王 明 郭 馨 唐學璽 臧 宇 閆文杰 周 斌①

(1. 中國海洋大學海洋生命學院 青島 266003; 2. 廈門大學環(huán)境與生態(tài)學院 廈門 361102)

海草(Seagrasses)是一種生長于熱帶和溫帶淺海水域的單子葉種子植物, 能在海水中完成開花、結果和萌發(fā)等生理過程(Fourqurean et al, 2012)。海草床(Seagrass bed)生態(tài)系統(tǒng)具有一系列重要的服務功能價值, 成為全球海洋生物多樣性保護的焦點(鄭鳳英等, 2013)。大葉藻(Zostera marina)是北半球分布最廣泛的海草類群, 是重要的海洋環(huán)境健康指示生物(Krause-Jensen et al, 2005), 其單位面積葉片N含量與生物量的比值也是指示水體早期富養(yǎng)化的污染指標(Lee et al, 2004)。大葉藻在我國分布十分廣泛, 主要分布于遼寧、河北、山東等省份的沿海水域(范航清, 2009), 是黃渤海海草分布區(qū)的優(yōu)勢種(鄭鳳英等,2013)。20世紀以來, 由于自然和人為因素的影響, 大葉藻海草床在世界范圍內出現(xiàn)嚴重退化, 且最近幾十年退化速率加快(Costello et al , 2011)。葉春江等(2002)的研究指出過去的 30—50年期間我國山東近岸大葉藻分布面積減少了80%以上。大葉藻海草床的退化消失將直接導致生物棲息生境喪失、生物多樣性銳減以及生物地球化學過程失衡, 加劇近岸生態(tài)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性或脆弱性(王偉偉等, 2013), 因此大葉藻海草床的保護與修復備受關注(Orth et al, 2010;Delefosse et al, 2012; Li et al, 2013)。

海草床的修復方法主要有生境恢復法、成體移植法和種子法, 各有利弊(Orth et al, 2010; Reynolds et al, 2012; Li et al, 2013)。種子法因其成本低、維持種群遺傳多樣性、對供體草床干擾小等特點, 得到了重視與發(fā)展。目前, 海草種子的收集、保存、播種和幼苗發(fā)育被公認為是一種具有生態(tài)學意義的恢復實踐(Kendrick et al, 2012; Reynolds et al, 2012)。雖然海草種子是一種具有高生態(tài)適應性和經濟可行性的大尺度恢復材料, 但其產量不穩(wěn)定, 具有明顯的時空變化(Orth et al, 2006)。傳統(tǒng)種子法將大葉藻種子直接投放到修復海域, 由于受到營養(yǎng)鹽、溫度、鹽度、pH等環(huán)境因素的制約, 以及湍流擾動和沉積物破壞等因素的影響, 自然條件下大葉藻種子的萌發(fā)率非常低, 僅為5%—15%(Ke et al, 2006; Jarvis et al, 2008)。為了提高修復效果, 我們對種子法進行改進, 預先在實驗室條件下進行種子萌發(fā), 再將萌發(fā)的種子投放到修復海域。

自20世紀80年代起, 對海草種子萌發(fā)的關注在于大葉藻科、絲粉藻科和水鱉科。萌發(fā)實驗測定的因素包括溫度、鹽度、基質類型、光照、營養(yǎng)鹽、激素和埋藏深度等。研究顯示鹽度(Conacheret al, 1994)、溫度(Hayet al, 2008; Jarviset al, 2008)、光照(Lalet al,1993)及溶解氧(Brenchleyet al, 1998)是影響海草種子萌發(fā)的關鍵因素, 而鹽度通常被認為是最重要的單一因子(Orthet al, 2000)。之前的研究多集中在單一或常規(guī)環(huán)境條件對種子萌發(fā)的作用, 而自然條件下海草種子通常受多種因素的交互作用或某些非常規(guī)因素的影響。為了保證大葉藻種子在實驗室條件下的萌發(fā)效果, 有必要深入研究影響種子萌發(fā)的環(huán)境因素,并尋找可以有效促進種子萌發(fā)的處理方式?；谏鲜瞿康? 本研究著眼于影響種子萌發(fā)的四個環(huán)境因素——溫度、鹽度、pH以及營養(yǎng)鹽濃度, 在實驗室可控條件下利用正交實驗探索影響大葉藻種子萌發(fā)的最主要因素并確定較適宜的萌發(fā)條件, 并在此基礎上比較了多種處理方式(不同光照、UV-B輻射、低溫層積和劃破種皮)對大葉藻種子萌發(fā)的作用。

1 材料與方法

1.1 大葉藻種子的采集及保存

2014年7—8月, 大葉藻種子直接采集于山東省榮成市俚島灣(122.586°E, 37.246°N), 自然條件下生長成熟的大葉藻生殖枝。種子運抵實驗室后, 用濾網處理種子去除雜質和貝類等。選用長橢圓形、黑褐色、堅硬飽滿的種子, 在 25°C、鹽度 30、自然光、連續(xù)充氣條件下暫存兩周至萌發(fā)實驗開始。

1.2 種子活力測定

根據ISTA種子檢驗規(guī)程(ISTA, 1996), 采用四唑(TTC, 1.0%)染色法測定種子活力。隨機選取50粒種子置于35°C溫水中浸泡2d后去皮, 35°C條件下用四唑溶液染色 12h, 根據種胚的著色部位及程度, 按照國際種子檢驗標準鑒定種子活力。

1.3 種子萌發(fā)條件的正交實驗

選擇溫度、鹽度、pH以及N/P營養(yǎng)鹽濃度四種環(huán)境單因素, 設計四因素三水平正交實驗, N/P由NaNO3、NaH2PO4和 Na2HPO4提供(表 1)。實驗分為9個處理組(表2), 每組種子數(shù)量為50粒。以90 mm培養(yǎng)皿作為培養(yǎng)容器, 置于光照培養(yǎng)箱內, 光周期為12:12, 日光燈照度為～3000lx, 培養(yǎng)方法為浸泡培養(yǎng)法(Hootsmanset al, 1987)。種子的實驗室培養(yǎng)基質為采集于青島匯泉灣近岸的滅菌過濾海水(121°C,20min), 通過蒸餾水稀釋得到不同鹽度水平, 每個培養(yǎng)皿海水用量為30mL, 每兩天更換一次, 初始ph由稀鹽酸調節(jié)。每日記錄萌發(fā)種子的數(shù)量并計算累積萌發(fā)率。根據結果篩選出9個處理組中最佳的條件組合,用于后續(xù)實驗。

表1 正交實驗因素水平L9 (34)Tab.1 Factors and levels for L9 (34) orthogonal array design

1.4 優(yōu)化條件下種子萌發(fā)的影響因素

同樣采用浸泡培養(yǎng)法, 每個培養(yǎng)皿內加入 30mL培養(yǎng)液和50粒種子, 培養(yǎng)液的鹽度、N/P濃度、初始pH及培養(yǎng)溫度按正交實驗法得出的最優(yōu)條件設置, 每天觀察、記錄種子萌發(fā)情況, 每兩天更換一次培養(yǎng)液。

1.4.1 光質類型及比例對種子萌發(fā)的影響 實驗使用波長為635nm的紅色燈管、波長為460nm的藍色燈管以及白色燈管各3支, 實驗中將兩種顏色的燈管分別懸于培養(yǎng)箱兩層水培層架的頂部, 另外開啟培養(yǎng)箱自帶光源, 光周期為 12:12, 照度～3000lx。設置白光燈(W), 紅光(R), 藍光(B), 紅藍組合光1(R:B=1:1), 紅藍組合光 2(R:B=1:2), 紅藍組合光3(R:B=2:1)和黑暗(D)共7個處理組, 每組設置3個平行。紅藍組合光比例由兩種光質的照射時長決定。

1.4.2 UV-B輻射對種子萌發(fā)的影響 以UV-B輻射的等比強度設置 4個實驗組, 每組設置 3個平行,光周期為 12:12, 光周期內每日替代照射 UV-B(～600lx)時長分別為0h, 2h, 4h, 8h, 其余時間置于光照培養(yǎng)箱內。

1.4.3 低溫層積對種子萌發(fā)的影響 實驗種子在萌發(fā)實驗前首先轉入4°C冰箱預處理10d之后取出,按照正交實驗中的最佳條件組合進行萌發(fā)實驗。以無低溫層積預處理的種子為對照組, 每個處理設置3個平行。所有實驗用種子置于光照培養(yǎng)箱內, 光暗周期為 12:12, 照度～3000lx。

1.4.4 劃破種皮對種子萌發(fā)的影響 將種子外種皮割破 , 以解剖刀在種子的子葉端、沿縱紋劃破種皮, 開口約占縱紋長度的 1/3(Taylor, 1957), 避免傷害胚。對照組則保留完整種, 每個處理設置3個平行。所有實驗用種子置于光照培養(yǎng)箱內, 光周期為 12:12,照度～3000lx。

1.5 種子萌發(fā)的判定標準

大葉藻種子萌發(fā)的判斷依據為種子的子葉(內含種胚) 端的種皮發(fā)生漲裂且彎曲的 U形棒狀子葉發(fā)生伸直并突出破裂的種皮(Harrison, 1991)。

1.6 數(shù)據處理與分析

萌發(fā)率為各處理組中萌發(fā)種子粒數(shù)占總粒數(shù)的百分數(shù), 平均萌發(fā)時間(MGT)為:

其中,Nn為觀察到的種子開始萌發(fā)的天數(shù),n為天數(shù),Gn為第n天觀察到的種子萌發(fā)數(shù)(Ranal, 2006)。

利用SPSS 16.0對數(shù)據進行極差分析、方差分析。顯著性水平設定為α=0.05, 利用SigmaPlot 12.5作圖。

2 結果與分析

2.1 種子活力測定

四唑染色結果顯示保存的種子有活力的比例為(91±3.1)%。

2.2 種子萌發(fā)的最優(yōu)環(huán)境條件

經過 8周的萌發(fā)實驗獲得各條件下種子的最終萌發(fā)率, 結果如表 2所示。由各因素極差大小可知,R鹽度＞R初始pH＞R溫度＞RN/P濃度, 表明4種不同因素對大葉藻種子萌發(fā)的影響大小的次序為: 鹽度＞初始 pH＞溫度＞N/P濃度。其中,R鹽度(44.72)最大, 即鹽度對種子萌發(fā)率的影響最顯著, 因此鹽度為主要因素且萌發(fā)率最大值出現(xiàn)在第1水平。依次類推, N/P濃度、初始 pH、溫度因素的種子萌發(fā)率最大值分別出現(xiàn)在第3水平、第3水平和第1水平。因此, 在本實驗范圍內, 大葉藻種子萌發(fā)的較適宜條件為鹽度12、N/P濃度 960/60μmol/L、初始pH 6.20和溫度 10°C, 此時大葉藻種子萌發(fā)率最高。

表2 大葉藻種子萌發(fā)率正交實驗結果Tab.2 Results of orthogonal test of Z. marina seed germination rate

2.3 光質類型及比例對種子萌發(fā)的影響

在優(yōu)化后的浸泡培養(yǎng)條件下, 比較了不同的光照條對大葉藻種子萌發(fā)的影響。培養(yǎng)8周, 黑暗條件下大葉藻種子萌發(fā)率最大, 為(92±4.8)%, 而其他光照條件下種子萌發(fā)率無顯著差異(P＞0.05)(圖1)。紅光條件下種子萌發(fā)速度較快, 至第四周萌發(fā)基本停止;藍光條件下種子萌發(fā)速度較慢, 但在實驗過程中不斷進行(圖1)。通過多重比較的LSD方法統(tǒng)計檢驗黑暗條件與其他條件下種子的萌發(fā)率差異, 發(fā)現(xiàn)黑暗條件與其他條件間的大葉藻種子萌發(fā)率影響均存在顯著差異(P＜0.05, 表 3)。

圖1 不同光質類型及比例下種子的萌發(fā)率Fig.1 Germination rate of Z. marina seeds in different types of lighting

2.4 UV-B輻射對種子萌發(fā)的影響

無UV-B輻射時大葉藻種子的萌發(fā)率較低, 在一定強度范圍內(每日經UV-B ～600lx連續(xù)照射8h), 種子萌發(fā)率隨著UV-B輻射時長而升高, 每日8 h時萌發(fā)率可達(93±5.2)%(圖 2)。由單因素方差分析可知,不同UV-B輻射時長下大葉藻種子萌發(fā)率存在顯著差異(P＜0.05), 且經 UV-B輻射的處理組在第 8周仍有萌發(fā)趨勢, 而對照組種子的萌發(fā)則趨于停止。LSD多重比較結果顯示: 白光與8h和2h與8h間的種子萌發(fā)率均存在顯著差異(P＜0.05), 說明 UV-B輻射可以有效提高種子萌發(fā)率(表4)。

表3 不同光質類型及比例對大葉藻種子萌發(fā)率影響的多重比較Tab.3 Multiple comparisons on germination rate in different types of lighting

圖2 UV-B輻射下藻種子的萌發(fā)率Fig.2 Rate of seed germination in different duration of daily UV-B radiation

表4 每日UV-B輻射不同時長對大葉藻種子萌發(fā)率影響的多重比較Tab.4 Multiple comparisons on rate of germination in different duration of daily UV-B radiation

2.5 低溫層積及劃破種皮對種子萌發(fā)的影響

劃破種皮處理組的大葉藻種子萌發(fā)率最高, 達(91±2.1)%, 且萌發(fā)速度快, 第2周就已達到萌發(fā)率最大值(圖 3)。低溫層積對種子萌發(fā)也有一定的促進作用, 萌發(fā)率在第 8周達到(83±3.6)%且仍有上升趨勢(圖 3)。單因素方差分析表明低溫層積對種子萌發(fā)具有顯著影響(P＜0.05), 而劃破種皮對種子萌發(fā)具有極顯著影響(P＜0.01)。

圖3 低溫層積及劃破種皮時種子的萌發(fā)率Fig.3 Rate of seed germination under cold stratification and scarification of seed coat

2.6 不同條件對大葉藻種子平均萌發(fā)時間的影響

不同時長的UV-B輻射和不同類型及比例的光質對大葉藻種子的平均萌發(fā)時間基本無影響; 而劃破種皮可以大大縮短種子平均萌發(fā)時間, 為(7.7±0.07)天; 低溫層積預處理促進了種子萌發(fā), 使得種子平均萌發(fā)時間縮短為(26.78±0.07)天(圖 4)。

3 討論

3.1 正交實驗法確定種子萌發(fā)最優(yōu)環(huán)境條件

在種間和種內對比的基礎上, 通常認為降低鹽度能夠促進海草種子的萌發(fā)(Kahnet al, 2005; Kochet al, 2010; Fernández-Torquemadaet al, 2013), 原因是鹽度降低可能干預淀粉的分解代謝導致種皮提早開裂(Sugiuraet al, 2009), 或者促進種子萌發(fā)前的水分吸收(Probertet al, 1999)。在恢復實踐中常通過提高鹽度來抑制存儲種子的萌發(fā)(Ailstocket al, 2006)。本實驗中 3個鹽度范圍均低于自然海區(qū)的正常鹽度,之前的研究顯示種子萌發(fā)率與鹽度表現(xiàn)出極明顯的相關性, 即隨著鹽度的升高種子萌發(fā)率顯著降低。雖然鹽度降低能夠促進種子萌發(fā), 但有研究表明低鹽度會對大葉藻幼苗產生不利影響, 降低光合作用效率和生長速率(Tanner et al, 2010)。因此, 對大葉藻種子萌發(fā)條件的優(yōu)化方案還應該結合后續(xù)的幼苗生長狀況進行綜合分析。

圖4 不同條件下大葉藻種子的平均萌發(fā)時間Fig.4 Mean germination time (MGT) of seed under different light conditions

有學者認為溫度是非休眠種子萌發(fā)最主要的影響因素(Probert et al, 1999)。盡管Hootsmans等(1987)和 Harrison(1991)指出大葉藻種子的萌發(fā)受到 10—30°C的高溫促進(或不存在影響), 更多的觀察結果表明高溫能夠抑制萌發(fā)。Abe等(2008)發(fā)現(xiàn)大葉藻種子萌發(fā)的最適溫度為 10—15°C, 且最大萌發(fā)率出現(xiàn)在10°C。本實驗選出的各處理組中最佳的條件中溫度為10°C, 但種子萌發(fā)率并沒有隨著溫度的升高而降低,表明溫度對大葉藻種子萌發(fā)率的作用還受其他條件制約。也有研究認為大葉藻種子萌發(fā)的最適水溫與當?shù)氐淖畹退疁赜嘘P (Orth et al, 1983; Pan et al, 2011);相反地 Loquès等(1990)的研究顯示溫度對諾氏大葉藻萌發(fā)的作用很小?；谏鲜鲅芯? 我們認為海草種子的萌發(fā)可能存在一個與海草所處生境內溫度的季節(jié)性變化密切相關的閾值, 在這個可能的閾值范圍內, 種子萌發(fā)具有最適溫度并存在種間差異。

目前對大型海藻及某些淡水水生植物的氮磷響應機制有較多研究, 而關于氮磷對大葉藻及其他海草影響的研究鮮有報道。有關研究發(fā)現(xiàn), 氮是大型海藻生長的主要限制因子(Fong et al, 2004), 而在部分海域磷也是限制海藻生長的主要因子(郭衛(wèi)東等,1998)。許多大型海藻都能夠適應營養(yǎng)鹽的變動, 在外界營養(yǎng)鹽豐富時其最大吸收速率遠遠大于維持最大生長速率所需要的氮, 從而積累豐富的營養(yǎng)庫以備營養(yǎng)鹽不足(Mcglathery et al, 1996)。同樣地, 程麗巍(2010)的研究中, 氮磷加富均能夠顯著促進龍須菜和石莼生長。本研究設置了 240/15、480/30以及 960/60μmol/L三個濃度, 各處理組中最佳的條件中氮、磷營養(yǎng)鹽濃度為 960/60μmol/L, 但種子萌發(fā)率并沒有隨氮、磷濃度升高, 說明在本研究區(qū)域內氮、磷并非大葉藻種子萌發(fā)的限制性因素。

pH是影響植物種子萌發(fā)和幼苗生長的關鍵環(huán)境因子之一(Rivard, 1989; Arts et al, 1990), 隨著酸雨增加及土壤鹽堿化, 近年來有關 pH對陸生植物種子萌發(fā)的影響的研究已有大量報道。有研究表明, 在高pH條件下環(huán)境中易形成HCO3–等離子, 抑制種子萌發(fā)與幼苗生長 (馬紅媛等, 2007), 中性偏酸的條件則可以促進種子萌發(fā)(李焰焰等, 2005; 黃婷等, 2007; 何海洋等, 2013)。本實驗的結果表明大葉藻種子具有較廣泛的 pH適應范圍, 不同 pH能夠影響種子萌發(fā), pH為6.20的條件更有利于種子萌發(fā)。

3.2 不同光質類型及比例對種子萌發(fā)的影響

本研究表明, 不同光質類型及比例對大葉藻種子萌發(fā)無明顯影響。黑暗條件可以提高大葉藻種子的萌發(fā)率, 說明大葉藻種子萌發(fā)過程可能不需要光照,在無光條件下萌發(fā)更加顯著。眾多物理、化學和生物因素影響大葉藻存活、生長和繁殖并可能影響其群落動態(tài), 光照是影響大葉藻生長和存活最重要的因素(Dennison, 1987; Olesen et al, 1993)。Pons等(1992)認為光照通過光敏色素的活動影響種子萌發(fā), 而Karssen等(1990)認為導致萌發(fā)的過程能夠在質膜蛋白與活性光敏色素結合時發(fā)生, 并得出光照能夠促進多種植物種子萌發(fā)的結論。但對水生植物川蔓藻(Strazisar et al, 2013)和蓖齒眼子菜(高健等, 2006)的研究卻發(fā)現(xiàn)光照并不能促進其種子的萌發(fā), 這與本實驗中黑暗條件可以提高大葉藻種子的萌發(fā)率的結論一致。

本研究發(fā)現(xiàn)光照條件雖然不利于提高種子的萌發(fā)率, 但在短期內采用紅光照射卻可在一定程度上加快種子萌發(fā)速度, 縮短平均萌發(fā)時間, 說明大葉藻種子萌發(fā)過程受到光質條件的影響。光質是影響陸生種子植物生長的重要因素。李雯琳等(2013)發(fā)現(xiàn)紅光能夠提高不同品種葉用萵苣種子的發(fā)芽活力, 藍光則能夠提高種子的活力指數(shù)。而在王維榮等(1991)的研究中紅光和綠光對黃瓜種子萌發(fā)則表現(xiàn)出完全抑制效應。上述研究結果說明在萌發(fā)階段, 不同種類的植物種子對不同光質的表現(xiàn)有顯著差異, 可能是植物適應生境長期進化的結果。

大葉藻主要生長在潮間帶和潮下帶的淺海區(qū)域,與陸生高等植物的生態(tài)位具有很大差異, 因此現(xiàn)有的與陸生高等植物種子萌發(fā)的研究可能并不適用于海草類群。海洋環(huán)境與陸生環(huán)境差異明顯: 例如紅光和遠紅光在海水中衰減明顯, 但陸生高等植物的研究卻顯示紅光和遠紅光對種子萌發(fā)具有促進作用。雖然本研究結果表明藍光與紅光對大葉藻種子萌發(fā)率的影響無顯著差異, 但是可以發(fā)現(xiàn), 藍光處理組的種子萌發(fā)作用較紅光處理組更具有潛力, 在第8周實驗結束時仍然有萌發(fā)上升趨勢, 而紅光處理組在第4周左右已達到萌發(fā)最大值。且藍光處理組培養(yǎng)出的幼苗較紅光處理組長勢更好, 兩種光質組合處理時藍光比例越大幼苗生長狀況越好, 紅光比例大的處理組幼苗生長受到抑制。在海洋環(huán)境中, 光線在透過海水時, 紅光被吸收最多而藍光最少, 后者在海水中具有更強的穿透力。實驗結果一定程度上支持了我們的推斷, 即在大葉藻進化過程中, 可能形成了更適合海洋環(huán)境的萌發(fā)與生長策略, 因而對藍光更加敏感, 能夠更好地利用藍光進行萌發(fā)和光合作用。

另外, 本研究結果中光質類型影響不顯著的原因可能是受實驗條件的設置與實驗設備的限制, 比如優(yōu)化后的條件組合可能對種子在萌發(fā)上對于光質的適應造成影響, 以至于一定程度上掩蓋了其在自然海水條件下對于光質的適應。今后的研究中可進一步進行極端化處理, 增加單一光質光源照射強度和時間以排除其他光質的影響, 并應進一步探索大葉藻種子萌發(fā)對光質的內在適應機制(如光敏色素的成分及比例), 從根本上認識光質對種子萌發(fā)的影響。

3.3 UV-B輻射對種子萌發(fā)的影響

本研究結果表明, 一定強度的UV-B輻射有利于大葉藻種子萌發(fā)?？赡艿脑? 一是紫外線具有殺菌消毒作用, 能夠抑制或殺死影響大葉藻種子萌發(fā)的微生物, 這些微生物可能會釋放某些化學物質對種子產生不利影響, 也可能與大葉藻爭奪生存空間、營養(yǎng)物質、氧氣等資源; 二是一定強度的紫外線可以促進大葉藻種子的萌發(fā)。但這一結論并不具有一致性:針對陸生植物的研究表明紫外線輻射對種子萌發(fā)有抑制作用(胡正華等, 2005), 或對種子萌發(fā)影響不顯著(方媛等, 2010)。而陳南凱等(1995)報道紫外燈照射種子能提高發(fā)芽力, 促進種子成熟且有明顯的增產效果。郭彥等(2011)的研究結果同樣表明照射10h和20h紫外線的水稻種子發(fā)芽率均高于對照組的不經過紫外線照射的種子。本實驗結果顯示, 在一定范圍內隨著UV-B照射時長增加, 大葉藻種子萌發(fā)率升高。實驗結束時, 種子仍有明顯的萌發(fā)趨勢。本實驗在一定程度上支持了紫外線輻射能促進種子萌發(fā)的觀點,然而紫外線輻射促進大葉藻種子及其他種子萌發(fā)的作用機理還有待進一步研究。

3.4 劃破種皮及低溫層積預處理對種子萌發(fā)的影響

多數(shù)海草的種子具有堅硬種皮且具休眠期, 這有利于海草種群在高度動態(tài)性的生境中的長期存在(Orth et al, 2000)。但種皮的機械作用和休眠期使種子萌發(fā)受到限制。Loquès等 (1990)的研究證明了種皮在萌發(fā)啟動上的重要作用, 認為種皮形成了一種可能阻止水分進入和/或降低胚與環(huán)境間的氣體交換的屏障。Conacher等(1994)的研究表明低鹽度下切割種皮能夠促進摩羯大葉藻種子快速萌發(fā), 可能是通過種子膨脹或突破外皮, 也可能通過促進水合作用和呼吸作用直接啟動胚的發(fā)育。由文輝等(1995)對3種沉水植物(菹草, 大茨藻和苦草)種子萌發(fā)的研究表明,種皮破裂后發(fā)芽率和萌發(fā)速率均升高。陳開寧等(2005)研究沉水植物時也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象, 去除蓖齒眼子菜的種皮可將最終發(fā)芽率從6%以下提高到60%左右。本實驗的結果同樣表明劃破種皮可以顯著提高種子萌發(fā)率, 且大大縮短平均萌發(fā)時間。

本實驗對大葉藻種子進行了10天的低溫層積處理, 萌發(fā)率提高了19.07%, 平均萌發(fā)時間縮短了3.88天。國外學者開展了大量關于大葉藻種子休眠的研究,但所得結論并不一致。Churchill(1983)的研究表明大葉藻種子不存在休眠且低溫(＜15°C)是誘導萌發(fā)的主要因素。Orth等(1983)進一步的研究表明大葉藻種子不存在原初休眠而種子釋放與萌發(fā)之間是由高溫誘導的休眠期, 但 Hootsmans等(1987)在荷蘭西南部的Zandkreek的研究并未發(fā)現(xiàn)該物種存在溫度強迫性休眠的證據。法國胡安灣的諾氏大葉藻種群(Loquès et al, 1990)和結狀絲粉藻種群也存在類似現(xiàn)象(Caye et al, 1992)。大葉藻種子的生理休眠可以在高溫和低溫層積時破除(Harrison, 1991), 處于打破休眠的理想條件下時種子的萌發(fā)時間更短(Kettenring et al, 2007;Vandelook et al, 2008)。低溫層積處理時間的長短對種子萌發(fā)率的影響有待進一步研究。

4 結論

本實驗優(yōu)化得到大葉藻種子萌發(fā)的相對適宜為鹽度12、N/P濃度960/60μmol/L、初始pH 6.20和溫度 10°C。不同光質類型及比例對大葉藻種子萌發(fā)不具顯著性作用, 但無光條件下的大葉藻種子具有較高的萌發(fā)率92%。UV-B輻射、劃破種皮和低溫層積處理均可顯著提高大葉藻種子的萌發(fā)率并縮短平均萌發(fā)時間。

陳開寧, 李文朝, 潘繼征, 2005. 不同處理對蓖齒眼子菜(Potamogeton pectinatus L.)種子萌發(fā)率的影響. 湖泊科學,17(3): 237—242

陳南凱, 王玉蘭, 1995. 紫外線處理農作物種子能增產. 云南農業(yè)科技, (3): 15—16

程麗巍, 2010. 三種大型海藻對海水中營養(yǎng)鹽供應變化的生理響應研究. 南京: 南京農業(yè)大學碩士學位論文

方 媛, 于海寧, 程 曦等, 2010. 增強 UV-B 輻射對甘草種子萌發(fā)及幼苗形態(tài)的影響. 中國農學通報, 26(2):122—126

高 健, 熊 勤, 李 祝等, 2006. 溶氧、pH及其他理化因子對蓖齒眼子菜種子萌發(fā)的影響. 水生生物學報, 30(5):524—529

范航清, 石雅君, 邱廣龍, 2009. 中國海草植物. 北京: 海洋出版社

郭衛(wèi)東, 章小明, 楊逸萍等, 1998. 中國近岸海域潛在性富營養(yǎng)化程度的評價. 臺灣海峽, 17(1): 64—70

郭 彥, 楊洪雙, 梁 明, 2011. 紫外線照射對水稻種子萌發(fā)的影響. 江蘇農業(yè)科學, 39(3): 89—90

何海洋, 胡春芹, 丁強強等, 2013. 不同pH對光皮樺種子萌發(fā)及幼苗生長的影響. 西南林業(yè)大學學報, 33(5): 29—33, 39

胡正華, 索福喜, 趙曉莉等, 2005. UV-B輻射增加與酸雨復合處理對菠菜種子萌發(fā)和幼苗生長的影響. 中國農學通報,21(6): 284—285, 294

黃 婷, 董召榮, 宋 賀等, 2007. 模擬酸雨對紫花苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響. 種子, 26(4): 21—24

李雯琳, 郁繼華, 楊其長, 2013. 不同光質對葉用萵苣種子萌發(fā)和幼苗酶活性的影響. 甘肅農業(yè)大學學報, 48(3):44—49

李焰焰, 聶傳朋, 董召榮, 2005. 模擬酸雨對小黑麥種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響. 生態(tài)學雜志, 24(4): 395—397

馬紅媛, 梁正偉, 2007. 不同 pH值土壤及其浸提液對羊草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響. 植物學通報, 24(2): 181—188

王維榮, 陳 松, 歐陽光察等, 1991. 光質對黃瓜種子萌發(fā)過程中過氧化物酶活性及蛋白含量的影響. 上海農業(yè)學報,7(4): 17—20

王偉偉, 李曉捷, 潘金華等, 2013. 大葉藻資源動態(tài)及生態(tài)恢復面臨的問題. 海洋環(huán)境科學, 32(2): 316—320

由文輝, 宋永昌, 1995. 淀山湖3種沉水植物的種子萌發(fā)生態(tài).應用生態(tài)學報, 6(2): 196—200

葉春江, 趙可夫. 高等植物大葉藻研究進展及其對海洋沉水生活的適應. 植物學通報, 2002, 19(2): 184—193

鄭鳳英, 邱廣龍, 范航清等, 2013. 中國海草的多樣性、分布及保護. 生物多樣性, 21(5): 517—526

Abe M, Kurashima A, Maegawa M, 2008. Temperature requirements for seed germination and seedling growth of Zostera marina from central Japan. Fisheries Science, 74(3):589—593

Ailstock S, Shafer D, 2006. Protocol for Large-scale Collection,Processing, and Storage of Seeds of Two Mesohaline Submerged Aquatic Plant Species. Vicksburg, MS, USA: US Army Engineer Research and Development Center

Arts G H P, van der Heijden R A J M, 1990. Germination ecology of Littorella uniflora (L.) Aschers. Aquatic Botany, 37(2):139—151

Brenchley J L, Probert R J, 1998. Seed germination responses to some environmental factors in the seagrass Zostera capricorni from eastern Australia. Aquatic Botany, 62(3):177—188

Caye G, Bulard C, Meinesz A et al, 1992. Dominant role of seawater osmotic pressure on germination in Cymodocea nodosa. Aquatic Botany, 42(2): 187—193

Churchill A C, 1983. Field studies on seed germination and seedling development in Zostera marina L. Aquatic Botany,16(1): 21—29

Conacher CA, Poiner I R, Butler J et al, 1994. Germination,storage and viability testing of seeds of Zostera capricorni Aschers. from a tropical bay in Australia. Aquatic Botany,49(1): 47—58

Costello C T, Kenworthy W J, 2011. Twelve-year mapping and change analysis of eelgrass (Zostera marina) areal abundance in Massachusetts (USA) identifies statewide declines. Estuaries and Coasts, 34(2): 232—242

Delefosse M, Kristensen E, 2012. Burial of Zostera marina seeds in sediment inhabited by three polychaetes: Laboratory and field studies. Journal of Sea Research, 71: 41—49

Dennison W C, 1987. Effects of light on seagrass photosynthesis,growth and depth distribution. Aquatic Botany, 27(1):15—26

Fernández-Torquemada Y, Sánchez-Lizaso J L, 2013. Effects of salinity on seed germination and early seedling growth of the Mediterranean seagrass Posidonia oceanica (L.) Delile.Estuarine, Coastal and Shelf Science, 119: 64—70

Fong P, Fong J J, Fong C R, 2004. Growth, nutrient storage, and release of dissolved organic nitrogen by Enteromorpha intestinalis in response to pulses of nitrogen and phosphorus.Aquatic Botany, 78(l): 83—95

Fourqurean J W, Duarte C M, Kennedy H et al, 2012. Seagrass ecosystems as a globally significant carbon stock. Nature Geoscience, 5(7): 505—509

Harrison P G, 1991. Mechanisms of seed dormancy in an annual population of Zostera marina (eelgrass) from the Netherlands. Canadian Journal of Botany, 69(9):1972—1976

Hay F, Probert R, Dawson M, 2008. Laboratory germination of seeds from 10 British species of Potamogeton. Aquatic Botany, 88(4): 353—357

Hootsmans M J M, Vermaat J E, Van Vierssen W, 1987.Seed-bank development, germination and early seedling survival of two seagrass species from The Netherlands:Zostera marina L. and Zostera noltii hornem. Aquatic Botany, 28(3—4): 275—285

ISTA, 1996. International Rules for seed testing. Seed Science and Technology. Zürich, Switzerland: ISTA

Jarvis J C, Moore K A, 2008. Influence of environmental factors on Vallisneria americana seed germination. Aquatic Botany,88(4): 283—294

Kahn A E, Durako M J, 2005. The effect of salinity and ammonium on seed germination in Ruppia maritima from Florida Bay. Bulletin of Marine Science, 77(3): 453—458

Karssen C M, Hilhorst H W, Koomneef M, 1990. The benefit of biosynthesis and response mutants to the study of the role of abscisic acid in plants. In: Pharis P R P, Rood P S B eds.Plant Growth Substances. Berlin Heidelberg, Germany:Springer, 23—31

Ke X S, Li W, 2006. Germination requirement of Vallisneria natans seeds: implications for restoration in Chinese lakes.Hydrobiologia, 559(1): 357—362

Kendrick G A, Waycott M, Carruthers T J B et al, 2012. The central role of dispersal in the maintenance and persistence of seagrass populations. BioScience, 62(1): 56—65

Kettenring K M, Galatowitsch S M, 2007. Temperature requirements for dormancy break and seed germination vary greatly among 14 wetland Carex species. Aquatic Botany,87(3): 209—220

Koch E W, Ailstock M S, Booth D M et al, 2010. The role of currents and waves in the dispersal of submersed angiosperm seeds and seedlings. Restoration Ecology, 18(4):584—595

Krause-Jensen D, Greve T M, Nielsen K, 2005. Eelgrass as a bioindicator under the European Water Framework Directive.Water Resources Management, 19(1): 63—75

Lal C, Gopal B, 1993. Production and germination of seeds in Hydrilla verticillata. Aquatic Botany, 45(2—3): 257—261

Lee K S, Short F T, Burdick D M, 2004. Development of a nutrient pollution indicator using the seagrass, Zostera marina, along nutrient gradients in three New England estuaries. Aquatic Botany, 78(3): 197—216

Li W T, Kim S H, Kim J W et al, 2013. An examination of photoacclimatory responses of Zostera marina transplants along a depth gradient for transplant-site selection in a disturbed estuary. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 118:72—79

Loquès F, Caye G, Meinesz A, 1990. Germination in the marine phanerogam Zostera noltii Hornemann at Golfe Juan, French Mediterranean. Aquatic Botany, 38(2—3): 249—260

McGlathery K J, Pedersen M F, Borum J, 1996. Changes in intracellular nitrogen pools and feedback controls on nitrogen uptake in Chaetomorpha linum (chlorophyta).Journal of Phycology, 32(3): 393—401

Olesen B, Sand-Jensen K, 1993. Seasonal acclimatization of eelgrass Zostera marina growth to light. Marine Ecology Progress Series, 94: 91—99

Orth R J, Carruthers T J B, Dennison W C et al, 2006. A global crisis for seagrass ecosystems. BioScience, 56(12):987—996

Orth R J, Harwell M C, Bailey E M et al, 2000. A review of issues in seagrass seed dormancy and germination:implications for conservation and restoration. Marine Ecology Progress Series, 200: 277—288

Orth R J, Marion S R, Moore K A et al, 2010. Eelgrass (Zostera marina L.) in the Chesapeake Bay region of mid-Atlantic coast of the USA: challenges in conservation and restoration.Estuaries and Coasts, 33(1): 139—150

Orth R J, Moore K A, 1983. Seed germination and seedling growth of Zostera marina L. (eelgrass) in the chesapeake bay. Aquatic Botany, 15(2): 117—131

Pan J H, Jiang X, Li X J et al, 2011. Influence of temperature and salinity on germination of eelgrass (Zostera marina L.) seeds.Journal of Ocean University of China, 10(2): 147—152

Pons A, Guiot J, de Beaulieu J L et al, 1992. Recent contributions to the climatology of the last glacial-interglacial cycle based on French pollen sequences. Quaternary Science Reviews,11(4): 439—448

Probert R J, Brenchley J L, 1999. The effect of environmental factors on field and laboratory germination in a population of Zostera marina L. from southern England. Seed Science Research, 9(4): 331—339

Ranal M A, de Santana D G, 2006. How and why to measure the germination process? Brazilian Journal of Botany, 29(1):1—11

Reynolds L K, Waycott M, McGlathery K J et al, 2012. Eelgrass restoration by seed maintains genetic diversity: case study from a coastal bay system. Marine Ecology Progress Series,448: 223—233

Rivard P G, Woodard P M, 1989. Light, ash, and pH effects on the germination and seedling growth of Typha latifolia(cattail). Canadian journal of botany, 67(9): 2783—2787

Strazisar T, Koch M S, Madden C J et al, 2013. Salinity effects on Ruppia maritima L. seed germination and seedling survival at the Everglades-Florida Bay ecotone. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 445: 129—139

Sugiura H, Hiroe Y, Suzuki T et al, 2009. The carbohydrate catabolism of Zostera marina influenced by lower salinity during the pre-germination stage. Fisheries Science, 75(5):1205—1217

Tanner C E, Parham T, 2010. Growing Zostera marina (eelgrass)from Seeds in Land-Based Culture Systems for Use in Restoration Projects. Restoration Ecology, 18(4): 527—537

Taylor A R A, 1957. Studies of the development of Zostera marina L.: II. Germination and seedling development.Canadian Journal of Botany, 35(5): 681—695

Vandelook F, Van Assche J A, 2008. Temperature requirements for seed germination and seedling development determine timing of seedling emergence of three monocotyledonous temperate forest spring geophytes. Annals of Botany, 102(5):865—875