尼亚加拉地区不同生境乳草（Asclepias syriaca）种子萌发特性及生态恢复意义研究

本研究通过对比冷层积（cold stratification）、机械划痕（mechanical scarification）和抗坏血酸（ascorbic acid）处理对乳草种子萌发的影响，揭示机械划痕为最有效的破眠方法，并证实母本环境光照与干扰强度显著影响种子萌发率及幼苗表型，为濒危物种帝王蝶（Danaus plexippus）的宿主植物保育提供关键实验依据。

　　

Abstract

乳草（Asclepias spp.）作为帝王蝶（Danaus plexippus）生命周期中的关键宿主植物，其种群衰退已引发广泛生态关注。本研究通过评估三种预处理方法（冷层积、机械划痕、抗坏血酸处理）对尼亚加拉地区三个不同生境采集的乳草种子萌发效果，发现机械划痕处理在培养皿与土壤实验中均表现最优萌发率（p < 0.05），冷层积（4°C）次之，而抗坏血酸处理未诱发萌发。Site 3（高强度干扰区）种子萌发率最高，但Site 2（全光照区）幼苗表现出最优生长态势（株高均值5.95 cm，叶片数最多）。母本环境的光照强度与干扰差异可能是导致种内变异的重要因素。

Introduction

帝王蝶种群近二十年下降超90%，其衰退与乳草数量减少直接相关。乳草作为多年生克隆植物，具有物理休眠特性，传统破眠方法如冷层积与机械划痕虽被广泛应用，但效果存在种内变异。抗坏血酸（ascorbic acid）虽在植物抗逆中发挥重要作用，但其对乳草萌发的调控尚未被研究。本研究旨在探究不同预处理方法对乳草萌发的效应，并分析母本环境对种子萌发能力的潜在影响。

Materials and methods

Study sites and specimen collection

种子于2022年9月从圣凯瑟琳斯市三个生境采集：Site 1（荫蔽后院）、Site 2（全光照露天区）、Site 3（高强度割草干扰区）。每个点位随机选取4株植物采集荚果，实验室干燥后取种。种子形态呈现显著差异：Site 1种子浅棕色，Site 2深色且纹理明显，Site 3种子短而宽。

Experimental design

设置四组处理：对照组、机械划痕（120目砂纸摩擦）、抗坏血酸处理（0.0025–0.010 mol浓度梯度）、冷层积（4°C与-4°C）。种子分别置于培养皿（滤纸床）与土壤（Pro-mix基质）中培养，温控条件分别为23°C黑暗与21°C温室环境。未萌发种子通过四氮唑（tetrazolium）染色验证活性。

Data collection and analyses

记录萌发时间与比率，计算萌发指数（GI）与萌发百分比（GP）。GI公式为：GI = ∑(天数×当日萌发数)/总萌发数。20天后测量幼苗株高与叶片数，采用单因素方差分析（ANOVA）与Tukey事后检验进行统计比较。

Results

Experiments with Petri dishes

对照组与抗坏血酸处理均无萌发。机械划痕与冷层积（4°C）成功诱导萌发，Site 3的GI与GP最高（机械划痕GP=68.6%，p<0.001）。四氮唑测试显示Site 1与Site 2种子活性超70%，Site 3为50%。

Experiments in soil

土壤实验中机械划痕仍为最有效方法（Site 3的EP达最高），冷层积次之，-4°C处理完全无效。Site 1萌发率最低，Site 3最高。种子活性介于50%–80%。

Seedling morphology

Site 2幼苗在20天时株高（5.95 cm）与叶片数（4.07片）显著优于其他点位（p<0.005），Site 1生长指标最低。

Discussion

机械划痕通过破坏木质化栅栏层促进水分渗透，是打破物理休眠的最有效手段。冷层积（4°C）通过调节内源激素（ABA下降、GA上升）促进萌发，但周期不足可能导致效果受限。抗坏血酸可能因清除ROS（活性氧物种）而抑制萌发。Site 3的高萌发率与频繁割草造成的干扰适应性相关，而Site 2的强光照条件促进幼苗生物量积累。母本环境的光照强度与干扰差异通过表型可塑性影响后代萌发与生长，这为乳草种群恢复提供了生态学依据。未来需结合遗传分析进一步解析环境对种子萌发能力的调控机制。

Acknowledgement

感谢Heather VanVolkenburg的技术支持。