周芝琴，李廷山，武艳培，胡小文

(草地农业生态系统国家重点实验室 兰州大学草地农业科技学院,甘肃 兰州 730020)

种子萌发受外界生态条件，如水分、温度、氧气、光照、土壤酸碱、土壤盐分、化学物质、埋深和生物条件的综合影响[1-2]。其中，光照和温度是影响植物种子萌发的重要因素。根据种子萌发对光照的反应，可将种子分为需光性、忌光性与光中性3种类型[3]。这一特性是种子感应自身生境的一个重要机制，如种子萌发的需光特性可能有利于避免种子在遮荫或较深埋藏条件下萌发[4-5]。但种子萌发对光照反应的实际情况往往更为复杂，如光质、光强、光周期等都会影响种子萌发对光的反应[6]，温度也可能在一定程度上改变种子萌发对光照的反应。种子萌发是由一系列酶催化的生化反应引起的，因而温度是影响种子萌发的另一重要因素。早在19世纪中期,德国学者Sach就提出使用温度三基点即最低温、最适温与最高温来描述种子萌发对温度的需求[7]。最适温度时，种子萌发速率最快，最终萌发率高，发芽整齐；当温度低于最适温而高于最低温时，种子虽能萌发，但所需时间长，发芽不整齐；而当温度高于最适温而低于最高温时，虽然萌发速率较快，但发芽率低[8]。因而，研究光照和温度对种子萌发的作用不仅对了解植物对生态环境的适应性具有重要意义[9]，也对确定合适的种子检验条件具有一定的参考价值。

长芒草(Stipabungeana)，禾本科针茅属，多年生密丛禾草，主要分布于亚洲中部和北部以及我国华北、西北，常见于路边草地及干山坡。长芒草春季萌发甚早，耐践踏，为山羊、绵羊所喜食，是山地早期放牧的一种重要牧草，具有重要的生产价值[3]。Cheng等[10]研究发现，随着全球气候的变化与人类活动的加剧，近30年来，长芒草的分布范围呈现明显扩张的趋势，在干旱半干旱区草原由伴生种逐渐演替为建群种与优势种。这一过程，与长芒草种子的传播及其在自然条件下的繁殖更新密不可分。目前为数不多的关于长芒草的工作主要集中于其形态、地域分布、饲用与生态价值的研究[11-13]，而对其种子萌发与幼苗繁殖更新的研究尚未见报道。此外，作为一种具有重要利用价值的牧草，适宜的种子质量检验方法是必需的，但目前《牧草种子检验规程》仅见其同属植物克氏针茅(S.krylovii)种子发芽试验的测定方法。

基于此，本研究以长芒草为材料，探讨了光照、温度及其之间的互作对长芒草种子萌发的影响，以期为深入了解长芒草种子萌发的生态适应性，及确定长芒草适宜的萌发条件提供科学基础。

1 材料与方法

1.1试验材料 长芒草种子于2010年7月采于甘肃省榆中县兰州大学榆中校区(35°57′ N，104°10′ E)，经清选干燥后，置于农业部牧草与草坪草种子质量监督检验测试中心(兰州)种质资源库(4 ℃)贮存备用。

1.2试验方法

1.2.1种子生活力测定 随机数取25粒长芒草种子，4个重复，30 ℃黑暗条件下，1%氮红四唑染色18 h，解剖镜下观察种子染色情况，计算其平均值，求得种子生活力为90%。

1.2.2种子千粒重测定 随机数取100粒长芒草净种子称量，重复8次，计算平均值，求得其千粒重为0.873 g。

1.2.3光照对不同温度条件下种子萌发与幼苗生长的影响 随机数取50粒种子置于铺有两层湿润滤纸的培养皿中，分别置于恒温5、10、15、20、25、30、35 ℃和变温10 ℃/20 ℃、15 ℃/25 ℃、20 ℃/30 ℃条件下进行培养。各温度条件下，分别设置持续黑暗与光暗交替(12 h/12 h)两个处理，其中黑暗处理采用锡箔纸包裹培养皿，并放入不透光的纸盒，每处理4个重复。每天统计发芽率，持续两周。

1.2.4测定指标 以胚根突出种皮作为发芽标准，按公式计算以下指标：

发芽率=发芽终期全部正常种苗数/供试种子数×100%，发芽终期为14 d。

发芽指数(GI)=∑Gt/Dt，

式中，Gt为第t天的发芽率，Dt为发芽天数。

幼苗根长、苗长测定：在长芒草种子发芽试验的第7天，对恒温处理下发芽种子的根长、苗长随机取10株进行测定，计算平均值即为相应的根长、苗长。

1.2.5数据计算与统计分析 采用SPSS 17.0对种子萌发与幼苗生长数据进行单因素或多因素方差分析，各处理间均值的多重比较采用DUNCAN法；采用Excel 2007制作图表。

2 结果与分析

2.1光照对不同温度条件下种子发芽率的影响 光照、温度及其互作均显著影响长芒草种子的最终发芽率(表1)。因温度不同，光照不同程度地抑制了长芒草种子的发芽。如在20 ℃条件下，长芒草在黑暗与光照条件下发芽率分别为88%与72%；而在30 ℃条件下，长芒草种子黑暗与光照条件下最终发芽率分别仅为45%与14%(图1)。恒温条件下，随温度的升高，长芒草种子发芽率呈现先升后降的趋势，20 ℃条件下发芽率达到最高。与对应恒温相比,除20 ℃/30 ℃变温处理显著促进种子发芽外，其它变温处理对种子发芽无促进作用。

2.2光照对不同温度条件下种子发芽指数的影响 在所有温度条件下，光照均显著降低种子的发芽指数(图2)。如在20 ℃条件下，光照与黑暗条件下的发芽指数分别为4.35和8.32。5～20 ℃时，发芽指数随温度的增加而增加；20 ℃以后，发芽指数随温度的增加而减少。除20 ℃/30 ℃变温光照条件下发芽指数高于对应恒温条件下外，其他处理条件下，变温处理对发芽速率没有促进作用。

2.3光照对不同温度条件下幼苗生长的影响 在恒温条件下，培养温度低于10 ℃或为35 ℃时，种子在第7天不萌发，因而无根长、苗长数据。其他培养温度条件下，除15 ℃条件下的根长、苗长及20 ℃条件下的根长外，光照均显著抑制了长芒草根与苗的生长，相比20 ℃，光照在其它亚适宜温度条件下对长芒草幼苗生长的抑制明显增强，如相比黑暗条件下，20 ℃光照条件下根长和苗长分别下降24.6%和33.9%，而在25 ℃条件下，光照条件比黑暗条件下根长和苗长分别下降88.6%和86.1%(图3)；随培养温度的升高，苗长和根长呈现先增加后减小的趋势；其中根长在20 ℃黑暗条件下达到最大，为1.06 cm，苗长在25 ℃黑暗条件下达到最大，为2.93 cm。

表1 光照与温度及其互作对长芒草种子发芽率的影响Table 1 Effects of light，temperature and their interaction on seed germination percentage of Stipa bungeana

图1 不同光照和温度条件下长芒草种子的发芽率Fig.1 Seed germination percentage of Stipa bungeana under different light and temperature conditions

图2 不同光照和温度条件下长芒草的发芽指数Fig.2 Seed germination index of Stipa bungeana under different light and temperature conditions

图3 不同光照和温度条件下长芒草种子幼苗生长Fig.3 Seedling growth of Stipa bungeana under different light and temperature conditions

3 讨论与结论

光照是影响植物种子萌发的一个重要因素，不同植物由于适应特殊生境的需要，其种子萌发对光照的需求存在较大差异[14]。如光照可促进醴肠(Ecliptaprostrata)、紫茎泽兰(Eupatoriumadenophroum)[15-16]等种子的萌发；但显著抑制麦仁珠(Galiumtricornutum)种子的萌发[17]。与后者相似,在各种温度条件下，长芒草种子的萌发均表现为光照低于黑暗条件，属典型的忌光性种子。这可能是长芒草种子适应干旱生境的一种策略。干旱区一个典型的特点是降水少、蒸发量大，相比地下，地表处于相对湿润状态的持续时间较短。因而，即使一时的降水可满足种子萌发对水分的需求，但地表随后快速的干旱极易引起幼苗夭折，从而造成种子库的萌发损耗[18-20]。种子萌发的需光性可确保种子只有处于一定的埋深条件下才能顺利萌发，从而保证幼苗根系能从更深土层获取水分，成功建植[4]。特别值得注意的是，本研究发现，温度与光照对长芒草种子的萌发存在显著的互作效应，即在亚适宜萌发温度条件下，光抑制效应更为显著，进一步说明光抑制是长芒草防止种子在不利条件下萌发，从而消减土壤种子库的一种适应策略[21]。

有趣的是，长芒草种子尖端具有螺旋状的长芒，这一结构特点一方面有助于其传播，另一方面，当其落于地面时，由于螺旋状长芒在土壤湿度变化的驱动下，其伸缩将有利于种子往土壤深层迁移，从而从结构机制上保证了种子能在土壤深层萌发[22]。

一般认为，光照对种子萌发的促进或抑制作用与光敏色素状态的转变有关，这种转变通常与种子接受光照的质量有关，如红光与远红光的比例[23]。本研究仅仅探讨了日光灯照射条件下光照对种子萌发的影响，对于光照强度、光照周期以及光照质量等因素对长芒草种子萌发的影响尚待进一步研究。

温度是决定种子萌发的另一重要因素。温度对种子休眠和种子萌发都有着重要的影响，既能通过调节休眠影响种子的萌发率也能影响不休眠种子的萌发速率，通常使用温度三基点(最低、最适、最高温)来描述一个物种能萌发的温度范围[7,24]。本研究发现，长芒草种子在10～30 ℃均能萌发，表明温度可能不是限制种子田间萌发的主要环境因子。但值得注意的是，在低温或者高温条件下，种子的萌发速率或最终萌发率显著下降，这在一定程度上将限制种子在不利环境如早春或盛夏的萌发。很多研究表明，变温有利于种子萌发[25-26]，但本研究发现，与相应恒温条件比较，仅20～30 ℃变温处理对长芒草种子的萌发有促进作用，这可能是由于变温处理减轻了高温的抑制作用。其他变温处理对种子萌发没有影响甚至起到抑制作用，这与种子萌发对黑暗的需求特性是一致的，即避免了种子在地表萌发。

在所有处理条件下，20 ℃黑暗条件下种子萌发率最高，接近种子的生活力；且其萌发速率最快，可以作为检验该植物种子发芽率的适宜条件。

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