温度升高和干旱处理对红松种子萌发及幼苗生长的影响

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在多数生态系统中,种子萌发和幼苗建成是植物生活史的主要瓶颈,和种子产量相比,其经常限制种群动态和种群扩展,而在全球气候变化背景下,大多数植物种的分布依赖于它们的扩散能力和在新的环境中成功定植的能力。此外,幼苗的出现时间对其后的发展动态也有很大的影响。全球温度正在不断升高,并且因此可能导致土壤干旱。然而在中国东北小兴安岭地区由于红松种子较长的休眠期,温度升高和干旱处理的交互作用对种子萌发和幼苗早期生长的研究很少涉及。所以本研究所得结论可为红松种群在其生长的早期阶段对未来气候变化响应情况的研究工作提供基础信息支持和理论依据。本实验以凉水自然保护区近30年的6月份和7月份的平均温度(19℃和21℃)为基础,分别增加4℃和6℃,并设置3个土壤水分含量梯度:对照(Control,85%-90%),中等干旱(MD,60%~65%),严重干旱(SD,35%~40%),共9个处理组合。在实验期间对种子萌发和幼苗生长情况进行检测,并在实验末期对幼苗的各项生长指标进行测定。此外,我们又进行了一个温度升高对种子萌发影响的单因素实验,以此确定在种子萌发启动至胚根突破种皮这段时间内,种子的生理生长及萌发速率的变化特性。研究结果表明:6月份温度增加4℃和6℃显著增加种子的最终萌发百分率,萌发速率指数(GRI),减少了萌发率达到50%的时间(T50)和平均萌发时间(MGT),此外,种子萌发之后胚根最初向下的生长也被促进。当温度增加4℃或者6℃时,萌发检测开始阶段的过氧化氢酶(CAT)和实验结束时的谷胱甘肽还原酶(GR)活性显著增加,但是抗坏血酸过氧化物酶(APX)没发生显著地变化。故而土壤湿度不是限制因子,增温4℃或者6℃将会提高红松种子的萌发率,并且在+4℃时种子的萌发效果最好。CAT和GR的活性有助于改善红松种子的萌发行为,然而APX所起的作用不大。萌发速率对温度升高的敏感性强于最终萌发百分率,且生理参数要优于形态指标。温度升高和干旱处理对种子萌发均有极显著的影响,而只有干旱处理对幼苗出苗率有极显著的影响,但是并未发现二者的交互作用。在生长指标方面,温度升高和干旱处理的交互作用仅见于主根长度和侧根数目。干旱处理只对株高和侧根长度有极显著的影响,而比叶面积只受温度升高的显著影响。叶片长度不受温度升高、干旱处理或二者交互作用的影响。在生物量方面,温度升高和干旱处理对幼苗主根生物量、侧根生物量、总生物量及根冠比有显著地交互作用,而叶片生物量和茎生物量只受到温度升高的极显著影响。4℃和6℃增温提高了种子的萌发百分率,略微缩短了种皮脱落和胚轴直立的时间,但是却对幼苗出苗率没有影响。然而在幼苗生长过程中,4℃增温促进了红松幼苗的生长,但是6℃可能会产生一定的抑制作用。因此,较萌发阶段来说,幼苗早期生长阶段对温度升高的敏感性较大。严重干旱胁迫显著抑制种子萌发(除增温6℃),并且通过延长种皮脱落和胚轴直立的时间而使红松幼苗的出苗率显著降低,然而幼苗出现时间的延迟并未导致幼苗生长情况的下降,反而表现出略微增加的趋势,由此我们推断种子萌发阶段对水分胁迫的敏感性强于幼苗早期生长阶段。严重干旱胁迫导致种皮脱落时间和胚轴直立时间的延迟以及最终出苗率的显著下降可能会对红松的种群动态及随后和同一生境下其它物种的竞争产生较大的影响。
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