趙明坤 莫本田 王普昶等

摘要[目的]研究火棘種子萌發(fā)對(duì)干旱脅迫和土壤埋藏深度的響應(yīng)。[方法]以火棘為研究對(duì)象，用PEG模擬干旱脅迫，研究種子萌發(fā)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)特征，并對(duì)不同土壤埋藏深度下的出苗率進(jìn)行測(cè)定。[結(jié)果]結(jié)果表明，火棘種子初始萌發(fā)時(shí)間和平均萌發(fā)時(shí)間均隨干旱脅迫的增強(qiáng)而增加，種子最終萌發(fā)率隨干旱脅迫的增強(qiáng)呈下降趨勢(shì)；0～20%PEG濃度下種子萌發(fā)；土壤對(duì)火棘種子的適宜埋藏深度為0～1 cm，最適埋深為0 cm。[結(jié)論]種子在播種前可以用適量濃度PEG溶液進(jìn)行引發(fā)處理，并選擇合適的播種深度以提高種子萌發(fā)率、出苗率及出苗整齊率。

關(guān)鍵詞火棘；種子萌發(fā)；干旱脅迫；埋藏深度；響應(yīng)

中圖分類號(hào)S718.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）28-187-03

The Response of Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li Seed Germination to Drought Stress and Soil Burial Depth

ZHAO Mingkun，MO Bentian， WANG Puchang* et al

（Guizhou Prataculture Institute， Guiyang， Guizhou 550006 ）

Abstract[Objective] The response of Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li seed germination to drought stress and soil burial depth was studied.[Method] This paper took P.fortuneana （Maxim.） Li as the research object， the response characteristics of the seal germination to drought stress with PEG and under different soil burial depth were studied. [Result] The results showed that the P.fortuneana （Maxim.） Li seeds germination rate always showed a trend of decline with the increase of drought stress. The initial seed germination time and mean germination time enhanced with the drought stress increased. The seed germinated in 0-20% PEG concentration. The suitable burial depth range was in 0-1 cm about the soil to the P.fortuneana （Maxim.） Li seeds ， the optimal sowing depth was 0 cm. [Conclusion] Seeds can be triggered with appropriate concentration PEG solution before sowing， and the suitable sowing depth to promote seed germination，seedling emergence and neat emergence rate should be selected.

Key wordsPyracantha fortuneana （Maxim.） Li； Seed germination； Drought stress； Burial depth； Response

我國(guó)西南喀斯特地區(qū)是全球喀斯特集中分布區(qū)面積最大、喀斯特發(fā)育最強(qiáng)烈、生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱的典型地區(qū)[1-3]。如同世界其他脆弱生態(tài)系統(tǒng)，喀斯特區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)或正在遭受自然和人為因素不同程度的干擾和破壞，進(jìn)而導(dǎo)致石漠化[4-6]。火棘[Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li]為常綠灌木或小喬木，高可達(dá)3 m，是西南喀斯特地區(qū)廣泛分布的鄉(xiāng)土灌木之一，由于其具有突出的耐干旱、耐貧瘠、耐火燒、耐刈割等生態(tài)特性[7-8]，而成為該區(qū)石漠化植被恢復(fù)過(guò)程的先鋒物種。已有研究表明，成熟的火棘表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱性[9-10]，具有較高的結(jié)實(shí)率，但成活幼苗稀少，種群更新能力較低，種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)成為限制種群更新與發(fā)展的重要階段。因此，開(kāi)展干旱環(huán)境下火棘種子萌發(fā)對(duì)策研究，對(duì)該資源的開(kāi)發(fā)及石漠化地區(qū)植被恢復(fù)和重建具有重要理論和實(shí)踐意義。

水分是種子萌發(fā)的必需因素，當(dāng)水分條件不能滿足種子萌發(fā)所需時(shí)，種子萌發(fā)則會(huì)受到干旱脅迫[11-12]。在我國(guó)西南喀斯特石漠化地區(qū)，生態(tài)環(huán)境非常脆弱，由于長(zhǎng)期巖溶作用，土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，地表水流失嚴(yán)重，干旱成為制約植物分布和生長(zhǎng)的主要因素。干旱脅迫下種子萌發(fā)特性對(duì)幼苗成活和生長(zhǎng)及個(gè)體適合度至關(guān)重要。并且由于石漠化地區(qū)巖石裸露和水土流失等原因，種子常在土壤中處于移動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)常被埋藏在土壤下或暴露于土壤表層，土壤埋藏可以通過(guò)對(duì)土壤溫度、水分和光照等的綜合調(diào)控來(lái)影響種子萌發(fā)和出苗[13]。

目前，關(guān)于火棘種子萌發(fā)對(duì)干旱脅迫響應(yīng)及出苗對(duì)土壤埋藏深度響應(yīng)的研究較少。該文以火棘為研究對(duì)象，用PEG模擬干旱脅迫，研究其種子萌發(fā)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)特征，并對(duì)不同土壤埋藏深度下的出苗率進(jìn)行測(cè)定，探討火棘對(duì)石漠化環(huán)境的適應(yīng)性機(jī)理，為火棘研究補(bǔ)充基礎(chǔ)材料。

1材料與方法

1.1研究地概況與供試材料

種子采集地為貴州省普定縣，處于安順市西北部，地理坐標(biāo)為105°27′～105°58′ E，26°9′～26°31′ N，海拔1 100～1 600 m，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，全年氣候溫和，年平均氣溫15.1 ℃，極端最高氣溫34.7 ℃，極端最低氣溫-11.1 ℃，年平均降雨量為1 378.2 mm，降水主要集中在5～9月，有典型的喀斯特地貌，森林覆蓋率為23.2%，土壤以石灰土和黃壤為主，植被類型多樣。

該研究供試材料為2012年秋在貴州省普定縣附近山坡采集的火棘種子。將所采集種子在實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，選取飽滿、無(wú)病蟲害的種子用于試驗(yàn)。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1種子萌發(fā)試驗(yàn)。

采用聚乙二醇（PEG6000）溶液模擬干旱脅迫，設(shè)置5%、10%、15%、20%、25%、30%共6個(gè)PEG濃度，以蒸餾水作對(duì)照（CK），共7個(gè)處理。萌發(fā)試驗(yàn)在2013年3月份進(jìn)行，試驗(yàn)開(kāi)始前，將種子用0.2%高錳酸鉀消毒10 min，用蒸餾水沖洗數(shù)遍，洗凈，備用。試驗(yàn)所用發(fā)芽床是鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿，每個(gè)培養(yǎng)皿加入5 ml PEG溶液，擺入50粒種子，共4個(gè)重復(fù)。萌發(fā)試驗(yàn)是在恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行的，光照條件為10 h光照和14 h黑暗循環(huán)進(jìn)行。每3 d更換1次濾紙，以保持水勢(shì)恒定，中間相隔那天稍加幾滴蒸餾水以防培養(yǎng)皿內(nèi)干燥，發(fā)芽期間每日統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)，并觀察記錄種子萌發(fā)情況，將種子露出種皮作為判斷種子是否萌發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)連續(xù)10 d不再有種子萌發(fā)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。計(jì)算公式如下：

萌發(fā)率=（萌發(fā)種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

萌發(fā)開(kāi)始時(shí)間：從播種到第1粒種子萌發(fā)所需的時(shí)間

萌發(fā)持續(xù)時(shí)間：開(kāi)始萌發(fā)到萌發(fā)結(jié)束所需的時(shí)間

平均萌發(fā)時(shí)間（MTG）=∑（ni×di）/N

式中，ni是第i天的萌發(fā)數(shù)；di是第i次觀察天數(shù)；N是萌發(fā)持續(xù)時(shí)間。

1.2.2種子出苗率測(cè)定。

所有土壤深度埋藏試驗(yàn)包括3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30粒種子，播種深度為0、1、2、3、5、7 cm共6個(gè)處理，在高11 cm，孔徑15 cm的塑料花盆中進(jìn)行，盆底穿孔并鋪有1層礫石以保證正常排水。試驗(yàn)期間每天澆水，并對(duì)出苗種子進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)束后，計(jì)算出苗率。計(jì)算公式如下：

出苗率=（出苗數(shù)/總播種粒數(shù)）×100%

出苗開(kāi)始時(shí)間：從播種到第1顆幼苗出土所需的時(shí)間

平均出苗時(shí)間（MTE）=∑（ni×di）/N

式中，ni是第i天的出苗數(shù)；di是第i次觀察天數(shù)；N是出苗持續(xù)時(shí)間。

1.3數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)結(jié)束后，使用Excel表格結(jié)合SPSS13.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)，并對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（OneWay ANOVA）和圖表分析，采用5%水平的顯著性比較不同干旱脅迫和不同土壤埋藏深度下的萌發(fā)和出苗參數(shù)差異，試驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2結(jié)果與分析

2.1火棘種子萌發(fā)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)

試驗(yàn)結(jié)果表明（圖1a、b），火棘種子萌發(fā)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，萌發(fā)曲線較平緩，種子最終萌發(fā)率隨PEG濃度的升高呈下降趨勢(shì)，CK（無(wú)干旱脅迫）處理下種子萌發(fā)率最高，為30.00%，隨后依次是5%PEG、15%PEG、10%PEG、20%PEG。5%PEG和15%PEG濃度下，萌發(fā)率分別為22.00%和20.67%，萌發(fā)率差異不顯著，但兩者與對(duì)照相比，具有顯著差異（P<0.05）；10%PEG和20%PEG處理下火棘種子萌發(fā)率顯著降低，分別為13.33%和5.33%，與對(duì)照相比，分別降低了16.67%和24.67%，與對(duì)照處理萌發(fā)率具有顯著差異（P<0.05），25%PEG和30%PEG濃度下，火棘種子萌發(fā)率為0。

由表1可知，火棘種子平均萌發(fā)時(shí)間隨干旱脅迫程度的加劇整體呈上升趨勢(shì)，5% PEG處理下，種子平均萌發(fā)時(shí)間最短，為19.50 d，20% PEG處理下，種子平均萌發(fā)時(shí)間最長(zhǎng)，為26.11 d，除對(duì)照和5%PEG處理之間無(wú)顯著差異外，其他各處理之間種子平均萌發(fā)時(shí)間具有顯著差異。隨PEG濃度升高，種子萌發(fā)準(zhǔn)備期變長(zhǎng)，CK處理和5%PEG處理中，火棘種子分別于第8天和第9天開(kāi)始萌發(fā)，10%PEG和15%PEG濃度下，種子萌發(fā)開(kāi)始時(shí)間分別為第13天和第14天，20%PEG處理下，則延長(zhǎng)到第19天開(kāi)始萌發(fā)。

2.2火棘出苗對(duì)土壤埋藏深度的響應(yīng)從圖2和表2可以看出，火棘只有在0 cm和1 cm埋藏深度下，有幼苗出土，2～7 cm埋藏深度下，在試驗(yàn)期內(nèi)，無(wú)幼苗出土情況。0 cm和1 cm埋藏深度下，火棘幼苗出土率分別為10.00%和6.67%，兩者之間無(wú)顯著差異，平均出苗時(shí)間為16.17和24.17 d，與0 cm相比，1 cm下，平均出苗時(shí)間顯著增加。不同埋藏深度火棘出苗率曲線具有相同的變化趨勢(shì)，都呈現(xiàn)階段性增加趨勢(shì)。0 cm土壤埋深下，火棘在第12天幼苗開(kāi)始出土，而1 cm下，幼苗出土?xí)r間為第21天。

3討論

3.1干旱脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響

種子萌發(fā)是植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，種子在萌發(fā)階段的耐旱情況對(duì)幼苗建植和植物個(gè)體的生存具有重要影響。干旱脅迫主要是通過(guò)水分滲透效應(yīng)影響種子萌發(fā)過(guò)程，種子因吸收不到足夠的所需水分其萌發(fā)速率和萌發(fā)率延緩。PEG作為一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，常用來(lái)模擬干旱脅迫，不同濃度的PEG溶液對(duì)植物細(xì)胞滲透壓的調(diào)節(jié)不同，使得種子萌發(fā)面臨不同程度的生理干旱，導(dǎo)致種子萌發(fā)和生長(zhǎng)狀況不同[14]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，火棘種子總萌發(fā)率隨著干旱脅迫的增加，呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，干旱脅迫抑制了種子萌發(fā)率和萌發(fā)速率，低濃度PEG處理下，植物會(huì)通過(guò)脯氨酸和可溶性糖等滲透

調(diào)節(jié)物質(zhì)的改變來(lái)維持一定的細(xì)胞膨壓，保證種子萌發(fā)生理過(guò)程能夠順利進(jìn)行[11]，可以改變可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸的含量，改善滲透平衡，對(duì)細(xì)胞膜進(jìn)行修復(fù)，從而影響種子萌發(fā)和生長(zhǎng)[14]。隨著干旱脅迫程度加劇，種子開(kāi)始萌發(fā)時(shí)間和平均萌發(fā)時(shí)間呈上升趨勢(shì)，種子萌發(fā)準(zhǔn)備期延長(zhǎng)，干旱脅迫延緩了種子萌發(fā)進(jìn)程，這可能由于種子要積累足夠多的水分才能萌發(fā)，這種萌發(fā)機(jī)制有利于提高幼苗存活率，減少死亡風(fēng)險(xiǎn)。

火棘種子萌發(fā)受到自身生物特性的影響，并且反映出對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。成熟干燥的種子水分含量很低，生理活動(dòng)微弱，種子吸脹吸水后，開(kāi)始萌發(fā)，因此種子含水量越大，種子吸收速率、吸水率和水分利用效率越高，越有利于種子順利萌發(fā)和生長(zhǎng)。并且在石漠化地區(qū)，雖然常有降雨，但由于蒸發(fā)較快及特有的地形地貌特點(diǎn)和土壤結(jié)構(gòu)變化等原因，使得干旱頻發(fā)，不能滿足植物生長(zhǎng)所需?；鸺跓o(wú)干旱脅迫下，種子萌發(fā)率為30.00%，隨PEG濃度升高，萌發(fā)率下降，種子開(kāi)始萌發(fā)時(shí)間從第8天延遲到第19天，種子萌發(fā)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

3.2土壤埋藏深度對(duì)火棘出苗的影響

土壤埋藏深度是影響種子萌發(fā)和幼苗建植的又一重要因素，對(duì)種子萌發(fā)和幼苗出土具有有益條件也有不利因素，播種深度太淺，表面水分蒸發(fā)快，并易被極端環(huán)境條件傷害和動(dòng)物采食；一定的埋藏深度，可以改善種子萌發(fā)的環(huán)境，促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗出土，但土壤埋藏過(guò)深，水分供應(yīng)、晝夜溫度波動(dòng)和光照都會(huì)受到限制，從而阻礙種子萌發(fā)和幼苗出土，也有一部分種子受環(huán)境因素的影響，進(jìn)入休眠狀態(tài)，形成土壤種子庫(kù)[14]。在石漠化環(huán)境中，因?yàn)榻涤隂_刷和水土的移動(dòng)性，種子時(shí)常處于土埋和暴露情況下，在陰雨天氣，土壤表面種子受到雨水滋潤(rùn)，較快萌發(fā)，而在晴朗天氣，種子暴露在空氣中，受到陽(yáng)光暴曬，會(huì)因?yàn)闆](méi)有足夠水分，導(dǎo)致其不萌發(fā)或很少萌發(fā)，因而需要一定的土壤覆蓋，營(yíng)造適宜種子萌發(fā)的光照、土壤溫度和水分[15-21]。

該研究中，火棘只有在0 cm和1 cm埋藏深度下有幼苗出土，2～7 cm埋藏深度下，在試驗(yàn)期內(nèi)，無(wú)幼苗出土情況。在≥2 cm的埋藏深度下，無(wú)幼苗出土，可能是由于火棘種子萌發(fā)對(duì)光的敏感性較強(qiáng)，土壤表層的種子更能感受到光照變化，有利于種子萌發(fā)和出苗。

43卷28期趙明坤等火棘種子萌發(fā)對(duì)干旱脅迫和土壤埋藏深度的響應(yīng)

4結(jié)論

火棘種子初始萌發(fā)時(shí)間和平均萌發(fā)時(shí)間均隨干旱脅迫的增強(qiáng)呈增加趨勢(shì)，萌發(fā)率隨干旱脅迫的增強(qiáng)總體呈下降趨勢(shì)，0～20%PEG濃度下種子萌發(fā)，火棘種子的適宜埋藏深度范圍為0～1 cm，最適埋深為0 cm。

該研究結(jié)果對(duì)火棘資源開(kāi)發(fā)利用具有指導(dǎo)作用，種子在播種前可以用適量濃度PEG溶液進(jìn)行引發(fā)處理，并選擇合適的播種深度以提高種子萌發(fā)率、出苗率及出苗整齊率。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫凡，徐圣旺，姚小華.黔中典型喀斯特地區(qū)季節(jié)性石漠化動(dòng)態(tài)研究[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，34（2）：9-16.

[2] 劉建忠，郭穎，王六平，等.貴州喀斯特石漠化地區(qū)生態(tài)修復(fù)現(xiàn)狀及治理措施[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（19）：11684-11686.

[3] 郭柯，劉長(zhǎng)成，董鳴.我國(guó)西南喀斯特植物生態(tài)適應(yīng)性與石漠化治理[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，35（10）：991-999.

[4] 劉叢強(qiáng).生物地球化學(xué)過(guò)程與地表物質(zhì)循環(huán)：西南喀斯特土壤-植被系統(tǒng)生源要素循環(huán)[M].北京：科學(xué)出版社，2009：45-46.

[5] 吳士章，唐金剛，戚燕強(qiáng).巖溶地區(qū)石漠化成因研究及防治措施：以貴州省普定縣為例[J].貴州教育學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，19（9）：20-25.

[6] 李森，魏興琥，張素紅，等.典型巖溶山區(qū)土地石漠化過(guò)程：以粵北巖溶山區(qū)為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（3）：674-684.

[7] 蔡金滕，丁筑紅.貴州省火棘資源調(diào)查研究[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，1994（4）：52-55.

[8] 袁瑾，李風(fēng)起，鐘惠民.野生植物青刺尖和火棘果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)成分[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2002，11（2）：63-64.

[9] 肖姣娣.火棘幼苗生理生化特性對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（11）：14-16.

[10] 徐偉君，馬璐.火棘種子發(fā)芽試驗(yàn)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（29）：14453-14455.

[11] 李明，王根軒.干旱脅迫對(duì)甘草幼苗保護(hù)酶活性及脂質(zhì)過(guò)氧化作用的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，22（4）：503-507.

[12] 史薇，徐海量，趙新風(fēng).脹果甘草種子萌發(fā)對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（8）：2112-2117.

[13] 熊紅福，王世杰，容麗，等.極端干旱對(duì)貴州省喀斯特地區(qū)植物的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22（5）：1127-1134.

[14] 段慧榮，李毅，馬彥軍.PEG 脅迫對(duì)沙冬青種子萌發(fā)過(guò)程的影響[J].水土保持研究，2011，18（3）：221-225.

[15] 宋倩，李志輝，童方平，等.黧蒴栲種源種子發(fā)芽的生理生化特性研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（7）：6-11.

[16] 郝文芳，趙潔，蔡彩虹，等.3 種胡枝子抗氧化酶和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)干旱和增強(qiáng)UVB 輻射的動(dòng)態(tài)響應(yīng)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33（8）：2349-2358.

[17] 宋麗華，劉雯雯，陳淑芬.PEG處理對(duì)臭椿種子萌發(fā)的影響[J].農(nóng)業(yè)科學(xué)研究，2005，26（4）：25-29.

[18] 李寧，白冰，魯長(zhǎng)虎.植物種群更新限制：從種子生產(chǎn)到幼樹(shù)建成[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31（21）：6624-6632.

[19] 李彥嬌，包維楷，吳福忠.岷江干旱河谷灌叢土壤種子庫(kù)及其自然更新潛力評(píng)估[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（2）：399-407.

[20] 吳芹，張光燦，裴斌，等.3個(gè)樹(shù)種對(duì)不同程度土壤干旱的生理生化響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（12）：3648-3656.

[21] 喻澤莉，何平，張春平，等.干旱脅迫對(duì)決明種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，34（2）：39-44.