横断山区高山冰缘带植物种子的延迟萌发机制研究

The sub-nival belt of the Hengduan Mountains has harsh climatic conditions, but hosts remarkable biodiversity. Many researchers have been carried out focused on the plant blossom to fruit; however, the adaption mechanism of germination stage has not been systematically studied now, because of the extremely high elevation makes difficulty to seed collection and conduct study in situ. In the present project, on the basis of our previous works, we collect the fresh seeds of very extensive plant sampling in autumn, and carry out the systematically experiments through dry after-ripenning, cold stratification, light/dark, and different temperature gradient. We specifically address the following questions firstly: (1) Which plant has the primary dormancy? and what is dormancy type? (2) How do temperatures and light affect germination of fresh seeds? And then, explore the correlation between primary dormancy (and its types), light/temperature requirement and phylogenetic relationship and morphological characteristics of seeds using statistic analysis in the whole flora. This project can reveal the mechanism of seed delay germination and its ecological significance to the harsh sub-nival environment, and it can provide basic information about the study of plant reproductive mechanism and plant protective in the sub-nival belt of Hengduan Mountains.

横断山区高山冰缘带环境极端恶劣，却拥有世界上同类生境中最为丰富的植物种类，这使得冰缘带植物的繁殖适应机制受到了众多研究者的青睐。虽然研究者已对植物从开花到结实阶段的适应机制开展了大量的研究，但由于采样困难等条件的限制，还很少有研究涉及到种子萌发阶段的适应机制。本项目在前期工作的基础上，选取代表类群，采集成熟散播的新鲜种子，通过干燥后熟、低温层积、光照/黑暗和不同温度梯度等操控实验，首先研究如下两个具体问题：（1）整个冰缘带有哪些种类种子具有初级休眠？其具体的休眠类型如何？（2）新鲜种子萌发对温度和光照的需求性如何？然后利用统计分析等方法，探讨种子初级休眠及其类型、温度需求性、光需求性与植物的系统发育及种子形态特征之间相关性。该项目将系统揭示横断山区冰缘带植物种子的延迟萌发机制及其生态适应意义，能为探讨该地带植物的繁殖适应机制提供一些宝贵的基础资料，也能为高山植物的保护提供参考。

横断山区高山冰缘带植物种子散播时主要集中在秋冬季，这时外界环境不利于萌发和幼苗存活，种子必须延迟到合适的季节萌发才能保证幼苗的存活。为了探讨种子如何延迟萌发，本项目从两个层面进行研究：（1）在大尺度水平上，选取132种代表类群，采集成熟散播的新鲜种子，通过干燥后熟、光照/黑暗和不同温度梯度等操控实验，探讨整个冰缘带植物种子延迟萌发机制的基本格局；结果表明：绝大多数植物（87.1%；115种）具有初级休眠，只有17种植物不具有初级休眠或者休眠类型很浅。生理休眠是最主要的种子休眠类型（58.3%；77种），其次是形态生理休眠（20.5%；27种）。在具有较浅种子休眠或没有休眠的类群中，有37种植物具有种子萌发需光性，23种植物种子萌发需要高温，其中8种植物种子萌发既需光也需要高温。该项目得出新鲜种子具有初级休眠是延迟萌发的主要机制，一些种类在具有初级休眠的同时还具有萌发的光需求性和高温需求性。总之，这些休眠和特殊萌发光/温度需求，能避免种子在散播当季（外界环境恶劣）萌发而延迟到外界环境合适时（次年春天或更久）才萌发；（2）在单个类群上，选取风毛菊属和报春属中一些物种，通过操控实验，探讨种子具体的延迟萌发机制。结果表明：风毛菊属中四种雪莲花物种（绵头雪兔子、水母雪兔子、槲叶雪兔子和鼠曲雪兔子），种子成熟散播时具有休眠程度低或者没有休眠、萌发温度广、萌发不需要光照和土壤种子库缺失等特征；Maxent模型预测，到2050和2070年时，四个物种的潜在分布区都会急剧缩减，此外，人为采挖也导致野外种群大小逐年降低。由于这因素，雪莲花应该采取合理的方式被保护起来，种质资源保藏就是一个可选方式之一。报春属中四个物种（海仙报春、霞红灯台报春、偏花报春和钟花报春）种子成熟散播时，具有浅型生理休眠（第三种类型）且萌发需要光照，这种特性阻止了种子在散播后立即萌发。当种子在土壤中越冬后（休眠解除），萌发温度变广（Tb降低），光需求也降低，这又促进了种子在春天外界环境合适时快速萌发。