小花山桃草(Gaura parviflora Douglas ex Lehmann) 是柳叶菜科山桃草属1年生或越年生草本植物，原产北美中东部。该植物植株高大、生长迅速、繁殖力强，生态适应性广，在野外常形成密集的单优群落。近几年呈快速扩散蔓延态势，现已广布于河南、河北、山东、安徽、江苏、湖北、福建、浙江等省，已成为我国危害性较大的外来入侵植物^{[1, 2]}。

在种子植物的生活史中，种子萌发是植物对环境胁迫忍耐力最小的阶段^[3]。外来植物在这一时期对环境条件的适应性决定了它的入侵能力^{[4, 5]}。种子能否顺利萌发出苗，主要受温度、光照、pH值、土壤水分、土壤盐分和埋深等环境条件的影响^[6]。目前，对小花山桃草的研究主要集中在生物学特性、化感作用、耐盐性和抗旱性等方面^{[1, 7, 8, 9]}。小花山桃草种子萌发出苗方面的研究还很欠缺。此外，种子萌发出苗特性，还受到种子自身休眠特性的影响。小花山桃草种子具有休眠特性^[10]，但其休眠机制还不清楚。为此，本文采用室内和室外试验相结合的方法，研究了果皮、温度、盐分、水势、pH值以及埋土深度等因子对小花山桃草种子萌发的影响，旨在明确小花山桃草种子的休眠萌发机制，以期为摸清其入侵机制、预测其潜在分布范围以及提出科学合理的综合治理措施提供理论依据。

供试果实于2010年6月中旬采自河南科技大学周山校区操场边荒地(112°22′46"E，34°37′38"N)。随机抽取100 粒，用万分之一分析天平测千粒重，10 个重复；随机取50 粒，用游标卡尺测定果实大小(包括长、宽)；含水量的测定采用烘干法，随机取100 粒果实，在105 ℃的烘箱中烘17 h后称重，计算种子水分含量^[11]，3 个重复。

将成熟果实小心剥开，依次取出4 粒种子，从果实顶端(果实柱头端)开始依次编为1、2、3、4 号。随机取100 粒各号种子，用万分之一分析天平测千粒重，10 个重复；随机取50 粒各号种子，用游标卡尺测定种子大小(包括长、宽)。

采用TTC法^[12]。将各号种子分别随机取50 粒置于30—35 ℃温水中浸泡24 h，去皮后浸泡于0.1%TTC溶液中，置于30 ℃恒温箱，12 h后取出观察。种胚染成红色的为有活力种子，4 个重复。

将新采集的成熟果实装入牛皮纸袋中进行贮藏，贮藏时间分为贮藏0(即果实采集后立即进行萌发试验)、1、3、6、12、18和24 个月。贮藏条件为室内普通干藏(实验室全年温度变化范围为13—35 ℃)。

萌发试验采用培养皿滤纸法^[13](下同)，置于人工智能培养箱培养。将果实用0.5%H₂0₂消毒后用无菌水冲洗5 次，用蒸馏水浸泡24 h后放在直径10 cm、垫有两层滤纸的培养皿中进行试验。每个培养皿50 粒种子，4 个重复。每天补充1—3 mL蒸馏水，以维持适宜的湿度。除了检测温度对种子萌发的影响外，其余试验均在25 ℃下进行。因小花山桃草种子在黑暗条件下发芽率更高^[10]，所以萌发试验均在黑暗条件下(在培养皿外层包裹2 层锡箔纸)进行。

将新采集的小花山桃草果实分为完整果实、去除果皮的种子、果皮＋种子3种处理，进行对比萌发试验。因完整果实的萌发试验已进行，所以本部分只进行后两种处理的试验；同理，室温下贮藏1和3 个月的果实也只进行后两种处理的试验。

按1.1所述方法从新采集的果实和室温下贮藏3 个月的果实中剥取各号种子，进行对比萌发试验。

2011年3月，将在室温下贮藏的小花山桃草果实按10 cm的行距条播于周山校区试验地，试验地土壤为壤土与沙土按2∶ 1比例混合而成。2012年4月，随机挖取200 株小花山桃草植株，仔细观察其植株来源情况(即植株来自果实中哪号种子)。然后将果实中未萌发的种子按号分别取出，进行室内萌发试验。

这部分试验于2010年9—12月进行。因为小花山桃草蒴果呈坚果状，果皮坚硬密实，成熟时常不开裂，所以其种子萌发特性在很大程度上是由其果实特性决定的。有鉴于此，在进行种子萌发环境条件研究时宜将果实作为“种子”看待。此时，只要果实中有1 粒种子萌发即视为发芽。

温度处理设计为恒温5、10、15、20、25、30、35和40 ℃，共计8 个处理。

用pH 值分别为5、6、7、8 和9 5 个处理水平的缓冲液为培养液，以蒸馏水(pH 值 6. 8)为对照，进行种子萌发试验。用2 mmol / L 2-(N-吗啉)乙磺酸(MES)与1 mol / L NaOH 配制pH 值分别为5和6的缓冲液，用2 mmol/ L 4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES) 与1 mol / L NaOH 配制pH 值分别为7和8的缓冲液，用2 mmol/ L N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)与1 mol / L NaOH配制pH 值为9的缓冲液^[14]。各处理培养皿中初次加入7 mL培养液浸湿滤纸，以后每天加入1—3 mL相同pH 值的培养液以保持滤纸湿润。试验过程中，每3 d更换1次滤纸，补充相同pH 值培养液，以保持培养皿内pH 值恒定。

分别用0.05、0.10、0.20和0.40 mol/ L 4 个不同浓度NaC1溶液对种子进行胁迫处理，以蒸馏水为对照。

渗透胁迫条件由聚乙二醇(PEG-6000)溶液产生，质量浓度分别为0(蒸馏水)、0.05、0.1、0.15和0.2 g/ mL，对应溶液水势梯度为0、-0.05、-0.15、-0.3和-0.5 MPa^[15]。

不同土壤湿度试验采用砂培法^[16]。细砂用0.5%双氧水消毒后，用蒸馏水洗5 次，自然晾干备用。在铺有滤纸的直径10 cm的培养皿中各装砂子20 g，分别喷洒1.0、3.0、10.0和20.0 mL蒸馏水，对应土壤含水量为5%、15%、50% 和100%。将种子置于砂层表面进行培养。试验期间采用称重法每天补充少量蒸馏水以维持土壤含水量的恒定。

采用盆钵法。将壤土与营养土按2 ∶ 1比例混匀，在60 ℃干燥箱中烘至恒重，作为小花山桃草的培养土^[17]。设14 个埋深处理，即0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0 cm，每处理重复4 次。盆钵上口直径16 cm，高18 cm。每钵依设定埋深均匀放入50 粒种子，覆土后加入定量蒸馏水，使土壤湿度达到40%左右，置于(25±2) ℃、自然光照的温室中培养，每天定量补充水分。幼芽露出土面1 mm视为出苗。

发芽试验以胚根露出种皮(或果皮)1 mm作为萌发的标志，逐日统计发芽数，并于试验的第16 d测定根长和茎长；试验末期连续3 d无种子发芽，结束发芽试验。计算萌发率Gr和萌发速度T₅₀，在研究环境因子对小花山桃草种子萌发和幼苗生长的影响时，还检测了萌发指数Gi和活力指数Vi。其中：萌发率(%)=发芽种子数/试验种子数×100；萌发速度为萌发到总萌发率的50%所用的日数(d)；萌发指数=∑Gt/Dt (Gt为第t日的萌发数，Dt为相应的萌发日数)；活力指数=S×∑Gt/Dt (S为幼苗的平均长度=幼苗根长+幼苗茎长)^[18]。

对种子发芽率等百分比数据进行反正弦转换，采用SPSS13.0软件包进行显著性检验、单因素方差(One Way ANOVA)分析和多重比较(LSD)。用Excel 2003作图。研究结果用平均值±标准差(mean±SD)表示。

小花山桃草果实和种子的物理性状见表 1。绝大多数小花山桃草蒴果中含4 粒种子，种子平均千粒重为1.290 g，属小粒种子。4 粒种子千粒重差异显著(P＜0.01)，但活力无明显差异，均高达96%以上。

小花山桃种子需经过一段时间贮藏才能萌发(表 2)，说明其种子具有休眠特性。在室温储藏条件下，小花山桃草种子萌发率随贮藏时间的增加先增加后降低，表现出前期快速增加，后期缓慢下降的趋势。方差分析和多重比较表明，小花山桃种子经短期(1 个月)贮藏后，萌发率显著提高。贮藏3—6 个月，萌发率达最大值。同时，萌发速度也显著提高。贮藏1a以上，萌发率和萌发速度虽有所下降，但萌发率仍维持在90%以上。此时，萌发种子的胚根和芽发育正常，说明小花山桃草种子耐贮藏能力较强。

小花山桃草种子休眠的原因可能与其种子后熟特性^[10]或坚硬果皮有关。本研究结果表明，新采集带果皮种子不能萌发，而剥去果皮后种子萌发率显著提高(P＜0.01)(表 2，表 3)。说明小花山桃草果皮对种子萌发有显著阻碍或抑制作用。另外，从表 2可知，经过一段时间贮藏后，即使未去除果皮，种子萌发率也显著提高，说明贮藏后果皮对种子萌发的阻碍或抑制作用减小了。这可能与小花山桃草蒴果在贮藏过程中先端逐渐开裂的特性有关。从表 3可知，无论贮藏前还是贮藏后，去除果皮的种子、果皮＋种子两种处理的种子萌发率和萌发速度差异均不显著，这就排除了果皮中存在化学抑制物质的可能性。综上所述，坚硬果皮的机械阻碍是小花山桃草种子不能萌发的主要原因。

随着贮藏时间的增加，小花山桃草种子(去除果皮)萌发率逐渐提高，同时萌发速度也显著提高(表 3)。贮藏3 个月后，萌发率达99%，T₅₀减少到4 d以内。表明小花山桃草种子具有后熟特性，后熟是引起种子休眠的另一原因。

无论贮藏前还是贮藏后，果实中4 粒种子的萌发率均相近(表 4)，进一步说明小花山桃草果实中4 粒种子的活力没有差异。

如前所述，小花山桃草果实中的4 粒种子均有很高的活力和萌发率，那么在室外它们的命运又如何呢？本研究结果表明，小花山桃草植株主要来自果实中的第1粒种子，在调查的200 个植株中，有179 株来自第1粒种子，21 株来自第2粒种子，且这些植株仅来自179 个果实，即其中有21 个果实(10.5%)的第1和第2粒种子同期萌发了。这可能与小花山桃草蒴果逐渐开裂的特性有关，第1粒种子萌发出苗后，蒴果上端开裂度加大，为紧邻其后的第2粒种子萌发创造了良好条件。

室外埋藏1a后，小花山桃草果实中未萌发的种子仍可维持较高的萌发率，但第2粒种子的萌发率显著低于第3和第4粒(表 5)。

植物种子萌发有一定的温度范围，温度过高或过低，种子都不会萌发。本研究结果表明，小花山桃草种子可以在很广的温度范围(5—35 ℃)萌发，这个温度可以保证其在我国大部分地区完成萌发。从各项参数指标综合来看，其种子萌发的最适温度为25 ℃。在25 ℃以下，随温度下降，除了萌发率在15 ℃时略有提高以外，其它情况下各参数指标均显著降低(表 6)。但即使温度降低到5 ℃时，仍可维持26.5%的萌发率。高温强烈抑制种子萌发和幼苗生长，当温度升至35 ℃时，几项参数指标迅速降低，温度升至40 ℃时，种子不再萌发。由此可见，温度是制约小花山桃草种子萌发的关键因子之一,凉爽的气候更适宜小花山桃草种子萌发。这极可能是小花山桃草近几年在我国山东、河北和河南等温带地区快速扩张的主要原因。

在pH值为6—8时，小花山桃草种子均具有很高的萌发和活力指数，萌发率均＞80%(表 7)。pH值为5和9时，萌发速度、萌发和活力指数虽显著降低，但萌发率仍可维持在30%以上的水平。表明小花山桃草对酸碱性环境有较好的适应性，pH 值不是制约小花山桃草种子萌发的主要因子。这一点具有重要生物学意义，因为我国大部分地区的土壤pH 值为5—8^[19]，暗示小花山桃草可能会蔓延到我国更为广阔的地域。

随NaCl溶液浓度升高，小花山桃草种子萌发率、萌发和活力指数均呈下降趋势(见表 8)；不同浓度NaCl溶液处理下，种子萌发率差异极显著。表明小花山桃草种子萌发和幼苗生长对盐胁迫较为敏感。尽管如此，在NaCl溶液浓度为0.15 mol/L时，种子能够保持33.5%的萌发率和56.22的活力指数，即使浓度达0. 2 mol/L时，种子仍然可以萌发。另外，低浓度的盐分胁迫(0.05 mol/L)能促进小花山桃草胚根伸长(平均提高8.2 mm；P＜0.01)，活力指数也高于对照。表明小花山桃草种子对盐胁迫有一定的适应能力。

小花山桃草种子萌发率、萌发和活力指数随干旱胁迫强度的增加而下降。当PEG浓度＞0.10 g/mL时,萌发率、萌发和活力指数均快速下降(表 9)。表明小花山桃草种子对渗透胁迫较为敏感，湿润的环境更有利于种子萌发和幼苗生长。但另一方面，小花山桃草种子可在较为宽泛的渗透胁迫范围萌发生长，当PEG浓度达到0.20 g/mL时，萌发率仍可维持9.00%的水平，与杂草Caperonia palustris 的耐渗透胁迫能力相当^[20]。说明小花山桃草能忍受一定的渗透胁迫，具有一定的耐干旱胁迫能力。

随土壤含水量增加，几项参数指标均先增加后降低(表 10)，土壤含水量为50%时，各参数指标达最大值。表明50%左右的土壤含水量是小花山桃草种子萌发和幼苗生长的最适条件。土壤含水量升高到100%或降低到5%时，各参数指标虽显著降低，但仍能维持很高的水平，如萌发率分别达到73.25%和80%。

结合PEG胁迫试验结果，可以看出小花山桃草种子萌发和幼苗生长能够适应较为宽泛的土壤湿度条件。

在土壤表面，小花山桃草出苗率较低(43%)；埋深2.0 cm时出苗率最高(89.5%)；埋深＞2.0 cm时，出苗率随埋深增加而降低；埋深7.0 cm以上时,出苗率急剧下降；埋深10.0 cm时,不再出苗(图 1)。表明小花山桃草种子埋深与小花山桃草的发生有密切联系,适宜其出苗的土壤深度范围为0.5—5.0 cm。

图 1 埋土深度对小花山桃草种子出苗的影响 Fig. 1 Effect of seed burial depth on emergence of G. parviflora seedlings

图选项

因为能到达0.4 cm深处土层的光线微乎其微(＜0.01%)^[21]，所以小花山桃草种子在≥0.5 cm土层才能更好萌发的现象进一步说明暗环境更有利于其种子萌发^[10]。

小花山桃草单株结实量可达1381 粒^[1]，按每个蒴果含4 粒种子计算，其单株种子数可高达5526 粒。另外，小花山桃草种子为小粒种子，蒴果中的4 粒种子均有很高的活力和萌发率。这说明小花山桃草采取的是低千粒重、高生育率的r-对策^[22]。这样的物种对频繁扰动的生境有很强的适应性，在受到干扰时能够在短时间内快速恢复种群规模，因而更易成为入侵种。小花山桃草生长快、花果期长、发育成熟期短，具有非特化的传粉机制(为自花授粉植物)^[2]，非常接近Baker的理想杂草^[23]。

不同大小的种子常常在传播、休眠、萌发和幼苗生长等生态行为上存在明显差异^[24]。大种子常有较高的萌发率、萌发速度，幼苗生长较快，产生的幼苗也更高大^[25]。与大种子相比，因所含营养物质有限，小种子往往萌发率较低，幼苗生长速度也较慢^[26]。对同时具有这两类种子的植物来说，大种子主要依靠种子萌发和幼苗生长优势在生长初期迅速出苗占据空间，形成初始种群；小种子主要通过持续出苗及其数量优势，进一步扩大种群，从而在竞争中占据优势^[27]。本研究表明，小花山桃草果实中4 粒种子的千粒重虽然差异显著，但在活力、萌发率和萌发速度等方面均无明显差异，生理后熟期也相同。在度过短暂的生理后熟期后，4 粒种子的萌发率均高达98%以上。另外，小花山桃草蒴果的开裂度与环境湿度紧密相关。其蒴果在干燥的环境中往往不开裂，只有在湿润的环境条件下吸足水分后才逐渐开裂，释放出种子。因此可以推测，小花山桃草是通过在适宜的季节持续不断地萌发出苗来保持种群稳定或扩张的。小花山桃草蒴果在干燥环境中不开裂的特性有也助于其种子安全度过干旱季节。

种子休眠是植物适应进化的结果。具有休眠特性的种子可通过周期性萌发或延迟萌发避开环境条件恶劣的时期，从而避免了因同时萌发或在不适宜的季节或环境里萌发所带来的灭绝风险。成功入侵我国的外来植物如假高粱(Sorghum halepense)、豚草 (Ambrosia artemisiifolia)、刺萼龙葵(Solanum rostratum) 和薇甘菊(Mikania micrantha)^{[28, 29, 30, 31]}等的种子均具有发达的休眠机制，种子具有休眠特性是许多外来入侵植物的基本特征之一^[32]。本研究表明，坚硬果皮的机械阻碍是引起小花山桃草种子休眠的主要原因，种子后熟也是引起休眠的重要因素。在我国，小花山桃草果实成熟期主要集中在6—8月，此时正是一年中最为炎热的季节，种子具有休眠特性可以使其避开不适宜种子萌发的时期。再者，过早萌发的种子到冬季来临之前因无法完成一个生命周期，会面临被冻死的危险。延迟萌发可以减少种子和幼苗损失，有利于其种群的维持和扩张。

坚硬果皮的保护，有利于种子活力的保持。在室内干藏2a后，小花山桃草种子仍可保持93%的萌发率，即使在室外土壤中埋藏1a以上，果实中的第3、第4粒种子萌发率仍可高达90.5%和88.5%，这有助于其形成持久性土壤种子库^[33]。持久性土壤种子库可以使植物具有在承受了空间或时间上不可预测的干扰后发挥繁殖能力的潜势^[34]，消除在极端生境下种子产量大幅度下降或没有生产种子而导致的种群灭绝危险^[35]。持久土壤种子库的存在也使得小花山桃草很难在短期内被消除，即使暂时被消除，一旦条件适宜，土壤种子库中的种子又会很快建立新的种群^[36]。

小花山桃草依靠种子繁殖后代，无克隆生长能力。其果实大小和形状与小麦的颖果很相似，在果实集中成熟期，会有麻雀等鸟类前来取食。这有助于其种子的远距离扩散。但由于没有翅或钩刺等协助散布的特殊结构，果实的千粒重又相对较高，所以大多数果实会落在母株附近。这可能是小花山桃草种群在野外呈不连续岛状分布以及种群内个体成片密集聚集的原因之一。本研究还表明，小花山桃草果实中的种子会有2 粒同期萌发，这可能是其成片密集生长并有明显种群边界的重要原因。植物成片密集生长的一个明显好处是通过形成遮荫的环境阻止其它植物在其冠内生长，也可以逐步排挤其定植地周围的其它植物。许多外来入侵植物如剑叶金鸡菊(Coreopsis lanceolata)、喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)、加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)和紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)^{[37, 38, 39, 40]}等都对高度密集的种群环境具有很强适应能力，它们通过遮荫排挤本地植物种^[41]。Yamashita等认为生理可塑性较高、适度耐荫的植物成为入侵种的可能性最大^[42]。

作为入侵新生境的第一步，种子发芽和幼苗生长与外来植物的入侵能力密切相关。在种子萌发和幼苗初期对周边环境因子适应能力强的外来植物成功入侵新生境的可能性大，反之，可能性小。本研究结果表明，小花山桃草种子对温度、盐分、pH 值和土壤含水量等环境因子具有广泛的适应性，暗示它能够适应多样的生境和土壤条件。正因如此，在野外，小花山桃草不仅能在路边荒地、田边地头和黄河防护林林缘等环境条件好的地段形成单优群落，在环境条件恶劣的煤矸石山、黄河滩涂地和荫蔽的林下等生境也能很好地生长，成为优势种或主要伴生种^{[10, 43]}。

小花山桃草具有典型的旱生结构特征^[44]，在中度干旱胁迫后经短期复水能产生较好的生理生化补偿效应^[9]。本研究表明，在低浓度聚乙二醇(0.05 g/mL)培养条件下，小花山桃草胚根长度显著增加(P＜0.01；对照为(21.34±0.89) mm，处理为(24.86±1.56) mm，这可能是轻度水分亏缺下植物的补偿与超补偿生长效应的表现^[45]。进一步说明小花山桃草具有较强的抗旱能力。

小花山桃草喜凉爽的气候条件，其种子可在5 ℃或更低(1—2 ℃)的温条件下萌发^[10]。这与本文在野外的调查结果一致。在自然条件下，小花山桃草种子主要集中在气温凉爽的秋季和春季萌发^[10]。小花山桃草种子在较低温度条件下即可萌发的特点具有重要意义，这种先于其他植物萌发生长的特点，保证了其种群的优先建立^[16]。但是秋季萌发形成的莲座状幼苗在冬季面临被冻死的危险，尤其是在我国北方地区，尽管植株呈莲座状被认为是植物抗寒能力强、适应性广的重要性状特征^[46]。这可能预示着小花山桃草向我国北方更为寒冷的地区进一步扩张的可能性不大。另一方面，从高温对小花山桃草种子萌发的强烈抑制效果可知，小花山桃草向我国亚热带以南地区进一步扩散的可能性也不大。据此可以推测，小花山桃草的潜在扩散区域可能仅限于气候相对温和的温带至亚热带地区。

光照和种子大小是影响种子出苗的限制因素。许多种粒小的杂草如紫茎泽兰、飞机草(Chromolaena odorata)、假苍耳(Iva xanthifolia)^[47]、薇甘菊^[31]、黄顶菊(Flaveria bidentis)^[16]、升马唐(Digitaria ciliaris)^[48]和鳢肠(Eclipta prostrata)^[19]等均具有需光萌发特性，需光萌发在小种子中可能是比较普遍的^[49]。另外，因小种子贮藏的营养物质十分有限，种子不易从较深的土层出苗。因此，小种子只有处于地表或表土层时才能顺利萌发出苗。与小种子相比，大种子贮藏的营养物质丰富，所以能够从更深的土壤埋深处萌发出苗^[50]。小花山桃草的种子虽然比较小，但其平均长度仍可达2 mm以上，与刺萼龙葵的种子大小相当^[51]。同时，小花山桃草的种子为油性种子，脂肪含量高。而脂肪贮藏的能量比相同重量的糖或蛋白质几乎高1倍^[52]。这为小花山桃草种子顺利从较深土层处萌发出苗提供了能量保障。

根据小花山桃草种子萌发出苗特点，可以指导田间小花山桃草的防除。例如，可根据小花山桃草秋季和早春大量萌发出苗的特点，在农作物播种前对小花山桃草幼苗施用茎叶处理除草剂，可有效减少土壤中小花山桃草种子库。