湖泊富营养化危害严重[1],恢复沉水植物是富营养化湖泊生态恢复的重要措施之一[2-4].苦草(Vallisneriaspiralis)属水鳖科苦草属(Vallisneria)沉水植物,广泛分布于我国南北各省,能产生大量的种子,具有很好的净化功能、景观功能和生态功能,常用于水体的生态修复[5-6].恢复苦草主要有移栽成苗和撒播种子2种方式。
移栽苦草成活率较高,但成苗的采集、运输和栽植成本高,而且会对成苗供给地带来生态破坏,不适于大面积实施。水产养殖中常用种子繁殖苦草,但在富营养化水体中撒播种子的成苗率较低。这可能是因为富营养化水体中的光照强度低、底泥厌氧程度高和鱼类牧食强度大等因素阻碍了种子的萌发和幼苗的生长。通常,植物的发芽期和幼苗期更容易受到外界因素的胁迫。因此,在富营养化水体中以撒播种子的方式恢复苦草时,如果能有效缩短种子的萌发时间并促进幼苗的生长,将会减轻苦草受到的胁迫,大幅提高恢复的成功率,并节约大量时间和成本。
吲哚乙酸(IAA)和激动素(KT)在农业生产中具有促进种子发芽和幼苗生长的作用[7-8],但用于促进沉水植物种子萌发和幼苗生长的报道较少[9].因此,该研究考察了IAA和KT处理对苦草种子的萌发和幼苗的生长状况,以期为促进富营养化水体中苦草的恢复提供参考。
1材料与方法
1.1试验材料
供试苦草种子购买于南京固城湖。培养苦草种子用的塑料盒规格为12cm×8cm×4cm,铺满塘泥。塑料盒放于3个水箱中培养,水箱内长、内宽和内深分别为70、53、42cm.水箱中铺6cm厚的塘泥,注入适量自来水,试验开始时已放置2d.
用佳宝3018型自动恒温加热棒控制水温在20℃左右。试验用塘泥干重的总磷、总氮含量分别为(0.32±0.04)mg/g、(1.58±0.21)mg/g.水箱中注水2d后,水体总磷、总氮含量分别为(0.12±0.03)mg/L、(1.62±0.31)mg/L.
1.2试验方法
IAA和KT纯度均为99%,折算成纯物质后,配制成50、100、150、200mg/L的溶液,以0mg/L为对照(CK)。取适量成熟的种荚分别浸泡24h和48h后挤出种子,洗去粘液。选取饱满的种子,用牙签轻轻插入塑料盒的塘泥中约0.5cm,再把塑料盒轻轻放入水箱中培养。每处理3次重复,每重复30粒种子。每5d记录发芽数,5周后结束试验,计算累积发芽率。统计每株的株高后,在70℃下烘干24h,测量根和枝叶的干重,计算根冠比。
1.3数据分析
试验数据采用SPSS 19.0软件进行方差分析,多重比较用Duncan法。
2结果与分析
2.1 IAA和KT处理后苦草种子发芽率
由图1A可知,IAA处理24h后,各浓度均能明显地促进苦草种子的萌发;其中,150mg/L的浓度促进作用最明显(P<0.05),100mg/L的作用次之(P<0.05),50、200mg/L的浓度在20d之后表现出明显地促进作用(P<0.05)。由图1B可知,IAA处理48h后,50、100、150mg/L的浓度能明显地促进种子萌发(P<0.05),其中100mg/L的浓度促进作用最明显;200mg/L的浓度能明显抑制种子萌发(P<0.05)。由图1C可知,KT处理24h后,100mg/L的浓度对苦草种子萌发的促进作用最明显(P<0.05),50mg/L的作用次之,150、200mg/L的浓度在试验中后期表现出明显的抑制作用(P<0.05)。由图1D可知,KT处理48h后,100mg/L的浓度对苦草种子萌发的促进作用最明显(P<0.05);150、200mg/L的浓度表现出明显的抑制作用(P<0.05),其中200mg/L的抑制作用最显着。
由图1可知,IAA处理时,150mg/L处理24h对苦草种子萌发的促进作用最显着(P<0.05);KT处理时,100mg/L处 理48h的 促 进 作 用 显 着 (P<0.05)。150mg/L的IAA处理24h的效果要明显好于KT处理48h(P<0.05)。
2.2 IAA和KT处理后苦草幼苗株高
由图2A可知,IAA处理后,各处理的株高比对照均有所提高。处理24h时,50、100、150mg/L处理的株高显着地大于对照(P<0.05),200mg/L处理与对照的差异不显着;处理48h时,100mg/L处理的株高显着地大于对照(P<0.05),其余各处理间差异不显着;150mg/L处理24h与100mg/L处理48h差异不显着(P>0.05)。由图2B可知,KT处理24h时,株高比对照均有所提高;100mg/L处理的株高显着地大于对照和200mg/L处理(P<0.05);KT处理48h时,100mg/L处理的株 高显着地大于其它 处理(P<0.05),150、200mg/L处理的株高显着地小于对照及其它处理(P<0.05)。图2表明,处理时间相同时,各浓度的IAA对苦草株高的促进作用显着地大于KT处理(P<0.05)。
2.3 IAA和KT处理后苦草幼苗干重
由图3A可知,IAA处理后,各处理的幼苗干重比对照均有所提高。处理24h时,100、150mg/L处理的干重显着地大于其它处理(P<0.05);处理48h时,100mg/L处理的干重显着地大于对照(P<0.05),其余各处理间差异不显着(P>0.05)。由图3B可知,KT处理24h时,幼苗干重比对照均有所提高;50、100、150mg/L处理的干重显着地大于对照和200mg/L处理(P<0.05);处理48h时,50、100mg/L处理的干重显着地大于其它处理(P<0.05),150、200mg/L处理的干重显着地小于对照及其它处理(P<0.05)。
由图3可知,200mg/L的IAA处理24h,150、200mg/L的IAA处理48h对苦草干重的促进作用显着地大于相应KT处理(P<0.05)。
2.4 IAA和KT处理后苦草幼苗根冠比
由图4可知,各处理中苦草幼苗的根冠比差异不显着(P>0.05),这表明IAA和KT处理没有明显影响到苦草幼苗地上部和地下部的生物量分配比例。
3讨论
苦草种子产量大,但个体细小,长度约0.8~1.2mm,千粒鲜重仅21.65g;苦草种子萌发率较低,试验状态下不足70%,而且萌发不整齐,历期较长,可达7~8周[10-11].该试验结果与上述研究类似,试验期间不断有苦草种子萌发,第35天时最大萌发率接近60%.这种萌发不整齐的特性,可以帮助苦草规避一定的生态风险,但在富营养化水体中,萌发时间越长,所受的胁迫越大,苦草种子萌发并生长成幼苗的可能性就越小。
施和平等[12]研究表明,KT浸种能促进三裂叶野葛(Pueraria phaseoloides)种子的萌发;宋科等[13]发现IAA处理能够提高盐胁迫下番茄(Lycopersicon esculentum)种子的萌发率和发芽指数。该研究结果也表明,适当浓度和浸种时间处理能促进苦草种子的萌发。150mg/L的IAA浸种24h和100mg/L的KT浸种48h对苦草种子萌发的促进作用较好。此外,IAA处理24h时,200mg/L的促进作用明显小于150mg/L,处理48h时,150mg/L和200mg/L的促进作用明显小于100mg/L;KT处理24h或48h时,150、200mg/L的浓度对种子萌发具有抑制作用,而且处理48h时200mg/L的抑制作用明显大于150mg/L.这表明苦草种子的萌发对IAA或KT有较明显的时间敏感性和浓度敏感性。IAA和KT在农业生产上应用较广泛。
IAA处理能够增加番茄幼苗的鲜重与株高[13];KT可有效地提高黄瓜(Cucumis sativus)幼苗叶片中叶绿素的含量,增强叶片的光合作用并增加叶片干重[6].该研究也表明,适当的IAA和KT处理能促进苦草幼苗的株高和干重的增长,这将有利于苦草幼苗在富营养化水体中快速生长。
有研究发现IAA能明显缓解Al3+对大豆的毒害作用[14],KT能提高玉米(Zea mays)叶片中过氧化物酶和过氧化氢酶活性,缓解镉对植物的毒害作用[15-16].这表明IAA和KT处理有助于植物缓解外界胁迫。因此,适当的IAA和KT浸种也有可能提高苦草种子和幼苗的抗逆境胁迫能力,这也将有利于富营养水体中以撒播种子的方式恢复苦草。
参考文献
[1] 刘旭富,石青。五种水生植物对富营养化水体净化能力的研究[J].北方园艺,2012(22):54-56.
[2] 胡彦春,魏铮,洪剑明。两种水生植物净化生活污水的影响因素研究[J].北方园艺,2008(6):31-33.
[3]Dai Y,Jia C,Liang W,et al.Effects of the submerged macrophyte Cera-tophyllum demersum L.on restoration of a eutrophic waterbody and itsoptimal coverage[J].Ecological Engineering,2012,40:113-116.