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影響長芒莧種子萌發(fā)因素的研究

來源:期刊VIP網(wǎng)所屬分類:農(nóng)業(yè)科技時(shí)間:瀏覽:

  摘要:長芒莧是我國1985年發(fā)現(xiàn)的外來入侵植物,明確長芒莧種子萌發(fā)特性,將為其有效防控提供數(shù)據(jù)支撐。采用室內(nèi)生物測(cè)定方法,對(duì)溫度、光照、水勢(shì)、發(fā)芽深度等影響長芒莧萌發(fā)的關(guān)鍵因子進(jìn)行研究。結(jié)果表明,變溫處理可有效提高長芒莧種子的發(fā)芽勢(shì)和萌發(fā)率,最適萌發(fā)溫度為35 ℃/15 ℃變溫處理;在35 ℃/15 ℃培養(yǎng)條件下,光照對(duì)長芒莧種子的萌發(fā)影響不顯著;當(dāng)滲透勢(shì)為-0.4~-0.2 MPa時(shí),長芒莧種子的萌發(fā)率可達(dá)82.2%~100%,當(dāng)滲透勢(shì)為-0.8 MPa時(shí),仍有36.7%的種子萌發(fā);長芒莧種子的出苗率受播種深度的影響,在播種深度為0.5~1.0 cm時(shí),萌發(fā)率最高。由此可見,長芒莧萌發(fā)具有廣泛的環(huán)境適生范圍,這也可能是其在我國大面積入侵的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。

  關(guān)鍵詞:長芒莧;入侵性雜草;發(fā)芽勢(shì);發(fā)芽率;變溫處理

  雜草種子萌發(fā)與環(huán)境條件的關(guān)系是雜草生態(tài)學(xué)研究的重要組成部分。溫度、光照、水分、播種深度是影響種子萌發(fā)和出苗的重要因素。由于雜草長期適應(yīng)自然環(huán)境下溫度的波動(dòng)變化,大部分雜草種子在變溫條件下更易萌發(fā)。如矢車菊[1]和棒頭草[2]等在變溫條件下,萌發(fā)率更高。有報(bào)道認(rèn)為,莧屬雜草反枝莧、綠穗莧、長芒莧、西部莧和糙果莧等經(jīng)過變溫處理后,可以有效提高其萌發(fā)率[3]。光照也是種子萌發(fā)過程中的重要環(huán)境因子。光暗交替有利于一些雜草種子的萌發(fā)。例如,在晝夜交替的條件下,稗草[4]、藜[5]、野西瓜苗[6]種子的萌發(fā)率均顯著提高。但也有報(bào)道稱,在有光的條件下,某些雜草種子發(fā)芽受到抑制,從而導(dǎo)致萌發(fā)率降低[7]。莧屬雜草種子為需光種子,反枝莧在自然光照和全光照下萌發(fā)率較高,全黑暗下萌發(fā)率顯著降低[8]。Taylorson等報(bào)道,當(dāng)溫度到達(dá)35 ℃時(shí),反枝莧種子在無光的情況下也能萌發(fā)[9]。Gallagher等發(fā)現(xiàn),綠穗莧種子萌發(fā)在 20 ℃ 下比在30 ℃下對(duì)光的需求更高[10]。土壤水分匱乏將延緩種子萌發(fā)、降低種子萌發(fā)率甚至抑制種子萌發(fā)[11]。莧屬雜草如反枝莧、長芒莧等作為全球惡性雜草,對(duì)環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)能力,因此可以耐受超強(qiáng)的干旱脅迫。Ward等報(bào)道,莧屬雜草種子個(gè)體較小,一般在淺土層萌發(fā)出苗,主要原因是淺土層的溫度、濕度、光照可以滿足其種子萌發(fā)出苗的要求[12]。除此之外,莧屬雜草的萌發(fā)與其采樣時(shí)期及親本所受外界環(huán)境等有密切關(guān)系[13-14]。

  長芒莧(Amaranthus palmeri),屬莧科莧屬異株莧亞屬,原產(chǎn)于墨西哥西北部和美國的南加州至新墨西哥州到得克薩斯一帶,后入侵至世界各地,現(xiàn)歐洲、大洋洲、亞洲等國均有分布[12]。長芒莧具有植株生長迅速、適應(yīng)性廣泛、與作物競爭性強(qiáng)的特性,可導(dǎo)致大豆、棉花、玉米等作物大幅度減產(chǎn)[15-17]。長芒莧繁殖系數(shù)高,單株結(jié)實(shí)量達(dá)20萬~60萬粒[18]。長芒莧種子個(gè)體較小,極易通過風(fēng)力或人類活動(dòng)、糧谷調(diào)運(yùn)等途徑擴(kuò)散傳播[12]。1985年,我國首次在北京市豐臺(tái)區(qū)南苑鄉(xiāng)發(fā)現(xiàn)長芒莧[19-20]。目前,北京、天津、山東、江蘇等地有長芒莧入侵報(bào)道,耕地、荒地、河灘、溝渠邊、村邊、鐵路與公路邊、倉庫周圍、加工廠、工地、港口、垃圾場和飼養(yǎng)場周圍等地均能成為長芒莧的棲息地[19],并且有多地蔓延的趨勢(shì)[21-22]。個(gè)別長芒莧種群還對(duì)除草劑咪唑乙煙酸產(chǎn)生了較高水平的抗性[23-24],給其化學(xué)防控帶來了一定難度。

  我國對(duì)于長芒莧生物學(xué)、生態(tài)學(xué)的研究主要集中在分類鑒定[25]、適生性分析[26]及擴(kuò)散傳播[21-22]等方面,對(duì)其萌發(fā)生物學(xué)研究少有報(bào)道。基于此,本試驗(yàn)通過設(shè)定不同的溫度、光照、滲透勢(shì)、播種深度參數(shù),對(duì)長芒莧萌發(fā)和出苗與上述參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行研究,以明確影響長芒莧種子萌發(fā)和出苗的環(huán)境因素,為其有效治理提供理論依據(jù)。

  1 材料與方法

  1.1 試驗(yàn)材料

  2020年8月于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所溫室播種長芒莧種子,在控制條件(溫度30 ℃/25 ℃,8 h光照/16 h黑暗)下擴(kuò)繁,10月采收,種子通風(fēng)晾干后,室內(nèi)儲(chǔ)藏。

  1.2 試驗(yàn)方法

  1.2.1 溫度對(duì)種子萌發(fā)影響的研究方法 采用培養(yǎng)皿濾紙法:在直徑為9 cm的培養(yǎng)皿上墊雙層定性濾紙作為發(fā)芽床,加入5 mL蒸餾水將濾紙潤濕,均勻擺放大小一致、飽滿的長芒莧種子30粒。(使用前用5%鹽酸浸泡種子1 h,用清水沖洗3遍,并晾干)。

  設(shè)置6組溫度處理,分別為35 ℃/15 ℃、30 ℃/10 ℃、25 ℃/5 ℃、25 ℃、20 ℃、15 ℃。所有處理置于12 h光照/12 h黑暗培養(yǎng)。

  1.2.2 光照對(duì)長芒莧種子萌發(fā)影響的研究方法 采用培養(yǎng)皿濾紙法(同“1.2.1”節(jié))。設(shè)光暗交替(12 h光照/12 h黑暗)、全光照(24 h光照/0 h黑暗)和全黑暗(0 h光照/24 h黑暗)3組處理。黑暗處理時(shí)間段種子放置在特殊暗箱內(nèi)。培養(yǎng)皿置于溫度35 ℃/15 ℃下培養(yǎng)。

  1.2.3 水勢(shì)對(duì)長芒莧種子萌發(fā)影響的研究方法 采用PEG-8000溶液模擬干旱脅迫處理。設(shè)置4個(gè)濃度梯度,分別為-0.2、-0.4、-0.6、-0.8 MPa,以蒸餾水作對(duì)照。置于溫度35 ℃/15 ℃,12 h光照/12 h黑暗培養(yǎng)。

  1.2.4 播種深度對(duì)長芒莧種子出苗影響的研究方法 采用盆缽法進(jìn)行:對(duì)田間采集的土壤進(jìn)行高溫滅菌(120 ℃,40 min),作為培養(yǎng)土。設(shè)7個(gè)播種深度處理,分別為0(土壤表面)、0.5、1.0、20、4.0、6.0、8.0 cm。每缽按照設(shè)定的播種深度均勻播種30粒種子后覆土。所有盆缽?fù)寥揽傎|(zhì)量一致(土壤質(zhì)量=體積×容重),然后加入蒸餾水使其充分吸水后再進(jìn)行稱重。置于溫度 35 ℃/15 ℃、12 h光照/12 h條件下黑暗培養(yǎng)。每天定量補(bǔ)充水分。

  上述所有處理置于光照度為5 000 lx的光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng),每日記錄長芒莧發(fā)芽數(shù)。每個(gè)處理重復(fù)3次。

  1.3 數(shù)據(jù)分析及處理

  分別采用下列公式計(jì)算長芒莧種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率:

  發(fā)芽勢(shì)=萌發(fā)前5 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%;

  發(fā)芽率=發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。

  采用SPSS 26.0軟件對(duì)不同處理的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,用鄧肯氏新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較,利用Sigmaplot 12.5軟件進(jìn)行繪圖。

  2 結(jié)果與分析

  2.1 溫度對(duì)長芒莧種子萌發(fā)的影響

  由圖1可知,變溫對(duì)長芒莧種子的發(fā)芽有顯著促進(jìn)作用。由圖2可知,在培養(yǎng)5 d后,35 ℃/15 ℃變溫處理下長芒莧種子發(fā)芽勢(shì)為76.7%,而恒溫25 ℃處理下其發(fā)芽勢(shì)僅為38.3%;30 ℃/10 ℃變溫處理后,發(fā)芽勢(shì)為67.5%,相應(yīng)的恒溫20 ℃處理下種子發(fā)芽勢(shì)為26.1%;25 ℃/5 ℃變溫處理后發(fā)芽勢(shì)為52.1%,其15 ℃恒溫對(duì)照發(fā)芽勢(shì)僅為153%。由圖3可知,培養(yǎng)15 d后,3組變溫處理種子發(fā)芽率分別為99.7%、92.0%和90.5%,35 ℃/15 ℃ 與30 ℃/10 ℃和25 ℃/5 ℃處理相比,種子發(fā)芽率差異不明顯;而變溫處理與相應(yīng)的3個(gè)恒溫處理(25、20、15 ℃)相比,長芒莧種子發(fā)芽率在 0.05 水平上差異顯著,恒溫處理的發(fā)芽率分別為429%、32.2%、29.1%。

  2.2 光照對(duì)長芒莧種子萌發(fā)的影響

  光照在一定程度上有提高長芒莧種子萌發(fā)率的作用。由圖4可知,光暗交替(12 h光照/12 h黑暗)處理后15 d,長芒莧發(fā)芽率為100%;相同時(shí)間調(diào)查全黑暗、全光照處理,發(fā)芽率分別為80.6%和94.9%,表明黑暗條件可能不利于長芒莧種子萌發(fā)。但方差分析結(jié)果顯示,3種光照條件處理下,長芒莧種子的萌發(fā)率差異不顯著。

  2.3 水分脅迫對(duì)長芒莧種子萌發(fā)的影響

  長芒莧種子萌發(fā)的滲透勢(shì)范圍較大。在 PEG-8000 溶液-0.2~-0.8 MPa供試范圍內(nèi),長芒莧種子均可萌發(fā),但隨著PEG-8000溶液滲透勢(shì)的增大,長芒莧種子的萌發(fā)率呈逐漸下降的趨勢(shì)。從發(fā)芽勢(shì)來看(圖5),當(dāng)滲透勢(shì)為-0.2、-0.4 MPa 時(shí),發(fā)芽勢(shì)分別為97.8%、67.8%,與其他供試滲透勢(shì)處理(-0.6、-0.8 MPa)相比,均差異顯著。觀察15 d后,從發(fā)芽率來看(圖6),當(dāng)滲透勢(shì)為-0.2、-0.4 MPa時(shí),發(fā)芽率分別為100%、82.2%,與清水對(duì)照相比,差異不顯著。當(dāng)滲透勢(shì)大于-0.4 MPa時(shí),發(fā)芽率顯著降低,但當(dāng)滲透勢(shì)為-0.8 MPa時(shí),還有大量種子萌發(fā),發(fā)芽率達(dá)36.7%。

  2.4 不同播種深度對(duì)長芒莧種子出苗及萌發(fā)的影響

  不同播種深度影響長芒莧種子的萌發(fā)和出苗(圖7)。播種深度為0.5~1.0 cm時(shí),長芒莧種子出苗率最高,分別為42.2%和36.7%,隨著播種深度的增加,長芒莧種子出苗率降低。播種后 15 d 調(diào)查,在0(土壤表面)、2、4、6、8 cm播種深度時(shí),長芒莧種子出苗率分別為12.2%、14.4%、11%、2.2%、0。因此,長芒莧種子最適的播深為05~1.0 cm。

  3 結(jié)論與討論

  研究結(jié)果表明,與恒溫處理相比,變溫處理長芒莧種子的發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽率更高,35 ℃/15 ℃變溫處理下長芒莧發(fā)芽率可達(dá)99.7%。與黑暗處理相比,有光條件下長芒莧種子的萌發(fā)率稍高,可能是因?yàn)殚L芒莧種子發(fā)芽需要一定的光刺激。隨著PEG-8000溶液滲透壓的增大,長芒莧種子的萌發(fā)率均呈逐漸下降的趨勢(shì),在滲透壓為-0.2~-0.4 MPa 時(shí),其種子便可達(dá)到較高的發(fā)芽率,滲透壓為-0.8 MPa時(shí),長芒莧種子仍能萌發(fā),萌發(fā)率為36.7%。長芒莧種子出苗受播種深度的影響,在播種深度為0.5~1.0 cm時(shí),出苗率最高。

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