土壤水分对地枫皮种子萌发与早期幼苗生长的影响

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(1.广西师范大学 生命科学学院， 广西 桂林 541004；2.广西植物功能物质研究与利用重点实验室，广西植物研究所， 广西 桂林 541006)

地枫皮(IllicicumdifengpiK.I.B.et K.I.M)为八角科常绿灌木或小乔木，其干燥树皮具有祛风除湿，行气止痛的功效[1]。地枫皮主要生长在喀斯特石山山顶或山腰[2]，根皮发达，近肉质，扎于岩缝石隙间，储水能力很强；并且其根、茎、叶在解剖结构上也表现出很强的旱生植物特性[3]。由于其分布范围狭窄、野生资源蕴藏量小，生境脆弱、自然更新慢，再加上乱采滥伐现象严重，已被列为国家第一批珍稀濒危植物[4]。

喀斯特地区是三大生态脆弱带之一，该地区岩石裸露率高，土壤瘠薄，保水能力极差，经常发生临时性干旱，干旱胁迫频发是限制该地区植物生长与分布的主要因素之一[5-6]。水分是影响植物种子萌发与成苗的重要因素，种子成熟后随机散落到不同的地方，生境中的水分供应情况在很大程度上决定着种子的命运[7-8]。种子和幼苗期是植物个体生命周期中最脆弱的阶段，地枫皮种子萌发后，水分胁迫对其子叶出土与早期幼苗生长的影响关系到以后的定居成功，因此开展土壤水分胁迫对喀斯特特征性植物地枫皮的种子萌发和早期幼苗生长的影响研究，将为进一步开展地枫皮物种保护、退化生态系统的恢复和种质资源的持续利用研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 种子萌发试验

地枫皮果实采自广西靖西县的同一野生种群，采回后自然风干，待种子自果实中弹出后，将种子置于5 ℃冰箱储藏。2016年3月21日，种子用0.1%的KMnO4溶液消毒15 min后，播种于装有地枫皮原生土的透明塑料杯中(土壤提前105 ℃杀菌48 h)，表面盖土1 cm，用保鲜膜密封保湿。用称重法控制土壤水分，共设置10个相对土壤含水量，分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%，每个处理3次重复，每杯10颗种子。于25 ℃恒温光照培养箱培养，光照强度为70μmol/(m·s)(每天07：00—19：00光照，其余黑暗)。根据预实验结果，每周各处理补充1次水分到相应的含水量即可。以种子顶出土面为种子发芽的标志，发芽后每2 d调查1次种子萌发情况。播种150 d后，10%、20%、30%和100%处理均无种子发芽，于播种160 d后对未发芽的处理进行复水实验，并观察种子萌发情况。

1.2 幼苗生长试验

2016年5月15日，将沙床萌发的地枫皮幼苗(与种子萌发试验同批种子，带2片子叶)移植于透明塑料杯中，每杯1株，置于25 ℃恒温光照培养箱培养，各处理含水量控制在70%～80%，适应生长1个月后，进行水分控制，水分处理与培养条件同实验1。水分处理后，10%、20%和30%水分处理的地枫皮幼苗均于控水后相继死亡，其余各处理于2017年5月15日测定株高、基径、冠幅(东西与南北两个方向的平均值)和数叶片数，清洗出根部后数一级根系的数量，并测量根长与根粗，然后将植株分成地下与地上部分，在 80 ℃下恒温烘干至恒重，称量，计算生物产量和根冠比。

1.3 生理生化指标测定

可溶性糖含量用蒽酮比色法测定，脯氨酸含量用茚三酮法测定，丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸比色法测定[9]。用SPSS 11.5 (SPSS Inc.,USA)的一元方差(One-Way ANOVA)分析不同土壤水分地枫皮幼苗各参数的差异，用SigmaPlot 9.0 (SPSS Inc.,USA)绘图。

2 结果与分析

2.1 土壤水分对地枫皮种子萌发的影响

如图1 A所示，地枫皮种子萌发的土壤含水量范围为40%～90%，在能萌发的水分范围内萌发率随含水量的增大呈先升后降的趋势，其中60%和70%相对土壤含水量的种子萌发率无显著差异，显著高于其他处理；50%和80%相对土壤含水量的种子萌发率无显著差异，显著高于40%和90%土壤含水量，而前者又显著高于后者。100%和10%～30%土壤含水量地枫皮的种子不能萌发，但10%～30%土壤含水量处理在恢复供水后种子仍能萌发，均能达到40%土壤含水量的种子萌发率，且3种低土壤含水量下的萌发率无显著差异。如图1 B、C所示，复水前，地枫皮的种子萌发开始时间和萌发持续时间均随含水量的降低而显著增大，其中40%土壤含水量的种子萌发开始时间和萌发持续时间均显著长于其它处理，50%土壤含水量次之，60%～90%土壤含水量范围内的种子萌发开始时间和萌发持续时间均无显著差异，均显著低于40%和50%土壤含水量；10%～30%土壤含水量处理恢复供水后，种子的萌发开始时间和萌发持续时间均显著缩短，显著小于复水前各处理。

图1 土壤水分对地枫皮种子萌发的影响

图2 土壤水分对地枫皮幼苗地上部分形态特征的影响

2.2 土壤水分对地枫皮幼苗地上部分形态特征的影响

如图2所示，地枫皮子叶期幼苗在10%、20%和30%土壤含水量下均不能成活，能成活的土壤水分条件下，不同土壤含水量显著影响地枫皮幼苗的地上部形态特征。随土壤含水量的升高，地枫皮幼苗的基径显著增大，而株高、叶片数和冠幅呈先升后降的趋势，其中70%相对土壤含水量的株高、叶片数和冠幅均显著大于其它土壤含水量； 40%与100%土壤含水量相比较，除株高无显著差异外，100%含水量的叶片数和冠幅均显著大于40%含水量。总体而言，地枫皮幼苗在70%相对土壤含水量下地上部分长势最佳，40%相对土壤含水量下长势最差。

2.3 土壤水分对地枫皮幼苗地下部分形态特征的影响

如图3所示，不同土壤含水量显著影响地枫皮幼苗的地下部形态特征。随土壤含水量的升高，地枫皮幼苗的一级根系数目呈先升后降的趋势，其中70%相对土壤含水量的根系数目最多，100%的根系数目最少(图3 A)。60%～100%含水量范围内，地枫皮幼苗的平均根长无显著差异，均显著大于40%和50%含水量，而50%又显著大于40%含水量(图3 B)。40%～90%含水量范围内，地枫皮幼苗的基径随土壤含水量的增大而显著增大，之后又显著降低(图3 C)。总体而言，地枫皮幼苗在70%相对土壤含水量下地下部分长势最佳，40%相对土壤含水量下长势最差。

图3 土壤水分对地枫皮幼苗地下部分形态特征的影响

图4 土壤水分对地枫皮幼苗生物量及其分配的影响

2.4 土壤水分对地枫皮幼苗生物量及其分配的影响

如图4所示，不同土壤含水量显著影响地枫皮幼苗的各部分生物量及其分配。随土壤含水量的升高，地枫皮幼苗的总生物量、根生物量、地上部分生物量和根冠比均呈先升后降的趋势，其中70%相对土壤含水量的总生物量、根生物量、地上部分生物量和根冠比(除70%、80%和90% 3个含水量间无显著差异外)均显著高于其它各水分处理，40%相对土壤含水量均显著低于其它各水分处理(图4)。总体而言，地枫皮幼苗在70%相对土壤含水量下积累的生物量最高，40%相对土壤含水量下最低。

2.5 土壤水分对地枫皮幼苗抗性生理指标的影响

如图5所示，不同土壤含水量显著影响地枫皮幼苗的抗性生理指标。70%相对土壤含水量下地枫皮幼苗的可溶性糖含量最低，之后随土壤含水量的降低和升高，其可溶性糖含量均显著增大(图5 A)。地枫皮幼苗的脯氨酸和丙二醛含量均随土壤含水量的降低而显著增大(图5 B、C)。

3 讨 论

土壤水分对种子萌发过程的影响主要体现在发芽率、发芽开始时间和发芽持续时间的差异上[10-11]。地枫皮种子在60%和70%相对土壤含水量下的种子萌发率最高，低于和高于该水分范围，其发芽率均显著降低。干旱胁迫下，地枫皮种子的发芽开始时间滞后，并且发芽持续时间延长。地枫皮种子在40%～90%土壤含水量范围内均能萌发，土壤含水量低于40%时不能萌发，但水分胁迫解除后，种子能够很快恢复萌发，且复水后种子的萌发开始时间和萌发持续时间均显著缩短。以上研究结果表明，地枫皮种子的抗旱能力很强，复水后的萌发速度快，这与王满莲等[12]的研究结果一致。喀斯特山顶土层薄，地表植被稀少，土壤水分变化剧烈，地枫皮种子的抗旱性强，发芽持续时间长，复水后恢复发芽能力强的特点十分利于其对喀斯特临时性干旱频发的适应。

图5 土壤水分对地枫皮幼苗抗性生理指标的影响

地枫皮早期幼苗在40%～100%土壤含水量范围内均能生长，随土壤含水量的降低地枫皮幼苗的形态参数株高、叶片数、冠幅和根数均呈先升后降的趋势，其中70%相对土壤含水量下的长势最好，高于或低于该水分含量都显著影响其生长，尤其是干旱胁迫的影响更为显著，其40%相对土壤含水量下的长势最差。随土壤含水量的降低地枫皮早期幼苗的各部分生物量积累也均呈先升后降的趋势，其中70%相对土壤含水量下的地上和地下部分积累的生物量最多，总生物量最多，40%相对土壤含水量下积累的生物量最少，总生物量最少。

可溶性糖和脯氨酸是植物体内最重要的有机渗透调节溶质之一[13]。在许多抗旱性研究中发现，干旱胁迫下这些植物的可溶性糖和脯氨酸积累速率越高, 其抗旱性也越高[14]。本研究中，相对土壤含水量低于70%时(干旱胁迫)，地枫皮幼苗的可溶性糖和脯氨酸含量均随干旱程度的加深呈显著上升的趋势，表明地枫皮早期幼苗通过积累可溶性糖和脯氨酸等渗透调节物质来增强干旱胁迫下的吸水能力。还有研究报道干旱胁迫下植物体内可溶性糖和脯氨酸的积累有助于活化抗氧化保护酶系统[15]，干旱胁迫下，地枫皮幼苗可溶性糖和脯氨酸含量的增大促进了抗氧化酶活性的提高。植物的MDA含量是衡量膜脂质过氧化程度的重要指标[16]。随着土壤水分胁迫程度的加深, 地枫皮早期幼苗的MDA含量显著上升，表明干旱胁迫强度增大其膜系统受到的过氧化伤害也增大，干旱胁迫下渗透调节物质的增多对地枫皮早期幼苗具有一定的保护作用，但仍受到了较大的过氧化伤害，进而影响到生长与生物量积累。虽然地枫皮种子萌发与幼苗生长对土壤水分胁迫具很强的适应能力，随着全球气候变暖趋势的加重，喀斯特地区干旱现象将进一步增加，地枫皮的自然更新将会遭到较大的威胁，急需进行人工繁育栽培来保护该喀斯特特有珍稀濒危植物资源。