王 明 郭 馨 唐學(xué)璽 臧 宇 閆文杰 周 斌①

(1. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院 青島 266003; 2. 廈門(mén)大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院 廈門(mén) 361102)

海草(Seagrasses)是一種生長(zhǎng)于熱帶和溫帶淺海水域的單子葉種子植物, 能在海水中完成開(kāi)花、結(jié)果和萌發(fā)等生理過(guò)程(Fourqurean et al, 2012)。海草床(Seagrass bed)生態(tài)系統(tǒng)具有一系列重要的服務(wù)功能價(jià)值, 成為全球海洋生物多樣性保護(hù)的焦點(diǎn)(鄭鳳英等, 2013)。大葉藻(Zostera marina)是北半球分布最廣泛的海草類群, 是重要的海洋環(huán)境健康指示生物(Krause-Jensen et al, 2005), 其單位面積葉片N含量與生物量的比值也是指示水體早期富養(yǎng)化的污染指標(biāo)(Lee et al, 2004)。大葉藻在我國(guó)分布十分廣泛, 主要分布于遼寧、河北、山東等省份的沿海水域(范航清, 2009), 是黃渤海海草分布區(qū)的優(yōu)勢(shì)種(鄭鳳英等,2013)。20世紀(jì)以來(lái), 由于自然和人為因素的影響, 大葉藻海草床在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重退化, 且最近幾十年退化速率加快(Costello et al , 2011)。葉春江等(2002)的研究指出過(guò)去的 30—50年期間我國(guó)山東近岸大葉藻分布面積減少了80%以上。大葉藻海草床的退化消失將直接導(dǎo)致生物棲息生境喪失、生物多樣性銳減以及生物地球化學(xué)過(guò)程失衡, 加劇近岸生態(tài)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性或脆弱性(王偉偉等, 2013), 因此大葉藻海草床的保護(hù)與修復(fù)備受關(guān)注(Orth et al, 2010;Delefosse et al, 2012; Li et al, 2013)。

海草床的修復(fù)方法主要有生境恢復(fù)法、成體移植法和種子法, 各有利弊(Orth et al, 2010; Reynolds et al, 2012; Li et al, 2013)。種子法因其成本低、維持種群遺傳多樣性、對(duì)供體草床干擾小等特點(diǎn), 得到了重視與發(fā)展。目前, 海草種子的收集、保存、播種和幼苗發(fā)育被公認(rèn)為是一種具有生態(tài)學(xué)意義的恢復(fù)實(shí)踐(Kendrick et al, 2012; Reynolds et al, 2012)。雖然海草種子是一種具有高生態(tài)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)可行性的大尺度恢復(fù)材料, 但其產(chǎn)量不穩(wěn)定, 具有明顯的時(shí)空變化(Orth et al, 2006)。傳統(tǒng)種子法將大葉藻種子直接投放到修復(fù)海域, 由于受到營(yíng)養(yǎng)鹽、溫度、鹽度、pH等環(huán)境因素的制約, 以及湍流擾動(dòng)和沉積物破壞等因素的影響, 自然條件下大葉藻種子的萌發(fā)率非常低, 僅為5%—15%(Ke et al, 2006; Jarvis et al, 2008)。為了提高修復(fù)效果, 我們對(duì)種子法進(jìn)行改進(jìn), 預(yù)先在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行種子萌發(fā), 再將萌發(fā)的種子投放到修復(fù)海域。

自20世紀(jì)80年代起, 對(duì)海草種子萌發(fā)的關(guān)注在于大葉藻科、絲粉藻科和水鱉科。萌發(fā)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的因素包括溫度、鹽度、基質(zhì)類型、光照、營(yíng)養(yǎng)鹽、激素和埋藏深度等。研究顯示鹽度(Conacheret al, 1994)、溫度(Hayet al, 2008; Jarviset al, 2008)、光照(Lalet al,1993)及溶解氧(Brenchleyet al, 1998)是影響海草種子萌發(fā)的關(guān)鍵因素, 而鹽度通常被認(rèn)為是最重要的單一因子(Orthet al, 2000)。之前的研究多集中在單一或常規(guī)環(huán)境條件對(duì)種子萌發(fā)的作用, 而自然條件下海草種子通常受多種因素的交互作用或某些非常規(guī)因素的影響。為了保證大葉藻種子在實(shí)驗(yàn)室條件下的萌發(fā)效果, 有必要深入研究影響種子萌發(fā)的環(huán)境因素,并尋找可以有效促進(jìn)種子萌發(fā)的處理方式?；谏鲜瞿康? 本研究著眼于影響種子萌發(fā)的四個(gè)環(huán)境因素——溫度、鹽度、pH以及營(yíng)養(yǎng)鹽濃度, 在實(shí)驗(yàn)室可控條件下利用正交實(shí)驗(yàn)探索影響大葉藻種子萌發(fā)的最主要因素并確定較適宜的萌發(fā)條件, 并在此基礎(chǔ)上比較了多種處理方式(不同光照、UV-B輻射、低溫層積和劃破種皮)對(duì)大葉藻種子萌發(fā)的作用。

1 材料與方法

1.1 大葉藻種子的采集及保存

2014年7—8月, 大葉藻種子直接采集于山東省榮成市俚島灣(122.586°E, 37.246°N), 自然條件下生長(zhǎng)成熟的大葉藻生殖枝。種子運(yùn)抵實(shí)驗(yàn)室后, 用濾網(wǎng)處理種子去除雜質(zhì)和貝類等。選用長(zhǎng)橢圓形、黑褐色、堅(jiān)硬飽滿的種子, 在 25°C、鹽度 30、自然光、連續(xù)充氣條件下暫存兩周至萌發(fā)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始。

1.2 種子活力測(cè)定

根據(jù)ISTA種子檢驗(yàn)規(guī)程(ISTA, 1996), 采用四唑(TTC, 1.0%)染色法測(cè)定種子活力。隨機(jī)選取50粒種子置于35°C溫水中浸泡2d后去皮, 35°C條件下用四唑溶液染色 12h, 根據(jù)種胚的著色部位及程度, 按照國(guó)際種子檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)鑒定種子活力。

1.3 種子萌發(fā)條件的正交實(shí)驗(yàn)

選擇溫度、鹽度、pH以及N/P營(yíng)養(yǎng)鹽濃度四種環(huán)境單因素, 設(shè)計(jì)四因素三水平正交實(shí)驗(yàn), N/P由NaNO3、NaH2PO4和 Na2HPO4提供(表 1)。實(shí)驗(yàn)分為9個(gè)處理組(表2), 每組種子數(shù)量為50粒。以90 mm培養(yǎng)皿作為培養(yǎng)容器, 置于光照培養(yǎng)箱內(nèi), 光周期為12:12, 日光燈照度為～3000lx, 培養(yǎng)方法為浸泡培養(yǎng)法(Hootsmanset al, 1987)。種子的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)基質(zhì)為采集于青島匯泉灣近岸的滅菌過(guò)濾海水(121°C,20min), 通過(guò)蒸餾水稀釋得到不同鹽度水平, 每個(gè)培養(yǎng)皿海水用量為30mL, 每?jī)商旄鼡Q一次, 初始ph由稀鹽酸調(diào)節(jié)。每日記錄萌發(fā)種子的數(shù)量并計(jì)算累積萌發(fā)率。根據(jù)結(jié)果篩選出9個(gè)處理組中最佳的條件組合,用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平L9 (34)Tab.1 Factors and levels for L9 (34) orthogonal array design

1.4 優(yōu)化條件下種子萌發(fā)的影響因素

同樣采用浸泡培養(yǎng)法, 每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)加入 30mL培養(yǎng)液和50粒種子, 培養(yǎng)液的鹽度、N/P濃度、初始pH及培養(yǎng)溫度按正交實(shí)驗(yàn)法得出的最優(yōu)條件設(shè)置, 每天觀察、記錄種子萌發(fā)情況, 每?jī)商旄鼡Q一次培養(yǎng)液。

1.4.1 光質(zhì)類型及比例對(duì)種子萌發(fā)的影響 實(shí)驗(yàn)使用波長(zhǎng)為635nm的紅色燈管、波長(zhǎng)為460nm的藍(lán)色燈管以及白色燈管各3支, 實(shí)驗(yàn)中將兩種顏色的燈管分別懸于培養(yǎng)箱兩層水培層架的頂部, 另外開(kāi)啟培養(yǎng)箱自帶光源, 光周期為 12:12, 照度～3000lx。設(shè)置白光燈(W), 紅光(R), 藍(lán)光(B), 紅藍(lán)組合光1(R:B=1:1), 紅藍(lán)組合光 2(R:B=1:2), 紅藍(lán)組合光3(R:B=2:1)和黑暗(D)共7個(gè)處理組, 每組設(shè)置3個(gè)平行。紅藍(lán)組合光比例由兩種光質(zhì)的照射時(shí)長(zhǎng)決定。

1.4.2 UV-B輻射對(duì)種子萌發(fā)的影響 以UV-B輻射的等比強(qiáng)度設(shè)置 4個(gè)實(shí)驗(yàn)組, 每組設(shè)置 3個(gè)平行,光周期為 12:12, 光周期內(nèi)每日替代照射 UV-B(～600lx)時(shí)長(zhǎng)分別為0h, 2h, 4h, 8h, 其余時(shí)間置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)。

1.4.3 低溫層積對(duì)種子萌發(fā)的影響 實(shí)驗(yàn)種子在萌發(fā)實(shí)驗(yàn)前首先轉(zhuǎn)入4°C冰箱預(yù)處理10d之后取出,按照正交實(shí)驗(yàn)中的最佳條件組合進(jìn)行萌發(fā)實(shí)驗(yàn)。以無(wú)低溫層積預(yù)處理的種子為對(duì)照組, 每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)平行。所有實(shí)驗(yàn)用種子置于光照培養(yǎng)箱內(nèi), 光暗周期為 12:12, 照度～3000lx。

1.4.4 劃破種皮對(duì)種子萌發(fā)的影響 將種子外種皮割破 , 以解剖刀在種子的子葉端、沿縱紋劃破種皮, 開(kāi)口約占縱紋長(zhǎng)度的 1/3(Taylor, 1957), 避免傷害胚。對(duì)照組則保留完整種, 每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)平行。所有實(shí)驗(yàn)用種子置于光照培養(yǎng)箱內(nèi), 光周期為 12:12,照度～3000lx。

1.5 種子萌發(fā)的判定標(biāo)準(zhǔn)

大葉藻種子萌發(fā)的判斷依據(jù)為種子的子葉(內(nèi)含種胚) 端的種皮發(fā)生漲裂且彎曲的 U形棒狀子葉發(fā)生伸直并突出破裂的種皮(Harrison, 1991)。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

萌發(fā)率為各處理組中萌發(fā)種子粒數(shù)占總粒數(shù)的百分?jǐn)?shù), 平均萌發(fā)時(shí)間(MGT)為:

其中,Nn為觀察到的種子開(kāi)始萌發(fā)的天數(shù),n為天數(shù),Gn為第n天觀察到的種子萌發(fā)數(shù)(Ranal, 2006)。

利用SPSS 16.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析、方差分析。顯著性水平設(shè)定為α=0.05, 利用SigmaPlot 12.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子活力測(cè)定

四唑染色結(jié)果顯示保存的種子有活力的比例為(91±3.1)%。

2.2 種子萌發(fā)的最優(yōu)環(huán)境條件

經(jīng)過(guò) 8周的萌發(fā)實(shí)驗(yàn)獲得各條件下種子的最終萌發(fā)率, 結(jié)果如表 2所示。由各因素極差大小可知,R鹽度＞R初始pH＞R溫度＞RN/P濃度, 表明4種不同因素對(duì)大葉藻種子萌發(fā)的影響大小的次序?yàn)? 鹽度＞初始 pH＞溫度＞N/P濃度。其中,R鹽度(44.72)最大, 即鹽度對(duì)種子萌發(fā)率的影響最顯著, 因此鹽度為主要因素且萌發(fā)率最大值出現(xiàn)在第1水平。依次類推, N/P濃度、初始 pH、溫度因素的種子萌發(fā)率最大值分別出現(xiàn)在第3水平、第3水平和第1水平。因此, 在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi), 大葉藻種子萌發(fā)的較適宜條件為鹽度12、N/P濃度 960/60μmol/L、初始pH 6.20和溫度 10°C, 此時(shí)大葉藻種子萌發(fā)率最高。

表2 大葉藻種子萌發(fā)率正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of orthogonal test of Z. marina seed germination rate

2.3 光質(zhì)類型及比例對(duì)種子萌發(fā)的影響

在優(yōu)化后的浸泡培養(yǎng)條件下, 比較了不同的光照條對(duì)大葉藻種子萌發(fā)的影響。培養(yǎng)8周, 黑暗條件下大葉藻種子萌發(fā)率最大, 為(92±4.8)%, 而其他光照條件下種子萌發(fā)率無(wú)顯著差異(P＞0.05)(圖1)。紅光條件下種子萌發(fā)速度較快, 至第四周萌發(fā)基本停止;藍(lán)光條件下種子萌發(fā)速度較慢, 但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不斷進(jìn)行(圖1)。通過(guò)多重比較的LSD方法統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)黑暗條件與其他條件下種子的萌發(fā)率差異, 發(fā)現(xiàn)黑暗條件與其他條件間的大葉藻種子萌發(fā)率影響均存在顯著差異(P＜0.05, 表 3)。

圖1 不同光質(zhì)類型及比例下種子的萌發(fā)率Fig.1 Germination rate of Z. marina seeds in different types of lighting

2.4 UV-B輻射對(duì)種子萌發(fā)的影響

無(wú)UV-B輻射時(shí)大葉藻種子的萌發(fā)率較低, 在一定強(qiáng)度范圍內(nèi)(每日經(jīng)UV-B ～600lx連續(xù)照射8h), 種子萌發(fā)率隨著UV-B輻射時(shí)長(zhǎng)而升高, 每日8 h時(shí)萌發(fā)率可達(dá)(93±5.2)%(圖 2)。由單因素方差分析可知,不同UV-B輻射時(shí)長(zhǎng)下大葉藻種子萌發(fā)率存在顯著差異(P＜0.05), 且經(jīng) UV-B輻射的處理組在第 8周仍有萌發(fā)趨勢(shì), 而對(duì)照組種子的萌發(fā)則趨于停止。LSD多重比較結(jié)果顯示: 白光與8h和2h與8h間的種子萌發(fā)率均存在顯著差異(P＜0.05), 說(shuō)明 UV-B輻射可以有效提高種子萌發(fā)率(表4)。

表3 不同光質(zhì)類型及比例對(duì)大葉藻種子萌發(fā)率影響的多重比較Tab.3 Multiple comparisons on germination rate in different types of lighting

圖2 UV-B輻射下藻種子的萌發(fā)率Fig.2 Rate of seed germination in different duration of daily UV-B radiation

表4 每日UV-B輻射不同時(shí)長(zhǎng)對(duì)大葉藻種子萌發(fā)率影響的多重比較Tab.4 Multiple comparisons on rate of germination in different duration of daily UV-B radiation

2.5 低溫層積及劃破種皮對(duì)種子萌發(fā)的影響

劃破種皮處理組的大葉藻種子萌發(fā)率最高, 達(dá)(91±2.1)%, 且萌發(fā)速度快, 第2周就已達(dá)到萌發(fā)率最大值(圖 3)。低溫層積對(duì)種子萌發(fā)也有一定的促進(jìn)作用, 萌發(fā)率在第 8周達(dá)到(83±3.6)%且仍有上升趨勢(shì)(圖 3)。單因素方差分析表明低溫層積對(duì)種子萌發(fā)具有顯著影響(P＜0.05), 而劃破種皮對(duì)種子萌發(fā)具有極顯著影響(P＜0.01)。

圖3 低溫層積及劃破種皮時(shí)種子的萌發(fā)率Fig.3 Rate of seed germination under cold stratification and scarification of seed coat

2.6 不同條件對(duì)大葉藻種子平均萌發(fā)時(shí)間的影響

不同時(shí)長(zhǎng)的UV-B輻射和不同類型及比例的光質(zhì)對(duì)大葉藻種子的平均萌發(fā)時(shí)間基本無(wú)影響; 而劃破種皮可以大大縮短種子平均萌發(fā)時(shí)間, 為(7.7±0.07)天; 低溫層積預(yù)處理促進(jìn)了種子萌發(fā), 使得種子平均萌發(fā)時(shí)間縮短為(26.78±0.07)天(圖 4)。

3 討論

3.1 正交實(shí)驗(yàn)法確定種子萌發(fā)最優(yōu)環(huán)境條件

在種間和種內(nèi)對(duì)比的基礎(chǔ)上, 通常認(rèn)為降低鹽度能夠促進(jìn)海草種子的萌發(fā)(Kahnet al, 2005; Kochet al, 2010; Fernández-Torquemadaet al, 2013), 原因是鹽度降低可能干預(yù)淀粉的分解代謝導(dǎo)致種皮提早開(kāi)裂(Sugiuraet al, 2009), 或者促進(jìn)種子萌發(fā)前的水分吸收(Probertet al, 1999)。在恢復(fù)實(shí)踐中常通過(guò)提高鹽度來(lái)抑制存儲(chǔ)種子的萌發(fā)(Ailstocket al, 2006)。本實(shí)驗(yàn)中 3個(gè)鹽度范圍均低于自然海區(qū)的正常鹽度,之前的研究顯示種子萌發(fā)率與鹽度表現(xiàn)出極明顯的相關(guān)性, 即隨著鹽度的升高種子萌發(fā)率顯著降低。雖然鹽度降低能夠促進(jìn)種子萌發(fā), 但有研究表明低鹽度會(huì)對(duì)大葉藻幼苗產(chǎn)生不利影響, 降低光合作用效率和生長(zhǎng)速率(Tanner et al, 2010)。因此, 對(duì)大葉藻種子萌發(fā)條件的優(yōu)化方案還應(yīng)該結(jié)合后續(xù)的幼苗生長(zhǎng)狀況進(jìn)行綜合分析。

圖4 不同條件下大葉藻種子的平均萌發(fā)時(shí)間Fig.4 Mean germination time (MGT) of seed under different light conditions

有學(xué)者認(rèn)為溫度是非休眠種子萌發(fā)最主要的影響因素(Probert et al, 1999)。盡管Hootsmans等(1987)和 Harrison(1991)指出大葉藻種子的萌發(fā)受到 10—30°C的高溫促進(jìn)(或不存在影響), 更多的觀察結(jié)果表明高溫能夠抑制萌發(fā)。Abe等(2008)發(fā)現(xiàn)大葉藻種子萌發(fā)的最適溫度為 10—15°C, 且最大萌發(fā)率出現(xiàn)在10°C。本實(shí)驗(yàn)選出的各處理組中最佳的條件中溫度為10°C, 但種子萌發(fā)率并沒(méi)有隨著溫度的升高而降低,表明溫度對(duì)大葉藻種子萌發(fā)率的作用還受其他條件制約。也有研究認(rèn)為大葉藻種子萌發(fā)的最適水溫與當(dāng)?shù)氐淖畹退疁赜嘘P(guān) (Orth et al, 1983; Pan et al, 2011);相反地 Loquès等(1990)的研究顯示溫度對(duì)諾氏大葉藻萌發(fā)的作用很小?；谏鲜鲅芯? 我們認(rèn)為海草種子的萌發(fā)可能存在一個(gè)與海草所處生境內(nèi)溫度的季節(jié)性變化密切相關(guān)的閾值, 在這個(gè)可能的閾值范圍內(nèi), 種子萌發(fā)具有最適溫度并存在種間差異。

目前對(duì)大型海藻及某些淡水水生植物的氮磷響應(yīng)機(jī)制有較多研究, 而關(guān)于氮磷對(duì)大葉藻及其他海草影響的研究鮮有報(bào)道。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn), 氮是大型海藻生長(zhǎng)的主要限制因子(Fong et al, 2004), 而在部分海域磷也是限制海藻生長(zhǎng)的主要因子(郭衛(wèi)東等,1998)。許多大型海藻都能夠適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)鹽的變動(dòng), 在外界營(yíng)養(yǎng)鹽豐富時(shí)其最大吸收速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于維持最大生長(zhǎng)速率所需要的氮, 從而積累豐富的營(yíng)養(yǎng)庫(kù)以備營(yíng)養(yǎng)鹽不足(Mcglathery et al, 1996)。同樣地, 程麗巍(2010)的研究中, 氮磷加富均能夠顯著促進(jìn)龍須菜和石莼生長(zhǎng)。本研究設(shè)置了 240/15、480/30以及 960/60μmol/L三個(gè)濃度, 各處理組中最佳的條件中氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度為 960/60μmol/L, 但種子萌發(fā)率并沒(méi)有隨氮、磷濃度升高, 說(shuō)明在本研究區(qū)域內(nèi)氮、磷并非大葉藻種子萌發(fā)的限制性因素。

pH是影響植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的關(guān)鍵環(huán)境因子之一(Rivard, 1989; Arts et al, 1990), 隨著酸雨增加及土壤鹽堿化, 近年來(lái)有關(guān) pH對(duì)陸生植物種子萌發(fā)的影響的研究已有大量報(bào)道。有研究表明, 在高pH條件下環(huán)境中易形成HCO3–等離子, 抑制種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng) (馬紅媛等, 2007), 中性偏酸的條件則可以促進(jìn)種子萌發(fā)(李焰焰等, 2005; 黃婷等, 2007; 何海洋等, 2013)。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明大葉藻種子具有較廣泛的 pH適應(yīng)范圍, 不同 pH能夠影響種子萌發(fā), pH為6.20的條件更有利于種子萌發(fā)。

3.2 不同光質(zhì)類型及比例對(duì)種子萌發(fā)的影響

本研究表明, 不同光質(zhì)類型及比例對(duì)大葉藻種子萌發(fā)無(wú)明顯影響。黑暗條件可以提高大葉藻種子的萌發(fā)率, 說(shuō)明大葉藻種子萌發(fā)過(guò)程可能不需要光照,在無(wú)光條件下萌發(fā)更加顯著。眾多物理、化學(xué)和生物因素影響大葉藻存活、生長(zhǎng)和繁殖并可能影響其群落動(dòng)態(tài), 光照是影響大葉藻生長(zhǎng)和存活最重要的因素(Dennison, 1987; Olesen et al, 1993)。Pons等(1992)認(rèn)為光照通過(guò)光敏色素的活動(dòng)影響種子萌發(fā), 而Karssen等(1990)認(rèn)為導(dǎo)致萌發(fā)的過(guò)程能夠在質(zhì)膜蛋白與活性光敏色素結(jié)合時(shí)發(fā)生, 并得出光照能夠促進(jìn)多種植物種子萌發(fā)的結(jié)論。但對(duì)水生植物川蔓藻(Strazisar et al, 2013)和蓖齒眼子菜(高健等, 2006)的研究卻發(fā)現(xiàn)光照并不能促進(jìn)其種子的萌發(fā), 這與本實(shí)驗(yàn)中黑暗條件可以提高大葉藻種子的萌發(fā)率的結(jié)論一致。

本研究發(fā)現(xiàn)光照條件雖然不利于提高種子的萌發(fā)率, 但在短期內(nèi)采用紅光照射卻可在一定程度上加快種子萌發(fā)速度, 縮短平均萌發(fā)時(shí)間, 說(shuō)明大葉藻種子萌發(fā)過(guò)程受到光質(zhì)條件的影響。光質(zhì)是影響陸生種子植物生長(zhǎng)的重要因素。李雯琳等(2013)發(fā)現(xiàn)紅光能夠提高不同品種葉用萵苣種子的發(fā)芽活力, 藍(lán)光則能夠提高種子的活力指數(shù)。而在王維榮等(1991)的研究中紅光和綠光對(duì)黃瓜種子萌發(fā)則表現(xiàn)出完全抑制效應(yīng)。上述研究結(jié)果說(shuō)明在萌發(fā)階段, 不同種類的植物種子對(duì)不同光質(zhì)的表現(xiàn)有顯著差異, 可能是植物適應(yīng)生境長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果。

大葉藻主要生長(zhǎng)在潮間帶和潮下帶的淺海區(qū)域,與陸生高等植物的生態(tài)位具有很大差異, 因此現(xiàn)有的與陸生高等植物種子萌發(fā)的研究可能并不適用于海草類群。海洋環(huán)境與陸生環(huán)境差異明顯: 例如紅光和遠(yuǎn)紅光在海水中衰減明顯, 但陸生高等植物的研究卻顯示紅光和遠(yuǎn)紅光對(duì)種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用。雖然本研究結(jié)果表明藍(lán)光與紅光對(duì)大葉藻種子萌發(fā)率的影響無(wú)顯著差異, 但是可以發(fā)現(xiàn), 藍(lán)光處理組的種子萌發(fā)作用較紅光處理組更具有潛力, 在第8周實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)仍然有萌發(fā)上升趨勢(shì), 而紅光處理組在第4周左右已達(dá)到萌發(fā)最大值。且藍(lán)光處理組培養(yǎng)出的幼苗較紅光處理組長(zhǎng)勢(shì)更好, 兩種光質(zhì)組合處理時(shí)藍(lán)光比例越大幼苗生長(zhǎng)狀況越好, 紅光比例大的處理組幼苗生長(zhǎng)受到抑制。在海洋環(huán)境中, 光線在透過(guò)海水時(shí), 紅光被吸收最多而藍(lán)光最少, 后者在海水中具有更強(qiáng)的穿透力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果一定程度上支持了我們的推斷, 即在大葉藻進(jìn)化過(guò)程中, 可能形成了更適合海洋環(huán)境的萌發(fā)與生長(zhǎng)策略, 因而對(duì)藍(lán)光更加敏感, 能夠更好地利用藍(lán)光進(jìn)行萌發(fā)和光合作用。

另外, 本研究結(jié)果中光質(zhì)類型影響不顯著的原因可能是受實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)置與實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制, 比如優(yōu)化后的條件組合可能對(duì)種子在萌發(fā)上對(duì)于光質(zhì)的適應(yīng)造成影響, 以至于一定程度上掩蓋了其在自然海水條件下對(duì)于光質(zhì)的適應(yīng)。今后的研究中可進(jìn)一步進(jìn)行極端化處理, 增加單一光質(zhì)光源照射強(qiáng)度和時(shí)間以排除其他光質(zhì)的影響, 并應(yīng)進(jìn)一步探索大葉藻種子萌發(fā)對(duì)光質(zhì)的內(nèi)在適應(yīng)機(jī)制(如光敏色素的成分及比例), 從根本上認(rèn)識(shí)光質(zhì)對(duì)種子萌發(fā)的影響。

3.3 UV-B輻射對(duì)種子萌發(fā)的影響

本研究結(jié)果表明, 一定強(qiáng)度的UV-B輻射有利于大葉藻種子萌發(fā)?？赡艿脑? 一是紫外線具有殺菌消毒作用, 能夠抑制或殺死影響大葉藻種子萌發(fā)的微生物, 這些微生物可能會(huì)釋放某些化學(xué)物質(zhì)對(duì)種子產(chǎn)生不利影響, 也可能與大葉藻爭(zhēng)奪生存空間、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、氧氣等資源; 二是一定強(qiáng)度的紫外線可以促進(jìn)大葉藻種子的萌發(fā)。但這一結(jié)論并不具有一致性:針對(duì)陸生植物的研究表明紫外線輻射對(duì)種子萌發(fā)有抑制作用(胡正華等, 2005), 或?qū)ΨN子萌發(fā)影響不顯著(方媛等, 2010)。而陳南凱等(1995)報(bào)道紫外燈照射種子能提高發(fā)芽力, 促進(jìn)種子成熟且有明顯的增產(chǎn)效果。郭彥等(2011)的研究結(jié)果同樣表明照射10h和20h紫外線的水稻種子發(fā)芽率均高于對(duì)照組的不經(jīng)過(guò)紫外線照射的種子。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示, 在一定范圍內(nèi)隨著UV-B照射時(shí)長(zhǎng)增加, 大葉藻種子萌發(fā)率升高。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí), 種子仍有明顯的萌發(fā)趨勢(shì)。本實(shí)驗(yàn)在一定程度上支持了紫外線輻射能促進(jìn)種子萌發(fā)的觀點(diǎn),然而紫外線輻射促進(jìn)大葉藻種子及其他種子萌發(fā)的作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

3.4 劃破種皮及低溫層積預(yù)處理對(duì)種子萌發(fā)的影響

多數(shù)海草的種子具有堅(jiān)硬種皮且具休眠期, 這有利于海草種群在高度動(dòng)態(tài)性的生境中的長(zhǎng)期存在(Orth et al, 2000)。但種皮的機(jī)械作用和休眠期使種子萌發(fā)受到限制。Loquès等 (1990)的研究證明了種皮在萌發(fā)啟動(dòng)上的重要作用, 認(rèn)為種皮形成了一種可能阻止水分進(jìn)入和/或降低胚與環(huán)境間的氣體交換的屏障。Conacher等(1994)的研究表明低鹽度下切割種皮能夠促進(jìn)摩羯大葉藻種子快速萌發(fā), 可能是通過(guò)種子膨脹或突破外皮, 也可能通過(guò)促進(jìn)水合作用和呼吸作用直接啟動(dòng)胚的發(fā)育。由文輝等(1995)對(duì)3種沉水植物(菹草, 大茨藻和苦草)種子萌發(fā)的研究表明,種皮破裂后發(fā)芽率和萌發(fā)速率均升高。陳開(kāi)寧等(2005)研究沉水植物時(shí)也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象, 去除蓖齒眼子菜的種皮可將最終發(fā)芽率從6%以下提高到60%左右。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果同樣表明劃破種皮可以顯著提高種子萌發(fā)率, 且大大縮短平均萌發(fā)時(shí)間。

本實(shí)驗(yàn)對(duì)大葉藻種子進(jìn)行了10天的低溫層積處理, 萌發(fā)率提高了19.07%, 平均萌發(fā)時(shí)間縮短了3.88天。國(guó)外學(xué)者開(kāi)展了大量關(guān)于大葉藻種子休眠的研究,但所得結(jié)論并不一致。Churchill(1983)的研究表明大葉藻種子不存在休眠且低溫(＜15°C)是誘導(dǎo)萌發(fā)的主要因素。Orth等(1983)進(jìn)一步的研究表明大葉藻種子不存在原初休眠而種子釋放與萌發(fā)之間是由高溫誘導(dǎo)的休眠期, 但 Hootsmans等(1987)在荷蘭西南部的Zandkreek的研究并未發(fā)現(xiàn)該物種存在溫度強(qiáng)迫性休眠的證據(jù)。法國(guó)胡安灣的諾氏大葉藻種群(Loquès et al, 1990)和結(jié)狀絲粉藻種群也存在類似現(xiàn)象(Caye et al, 1992)。大葉藻種子的生理休眠可以在高溫和低溫層積時(shí)破除(Harrison, 1991), 處于打破休眠的理想條件下時(shí)種子的萌發(fā)時(shí)間更短(Kettenring et al, 2007;Vandelook et al, 2008)。低溫層積處理時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)種子萌發(fā)率的影響有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到大葉藻種子萌發(fā)的相對(duì)適宜為鹽度12、N/P濃度960/60μmol/L、初始pH 6.20和溫度 10°C。不同光質(zhì)類型及比例對(duì)大葉藻種子萌發(fā)不具顯著性作用, 但無(wú)光條件下的大葉藻種子具有較高的萌發(fā)率92%。UV-B輻射、劃破種皮和低溫層積處理均可顯著提高大葉藻種子的萌發(fā)率并縮短平均萌發(fā)時(shí)間。

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