绢蒿荒漠草地植物种子性状多样性及其对绵羊消化道传播的响应

Seriphidium semidesert is major autumn pasture in Xinjiang, grazing livestock are regarded as major vectors in seed dispersal of grassland plants,through seed ingestion and subsequent endozoochory.This research project combined grazing in Seriphidium semidesert grassland and feeding seeds experiments,further to collect dung, recover seeds from dung and detect germinated seeds, to clarify which plant seeds can be dispersed through sheep digestive tract and its efficiency of endozoochory. Then observe seed traits and classify within species and between species that can be dispersed through sheep digestive tract to determine the characteristics of seed traits diversity. Further to feed seeds that can be dispersed by passage gut of sheep and clarify difference of seed traits through the digestive tract before and after, and determine the relationship between seed traits and endozoochory by the amount of seed recovered, germination behavior,germination number. Further pot experiment is conducted to observe difference of germination, seedling growth and survival condition between intact and digested. Eventually reveal diversity of seed traits and response to endozoochory of sheep in Seriphidium semidesert grassland, the project could reveal the evolutionary adaptation of plant seeds to grazing pressure of herbivores in theoretically, and provide basis for grazing utilization management and recovery of Seriphidium semidesert grassland.

绢蒿荒漠是新疆主要的秋季放牧地，而放牧家畜消化道传播是种子传播的重要途径之一。本项目以绢蒿荒漠草地植物种子为研究对象，通过绵羊野外放牧和室内定量饲喂种子，进行粪便收集、种子分离回收、可萌发种子数量检测，明确放牧绵羊对哪些植物种子可进行消化道传播及其传播效率。然后对能够被消化道传播的植物种子在物种内和物种间两个尺度上进行种子性状观测和数量分类，确定种子性状多样性特征。并再对其进行定量饲喂绵羊试验，观测种子经绵羊消化道作用前后的性状差异，结合种子回收量、萌发行为以及可萌发种子数量，确定种子性状和消化道传播之间的关系。进一步对消化道作用前后的种子进行盆栽试验，观察消化道传播对种子萌发、幼苗生长和存活性能的影响。最终明确绢蒿荒漠主要植物种子性状多样性特征对绵羊消化道传播的响应。该项目在理论上可揭示植物对家畜采食压力的适应进化意义，实践上可为绢蒿荒漠草地放牧管理提供理论依据。

本研究基于广布于北疆地区的绢蒿荒漠草地中的各类群植物种子性状多样性特征及其对绵羊消化道作用后的反应进行展开。采用粪便收集、种子饲喂试验以及瘤胃瘘管尼龙袋法、种子性状观测等方法，研究了各类群植物种子性状及其对绵羊消化道传播的响应。主要得到以下试验结果：1）绢蒿荒漠草地中95%左右的植物种子为小型种子。种子大小没有明显的谱系发育信号，而种子形状则和进化历史有关，具明显的谱系信号。绢蒿荒漠草地上的植物种子能够通过种子多型性、产生粘液、具助力传播结构、特殊生活型以及动物消化道传播等适应类型对特殊环境产生很强的适应性；2）放牧家畜粪便内种子萌发结果表明，牛、马、羊均可对植物种子进行消化道传播，每kg粪便中种子分别为4566、3110和1711粒。羊能够传播植物种子种类达到12种；3）饲喂绵羊的种子其排放过程均符合高斯模型，种子排放高峰集中在采食后的24-36 h时间段内，但不同科属种子排放时间节点有差别；种子回收率、平均滞留时间与种子大小和形状指数均存在显著相关。放牧绵羊通过消化作用，提高了豆科种子的萌发能力，但降低了幼苗的生长高度。4）禾本科植物种子经绵羊瘤胃消化后，颜色变深，种子结构被破坏，种子的芒、稃等附属结构的长度随消化时间延长逐渐减小；种子经绵羊瘤胃消化后，萌发率显著降低，经瘤胃消化6 h后，93%的植物仍有部分种子保持活力；藜科种子经绵羊瘤胃消化后，种子颜色变暗，附属结构被消化，暴露出环形胚；瘤胃消化能打破藜科种子的休眠特性，提高种子萌发率，同种藜科植物异型种子对绵羊瘤胃消化的反应具有趋同性；藜科植物能通过“两头下注”的繁殖策略适应荒漠环境，还能通过放牧绵羊进行种子的消化道传播。粘液种子表层的粘液物质都能被绵羊瘤胃液消化，且消化后的种子颜色变深；消化后的粘液种子萌发率显著降低，可萌发种子集中在0-12 h处理时间段内。各类种子在消化道作用后，仍有部分种子可成功“逃逸”，这为草食动物对其进行消化道传播提供了可能。