镉胁迫对盐地碱蓬二型种子幼苗生长及抗逆生理的影响

为探究盐地碱蓬二型种子幼苗对Cd胁迫的适应策略,明确Cd胁迫下植物响应机理并筛选出对Cd污染盐渍土壤有修复潜力的种子类型,以辽河口湿地潮滩区盐地碱蓬(Suaeda salsa)为材料,采用土培盆栽方法对盐地碱蓬进行0、0.04、0.2、0.4、0.8 mg·kg^(-1)Cd胁迫,分析2种盐地碱蓬幼苗生长情况、不同部位Cd含量、抗氧化酶比活力和渗透调节物含量。结果表明:Cd胁迫对黑色种子幼苗株高、鲜质量和根冠比的抑制作用大于棕色种子幼苗,Cd胁迫下棕色种子幼苗根、茎、叶生物量总体高于黑色种子幼苗;盐地碱蓬棕色种子幼苗叶片SOD、POD和CAT对Cd胁迫的抗氧化响应能力强于黑色种子幼苗,渗透调节物含量随着Cd胁迫浓度的增加呈升高的趋势,且棕色种子幼苗可溶性糖和脯氨酸含量明显高于黑色种子幼苗;盐地碱蓬棕色种子幼苗器官中Cd累积含量高于黑色种子幼苗,各器官Cd的积累分配为根>叶>茎;盐地碱蓬Cd累积与渗透调节物质含量之间呈正相关(P<0.01),植物生长与抗氧化酶活性之间呈正相关(P<0.05)。研究表明,棕色种子幼苗Cd胁迫耐性强于黑色种子幼苗,盐地碱蓬棕色种子有较好的Cd污染盐土修复潜力。

异子蓬二型种子的萌发与休眠特性及其生态适应

异子蓬为中亚荒漠的特有种,其果实为胞果,花被片在结果时宿存包被果实形成浆果状的散布单位。对异子蓬的散布单位、果实形态进行比较观察,并在5/15℃、5/25℃、15/25℃(暗/光=12h/12h)3个温变周期下进行种子萌发实验,结果表明:(1)异子蓬的散布单位绿色、浆果状,有大小两种形态;大小两种散布单位内包被的果实在形状、大小、颜色上存在着明显差异。(2)大的散布单位内包被的果实圆形,扁平,褐色,无光泽,直径(2.64±0.03)mm,重量(3.68±0.04)mg;小的散布单位内包被的果实双凸镜形,黑色,有光泽,直径(2.40±0.04)mm,重量(2.86±0.06)mg。(3)褐色种子在3个温变周期下的萌发率都在81%以上,萌发速度快,而黑色种子萌发率低,萌发慢,具有休眠现象。(4)划破种皮及低温层积处理可显著提高黑色种子在3个温变周期下的萌发率,延长储存时间也可有效地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。异子蓬产生的两种不同类型的种子及其在时间和空间上的萌发差异对荒漠异质环境具有重要的适应意义。

盐生草(Halogeton glomeratus)二型种子的休眠与萌发

盐生草的果实和种子存在二型性,这两种类型的种子在形状、大小、颜色及包被其花被片背部是否具翅上均有显著差异。绿色种子,圆形,直径为(1.552±0.116)mm,宿存花被革质,背部有紫红色翅状附属物,单粒重为(0.808±0.033)mg;黄色种子,椭圆形,长为(1.752±0.155)mm,宽为(1.146±0.088)mm,宿存花被革质,背部无翅状附属物,单粒重为(0.568±0.011)mg。两种种子在3个变温条件(5/25℃、5/25℃、15/25℃,暗12h/光12h)下的萌发率均较低,绿色种子为36%,而黄色种子为17%(15℃/25℃)。延长储藏时间和划破种皮均能显著提高绿色种子的萌发率,表明绿色种子属于非深度生理休眠。随着储藏时间的延长,黄色种子的萌发率也能缓慢提高,但不显著,而划破种皮能够显著促进其萌发,表明黄色种子属于深度生理休眠。

紫花地丁二型性种子的萌发特性及其生态意义

紫花地丁(Viola philippica)具有开放花(CH)和闭锁花(CL)形成的二型性种子。在对紫花地丁CH种子和CL种子形态观测的基础上,比较了这两种类型种子在不同温度、光照以及贮藏时间下的萌发特性。结果表明,1)CH种子长、宽以及千粒重显著大于CL种子(P<0.05)。2)CH种子和CL种子最适萌发温度均为20℃,萌发率均在95%以上,在10℃条件下均不萌发,但在高温(30℃)条件下CL种子的萌发率显著高于CH种子(P<0.05),其它温度下,两者萌发率均无显著差异(P>0.05)。3)CH种子对光照条件敏感,黑暗条件对其萌发具有极显著的抑制作用(P<0.01),而CL种子在12h光照和全黑暗条件下萌发差异不显著(P>0.05)。4)CH种子贮藏210d后,萌发率显著降低(P<0.05),而CL种子则在贮藏510d后萌发率才显著下降(P<0.05)。CH种子于春季成熟后即可迅速萌发,CL种子一部分于之后的季节萌发,另一部分成为短暂土壤种子库于次年春季萌发。紫花地丁通过二型性种子更好地适应时空异质性环境,提高了其适合度。

盐地碱蓬二型性种子及其幼苗对盐渍环境的适应性

研究了盐地碱蓬二型性种子中离子含量与刚萌发幼苗耐盐性之间的关系,以及盐分对砂培盐地碱蓬二型性种子的幼苗生长、离子含量及光合特性的影响。棕色种子中离子含量显著高于黑色种子。与对照相比,100和400 mmol/L NaCl对棕色种子幼苗伸长没有抑制作用,却显著抑制黑色种子幼苗的伸长。NaCl处理下棕色种子的幼苗地上部分干重和主茎一级分枝数比黑色种子幼苗高,但二型性种子的幼苗叶片中离子含量、叶绿素含量及光合放氧速率却没有明显差异。上述结果说明盐地碱蓬棕色种子较高的离子含量可能是棕色种子刚萌发幼苗耐盐性较强的重要原因。棕色种子幼苗较高的生物量可能与其较多的分枝数有关。二型种子的这些特征可能决定了其在群落建成中所起到的不同作用。

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。

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。

异形狭果鹤虱的二型性种子萌发特性及其生态适应

[目的]研究异形狭果鹤虱种子的二型性现象。[方法]通过形态、扩散特征,观察和萌发实验对异形狭果鹤虱的二型性种子进行研究。[结果]长刺小坚果与短刺小坚果的刺长、百粒重存在显著差异,长刺小坚果在扩散中占优势,种子的传播距离与种子萌发率均成正相关。两者的萌发率也存在显著差异,且长刺小坚果对短刺小坚果的萌发存在抑制作用。异型种子都存在萌发休眠现象,短刺小坚果在不同温度下的萌发率变化较小,延长储藏时间可以提高异型种子的萌发率。[结论]异形狭果鹤虱种子二型性扩大了种子萌发的时间范围,增加对环境条件的适合度,有利于其在高度严酷的环境中成功定居和繁衍。

盐地碱蓬二型性种子的萌发和休眠及生态适应特性

二型性种子可能增强植物(尤其是盐生植物)应对难于预测环境变化的能力。该研究以运城盐湖盐地碱蓬(Suaeda salsa)二型性种子(黑色和棕色)为材料,采用室内观察和萌发方法对两种种子的形态、休眠和萌发特性进行比较,以揭示盐生植物二型性种子对盐渍化环境的适应对策。结果表明:(1)黑色种子体积小,种皮角质有光泽,而棕色种子体积大,种皮膜质无光泽。(2)新成熟的棕色种子在实验温度范围内萌发率均超过90%,而黑色种子仅在15/25℃下萌发最高(但低于85%),并且棕色种子萌发速度较黑色更快。(3)低盐(<0.39mol/L)条件下,光照或黑暗对棕色种子萌发没有显著影响;高盐(>0.39mol/L)条件下,棕色种子在黑暗中的萌发显著高于光照环境,而黑色种子在光照条件下的萌发率显著高于黑暗;所有温度和光照处理中,2种种子均随盐分浓度的升高而下降,但棕色种子在盐分浓度为0.78mol/L时萌发率仍能够达到30%以上,而黑色种子在盐分浓度大于0.59mol/L时几乎不萌发。(4)棕色种子为非休眠种子,而黑色种子具有非深度生理休眠特性;划破种皮、干储、低温层积和GA3处理均能够提高黑色种子的萌发率。研究发现,盐地碱蓬通过二型性种子休眠和萌发行为上的差异,采用"两头下注"对策提高其对盐渍化异质生境的适应性。

两种生境中盐地碱蓬二型性种子比例和萌发对策的差异

不同生境的盐地碱蓬可能会形成不同的萌发对策。本文以生长于海岸和内陆盐湖盐地碱蓬(Suaeda salsa)二型性种子为材料,采用室内萌发实验,探究了两种生境二型性种子萌发特征的差异,揭示两种生境中二型性种子萌发形成的不同策略。结果表明:1)天津盐地碱蓬棕黑色种子质量比(32∶1)差异显著高于运城(3∶1);2)天津黑色种子(15~30℃)高温下萌发率低于运城,而棕色种子低温(5~20℃)下萌发率则高于运城;3)天津黑色种子萌发的耐盐性低于运城,而棕色种子耐盐性则高于运城;4)GA 3在低温(5℃/15℃)下对天津黑色种子萌发起促进作用;5)高盐(0.59 mol/L NaCl)下,30 mmol·L^-1 MgSO 4对天津黑色种子萌发缓解作用最强,而10 mmol·L^-1 CaSO 4则对运城黑色种子萌发缓解作用最强;低盐(0.19 mol·L^-1 NaCl)下,10 mmol·L^-1的MgCl2则明显降低了运城黑色种子萌发。这些研究结果表明,盐地碱蓬可以通过在结实比例和萌发行为上的可塑性适应不同的局地生境,丰富了种子异型性的生态适应策略。

金腰箭依赖于种子二型性的跨世代效应促进胁迫耐受力分异

植物的跨世代效应对物种适应可预测和不可预测环境具有相反的作用。种子二型性植物能产生具有不同适应性策略的二型性子代,但是亲本是否会对种子二型性子代的胁迫适应性进行差异性跨世代调控尚不清楚。本研究旨在探索来自二型性种子的母株是否传递给二型性种子子代不同的跨世代效应,以及是如何传递的。研究物种金腰箭(Synedrella nodiflora)能够适应较广水分梯度,同时产生两种不同类型的种子(较轻的中心花种子和较重的边花种子)。通过两个世代的同质园种植实验,我们检验了亲代干旱胁迫对子代生长表现和死亡率的跨世代效应是否依赖于亲代和子代植株初始的种子形态,并测定了母株对种子的物质资助、化学调控物质传递和其他相关繁殖过程的指标,以探索其潜在的调控机制。研究结果显示,跨世代效应同时依赖于亲代和子代植株初始的种子形态。干旱胁迫下,由边花种子长成的母株提高其边花种子相对于中心花种子的比例,并向萌发自边花种子的子代传递更强的跨世代效应,而由中心花种子长成的母株表现出完全相反的规律。子代表现的跨世代效应与种子内脱落酸和可溶性糖含量变化密切相关,但与亲代对种子的物质资助不相关。依赖于种子二型性的跨世代效应能使子代的干旱胁迫耐受力出现较大分化,这可能是解释种子二型性物种平衡种群维持和种群扩张的新机制。

不同水盐条件对盐地碱蓬种子发芽和生长的影响

本研究采集了研究区湿地盐地碱蓬主要分布区域典型植株的种子,分析其二型性特征及主要形态,采用室内萌发方法对2类种子在不同盐分和水淹条件下的萌发特性进行研究,以揭示盐生植物盐地碱蓬二型性种子对盐度和水淹的响应机制。结果表明:(1)黑色种子体积小,平均直径0.147 cm,种皮角质有光泽,而棕色种子体积大,平均直径0.179 cm,种皮膜质无光泽。本次实验种子数量为2024粒,棕色种子占87.5%,黑色种子占12.5%。(2)低盐度(<3%NaCl)条件下,棕色种子的萌发率不受影响,而黑色种子发芽率提高;高盐度(>3%NaCl)条件下,2类种子的萌发率均随盐分浓度的升高而下降。随着NaCl浓度的升高,2类种子的萌芽长度均受到抑制,萌芽长度与盐浓度之间呈现显著的负相关关系,黑色种子萌芽长度受到抑制的程度比棕色种子高。(3)在非水淹条件和水淹条件下,棕色种子的萌发率都比黑色种子高,而且棕色种子萌发率受水淹条件影响较小,说明无论是水淹还是非水淹条件,棕色种子的萌发率都显著高于黑色种子。黑色种子在非水淹的条件下的萌发率比在水淹条件下高,说明水淹环境对黑色种子萌发率的抑制程度显著高于非水淹环境。

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。