溫度對垂穗披堿草種子萌發的影響

葛慶征，張衛國，張靈菲，衛萬榮

（蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州730020）

垂穗披堿草（Elymus nutans）是高寒草甸植被群落中具有代表性的禾本科草種之一［1］。由于垂穗披堿草是高寒草甸類草地中較為恒定的組分，其優勢度的變化與植被演替進程有著高度的相關性，因而，也是決定草地牧用價值及判定草地健康狀況的重要因素之一［2］。目前，草地退化問題不但已經成為制約高寒牧區畜牧業發展的根本性問題，而且也是導致生態和人類生存條件惡化的重要誘因。補播適宜的草種是恢復和改良草地植被的基本措施，垂穗披堿草由于其具有本土草種的高度適應性且品質優良，因而成為高寒草地補播實踐中的首選草種。然而，由于垂穗披堿草為野生草種，其種子萌發條件與典型的栽培草種存在較大差異，采用常規種子質量檢驗方法很難得出準確可靠的結果。目前，有關垂穗披堿草發芽條件的研究雖然也注意到了該草種的特殊性，并在變溫處理、光照處理等方面有所涉及［3－4］，但多數研究仍局限于常規方法［5］。即使考慮到了野生草種的特殊性，所涉及的廣度和深度仍顯欠缺和不足。因此，進一步探討垂穗披堿草對最佳萌發條件的要求，不僅是科學測定和評價種子真實品質的需要，而且是補播實踐中正確計算播種量、合理制訂投資預算的基本依據。鑒于此，本研究僅就溫度和光照條件對垂穗披堿草種子發芽的影響進行了較為深入系統的研究，以期對當前垂穗披堿草種子發芽條件的確定在理論上有所補充和完善。

1 材料與方法

1．1 供試種子 2010年9月15－25日分別在甘肅省甘南藏族自治州的瑪曲歐拉（海拔3 941m）、瑪曲阿孜（海拔3 528m）、夏河牙力吉（海拔3 213 m）、合作南郊（海拔2 925m）手工采集完全成熟的垂穗披堿草種子各2 000g，帶回實驗室作進一步清選后備用。

1．2 溫度處理 恒溫處理：設5、10、15、20、25和30℃共6個處理水平。用Φ12cm培養皿墊鋪吸水濾紙作發芽床，每個培養皿均勻放置100粒種子，發芽期間保持濾紙濕潤，在恒溫、恒濕及24h光照（人工光照培養箱）培養，每日09：00將發芽種子取出，并計數，直至第30天不發芽為止。每處理均重復3次。

變溫處理：以恒溫處理的6個溫度梯度為基準，分別降低10℃作為變溫幅度，并以高、低溫度在24 h內各處理12h的組合構成6個變溫處理，即：－5℃／5℃、0 ℃／10 ℃、5 ℃／15 ℃、10 ℃／20 ℃、15℃／25℃和20℃／30℃。其他條件同恒溫處理。

1．3 光照處理 以變溫處理的6個組合為基礎，只是將全天候不間斷光照改設為08：00－20：00光照、20：00－08：00黑暗。其他條件同上恒溫處理。

1．4 測定指標及統計分析

發芽率＝最終正常發芽的種子粒數／供試種子粒數×100%；

發芽勢＝在7d內正常發芽的種子粒數／供試種子粒數×100%；

發芽指數（GI）＝∑（Gt／Dt）。

式中，Gt為在不同時間的發芽數；Dt為相應的發芽日數。

活力指數（VI）＝GI×S。

式中，S為7d內幼苗長度（cm），GI為發芽指數。

發芽周期：種子置于培養箱開始發芽之日至最后一個種子發芽之日的天數，發芽持續期統一為30d。

以上指標皆以SPSS 13．0版統計軟件進行方差分析和差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2．1 恒溫處理 在恒溫處理的6個梯度中，發芽率在5℃和30℃的溫度條件下分別為74．1%和71．2%，二者間的差異不顯著（P＞0．05），但二者卻均顯著低于（P＜0．05）10、15、20和25℃的4個處理，其發芽率的分布區間為80．3%～81．5%（圖1）。發芽勢隨溫度的上升先增加后下降（圖2），最低值出現在最低溫度（5℃，66．7%）梯度點上，最高值出現在15℃（77．5%）梯度點上，6個溫度梯度間除5和30、15℃和20、10和25℃間無顯著差異（P＞0．05）外，其他各梯度間均存在顯著差異（P＜0．05）。種子活力指數在5～20℃梯度區間內表現為隨溫度的上升而增加，各相鄰梯度間差異顯著（P＜0．05），20℃與25℃間無顯著差異（P＞0．05），但30℃梯度點卻顯著低于25℃（P＜0．05）（圖3）。發芽周期總體上表現為隨溫度的升高而縮短的趨勢（圖4），5℃時平均歷時約27d，10、15℃時則降至18．7和14．7d，各溫度梯度間均存在顯著差異（P＜0．05），其中15～30℃間，下降幅度趨于平緩，但15℃與20℃間仍存在顯著差異（P＜0．05），僅20與25℃、25與30℃間無顯著差異（P＞0．05）。

圖1 恒定溫條件下的發芽率變化Fig．1 Germination rate under constant temperature conditions

圖2 恒溫條件下的發芽勢變化Fig．2 Germination power under constant temperature conditions

圖3 恒溫條件下的活力指數變化Fig．3 Vigour indexes under constant temperature conditions

圖4 恒溫條件下的發芽周期變化Fig．4 Germination periods under constant temperature conditions

就4個采自不同海拔高度的草籽而言，在5℃的低溫條件下，歐拉、阿孜和牙力吉3地的種子發芽率差異較小（P＞0．05），但均顯著高于合作地區（P＜0．05），在10℃條件下亦表現出類似的特征，但各產地間的差異不顯著（P＞0．05）；在15℃時，四地間發芽率趨于一致，但在20℃以上的3個梯度下情況發生逆轉，高海拔產地開始明顯低于低海拔產地，尤以30℃時最為明顯，合作和牙力吉兩地的種子發芽率顯著高于（P＜0．05）海拔相對較高的歐拉和阿孜。發芽勢的情況與發芽率有所不同，在5和10℃的低溫條件下，發芽勢表現為隨海拔高度下降而上升的趨勢，歐拉和阿孜顯著低于（P＜0．05）牙力吉和合作，而歐拉與阿孜、牙力吉與合作之間無顯著差異（P＞0．05）；15和20℃條件下，各海拔高度間均無顯著差異（P＞0．05），而溫度上升至25℃高海拔地與低海拔地間的差異又重新顯現，且仍以高海拔地顯著小于（P＜0．05）低海拔地為特征，當溫度升至30℃時，雖也表現為與25℃時的相同趨勢，但其差異程度則明顯減?。≒＞0．05）。活力指數只有在5℃時表現出了高海拔地高于低海拔地的明顯差異，而10℃至25℃的4個梯度水平則均表現為低海拔明顯高于高海拔的變化，30℃時，不同海拔間的差異基本消失；在小于15℃的3個溫度梯度下，發芽周期均表現為隨海拔高度的上升而延長的基本態勢，但只有歐拉與其他3地存在顯著差異（P＜0．05），而其他3地間差異均不顯著（P＞0．05）；20℃至30℃的3個梯度，發芽周期在4個海拔高度間均無顯著性差異（P＞0．05）。

2．2 變溫處理 在6個變溫處理中，發芽率在－5℃／5℃條件下最低，其次為20℃／30℃，二者均顯著低于其他4個處理（P＜0．05），且二者間亦存在顯著差異（P＜0．05）；0 ℃／10 ℃、5 ℃／15 ℃、10℃／20℃和20℃／30℃的4個處理間雖以10℃／20℃略高于其他3個處理，但差異均不顯著（P＞0．05）（圖5）。發芽勢總的變化態勢與發芽率基本相同（圖6）?；盍χ笖翟冢?℃／5℃、0℃／10℃、5℃／15℃、10℃／20℃和15℃／25℃的4個處理中，基本呈隨溫度的上升而顯著增加的趨勢，除10℃／20℃、15℃／25℃和20℃／30℃三者之間差異不顯著外（P＞0．05），其他相鄰各處理間均存在顯著差異（P＜0．05）；至20℃／30℃的峰值后，活力指數隨溫度繼續上升而逐漸（15℃／25℃）下降（圖7）。發芽周期總體上表現為隨溫度的上升而下降，發芽周期最長的處理為－5℃／5℃，歷時18．8d，最短的處理為20℃／30℃，歷時12．2d，二者相差6．6d，存在顯著差異（P＜0．01）。溫度相對較低的3個處理，發芽周期差異較為明顯（P＜0．05），且均顯著高于溫度較高的3個處理（P＜0．05），而溫度較高的3個處理間，發芽周期則無顯著差異（P＞0．05）（圖8）。不同海拔高度的草籽，發芽率、發芽勢在各溫度梯度下差異不顯著（P＞0．05）；在2個低溫梯度下，種子活力有隨海拔升高而上升的微弱趨勢（P＞0．05），但在5℃／15℃、10℃／20℃、15℃／25℃和20℃／30℃的4個梯度上卻普遍表現為相反的結果，即隨海拔的上升而明顯下降的趨勢（P＜0．05）；發芽周期總體上呈雖海拔上升而增加的趨勢，但只有在低溫的3個梯度下歐拉和阿孜顯著高于牙力吉和合作（P＜0．05），而在溫度相對較高的3個溫度梯度下，各海拔高度間差異不顯著（P＞0．05）。

圖5 變溫條件下發芽率的變化Fig．5 Germination rate under variable temperature conditions

圖6 變溫條件下發芽勢的變化Fig．6 Germination power under variable temperature conditions

圖7 變溫條件下的活力指數的變化Fig．7 Vigour indexes under variable temperature conditions

2．3 光照處理 無論是發芽率、發芽勢，還是活力指數和發芽周期，在光照處理條件下的表現均與變溫處理條件下極其相似，略有不同的是，在變溫處理下，種子的活力指數在中高溫區段有隨處理溫度上升而加強的明顯趨勢，而在添加了光照處理之后，這種差異有所減小（圖9－12）。這一結果總體上表明，光照對垂穗披堿草種子萌發的影響微乎其微。

2．4 綜合比較 在不考慮溫度梯度和不同采集地因素，僅以不同溫度處理方式為比較基準的條件下，垂穗披堿草種子發芽情況如圖13、14所示。

發芽率在恒溫條件下均顯著低于（P＜0．05）變溫和光照處理，而變溫和光照處理間差異不顯著（P＞0．05）（圖13）。種子活力在變溫處理下雖明顯高于恒溫處理，但差異不顯著（P＞0．05），而光照處理則顯著高于（P＜0．05）恒溫處理，變溫與光照處理間差異不顯著（圖14）。發芽周期在恒溫處理下平均為16．4d，顯著高于（P＜0．05）變溫（14．6 d）和光照（14．0d）處理，而變溫與光照處理間差異不顯著（P＞0．05）。

圖8 變溫條件下的發芽周期變化Fig．8 Germination periods under variable temperature conditions

圖9 光照條件下的發芽率變化Fig．9 Germination rate under illumination conditions

圖10 光照條件下的發芽勢變化Fig．10 Germination power under illumination conditions

圖11 光照條件下的活力指數的變化Fig．11 Vigour indexes under illumination conditions

圖12 光照條件下的發芽周期變化Fig．12 Germination periods under illumination conditions

圖13 不同處理條件下發芽率和發芽勢的比較Fig．13 Comparison of germination rate and power under different treatments

圖14 不同處理條件下活力指數和發芽周期的比較Fig．14 Comparison of seed vigour indexes and germination periods under different treatments

3 討論

垂穗披堿草作為高寒地區的本土草種，近年來在栽培草地建植和天然草地恢復與改良中的應用日趨廣泛，用量不斷增加，并以其高度的適應性和優良的品質而成為高寒地區的當家草種［6］。然而，垂穗披堿草雖經20余年的栽培馴化，其基本的野生性狀并未得到完全去除，因此，在應用實踐中，難免因其不適合一般的栽培規范而在具體的技術操作上無法做到精準無誤。比如，對于種子用量的確定，最重要的參數便是種子的發芽率，如果不能取得這一參數的準確數值就不能求得精準無誤的理論用種量，因而就會影響到對草籽種用價值的估算，進而影響草地的建植質量和成本。對一般栽培草種而言，發芽率的測定均有一定的標準規程［7］，但對于垂穗披堿草而言，應用常規的技術規程就很難準確測出其真實的發芽率，因為實驗室所設定的條件并不代表其最佳的發芽條件，而野生環境條件可能更有利于其種子萌發［8］。在實踐中，常會出現在實驗室所測發芽率極低的種子在播種之后其出苗數遠高于理論預測值的情況，也正因為如此，種子質量檢測的委托方經常會對種子檢測部門出具的檢測報告提出質疑。這也是證明垂穗披堿草因其野生特性的存在而不應以栽培草種等同對待的實證。本研究的結果也充分證明，垂穗披堿草種子的適宜萌發條件更接近于其野生的自然環境，至少對溫度條件的選擇表現出了對原產地萌發溫度特別是變溫環境的高度適應性。

在本研究中，垂穗披堿草在恒溫條件下發芽率的適宜溫度為10～25℃，其間的4個梯度以20℃最高（82．4%），之后依次為10 ℃（80．9%）、25 ℃（80．9%）和15℃（80．3%），但4個梯度間差異均不顯著。此外，即使在5℃的低溫條件下，其發芽率亦可達到74．1%的較高水平。發芽勢的結果進一步縮小了垂穗披堿草對種子最適發芽溫度的選擇范圍，發芽勢的最高值出現在15～20℃，且顯著高于其他4個溫度梯度?；盍χ笖档姆逯祫t偏向于稍高的溫度條件，最高值分別出現在20和25℃，但仍以20℃時最高。從發芽周期來看，整體上隨溫度的上升而縮短，但15～30℃之間的4個梯度間差異卻不顯著（P＞0．05）。這一結果說明，垂穗披堿草種子對發芽溫度的要求相對較低，其上限為25℃，最適溫度更接近于20℃左右，且生態變幅較大。在變溫和光照處理中，發芽率和發芽勢的最高值均出現在10℃／20℃的溫度梯度上，盡管種子活力和發芽周期同樣有傾向于較高溫度的明顯趨勢，但總體上仍無法動搖垂穗披堿草種子的適宜發芽溫度明顯低于一般栽培草種的基本結論。

許多研究證明，對于野生植物而言，變溫條件具有刺激種子萌發、提高種子發芽率的顯著作用［9－10］，此外，對于部分草種而言，一定的光照條件也具有類似的明顯功效［11－12］。對此，學者們普遍認為，野生草種的種子具有較栽培草種更強的休眠特性，這是對野生環境的一種適應性，具有重要的生態學意義［13］。在本研究中，變溫處理除－5℃／5℃梯度水平外，其余5個梯度水平的發芽率和發芽勢均顯著高于（P＜0．05）其所對應的恒溫處理，如果在統計中同時剔除變溫處理－5℃／5℃及其對應的恒溫處理5℃的數據，5個變溫處理水平下的平均發芽率和發芽勢分別可達94．6%和87．8%，而恒溫處理則分別為79．5%和73．3%，差異均極顯著（P＜0．01）。這說明，垂穗披堿草種子的野生性狀仍較為突出，在恒溫條件下所獲取的種子發芽率與其實際發芽率存在著很大的差異。然而，在本研究中，無論是發芽率、發芽勢和種子活力，還是發芽周期，在晝夜交替式光照和晝夜全光照兩種處理間差異均不顯著（P＞0．05），這說明，垂穗披堿草種子的萌發對光照條件反應不敏感，但也有可能與人工光照條件和自然光照條件存在較大差異有關。

生活于不同海拔高度和緯度的同種植物由于生存環境的差異也可造成種子對萌發條件的適應性分異［14－15］。在本研究中，不同海拔高度種子的發芽能力因溫度條件不同而表現出較為明顯的差異?？傮w而言，在低溫條件下，高海拔種子的綜合發芽能力要優于低海拔種子，而在高溫條件下則表現為低海拔優于高海拔的趨勢，但在中溫條件下，各海拔高度間卻無明顯差異。另外，如果單純考慮海拔因素，這種差異的產生顯然與海拔高度的差異程度密切相關，而且只有當海拔高度的差異達到一定程度時，種子發芽特性的差異才會有較為明顯的表現［16］。在本研究中，這種可導致垂穗披堿草種子發芽特性發生明顯分異的海拔高度差至少應在700m以上，而這種差異性表現是否來自于遺傳基因的支配還有待做進一步研究。

4 結論

1）垂穗披堿草具有較強的野生特性，對種子萌發溫度要求較低，在恒溫條件下的適宜發芽溫度范圍為15～25℃。

2）晝夜變溫條件可顯著提高垂穗披堿草種子的發芽率和整齊度，最佳變溫組合為10℃／20℃，發芽率和發芽勢分別較20℃恒溫條件提高20%。

3）垂穗披堿草種子萌發對光照條件反應不敏感。

4）不同海拔高度的垂穗披堿草種子在相同發芽條件下的發芽性狀存在一定差異，但這種差異在不同發芽條件下卻有著不同的表現。在高溫條件下，低海拔種子的總體發芽能力要優于高海拔種子，而在低溫條件下則表現為高海拔優于低海拔的趨勢。

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