李明遠(yuǎn)，趙曉英，艾賽提，楊憶舒，帕如扎·哈力木拉提

(1.新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054；2.烏魯木齊市柴窩堡國(guó)有林場(chǎng)管理處，新疆 柴窩堡 830076)

種子附屬物指包裹種子的果皮和果翅、苞片、冠毛、果毛等附屬結(jié)構(gòu)，是果實(shí)適應(yīng)傳播的重要性狀。大多數(shù)植物在種子成熟后，以種子為單位進(jìn)行傳播，在適宜條件下萌發(fā)。而有些植物是以果實(shí)或果序?yàn)閭鞑ズ兔劝l(fā)單位[1-3]。種子附屬物除了具有保護(hù)和傳播種子的功能外，還對(duì)種子萌發(fā)具有調(diào)節(jié)作用。研究表明，寬翅菘藍(lán)(Isatisviolascens)[4]、甜蕎(Fagopyrumesculentum)和苦蕎(Fagopyrumtataricum)[5]的種子附屬物對(duì)種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用，而霸王(Zygophyllumxanthoxylum)[6]、白梭梭(HaloxylonPersicum)[7]、鈉豬毛菜(Salsolanitraria)[8]、草麻黃(Ephedrasinica)[9]、當(dāng)歸(Angelicasinensis)[10]、塔里木沙拐棗(Calligonumroborowskii)[11]、蕓香科桔榆屬植物Pteleatrifoliata和P.crenulata[12]的種子附屬物對(duì)種子萌發(fā)具有抑制作用，百歲蘭屬Welwitschiamirabilis的種子附屬物對(duì)萌發(fā)的影響因生境不同而異，附屬物抑制納米布沙漠種群的種子萌發(fā)[13]，而對(duì)意大利Naples大學(xué)的栽培種群的萌發(fā)無(wú)顯著影響[14]。有關(guān)種子附屬物對(duì)種子活力的保持，有研究表明：絲葉芥(Leptaleumfilifoliu)和甘青念珠芥(Neotorulariakorolkovii)有附屬物種子在埋藏一年后仍有60%的種子具有生活力[15]，綿果薺在干貯藏后有附屬物種子的生活力顯著高于無(wú)附屬物的種子[16]，寬翅菘藍(lán)在埋藏12個(gè)月后無(wú)附屬物種子的生活力高于有附屬物種子的[4]。可見(jiàn)，附屬物對(duì)種子生活力的影響因種和貯藏方式而異。

灌木是荒漠植被的重要組成部分，對(duì)維持荒漠生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定及生物多樣性具有重要作用。灌木常作為退化荒漠植被恢復(fù)的候選植物，利用本地野生灌木提高植被成效已成為干旱區(qū)植被恢復(fù)的趨勢(shì)[17]。甘肅古浪縣沙漠和綠洲過(guò)渡帶[18]、河西走廊[19]等地引種了麻黃，寧夏鹽池引種了沙木蓼(Atraphaxisbracteata)、東疆沙拐棗(Calligonumklementzii)等[20]，古爾班通古特沙漠在1984年就開(kāi)始建造人工梭梭(Haloxylonammodendron)林，這些灌木對(duì)荒漠地區(qū)植被恢復(fù)發(fā)揮了重要作用。

木賊麻黃(Ephedraequisetina)、木蓼(Atraphaxisfrutescens)、戈壁藜(Iljiniaregelii)、木本豬毛菜(Salsolaarbuscula)為灌木，是荒漠草地的優(yōu)勢(shì)種或重要組成種，是干旱區(qū)植被修復(fù)的潛在候選植物，這幾種灌木的種子都有附屬物(圖1)。在植被修復(fù)中如果采用種子直播或育苗，首先遇到的問(wèn)題就是種子生活力和萌發(fā)問(wèn)題。如果當(dāng)年臨冬播種，至第2年春季種子萌發(fā)前，種子在野外貯藏了6個(gè)月左右，如果是在第二年春季播種，種子則會(huì)在倉(cāng)庫(kù)貯藏6個(gè)月左右。那么，不同貯藏方式附屬物對(duì)種子生活力的保持、萌發(fā)乃至休眠解除有怎樣的作用？采集或貯藏種子時(shí)，種子附屬物是去除還是保留，都是有待研究的問(wèn)題?；诤芏嗷哪嗄痉N子附屬物對(duì)種子生活力保持有促進(jìn)作用，但是對(duì)種子休眠解除和萌發(fā)具有抑制作用，因此，我們假設(shè)：(1)這4種荒漠草地灌木的種子附屬物有利于其種子生活力的保持；(2)附屬物對(duì)種子萌發(fā)具有抑制作用。

1 材料和方法

1 種子采集地自然概況

木賊麻黃采自阿勒泰地區(qū)青河縣哈依亨(N 46°30′N，E 90°9′，海拔1 270 m)，該地區(qū)年均降水量19.7 mm，年均溫1.7℃(1989～2018年，青河縣氣象局)。戈壁藜、木本豬毛菜和木蓼均采自達(dá)坂城地區(qū)柴窩堡(N 43°39′，E 88°9′,海拔1 058.7 m)，該區(qū)干旱少雨長(zhǎng)年大風(fēng)，年均降水量52.3 mm，年均溫7.4℃，年均風(fēng)速6.4 m/s(1989年至2018年，達(dá)坂城氣象局)，這兩個(gè)地方均為干旱冷涼地區(qū)。

1.2 種子的采集及特性

供試植物在自然條件下以果實(shí)為傳播和萌發(fā)單位，因此本研究中的種子采集單位為果實(shí)。2019年10月于木賊麻黃果實(shí)成熟期，2019年6～9月于木蓼、戈壁藜、木本豬毛菜果實(shí)成熟期，在其自然群落中隨機(jī)采收每種植物10株，每株收集30～100粒成熟果實(shí)，帶回實(shí)驗(yàn)室在通風(fēng)環(huán)境下放置兩周，自然晾干，將果實(shí)充分混勻，裝入紙袋，存放在室溫干燥環(huán)境下備用。對(duì)這4種植物的果實(shí)及其果皮進(jìn)行觀察拍照，木賊麻黃為裸子植物，其果實(shí)為雌球花，種子被肉質(zhì)“花被”包裹(圖1-A)；木蓼為蓼科植物，其果實(shí)為瘦果，在果期種子被增大的內(nèi)輪花被片包被(圖1-B)；戈壁藜和木本豬毛菜為藜科植物，包裹戈壁藜種子的為邊緣膜質(zhì)、中部肥厚并隆起的小苞片(圖1-C)，包裹木本豬毛菜種子的是果期生有翅的花被片以及宿存的花萼(圖1-D)，這些均為種子附屬物。

圖1 4種灌木的果實(shí)及種子Fig.1 Fruits and seeds of four shrubs注：A：木賊麻黃；B：木蓼；C：戈壁藜； D：木本豬毛菜

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 鮮種子的萌發(fā) 將每種植物帶有附屬物和去除附屬物的種子各400粒，放置于直徑100 mm的培養(yǎng)皿，每個(gè)培養(yǎng)皿25粒種子，以90 mm濕潤(rùn)濾紙為基質(zhì)， 4個(gè)重復(fù)，放入光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)，溫度設(shè)置為5℃/15℃、10℃/20℃、15℃/25℃、15℃/30℃(12 h光/12 h暗，光強(qiáng)8 000 lx)，接近這兩個(gè)生境生長(zhǎng)季月平均最低/最高氣溫。在萌發(fā)過(guò)程中，保持濾紙濕潤(rùn)，以胚長(zhǎng)出2 mm即視為萌發(fā)。每天統(tǒng)計(jì)萌發(fā)的種子數(shù)，持續(xù)4周。試驗(yàn)結(jié)束后用解剖刀剖開(kāi)未萌發(fā)的種子，觀察胚并用TTC法檢測(cè)種子活性，記數(shù)發(fā)紅的有生活力的種子數(shù)，計(jì)算種子萌發(fā)率，萌發(fā)率=(萌發(fā)種子數(shù)/有生活力種子數(shù))×100%[17]。

1.3.2 種子附屬物處理及萌發(fā)于種子成熟當(dāng)年10月，取晾干備用的果實(shí)2份各150粒，其中1組為完整果實(shí)，帶有種子附屬物，視為有附屬物種子，另一組去除種子附屬物只保留種子，視為無(wú)附屬物種子。兩組種子裝入紗網(wǎng)袋中，每種植物各4袋。其中一組埋放在柴窩堡自然植被的空地(土壤基質(zhì)基本一致、周圍無(wú)植物)土中深約2.5 cm處，此處理視為野外貯藏，用50 cm×50 cm的方形鐵網(wǎng)框(四圍用木條鏈結(jié))釘住，以防被風(fēng)吹走，同時(shí)用DS1923型紐扣溫度計(jì)記錄種子所在位置的濕度和溫度。另一份放在實(shí)驗(yàn)室(20℃～23℃，25%～36% RH)，接近生產(chǎn)實(shí)際中常用的倉(cāng)庫(kù)為干熱貯藏，每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)，共8袋。于第2年3月底將8袋種子拿出，帶回實(shí)驗(yàn)室。挑出無(wú)生活力的空癟和腐爛的有附屬物種子和無(wú)附屬物種子，計(jì)算無(wú)生活力種子的百分比，有生活力種子比率=(有生活力種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%。剩余有生活力的種子(包括有、無(wú)附屬物的)放入光照培養(yǎng)箱(12 h光/12 h暗，光強(qiáng)8 000 lx，15℃/25℃變溫)培養(yǎng)(鮮種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)表明此溫度幾種植物的種子萌發(fā)率均最高)，每天統(tǒng)計(jì)萌發(fā)數(shù)持續(xù)4周。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)用TTC檢測(cè)剩余種子的生活力，計(jì)數(shù)死種子數(shù)和有生活力種子數(shù)，分別計(jì)算有、無(wú)附屬物種子的萌發(fā)率，萌發(fā)率=(已萌發(fā)種子數(shù)/有生活力種子數(shù))×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 20.0軟件和Microsoft Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，萌發(fā)試驗(yàn)結(jié)果以平均值(Mean)±標(biāo)準(zhǔn)誤(SE)表示，采用單因素分析(One-way ANOVA)檢驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 鮮種子的萌發(fā)

在4個(gè)溫度下木賊麻黃種子的萌發(fā)率在91%～100%，木本豬毛菜和戈壁藜種子的均為100%(圖2)，且萌發(fā)速度很快(表1)。木蓼種子的萌發(fā)率均不高，在5℃/15℃下的萌發(fā)率最低，為19%。在10℃/20℃、15℃/25℃、15℃/30℃下的萌發(fā)率為27%～37%，這三個(gè)溫度間差異不顯著(P>0.05)。

圖2 4種植物成熟鮮種子在不同培養(yǎng)溫度下的萌發(fā)率Fig.2 Germination percentage of fresh mature seeds of four species under different temperatures注：小寫字母不同表示同種植物不同溫度間萌發(fā)率差異顯著(P<0.05)

2.2 貯藏處理種子的萌發(fā)

貯藏6個(gè)月后，木賊麻黃無(wú)論干熱貯藏還是野外貯藏，均表現(xiàn)為不帶附屬物的種子生活力明顯高于帶附屬物的種子(P<0.05)(圖3)。木蓼的種子野外貯藏后不帶附屬物種子的生活力明顯高于帶附屬物種子的(P<0.05)，而干熱貯藏后的差異不顯著(P>0.05)。木本豬毛菜種子無(wú)論經(jīng)過(guò)室內(nèi)貯藏還是野外貯藏，無(wú)論帶或不帶附屬物，均失去生活力。戈壁藜帶附屬物的種子的生活力高于不帶附屬物種子的，野外貯藏的尤為明顯(P<0.05)。

圖3 種子在不同地方貯藏后的具有生活力種子比率Fig.3 Effects of seed storage methods on percentage of viable seeds for four species注：大寫字母不同表示不同附屬物處理間差異顯著(P<0.05)，小寫字母不同表示貯藏方式間差異顯著(P<0.05)

木賊麻黃成熟時(shí)不帶附屬物的種子萌發(fā)率明顯高于帶附屬物的種子(P<0.05)，經(jīng)干熱貯藏和野外貯藏后，帶附屬物種子的萌發(fā)率明顯提高，帶附屬物種子與不帶附屬物種子差異不顯著(P>0.05)。木蓼鮮種子帶附屬物種子的萌發(fā)率明顯高于不帶附屬物的(P<0.05)。戈壁藜無(wú)論鮮種子還是貯藏后的，有附屬物種子和無(wú)附屬物種子的萌發(fā)率均為100%(P>0.05)(表1)。

木賊麻黃的鮮種子和貯藏后的帶附屬物種子明顯比不帶附屬物的慢(P<0.05)(表1)。木蓼鮮種子萌發(fā)速度有附屬物與無(wú)附屬物的差異不顯著，但干熱貯藏后無(wú)附屬物種子的萌發(fā)速度比有附屬物的快了近一倍(P<0.05)，而野外貯藏的差異不顯著(P>0.05)。木本豬毛菜和戈壁藜鮮種子和貯藏后種子均在培養(yǎng)24 h內(nèi)開(kāi)始萌發(fā)。在培養(yǎng)第1天時(shí)，木本豬毛菜帶附屬物種子的萌發(fā)率已超50%，而不帶附屬物的萌發(fā)率高達(dá)97%，且在第2天結(jié)束萌發(fā)。戈壁藜萌發(fā)速度也較快,但帶附屬物種子與不帶附屬物種子的差異不顯著(P>0.05)(表1)。

表1 有、無(wú)附屬物種子貯藏后在15℃/25℃下的萌發(fā)率和萌發(fā)速度

3 討論

3.1 鮮種子的萌發(fā)溫度

木賊麻黃、木本豬毛菜和戈壁藜種子在4個(gè)溫度下萌發(fā)率均接近100%(圖1)，說(shuō)明在自然條件下，只要條件適宜，3種植物的大部分種子在生長(zhǎng)季的任何時(shí)候均可萌發(fā)，這與荒漠灌木霸王[21]和雜草酸模(Rumexacetosa)[22]的種子萌發(fā)特性相似。本研究中3種灌木的生境均為荒漠，降水稀少且不可預(yù)測(cè)，年均溫低，為干旱冷涼地區(qū)，在任何時(shí)間都可萌發(fā)有利于種子在水分條件適宜時(shí)即刻萌發(fā)，增大建苗機(jī)會(huì)。木蓼在4個(gè)溫度下萌發(fā)率均較低，說(shuō)明大部分種子是休眠的，與同屬植物長(zhǎng)枝木蓼的研究結(jié)果相似[23]。

3.2 附屬物與種子生活力

第1個(gè)假設(shè)是這4種植物的種子附屬物有利于其種子活力的保持，但研究結(jié)果并未支持這一假設(shè)。無(wú)論哪種貯藏方式，木賊麻黃去除附屬物種子的生活力高于有附屬物種子的，說(shuō)明其附屬物不利于種子生活力的保持。本試驗(yàn)中觀察到帶附屬物的木賊麻黃種子發(fā)霉嚴(yán)重。有研究表明，包被木賊麻黃種子的肉質(zhì)花被中含有豐富的有機(jī)物、無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[24]，從而容易滋生微生物，造成種子腐爛的重要原因。而木蓼種子附屬物的存在只降低了野外貯藏后種子的生活力，對(duì)干熱貯藏后的種子生活力無(wú)影響。可能因?yàn)槟巨しN子外宿存的花被片是開(kāi)裂的(圖1-B)，野外土壤條件下花被片對(duì)種子的保護(hù)有限，這與寬翅菘藍(lán)的結(jié)果一致[4]。戈壁藜和木本豬毛菜均為藜科植物，果實(shí)為胞果，無(wú)論哪種貯藏方式，戈壁藜帶附屬物種子的生活力均高于不帶附屬物的，可見(jiàn)附屬物有利于種子生活力的保持，這與綿果薺[16]的研究結(jié)果一致。木本豬毛菜種子萌發(fā)速度快，且很容易失活，不管哪種貯藏方式，有無(wú)附屬物的種子均很快失活。由此可見(jiàn)，種子生活力的保持和衰退不僅取決于該植物的遺傳特性和種子附屬物結(jié)構(gòu)，還取決于貯藏條件。

3.3 附屬物對(duì)種子萌發(fā)的影響

第2個(gè)假設(shè)是種子附屬物對(duì)4種植物的種子萌發(fā)具有抑制作用，但研究結(jié)果并不支持該假設(shè)。

對(duì)于鮮種子而言，附屬物抑制木賊麻黃種子的萌發(fā)，促進(jìn)木蓼種子的萌發(fā)，對(duì)其他兩種的無(wú)顯著影響。貯藏之后，對(duì)木賊麻黃種子萌發(fā)無(wú)明顯影響?？赡芤?yàn)橘A藏后木賊麻黃種子附屬物變干并脫離種子，其抑制作用消失，這與草麻黃[9]成熟鮮種子的研究結(jié)果相似。貯藏后，附屬物抑制木蓼種子的萌發(fā)，類似于同屬植物香蓼(Polygonumviscosum)[25]、蕓香科桔榆屬的兩種植物[12]、霸王[6]、白梭梭[7]、高枝假木賊(Anabasiselatior)[26]、幾種豬毛菜屬植物[8，27]的研究結(jié)果。戈壁藜種子附屬物對(duì)貯藏后種子的萌發(fā)均無(wú)影響，可能因?yàn)槠浒N子的小苞片貼合緊密，對(duì)種子具很好的保護(hù)作用。木本豬毛菜種子附屬物對(duì)成熟鮮種子的萌發(fā)無(wú)影響，貯藏后無(wú)論有無(wú)附屬物，種子均失去生活力。由此可見(jiàn)，種子附屬物對(duì)種子萌發(fā)的影響取決于種子結(jié)構(gòu)、休眠特性及貯藏條件。在植被恢復(fù)實(shí)施時(shí)的種子采購(gòu)和貯藏中，木本豬毛菜不宜放到第2年，木賊麻黃、木蓼、種子附屬物的去留可以根據(jù)種子貯藏條件和播種時(shí)段而定，可以保留戈壁藜種子附屬物。

從萌發(fā)速度來(lái)看，木賊麻黃種子附屬物使種子萌發(fā)延遲了1周，可能因?yàn)椋举\麻黃的附屬物為肉質(zhì)花被片，吸水后膨脹阻隔種子與外界聯(lián)通，當(dāng)附屬物吸水達(dá)到飽和狀態(tài)后，種子才能獲得萌發(fā)所需要的水分，軟化較硬的種皮使胚突破種皮[28]，這與具假種皮的衛(wèi)矛(Euonymusalatus)[29]、當(dāng)歸(Angelicasinensis)[10]的結(jié)果相似。同時(shí)，以往研究表明，麻黃的附屬物中含有抑制萌發(fā)的物質(zhì)，延遲種子萌發(fā)[9]，本研究中木賊麻黃也可能含有抑制萌發(fā)的物質(zhì)，因而延遲種子萌發(fā)。本研究中的戈壁藜和木本豬毛菜的鮮種子均在一天內(nèi)完成萌發(fā)，屬于快速萌發(fā)類型，不易受附屬物的影響，這與同為藜科的堿蓬(Suaedaglauca)、鹽穗木(Halostachyscaspica)[30]在2～4 d內(nèi)完成萌發(fā)的特性相似。

4 結(jié)論

木賊麻黃、戈壁藜和木本豬毛菜成熟鮮種子在5℃/15℃、10℃/20℃、15℃/25℃、15℃/30℃下萌發(fā)率均接近100%，木蓼種子萌發(fā)率均很低，大部分種子是休眠的。種子附屬物不利于木賊麻黃兩種貯藏和木蓼野外貯藏后種子生活力的保持，有利于野外貯藏戈壁藜種子生活力的保持。種子附屬物抑制木賊麻黃成熟鮮種子的萌發(fā)，促進(jìn)木蓼鮮種子的萌發(fā)，對(duì)戈壁藜和木本豬毛菜無(wú)顯著影響。貯藏后，附屬物對(duì)種子萌發(fā)的影響因貯藏條件和物種而異，木本豬毛菜無(wú)論有無(wú)附屬物，貯藏后種子均失去生活力。在植被恢復(fù)播種和貯藏中，可以考慮去除木賊麻黃的種子附屬物，保留木蓼和戈壁藜的種子附屬物，木本豬毛菜種子易失活，不宜貯藏至第2年。

致謝：新疆特殊環(huán)境物種保護(hù)與調(diào)控生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供實(shí)驗(yàn)條件。喬家利等參與萌發(fā)試驗(yàn)。