zhì)，較對照組發(fā)芽率極顯著降低了52.6%(P<0.01)。不同的試劑及濃度、溫度和處理時間的不同并不能提高喜馬拉雅嵩草的發(fā)芽率。

圖2 不同處理對5種嵩草種子發(fā)芽率的影響Fig.2 Influences of different treatments on germination rate of five species of Kobresia seeds

2.4不同處理對5種嵩草苗長的影響 種間差異和4種不同處理對苗長的影響達到顯著水平(P<0.05)，試劑濃度、溫度和浸泡時間對5種西藏嵩草幼苗苗長的影響未達到顯著水平(表2)。

NaOH溶液浸泡是提高嵩草種子幼苗苗長最好的方法，將5種嵩草苗長提高到13.00 mm以上。20%的NaOH浸泡將四川嵩草幼苗苗長由11.05 mm提高到13.91 mm；濃度為40%的NaOH溶液浸泡藏北嵩草和線葉嵩草分別將其幼苗苗長由10.15和3.70 mm分別提高到17.16和14.38 mm；60%的NaOH溶液浸泡將喜馬拉雅嵩草和高山嵩草苗長由13.34、0 mm分別提高到18.17和14.00 mm。與60%的NaOH對高山嵩草苗長的作用一樣，50 ℃溫水處理亦將其幼苗長度提高了14.00 mm(圖3)。

2.5不同處理對5種嵩草種子根長的影響 3種因素對嵩草幼苗根長的影響均達到了顯著水平(P<0.05)(表2)。線葉嵩種子經(jīng)NaOH溶液處理后，幼苗根長隨著NaOH溶液濃度的增加而降低，但顯著高于對照及其余3種試劑處理下的幼苗根長。40%的NaOH溶液處理藏北嵩草，根長平均值達到6.27 mm，顯著高出對照2.68 mm(圖4)。

70%的H2SO4浸泡1 min以及50 ℃溫水處理后，高山嵩草幼苗長度分別達到16.00和13.30 mm，顯著高于其余處理方式下的幼苗根長(P<0.05)(圖4)。

3 討論

本研究表明，種間的遺傳差異是造成5種嵩草種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率差異最主要的因素，不同處理對5種嵩草種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響亦達到了顯著水平(P<0.05)。由李希來[8-9]對矮嵩草和高山嵩草種子解剖特征的研究可知，嵩草屬種子體積小，但果皮最外層表皮的厚壁細胞腔較大，將胚深埋于胚乳之中，保護組織堅硬，機械性強。嵩草屬種子以上特性體現(xiàn)了其耐寒性和耐旱性，是適應(yīng)高寒生態(tài)環(huán)境的結(jié)果，但同時也限制了種子的發(fā)芽，使胚和胚乳不易獲得足夠的水分和氧氣。另外，堅硬致密的保護組織雖有利于嵩草屬種子抵御嚴寒和外力破壞，但同時也限制了胚根和胚芽穿破保護組織，這也是造成嵩草屬種子在自然條件下發(fā)芽率極低的原因之一[10]。由張國云等[11]的研究可知，本試驗中NaOH對嵩草種子發(fā)芽率的提高作用或許是因為其果皮結(jié)構(gòu)被破壞。

圖3 不同處理對5種西藏嵩草幼苗苗長的影響Fig.3 Influences of different treatments on shoot length of five species of Kobresia seedlings

圖4 不同處理對5種嵩草幼苗根長的影響Fig.4 Influences of different treatments on root length of five species of Kobresia seedlings

本研究所用濃度為40%的NaOH溶液對提高四川嵩草以及藏北嵩草種子的發(fā)芽率效果最佳，而對線葉嵩草和高山嵩草而言，NaOH溶液最佳濃度為20%。以上結(jié)果與前人研究的NaOH對短軸嵩草(K.vidua)[12]和對四川嵩草[13]種子發(fā)芽的結(jié)果一致。

適當濃度的KNO3預(yù)處理可以控制嵩草種子緩慢吸水，讓種子停留在吸脹階段一段時間，使之處于欲發(fā)芽狀態(tài)，提高種子活力，促進嵩草種子發(fā)芽。本研究表明，低濃度KNO3溶液對嵩草種子發(fā)芽勢有一定的提高作用。孫杰等[14]在對野牛草(Buchloedactyloides)休眠因素分析中也得出了類似結(jié)論。

有研究指出[15]，部分嵩草種子萌發(fā)屬于緩慢型，緩慢型萌發(fā)屬于試探性發(fā)芽，這種萌發(fā)機制可以增加某些植物種的定居成功率，降低種子和幼苗的死亡率[16-17]。實驗室條件下，用不同溫度蒸餾水浸種，模擬自然條件下適宜發(fā)芽溫度對嵩草種子試探性萌發(fā)的作用，以達到提高西藏嵩草種子發(fā)芽率的目的，但隨著水溫的升高，達到60和70 ℃時，幾乎所有的嵩草種子都不能發(fā)芽。以上結(jié)果與呂玉蘭等對熱水溫度對野生豆科草種種子的萌發(fā)有促進作用[18]的結(jié)論相悖，原因可能是由于莎草科與豆科種子本身的差異所致，但具體原因有待進一步研究。

4種不同處理對青藏高原不同海拔的5種嵩草種子苗長、根長的影響顯著(P<0.05)。NaOH浸泡是提高嵩草種子苗長最好的方法，將5種嵩草幼苗苗長提高到13.00 mm以上。另外，70%的H2SO4和50 ℃溫水處理后的高山嵩草，發(fā)芽率不僅得到提高，根長也與對照組差異達到顯著水平(P<0.05)。

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