受威脅的寒冷沙漠多年生植物Ivesia webberi種子活力的地理和年際模式，以及無(wú)損種子測(cè)試方法的前景
 

摘要：據(jù)估計(jì)，全球受威脅的植物物種中有三分之一具有頑固的儲(chǔ)存行為，而種子庫(kù)相對(duì)無(wú)效。因此，為了了解美國(guó)受威脅的大盆地沙漠野草Ivesia webberi的種子儲(chǔ)存行為，我們檢查了種子大小和儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)種子活力的影響，評(píng)估了種子活力的年際和群體間變化，以及研究了無(wú)損種子活力測(cè)試方法（種子X(jué)射線和多光譜成像）的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。結(jié)果顯示種子活力從三個(gè)月顯著降低到兩年，這表明I. webberi種子具有頑固的儲(chǔ)存行為。種子活力在11個(gè)I. webberi種群中表現(xiàn)出顯著的年際差異，而不是種群間差異；種子大小對(duì)種子活力沒(méi)有顯著影響。X射線和多光譜成像方法具有較高的分類(lèi)精度（> 80％），可以替代廣泛使用的破壞種子種質(zhì)的四唑測(cè)試，從而導(dǎo)致定期監(jiān)測(cè)的儲(chǔ)存種子累積減少。這項(xiàng)研究證明了非破壞性方法在長(zhǎng)期種子活力監(jiān)測(cè)中的效用，并表明種子活力不受種群密度的影響，種群密度在采樣的韋伯氏菌種群中差異很大。
 

關(guān)鍵詞：Ivesia webberi，種子庫(kù)，種子活力，多光譜成像，種子 X 射線圖像
 

大量可行的I. webberi 種子相對(duì)較小（圖 1），但邏輯回歸模型顯示種子大小對(duì)種子的活力沒(méi)有顯著影響（z = -1.57，p > 0.12 )。

圖1.顯示Ivesia webberi種子面積與活力之間關(guān)系的箱線圖。使用四唑鎓測(cè)試確定活力
 

在用于TZ測(cè)試的441顆種子中，260顆被歸類(lèi)為有活力的，而其余181顆則沒(méi)有活力。X射線圖像、種子寬度和光譜特性的組合可靠地預(yù)測(cè)了種子活力 (AUC > 0.8)。在種子 X 射線、種子面積和MCM 13 在 p < 0.01 時(shí)顯著不同。隨機(jī)森林模型產(chǎn)生了很高的預(yù)測(cè)性能（準(zhǔn)確度：0.8163，特異性：0.9308，敏感性：0.6519，kappa：0.6056）；種子 X 射線圖像的變量重要性最高，其次是種子寬度和 MCM 13，分別具有 X 射線圖像預(yù)測(cè)能力的 16% 和 13%。單變量部分相關(guān)圖顯示，隨著種子種皮光譜反射率在 690 nm（圖 2a）、X 射線圖像中的填充種子（圖 2b）和更小的種子寬度（圖 2c）的降低，I. webberi 種子活力的概率增加。訓(xùn)練數(shù)據(jù)和交叉驗(yàn)證數(shù)據(jù)的 AUC 值分別為 0.91 和 0.81。

圖2.(a-c)描述從隨機(jī)森林模型計(jì)算的三個(gè)預(yù)測(cè)變量中每一個(gè)的種子活力的單變量圖，用于非破壞性Ivesia webberi 種子活力分類(lèi)
 

690nm 波長(zhǎng)的非破壞性種子 X 射線成像和多光譜成像與破壞性出苗和 TZ 測(cè)試相比較，因此證明將它們用于種子活力測(cè)試是合理的，這可以減少受威脅植物物種的累積長(zhǎng)期種子損失數(shù)量有限的健康種子。雖然沒(méi)有記錄，但我們觀察到兩年內(nèi)采樣種群中收集的大多數(shù) I. webberi種子是空種子，這強(qiáng)調(diào)了長(zhǎng)期保存少數(shù)可行種子的必要性。此外，頑固的種子儲(chǔ)存行為突出了 I. webberi 種子庫(kù)的挑戰(zhàn)，并建議更多地關(guān)注該物種的原位管理。然而，鑒于整個(gè)大盆地外來(lái)雜草的干擾和入侵增加，種子庫(kù)已成為不可避免的保護(hù)策略。這項(xiàng)研究表明種子活力的種群間差異很小。因此，根據(jù)該物種的種群遺傳結(jié)構(gòu)，可以從少數(shù)具有持續(xù)較高生存力的選定種群中收集種子庫(kù)，以捕獲儲(chǔ)存的可行種子中的遺傳多樣性。然而，建議進(jìn)行進(jìn)一步的研究來(lái)估計(jì)不同育種策略產(chǎn)生的種子的活力，并評(píng)估長(zhǎng)期種子庫(kù)下的儲(chǔ)存行為。