不同年际间异子蓬种子大小、萌发能力及结实格局

异子蓬(Borszczowia aralocaspica)为中亚荒漠特有种,在我国仅分布于新疆,其果实具有二型性。对同一生长地2006、2007、2008年异子蓬种子的大小、萌发特性及结实格局进行比较,结果表明:(1)年份和种子类型对种子大小和重量均有显著影响(P<0.05)。(2)2种类型种子具有不同的萌发行为,褐色种子萌发率高(>90%),萌发速度快,而黑色种子萌发率低(2006年的萌发率为31%),萌发速度慢;2种类型种子的萌发指数在不同年际间均差异显著。(3)不同年际间,种子总数、褐色种子数、黑色种子数均具有极显著差异(P<0.001),且随个体的增大黑色种子的比例逐渐减小,褐色种子的比例逐渐增大,并且黑色种子数目均高于褐色种子数目。该研究为深入认识异型种子的生态适应对策提供理论基础。     

准噶尔荒漠异苞滨藜(Atriplex micrantha)的种子二型性及其萌发行为

异苞滨藜的果实(种子)存在二型性,这两种类型的果实在形状、大小、颜色及包被其苞片的大小上均有差异。黑色果实果皮光滑,有光泽,直径1.481mm±0.186mm,包被果实的苞片较小;褐色果实扁平,直径2.642mm±0.254mm,包被果实的苞片较大。以异苞滨藜的两种果实(种子)为材料,在3个变温条件(5/25℃、5/15℃、15/25℃,暗12h/光12h)下进行萌发实验,褐色种子成熟后即具有一定的萌发能力,最终萌发率都在80%以上。黑色种子仅在低的夜间温度(5℃)和高的昼间温度(25℃)条件下有较高的萌发率(>70%),而在5/15℃、15/25℃条件下,种子的最终萌发率较低(<20%),2星期的低温层积处理能够有效地加速和提高黑色种子在3个变温条件下的萌发,划破果皮和种皮也能不同程度的加速和促进黑色种子的萌发,表明黑色种子处于非深度生理休眠状态。苞片中盐含量低,苞片对褐色种子萌发无抑制作用。异苞滨藜的果实(种子)二型性及其萌发行为是对荒漠异质环境的适应。     

盐分、变温和激素处理对盐生植物异子蓬异型性种子萌发及成苗的影响

利用培养皿种子萌发及土壤盆栽方法对新疆特有藜科1年生盐生植物异子蓬(Suaeda aralocaspica)在不同盐分(NaCl和Na2SO4)、变温(4～30℃)和激素(GA3)处理下的种子萌发及成苗行为进行了研究.结果表明:异子蓬2种种子在NaCl和Na2SO42种盐胁迫下的萌发和休眠特性表现出明显差异,其中黑色种子的萌发率比褐色种子低;黑色种子属于非深度生理休眠,可分别通过15/30℃变温处理、4℃低温层积30 d及用800mg·L-1赤霉素处理促进其萌发;盐处理及温度变化对褐色种子的出苗率和成苗率影响显著,对黑色种子则不明显,说明黑色种子萌发存在着持续性的缓萌机制,有利于其形成持久种子库,以上特性均显示出其对初春盐生环境的适应性.     

外源激素ABA影响新疆荒漠盐生植物异子蓬异型种子萌发机制

以新疆荒漠盐生植物异子蓬(Suaeda aralocaspica)异型种子为材料,通过外源ABA直播(长时间)与浸种(短时间)处理分别研究不同浓度(0、0.5、1.0、5.0、10.0μmol/L)ABA对异型种子萌发、幼苗生长的影响,并通过定量PCR技术分析与萌发相关的ABC转运蛋白基因、丝裂原活化蛋白激酶激酶基因和DNA修复和转录因子基因在5.0μmol/L ABA处理下的表达规律,探讨外源ABA影响异子蓬异型种子萌发差异的机制。结果显示:(1)外源ABA直播处理下,褐色种子萌发及幼苗生长均受到明显抑制,黑色种子的萌发和幼苗生长在低浓度被促进,较高浓度被显著抑制;短时间浸种处理,能够同时促进异型种子的萌发及幼苗生长,且随ABA浓度增加促进效应增强。(2)直播萌发后,褐色种子中3个基因的表达量与对照相比均不变或降低表达(除了DNA修复和转录因子基因在8 h显著升高),黑色种子与对照相比均上调表达(除了ABC转运蛋白基因在8h显著下调);短时间浸种萌发后,褐色种子中3个基因的表达量均比对照显著升高,黑色种子中升高不明显。基因表达规律与种子萌发结果趋势一致,暗示ABA浸种可能触发了异子蓬种子萌发内在机制并对随后的萌发过程产生促进作用。而黑色种子对ABA处理表现出较好的萌发响应,可能是其幼苗能抵御荒漠地区逆境环境的重要原因。     

种子异型植物异子蓬的生殖分配和结实格局

选择能产生异型果实和种子的一年生盐生植物异子蓬(Suaeda aralocaspica)为研究对象, 研究其生殖分配和结实格局。结果表明, 异子蓬具有较高的生殖分配和规律性的“谨慎型”结实格局。异子蓬的生殖分配高达56%。在资源充裕时, 该植物对扁圆形棕色种子(采取机会主义的萌发策略)的投资多于双凸镜形黑色种子(采取谨慎的萌发策略)的投资。异子蓬的花序类型为二歧聚伞花序, 单个果序含果实(种子)的数目为1-15个, 最多可分为4级。果序内果实的分布具有一定的规律: 第一级1个果实, 第二级2个, 第三级4个, 第四级8个。异子蓬优先将资源供给黑色种子的果实, 利用不同类型种子的发育顺序, 首先保证黑色种子的产出。具有较高的生殖分配和采取“谨慎”的生殖策略是异子蓬与其所处盐漠环境长期适应的结果。     

异子蓬二型性种子的种皮结构及离子含量差异

异子蓬(Borszczowia aralocaspica)是中亚荒漠区系特有的一年生盐生植物,其种子具有二型性。通过检测异子蓬二型性种子中的生理生化物质以及观察种皮的结构,比较异子蓬二型性种子中营养物质、养分全量以及种皮结构的差异,结果表明:(1)异子蓬的棕色种子只有一层薄种皮,而黑色种子不但具有一层薄的内种皮还有一层坚硬致密的外种皮;(2)棕色种子的质量大、质量频数分布较为集中,并且吸水迅速,在吸水率较低时就能够大量萌发;(3)棕色种子的可溶性糖、可溶性蛋白质、全氮、全磷以及K+、Na+、K+/Na+和Mg2+/Na+都显著高于黑色种子。说明在繁殖子代、产生二型性种子时,异子蓬对棕色种子和黑色种子之间的繁殖投入存在着巨大的差异,这可能是导致异子蓬二型性种子产生差异性萌发机制的重要原因。     

散枝猪毛菜的种子多型性及其萌发行为

散枝猪毛菜(Salsola bracchita)主要分布于新疆准噶尔荒漠,具有很强的抗干旱和抗盐碱能力。该文对散枝猪毛菜的果实进行了观察,表明散枝猪毛菜具有4种类型的散布单位和果实,这4种果实在形状、大小、颜色和着生方式上均有显著差异。A型果实绿色、球形、大,着生方式为横生,宿存花被革质,背部有紫红色翅状附属物,直径为(2.161±0.138) mm,单粒重为(3.810±0.113) mg;B型果实绿色、大、扁平、长圆形,着生方式为直立,宿存花被革质,背部有翅状附属物,长为(2.062±0.188) mm,宽为(1.720±0.148) mm,单粒重为(2.665±0.113) mg;C型果实绿色、大、扁平、长圆形,着生方式为直立,宿存花被膜质,背部无翅状附属物,长为(2.239±0.277) mm,宽为(1.844±0.150) mm,单粒重为(2.723±0.559) mg;D型果实黄色、小、扁平、长卵形,着生方式为直立,宿存花被膜质,背部无翅状附属物,长为(1.678±0.163) mm,宽为(1.390±0.110) mm,单粒重为(0.928±0.025) mg。A型、B型和C型种子(果实)在5 ℃/15 ℃、5 ℃/25 ℃、15 ℃/25 ℃(暗12 h/光12 h)变温条件下萌发率>68%,且B型和C型种子比A型种子有较高的萌发率和萌发速率。D型种子在3种变温条件下萌发缓慢,最终萌发率始终维持在较低水平(<20%),划破果皮和种皮能够显著提高D型种子的萌发率和萌发指数,表明D型种子处于生理休眠状态。散枝猪毛菜的种子多型性是对荒漠异质环境的一种适应。     

刚毛柽柳（Tamarix hispida）种子萌发特性的研究

目的:研究温变周期、盐分和储藏时间对刚毛柽柳种子萌发的影响.方法:利用不同温变周期,不同浓度NaCl溶液,储藏时间等处理对刚毛柽柳种子进行萌发试验,测定其萌发率和萌发速度.结果:在5/15℃、5/25℃、15/25℃和25/35℃(暗/光:12h/12h)四个温度周期下,刚毛柽柳种子的萌发率均大于90%;在5/25℃、15/25℃和25/35℃三个温变周期下,刚毛柽柳种子萌发迅速,初始萌发时间均仅为10h;低浓度的NaCl溶液(≤0.60mol/L)促进种子萌发,高于1.00mol/L浓度的NaCl溶液抑制种子萌发,当浓度增高至1.40mol/L时,种子萌发率降低为0;将在NaCl溶液中处理8d未萌发的种子转移至蒸馏水中后,原来较高浓度(≥0.80mol/L)处理的种子具有较高的萌发恢复率(>70%);种子寿命约11个月.结论:温变周期25/35℃(暗/光=12/12h),低浓度的NaCl溶液(≤0.60mol/L)最适宜刚毛柽柳种子的萌发.     

盐生植物角果碱蓬种子二型性对环境的适应策略

角果碱蓬(Suaeda corniculata)是藜科一年生盐生植物, 在我国分布于北方盐碱滩涂和盐碱荒漠地区。角果碱蓬具有棕色和黑色两种异型体种子(简称棕色和黑色种子)。对采自内蒙古鄂托克前旗盐渍化生境的角果碱蓬二型种子的形态、休眠和萌发特性开展对比研究, 测定了二型种子休眠和萌发行为对温度、光照和盐分(NaCl)的响应, 以揭示盐生植物异型种子对温带盐漠生境的适应对策。结果表明: (1)二型性种子在大小、种皮特性和结实比例方面有显著差异。与黑色种子相比, 棕色种子个体较大, 种皮透水性强。黑色种子与棕色种子的结实比例约为5.6 : 1。(2)新成熟的棕色种子的萌发对各温度梯度和光照条件不敏感, 萌发率较高(84%-100%); 而新成熟的黑色种子萌发率较低(8%-78%), 萌发对光照敏感。(3)黑色种子具有浅度生理休眠, 种皮划破、赤霉素处理和低温层积均可有效地提高种子的萌发率。(4)二型种子萌发对土壤盐分的胁迫具有不同的响应。与黑色种子相比, 棕色种子对盐分胁迫不敏感, 在较高的盐分浓度下仍有较高的萌发率, 低温层积处理能够降低黑色种子对盐胁迫的敏感性, 有效地提高种子的初始萌发率、萌发恢复率和最终萌发率。角果碱蓬二型种子不同的形态、休眠和萌发特性, 提高了该物种在高度异质性生境中的适合度, 对种群成功地适应温带盐漠环境具有重要的意义。     

NaCl胁迫对疣苞滨藜种子萌发和早期幼苗生长的影响

在光/暗(12 h/12 h)条件下研究了温度、苞片和NaCl浓度对疣苞滨藜种子萌发及其恢复的影响,同时观察萌发后幼根在NaCl中的生长和恢复情况.结果显示:(1)疣苞滨藜种子在温度周期为5℃/2℃、15℃/5℃、20℃/10℃、25℃/5℃、25℃/15℃中处理12 d后种子萌发率均达到80%以上,其最适萌发温度为25℃/15℃.(2)苞片对种子萌发不存在抑制作用,但能够延缓萌发时间.(3)低浓度的NaCl能促进种子萌发和幼根的伸长,且在0.2 mol/L时达到最大,在0.8 mol/L时完全抑制种子萌发和幼苗的生长.(4)经过不同浓度NaCl预处理后的种子,其萌发恢复率随原处理浓度的升高而升高,且最终萌发率都高于对照.研究表明,NaCl处理对疣苞滨藜种子没有造成伤害,其抑制萌发是通过渗透效应而不是离子毒害;疣苞滨藜种子和幼苗对盐分的耐性是其适应盐渍荒漠环境的重要原因.     

Role of trichomes and pericarp in the seed biology of the desert annual Lachnoloma lehmannii (Brassicaceae)

In many angiosperms, the fruit rather than the seed is the dispersal/germination unit, and this is the case with Lachnoloma lehmannii, a desert annual ephemeral in central southwestern Asia with indehiscent nonmucilaginuous silicles covered with trichomes. The primary aim of this study was to assess the role of trichomes and pericarp in dispersal, anchorage of diaspores, and seed germination of this species. Mature silicles are dispersed by wind and gravity, and trichomes not only significantly increased their dispersal distance, adherence to sandy soil particles, mass of water imbibed and moisture content, but also decreased the rate of water loss and moisture content of seeds. A significantly higher percentage of seeds within silicles than of isolated seeds retained viability after exposure to 60 °C for 24 h. Seed dormancy is due to the pericarp and to nondeep physiological dormancy, as shown by the increase in germination percentage of isolated seeds following dry storage and treatment with GA₃. Removal of pericarp increased germination of 6-month-old seeds from 0 to 80–90 %, and leachate from both pericarp and trichomes significantly inhibited germination of isolated seeds. Ninety-five percent of seeds within silicles buried in soil for 2 years were viable, but only 28 % of them germinated in light at 15/2 °C; thus L. lehmannii forms a persistent soil seed bank. The pericarp and its trichomes may maximize plant fitness by determining the settlement location of silicles, thus helping to ensure that seeds germinate during the cool season for seedling survival in the desert environment.     

Trade-offs between seed dispersal and dormancy in an amphi-basicarpic cold desert annual

Background and Aims

Several studies have demonstrated trade-offs between depth of seed dormancy and dispersal ability for diaspore-dimorphic species. However, relatively little is known about trade-offs between these two life history traits for a species that produces more than two diaspore morphs. The aim of this study was to investigate the relationship between seed dormancy and dispersal in Ceratocarpus arenarius, an amphi-basicarpic cold desert annual that produces a continuum of dispersal unit morphs.

Methods

A comparison was made of dispersal and dormancy breaking/germination responses of dispersal units from ground level (a), the middle of the plant canopy (c) and the top of the plant canopy (f). Various features of the morphology and mass of dispersal units and fruits (utricles) were measured. The role of bracteoles in diaspore dispersal by wind, settlement onto the soil surface and dormancy/germination was determined by comparing responses of intact dispersal units and fruits. Movement of dispersal units by wind and animals, seed after-ripening, germination phenology and the presence of water-soluble germination inhibitors in bracteoles were tested using standard procedures.

Key Results

Dispersal units a, c and f differed in morphology and mass; in the majority of cases, extremes were exhibited by a and f, with c being intermediate. Overall, relative dispersal ability was f > c > a, whereas relative intensity of dormancy was a > c > f. Bracteoles increased dispersal distance by wind, enhanced settlement of diaspores onto the soil surface and mechanically inhibited germination.

Conclusions

The results provide evidence for a model in which there is a continuous inverse-linear relationship between diaspore dispersal ability and depth of dormancy. Thus, dispersal unit heteromorphism of C. arenarius results in a continuum, from no dispersal ability/high dormancy (dispersal unit a) to high dispersal ability/low dormancy (unit f), which may be a bet-hedging strategy in the cold desert environment.     

两种集合繁殖体形态及间歇性萌发特性——以蒺藜和欧夏至草为例

集合繁殖体(synaptospermy)是荒漠植物为适应恶劣环境条件而演化出的关键性特征,其作为植物生活史特性之一,有助于了解在荒漠环境下集合繁殖体植物的适应策略。蒺藜(Tribulus terrestris)和欧夏至草(Marrubium vulgare)分别为一年生及多年生草本植物,蒺藜扩散单位由一朵花发育而成的集合繁殖体组成,欧夏至草扩散单位由多朵花发育的集合繁殖体和种子组成,以这两种植物为材料,对其集合繁殖体形态、活力、吸水及萌发特性进行初步研究。结果显示:(1)蒺藜集合繁殖体依照发育成熟先后位置在质量、附属物刺的长度、附属物占质量百分比、种子数、活力、吸水量、萌发率及萌发速率均存在显著差异;欧夏至草集合繁殖体质量及吸水量明显大于种子,而活力、萌发率及萌发速率不存在显著差异。(2)萌发位置上,蒺藜集合繁殖体仅在长刺端位置的种子萌发,属非随机萌发,而欧夏至草集合繁殖体萌发不具有规律性,属随机萌发;萌发时间上,蒺藜和欧夏至草集合繁殖体在当季下均只萌发部分种子,具间歇性萌发特性。(3)对不同生活型植物而言,其集合繁殖体附属物对种子的保护、保水、扩散及萌发行为的功能相同,但一年生草本植物的萌发行为侧重于种群繁衍,因此蒺藜集合繁殖体在当季萌发率及萌发速率较高;多年生草本植物的萌发行为侧重于种群扩散,因此欧夏至草扩散单位多样化,且萌发率及萌发速率较低。     

五蕊寄生种子萌发特性

采用室内与野外实验相结合的方法,对五蕊寄生（Dendrophthoe pentandra）种子萌发特性以及鸟类消化过程对其种子萌发的影响进行研究。结果表明：五蕊寄生种子对温度和光照较敏感,与黑暗条件相比,光照能显著提高种子的萌发率;20℃为种子萌发的最适温度,萌发率达53.8%,高温35℃及低温10℃均不利于种子萌发。研究发现纯色啄花鸟（Dicaeum concolor）是该植物的主要食果者,种子外的果肉不是限制种子萌发的关键因素,人为去除果肉并不能提高种子的萌发率,但可缩短种子萌发的时间,果实通过纯色啄花鸟类肠道消化后,随着粪便排出的种子萌发率显著提高（达69%）,暗示纯色啄花鸟在五蕊寄生的种子萌发过程中具有重要的作用。     

冷层积和室温干燥贮藏对河西走廊8种荒漠植物种子萌发的影响

不同贮藏和处理条件对不同植物的种子萌发有不同的影响。该文以河西走廊干旱半干旱区8种荒漠植物为研究对象, 探讨了种子经历不同冷层积(4 ℃、-5 ℃、-26 - 10 ℃)和室温干燥贮藏后的萌发响应。研究结果表明: 1)冷层积可使种子萌发率提高、保持不变或降低, 冷层积的有效温度下界可降至-5 ℃或更低。4 ℃和-5 ℃的冷层积使多裂骆驼蓬(Peganum multisectum)和驼蹄瓣(Zygophyllum fabago)种子的萌发率升高、萌发速度加快, 冬季过低的气温以及较大的温度变幅(-26 - 10 ℃)使部分种子萌发率升高。3种冷层积和室温干燥贮藏使黑果枸杞(Lycium ruthenicum)种子萌发率达到90%-100%。唐古特白刺(Nitraria tangutorum)、甘草(Glycyrrhiza uralensis)、苦马豆(Sphaerophysa salsula)种子经过3种冷层积和室温干燥贮藏后萌发率变化较小。中亚紫菀木(Asterothamnus centrali-asiaticus)种子对各种贮藏条件的响应不明显, 部分种子活性丢失。刺沙蓬(Salsola ruthenica)种子扩散时有较高的萌发率(84%), 经-5 ℃和-26 - 10 ℃冷贮藏后, 种子仍具有较高的萌发率, 经4 ℃冷贮藏后几乎不萌发, 大部分种子活性丢失。2)不同物种的种子经过不同方式的贮藏后, 萌发对温度的响应不同。经冷层积后的多裂骆驼蓬种子萌发响应于恒温, 驼蹄瓣和刺沙蓬种子萌发更加响应于变温条件; 多数植物种子在变温培养下萌发速度慢于恒温下。