疏花蒺藜草種子發芽習性差異的研究

韓成蓮，楊新芳，王 瑩，王大寶，趙東旭

(1.北京理工大學生命學院，北京100081； 2.暨南大學生命科學與技術學院，廣東 廣州 510632)

疏花蒺藜草(Cenchruspauciflorus)為禾本科蒺藜草屬一年生草本植物，原產北美洲，俗名草狗子、草蒺藜，須根分布在5～20 cm的土層里，具沙套。莖圓柱型中空，半匍匐狀，高30～70 cm，分蘗力極強，葉劍狀互生，穗狀花序，小穗1～2枚簇生成束，其外圍是由不孕小穗愈合而成的刺苞[1-2]。刺苞呈球形，每個刺苞含2粒種子，刺苞近中央處有一裂縫，其中暴露在裂縫中央的種子體積明顯大于另一粒種子，每粒種子外均有3層穎片包被。穎果呈球形，黃褐色或黑褐色；頂端具殘存的花柱，背面平坦，腹面凸起；臍明顯，深灰色。

疏花蒺藜草在我國為外來入侵植物，目前在遼寧、內蒙古、吉林均有分布[3]。由于其耐干旱、耐貧瘠、繁殖能力強等生態特性，給當地的自然生態系統、農業生產、畜牧業等造成了嚴重的危害。同時，外來物種的侵占性會引起我國牧草種質資源的喪失和流失[4]，因此，加強對入侵種的基礎生物學特性研究具有重要意義。

種子的異質性表現為生長在同一植株或同一穗(或花序)上不同部位的籽粒，它的形態、質量、結構、成分都有所不同；用不同部位的種子來播種，其后代的生活力、分枝、開花結果部位、成熟期等也有所差異[5]。目前，對光梗蒺藜草(C.calyculatus)種子萌發特性已進行初步探索[6]，疏花蒺藜草刺苞中的兩粒種子萌發也存在差異[1]，這可能與種子的異質性有關。本研究將探討同一刺苞中大、小種子的發芽差異性，為疏花蒺藜草的生物學特性提供基礎知識。

1 材料與方法

1.1試驗材料 疏花蒺藜草草種由遼寧省彰武縣農業中心植保站可欣老師惠贈。

1.2疏花蒺藜草種子的萌發試驗 采用人工氣候箱(型號PRX-350B-30，寧波海曙賽福實驗儀器廠生產)進行培養，每天設4個時間段，條件分別為06:00-08:00，24℃,40%飽和光照；08:00-18:00，28℃，60%飽和光照；18:00-20:00，24℃，40%飽和光照；20:00-06:00，22℃，無光照。

完好種子(刺苞)的挑選：由于在選取種子時有一定的主觀性，因此本試驗在選取刺苞(種子)時，僅挑選從外觀上看體積較大、飽滿且沒有任何發霉點或發霉現象的種子，盡量使選取的刺苞有較好的均一性。種子選取后，置于40℃恒溫搖床中風干24 h(備用)。從中選取200余粒刺苞，剝取出裸種子。未發現僅有單粒種子(大種子)的現象，但大約有1%的刺苞中有3粒種子。

1.2.1完整種子的發芽試驗 取種子80粒，種植在容器中，所用容器為20 cm×15 cm×8 cm(長×寬×深)，沙土深度5 cm，種植深度約1.5 cm (在較深的種植深度下，植物所遇生長阻力增大，使幼苗出土延遲，或導致不能出苗[7])，首次給水500 mL，以后每天噴水200 mL。待種子萌發后每天統計發芽數和雙芽數。重復3次。

1.2.2帶穎片種子的發芽試驗 取刺苞80粒剝去外殼后，將80對帶有穎片的種子播種在沙土中，其他條件參照1.2.1。重復3次。

1.2.3裸種子的發芽試驗 取刺苞80粒，剝去外殼及穎片后將80對種子種植在沙土中，其他條件參照1.2.1。重復3次。

1.3大、小種子萌發順序的觀察試驗 種植條件同完整種子的發芽。待種子萌發4～5 d 即單芽率達高峰時，從沙土中取出種苞，仔細觀察大小種子的發芽情況。同時，在試驗1.2結束時，取出單芽種苞中的未發芽種子，再次種植于沙土中，觀察發芽情況。

1.4疏花蒺藜草種子在干旱條件下的發芽試驗 取80粒刺苞種植在沙土中，種植深度約1.5 cm，每天的噴水量約為1.2.1中澆水量的1/3。重復3次。

1.5蒺藜草種子的吸水率測定

1.5.1完整種子的吸水率測定 取80粒刺苞，黑暗、28℃下搖動浸泡48 h，其間換水5～6次。到時間后剝出種子，并用吸水紙吸干種子表面的水分，在電子天平上稱量以測定吸水率，重復3次,裸種子起始質量參照1.5.3。吸水率計算公式為：

1.5.2帶穎片種子的吸水率測定 挑取80粒完整種子，剝去種苞，保留完整穎片，28℃下浸泡48 h，其他操作同1.5.1，最后測定吸水率，重復3次。

1.5.3裸種子的吸水率測定 挑取80粒完整種子，剝去種苞及穎片，取一半置于稱量瓶中密封稱量，作為種子原始質量。28℃下浸泡48 h，其他操作同1.5.1，最后測定吸水率，重復3次。

1.6統計分析 試驗數據差異顯著性檢驗用SPSS V13.0軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1疏花蒺藜草種子的發芽結果 完整種子從第3天開始發芽，發芽持續時間為5 d(圖1)。從第5天開始出現雙芽，雙芽萌發持續時間為6 d。其中完整種子的總發芽率為(88.05±6.35)%，雙芽率為(56.63±9.63)%，單芽率為(31.40±3.90)%；完整種子中大種子的發芽率為(85.00±6.27)%，小種子的發芽率為(59.64±9.11)%。從以上結果可以看出，在水分充足，光照、溫度適宜的條件下，同一種苞中的兩粒種子均發芽的概率明顯超過50%，且大種子的發芽率明顯高于小種子的發芽率。

種苞中的大種子總是先于小種子發芽。蒺藜草發芽前期(前5 d)單芽率迅速升高，之后隨著種苞內另一種子的發芽，單芽率便逐漸下降，而雙芽率則逐漸升高直至趨于穩定(圖1)。這說明即使種苞中的兩粒種子均能發芽，兩粒種子也不是同時發芽的，存在先后順序。發芽試驗結束時，通過觀察種苞中的兩粒種子發現，大種子發芽的幼苗長勢顯著優于小種子發芽的幼苗，不但莖高大粗壯，而且根系多分布范圍廣，可能大種子在先天遺傳因素上占優勢。

圖1 完整種子的萌發趨勢

帶穎片大種子從第4天開始發芽，發芽持續5 d；帶穎片小種子從第6天開始發芽，發芽持續6 d。與完整種子發芽試驗相比較，去掉外苞后大小種子的發芽時間均晚一天，并且帶穎片的小種子發芽率很低，甚至明顯低于完整種子在適宜條件下小種子的發芽率(59.64%)，而大種子的發芽率也有所降低(表1)。帶穎片小種子發芽率反而低于完整種子的發芽率，這種現象有待進一步研究。

大、小裸種子從第3天開始發芽，萌發持續2 d，且出苗非常整齊。即便是在去除影響吸水的種苞、穎片的情況下，大種子的發芽率也未達到100%(表1)，約有10%的種子不能發芽。值得注意的是，小種子的情況與大種子完全一致。這說明大小裸種子在沒有外苞及穎片的限制下，兩者的發芽機會是相等的，盡管種苞中的兩粒種子大小體積不同，只要去除限制小種子萌發的條件，小種子仍然能夠發芽。

表1 種子的發芽結果 %

試驗中將僅發芽一粒的種苞中的另一粒小種子剝離出來，其體積有所增加，表明其仍有吸水能力，但再次種植在相同條件下的發芽率僅為(27.03±6.30)%，如加上同批次小種子已有59.64%的發芽率(見完整種子的萌發結果)，則小種子總發芽率則達到86.67%，與裸種子種植時的情況接近(表1)。

2.2疏花蒺藜草種子在干旱條件下的發芽結果 疏花蒺藜草種子在干旱條件下，總發芽率為(82.55±5.42)%，大種子發芽率為(80.25±2.37)%，小種子發芽率為0。從以上結果中可以看出，在干旱條件下完整種苞的總發芽率與其在適宜條件下的總發芽率差異不顯著。小種子幾乎不發芽，說明水分會顯著影響小種子的發芽，而大種子只要在種植時水分適宜，無論水分受到限制與否都不影響其發芽。

2.3蒺藜草種子吸水率測定結果 在不同包被狀態下，大種子的吸水率均高于小種子的吸水率。完整種子和帶穎片種子的吸水率差異不明顯。

表2 蒺藜草種子的吸水率測定 %

3 討論

完整種子發芽試驗中，種子的總發芽率與光梗蒺藜草種子在最適條件的發芽率基本一致[6]，這表明光梗蒺藜草種子的最適發芽條件也適用于疏花蒺藜草。

在適宜的條件下，大種子的發芽率高于小種子；去除種苞限制的大、小種子發芽率相同。將發芽時僅發芽一粒的種苞中的另一粒小種子再次種植后，其總發芽率恢復到正常水平。由蒺藜草種苞的解剖結構可知外苞對小種子包被非常致密，幾乎成完全包裹狀態，可能會對小種子獲取氧氣和吸收水分產生一定的限制。由此可推測出外苞及穎片是限制小種子發芽的一個關鍵因素。但完整種子發芽試驗中也存在雙芽現象，說明部分小種子仍有破除外苞及穎片物理限制的能力。

在干旱、半干旱區，水分是影響種子萌發及生長的一個限制因子[8]，干旱脅迫會對植物的器官造成不同影響[9]。在水分供給均充分的條件下，小種子的吸水能力比大種子弱，可能與種子中淀粉等的含量不同有關。種子萌發時需要活化某些酶如β-淀粉酶等，而酶的活化是在種子吸水后才誘發的，因此小種子的吸水量不足時便不能活化其萌發所需的酶，進而限制了小種子的萌發。雖然小種子的吸水能力弱于大種子，但二者在裸種子狀態下發芽率相同，這說明水分不是限制小種子發芽的關鍵因素，而是一個重要因素。

在帶穎片種子的發芽試驗中，大小種子的發芽時間均比完整種子發芽時間晚1 d，并且發芽率也有所降低；另外，完整種子和帶穎片種子的吸水率無明顯差異，而裸種子的吸水率則急劇增加，說明刺苞外殼及基部與水分的吸收和保持密切相關。這是自然界的一種較為普遍的現象，如大蒜貯藏中，用激光灼傷基部，避免其吸水，進而阻止其萌發。

種子的異質性(不均一性)與其后代生產力密切相關[5]。完整種子發芽試驗中只有部分小種子發芽可能還與不同種苞間的異質性有關。

4 結論

疏花蒺藜草完整種苞中大、小種子的發芽存在差異，主要原因是小種子的吸水不充分，而導致種子吸水不充分的原因則是種子刺苞及穎片對小種子的致密包裹。至于大種子與小種子在先天遺傳上的差異是否會延遲小種子發芽甚至完全阻止發芽還有待進一步探討。

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