不同类型的少花蒺藜草种子萌发对水分和光照的响应

摘要 [目的]了解少花蒺藜草（Cenchrus incertus）异型种子对水分和光照的要求。[方法]以少花蒺藜草异型种子为研究对象，采用10个水分梯度（依次为土壤最大持水量的10%～100%）和5种光照强度（全光照、50%光照、25%光照、15%光照、全黑暗），观察少花蒺藜草异型种子的萌发特性。[结果]各水分梯度少花蒺藜草发芽率表现为刺苞>M型种子>P型种子（除50%水分梯度外），随着水分梯度的提高，刺苞及两异型种子的发芽率均呈现先升高后降低的趋势，刺苞在水分梯度60%、M型种子和P型种子在水分梯度50%时发芽率达到最大;发芽势、发芽指数和活力指数呈先升高后降低的趋势，在水分梯度为土壤最大持水量的50%～60%时达到最高值;随着水分梯度的提高，刺苞、M型种子与P型种子的胚根长和胚芽长呈先升高后降低的变化趋势;各光照强度下少花蒺藜草发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均表现为M型种子>P型种子>刺苞，随着光照强度的增加，发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数呈现上升趋势，在全光照下达到最高值，胚根长和胚芽长均在全光照条件下达到最高值。

关键词 少花蒺藜草;异型种子;萌发;水分;光照

中图分类号 X 173文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）04-0051-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.04.016

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Response of Seed Germination of Different Types of Cenchrus incertus to Water and Light

HUO Yan-li，QU Ting， GAO Kai et al （College of Agriculture， Inner Mongolia University for Nationalities， Tongliao， Inner Mongolia 028000）

Abstract [Objective]To understand the water and light requirements of heterotypic seeds of Cenchrus incertus.[Method]Taking the heteromorphous seeds of Cenchrus incertus as the research object，10 water gradients（10%-100% of the maximum water holding capacity of soil） and 5 light intensities（full light， 50% light， 25% light， 15% light and full dark） were used，the germination characteristics of heterotypic seeds of Cenchrus incertus were observed.[Result]The germination rate of Cenchrus incertus under each water gradient was in the order of bract > M-type seed > P-type seed（except for the 50% water gradient）.With the increase of water gradient， the germination rate of bur and two heterotypic seeds both increased first and then decreased，the germination rate reached the maximum when the water gradient of bract was 60%， and the water gradient of M-type seeds and P-type seeds was 50%.The germination potential， germination index and vigor index increased first and then decreased， and reached the highest value when the water gradient was 50% - 60% of the maximum soil water holding capacity.With the increase of water gradient， the radicle and germ length of bract， M-type and P-type seeds increased at first and then decreased; the germination rate， germination potential， germination index and vigor index of Cenchrus incertus under different light intensities were M-type seed > P-type seed >bract.With the increase of light intensity， the germination rate， germination potential， germination index and vigor index showed an upward trend， reaching the highest value under full light， and the length of radicle and germ reached the highest value under full light.

Key words Cenchrus incertus;Heteromorphism seed;Germination;Water;Light

基金项目 国家自然科学基金项目（31460634）。

作者简介 霍艳利（1996—），女，内蒙古通辽人，硕士研究生，研究方向：草地生态。*通信作者，教授，博士，硕士生导师，从事草地生态方面的研究。

收稿日期 2021-05-30

少花蒺藜草（Cenchrus incertus M.A.Curtis），禾本科蒺藜草属一年生草本植物，原产北美洲的美国和墨西哥、中美洲、欧洲及热带沿海地区，20世纪40年代传入我国[1-2]，现已成为科尔沁沙地危害严重的恶性杂草之一[3]。少花蒺藜草以种子进行繁殖，种子具异型性，每个刺苞含1～3粒种子，多为2粒，其中一粒相对较大、外形似芒果且有一小部分外露在刺苞中称为M型种子，另一粒较小、外形似李子的种子称之为P型种子[4]。

种子萌发是种子植物生活史中实现种群更新和物种延续的关键环节之一[5]，且会受到很多因素如温度、光照、水分、氧气等的影响[6]。种子异型性是干旱区一年生植物的一种普遍现象，并被认为是许多一年生植物对异质性环境的独特适应方式，在植物生活史对策和生态适应机制方面具有重要的研究价值[7]。异型种子在萌发过程因环境因素的影响会采取相应的生长策略，以确保在严酷的环境中成功定居与繁衍。有研究发现，盐角草（Salicornia europaea）异型种子萌发在受到温度的影响时，A、B型种子采取“机会主义”策略，而C型种子采取“保守主义”策略[8];盐地碱蓬（Suaeda salsa）异型种子萌发对光照敏感不同，黑色种子萌发被黑暗所抑制，光条件下萌发更好，而棕色种子对光照不敏感[9];异子蓬（Suaeda aralocaspica）异型种子对盐分的响应采取耐盐与避盐策略，棕色种子没有休眠且有耐高盐能力采取“耐盐”策略，而黑色种子的耐盐能力差采取“避盐”策略[10];褐色猪毛菜（Salsola korshinskyi）C型种子在应对温度与降雨时采取“谨慎”萌发策略[11]。王坤芳等[12]认为少花蒺藜草异型种子在相同条件下M型种子发芽率高于P型种子;田迅等[13]研究发现少花蒺藜草异型种子对温度的感应不同，M型种子萌发可以适应高温，P型种子萌发较低采取“保守主义”策略。水分和光照是种子萌发的必要条件，为了更深入了解少花蒺藜草异型种子对水分和光照的要求，该研究采用培养皿沙培法和水培法，以科尔沁沙地少花蒺藜草两异型种子为研究对象，观察其在不同光照与水分下的萌发与生长情况，探究少花蒺藜草异型种子对水分和光照条件的响应策略，了解其在科尔沁沙地的适应和入侵机制。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

该试验所用刺苞和砂土取自于通辽市丰田镇（122°02′E、43°03′N），该地区属于中温带半干旱的大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热，降水多集中在6—8月份，年日照时数3 113 h，是少花蒺藜草的重度入侵区。

1.2 试验设计

1.2.1 水分设置。该试验采集砂土过筛去杂并在105 ℃下烘干24 h至恒重（土壤田间最大持水量为18.37%）。按照最大持水量设定10个水分浓度梯度，依次为土壤最大持水量的10%～100%，将带刺苞的种子以及去除刺苞的M型种子和P型种子分别在不同水分梯度的培养皿（土壤基质为砂土，Φ=9 cm）中进行萌发试验，将刺苞作为对照，每个培养皿中30个种子，覆土深度为刚好没过种子，试验共计30个处理，每个处理设置6个重复，用喷壶浇水后称重并置于光照培养箱中（SPX-250-GB）培养，每日称重保持持水量相同（减去30粒刺苞重量），观察并记录种子发芽数。以胚根长为种子的长度、胚芽长为种子的1/2长度作为萌发标准，以连续3 d内无新增发芽数视为发芽结束。

1.2.2 光照条件。取30粒种子置于铺有一层滤纸的培养皿中，加入不定量蒸馏水（隔天补足水分），水分没过种子的50%，分别进行全光照（6 000 lx）、50%光照（3 000 lx，1层纱布覆盖）、25%光照（1 500 lx，2层纱布覆盖）、15%光照（900 lx，3层纱布覆盖） 处理，（25±1） ℃，12 h光照/12 h黑暗，每个处理设6次重复，观察并记录种子发芽数。以连续3 d内无新增发芽数视为发芽结束。

1.3 测定指标 发芽率（GP）、发芽势（GE）、发芽指数（GI）和活力指数（VI）的计算公式如下：

GP=最终发芽种子数/种子总数×100%（1）

GE=第3天发芽种子数/供试种子数×100%（2）

GI=∑（Gt/Dt）（3）

VI=S×GI（4）

式中，Dt为萌发天数，Gt为Dt相对应的每天萌发种子数。S为平均胚根长，GI为发芽指数。

胚根长、胚芽长：种子萌发7 d后将根部砂土清洗干净，使用直尺测定胚根和胚芽在舒展状态下的长度，记录数据。根芽比=胚根长/胚芽长。

1.4 数据处理与统计方法 该试验所有数据均用Microsoft Office Excel 2010制作图表，SPSS 19.0数据处理系统分析差异显著性，显著性水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 水分梯度对少花蒺藜草种子萌发和胚根、胚芽生长的影响

2.1.1 不同水分梯度下少花蒺藜草种子的发芽率、发芽势。由图1可知，除50%水分梯度外，在同一水分梯度下的发芽率均表现为刺苞>M型种子>P型种子。刺苞与两异型种子的发芽率随着水分梯度的增加均表现为先升高后降低的趋势，且在水分梯度为土壤田间最大持水量的10%时发芽率均为0。当水分梯度为60%时刺苞发芽率最高，为93.33%，显著高于20%、30%、40%、100%水分梯度（P<0.05），在此梯度下，刺苞与两异型种子差异显著（P<0.05）;M型种子与P型种子在水分梯度为50%时发芽率最高，分别为90.00%和82.22%，与20%、30%、40%水分梯度具有显著性差异（P<0.05），在此梯度下，三者差异不显著（P>0.05）。此后，随着水分梯度的提高发芽率呈下降趋势。