狐尾藻斷枝的不定根和芽形成時間及其形成頻率的研究

狐尾藻斷枝的不定根和芽形成時間及其形成頻率的研究

綏化山狐尾草是一種重要的水下植物，通常與金魚藻和甘草一起形成各種水生植物群落。在水生植被的自然修復(fù)中,狐尾藻也是最先侵入和定居的先鋒物種之一。由于狐尾藻耐污染能力較強(qiáng),因而水生植被恢復(fù)工程中是被優(yōu)先考慮的先鋒物種之一。自然條件下狐尾藻以種子、根狀莖和斷枝三種方式進(jìn)行繁殖。在兩種營養(yǎng)繁殖方式中,匍匐枝對種群的擴(kuò)增起著重要作用,而斷枝對狐尾藻的傳播起著重要作用。狐尾藻具有自動形成斷枝的特點(diǎn),當(dāng)斷枝形成啟動時,首先在莖端15—20cm位置形成不定根,然后從形成不定根的部位斷裂而成為一個新的植株。除了自動形成斷枝外,機(jī)械損傷也能夠?qū)е潞苍鍞嘀Φ男纬?。?jù)崔心紅等報道,這類斷枝也具有一定的生根能力。但斷枝節(jié)位和斷枝長度對不定根和芽形成的影響尚無研究,本文報道了這方面的研究結(jié)果。1材料和方法1.1小苗和苗木生長穗花狐尾藻幼苗采自武漢市附近的池塘。選取大小一致的10—15cm長的小苗定植于盛有塘泥的77cm×60cm×55cm的塑料水箱內(nèi),塘泥厚約5cm,水深45cm,每桶種植15株。當(dāng)植株長到高約20cm時取材進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。1.2普通pcr斷枝(1)頂芽段:指頂芽及其周圍尚未完全展開的葉;(2)一節(jié)斷枝:只含有一個節(jié)的斷枝。倒數(shù)第一片完全展開葉所在節(jié)及其上、下各1/2節(jié)間稱為一節(jié)斷枝1;以此類推其下分別為一節(jié)斷枝2、一節(jié)斷枝3和一節(jié)斷枝4(如圖1A);(3)二節(jié)斷枝:含有二個節(jié)的狐尾藻斷枝。倒數(shù)第一和第二片完全展開葉所在節(jié)及其上、下各1/2節(jié)間稱為二節(jié)斷枝(如圖1B);(4)三節(jié)斷枝:含有三個節(jié)的斷枝。倒數(shù)第一、二、三片完全展開葉所在節(jié)及其上、下各1/2節(jié)間稱為三節(jié)斷枝(如圖1C);(5)四節(jié)斷枝:倒數(shù)一至四片完全展開葉及其上、下各1/2節(jié)間稱為四節(jié)斷枝(如圖1D)。1.3培養(yǎng)塑料盒(1)拋擲培養(yǎng):將上述各種斷枝擲入盛有自來水(水深10cm)的塑料盒中,斷枝自由漂浮于水面,25W日光燈下培養(yǎng),溫度25℃。(2)扦插培養(yǎng):塑料盒中鋪有5cm池塘底泥,水深10cm,按照形態(tài)學(xué)上端朝上或者朝下兩種方向扦插,25W日光燈下培養(yǎng),溫度25℃。1.4幼枝和幼枝的形成時間和形成頻率自狐尾藻斷枝培養(yǎng)之日起,每三天觀察一次不定根和芽的形成,肉眼可以分辨的不定根和芽長度達(dá)到2mm時記為已發(fā)生。以10%的斷枝形成不定根和芽的時間分別表示不定根和芽的形成時間。培養(yǎng)60d后,統(tǒng)計各種條件下形成幼苗的頻率。每個實(shí)驗(yàn)做三個重復(fù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果以三次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。2結(jié)果2.1扦插形成的不定根我們所試驗(yàn)的一節(jié)斷枝、二節(jié)斷枝、三節(jié)斷枝和四節(jié)斷枝,在拋擲和扦插條件下都能夠形成不定根和芽,進(jìn)而發(fā)展成一棵新的植株。一節(jié)斷枝在其形態(tài)學(xué)下端形成愈傷組織突起,不定根從愈傷組織突起上發(fā)生。而多節(jié)的狐尾藻斷枝在培養(yǎng)過程中,形態(tài)上首先發(fā)生一定程度的彎曲,不定根一般從彎曲處的節(jié)上發(fā)生,根形成后向下生長。實(shí)驗(yàn)中也觀察到部分多節(jié)斷枝的不定根從形態(tài)學(xué)下端形成的愈傷組織狀突起上發(fā)生。不定根發(fā)生后芽逐漸從斷枝的葉腋內(nèi)發(fā)生,在多節(jié)斷枝中,芽更多地發(fā)生于斷枝的形態(tài)學(xué)上部節(jié)位,少數(shù)與根在同一節(jié)位發(fā)生。不同長度的斷枝上形成的根和芽長勢有明顯差別。一節(jié)斷枝上發(fā)生的根纖細(xì)、短,生長緩慢,當(dāng)芽出現(xiàn)時,其長度常常不超過1cm。二節(jié)斷枝上的根也較纖細(xì),但生長速度略快一些,當(dāng)芽出現(xiàn)時,長度能夠達(dá)到3—5cm。三節(jié)斷枝和四節(jié)斷枝上的根生長更快,芽出現(xiàn)時常常能夠達(dá)到6—7cm,與三節(jié)斷枝相比,四節(jié)斷枝上的根更加粗壯、數(shù)目更多,而且部分根還形成側(cè)根。從一節(jié)斷枝、二節(jié)斷枝和三節(jié)斷枝上發(fā)生的芽在初期均很瘦弱,四節(jié)斷枝上形成的芽較前三者健壯,生長更快。正向扦插有利于根和芽的生長,在正向扦插條件下所形成的根和芽比拋擲條件下形成的根和芽更健壯,生長更快,并形成側(cè)根。反向扦插條件下仍然能形成一定頻率的幼苗,不定根發(fā)生在莖段的形態(tài)學(xué)下端部分,形成后向下彎曲生長,而芽形成于形態(tài)學(xué)的上端部分,發(fā)生后向上彎曲生長。說明在沉水植物中,形態(tài)學(xué)的方向仍然對不定根和芽的發(fā)生部位起著決定作用。2.2斷枝形成頻率隨節(jié)位的變化在拋擲條件下,隨著斷枝所處節(jié)位的下降,不定根和芽的發(fā)生時間均呈現(xiàn)明顯縮短的趨勢,與頂芽段相鄰的一節(jié)斷枝(一節(jié)斷枝1)的不定根發(fā)生時間為27d,而其下的一節(jié)斷枝2和一節(jié)斷枝3的根發(fā)生時間僅12d,一節(jié)斷枝4僅9d(圖2)。芽的發(fā)生時間一般較不定根晚,但發(fā)生時間隨著節(jié)位下降縮短的趨勢與不定根相同。一節(jié)斷枝1的芽發(fā)生時間為33d,一節(jié)斷枝2和一節(jié)斷枝3為18d,一節(jié)斷枝4為9d(圖3)。我們推測這種變化趨勢與不同節(jié)位的發(fā)育程度不同有關(guān),隨著節(jié)位的下降,所在莖段逐漸發(fā)育成熟,莖和葉的各項(xiàng)機(jī)能更趨完善,因而更利于不定根和芽的發(fā)生。我們統(tǒng)計的最終幼苗形成頻率也與此相吻合,不同節(jié)位的斷枝形成幼苗的頻率呈現(xiàn)出隨著節(jié)位下降而增加的趨勢,與頂芽部相鄰的一節(jié)斷枝的幼苗形成頻率僅20%,而其下的一節(jié)斷枝的幼苗形成頻率均較高,一節(jié)斷枝4的形成頻率達(dá)83%(圖4)。對于一節(jié)斷枝而言,除了與頂芽部相鄰的1位斷枝之外,正向和反向扦插均明顯延遲一節(jié)斷枝的不定根和芽形成時間,降低幼苗形成頻率(圖2-4)。我們推測其原因是一節(jié)斷枝太短,在實(shí)際操作中容易受到人為損傷,而且在扦插時大部分?jǐn)嘀Ρ徊迦氲啄嘀?光合作用等生理過程可能受到干擾,因而影響到不定根和芽的發(fā)生。2.3不定根扦插期根芽發(fā)生時間的變化比較與頂芽部相鄰的一節(jié)斷枝、二節(jié)斷枝、三節(jié)斷枝和四節(jié)斷枝的根芽發(fā)生時間,發(fā)現(xiàn)在拋擲條件下,二節(jié)斷枝的不定根和芽的發(fā)生時間最短,僅需要6d時間,三節(jié)和四節(jié)斷枝的根芽發(fā)生時間比二段次之,不定根的發(fā)生時間均為9d,芽的發(fā)生時間均為12d;一節(jié)斷枝時間最長,不定根和芽的發(fā)生時間分別為27d和33d(圖5,6)。其他節(jié)位不同長度斷枝的根芽發(fā)生時間,也呈現(xiàn)相同的變化趨勢(結(jié)果未報道)。在拋擲條件下,盡管二節(jié)斷枝形成不定根和芽的時間最短,但最終形成幼苗的頻率卻比三節(jié)和四節(jié)斷枝低,幼苗形成頻率呈現(xiàn)出隨著斷枝長度(節(jié)數(shù))增加而增高的趨勢(圖7)。正向扦插明顯延遲二節(jié)斷枝的不定根發(fā)生時間,對三節(jié)和四節(jié)斷枝不定根的發(fā)生時間沒有影響,顯著延遲所有多節(jié)斷枝芽的形成時間,但能夠提高三節(jié)和四節(jié)斷枝的幼苗形成頻率,在此條件下三節(jié)段的成苗率達(dá)95%以上,四節(jié)段的成苗率達(dá)100%(圖5—7)。反向扦插明顯延遲不定根和芽的形成時間,但在反向扦插條件下,三節(jié)和四節(jié)斷枝的幼苗形成頻率比拋擲條件下高,四節(jié)斷枝的成苗率達(dá)100%。推測四節(jié)斷枝可能是狐尾藻形成幼苗的理想長度。3機(jī)械斷枝的形成和復(fù)育分析斷枝在狐尾藻物種的快速傳播方面起著重要作用。我們的研究結(jié)果顯示因機(jī)械折斷形成的狐尾藻斷枝無論在拋擲條件下還是在扦插條件下都具有較強(qiáng)的不定根和芽的形成能力,多數(shù)斷枝(特別是多節(jié)斷枝)都能夠發(fā)育成新的植株。不同節(jié)位的斷枝形成新植株的能力有區(qū)別,在頂芽部分以下,隨著莖節(jié)和片葉的發(fā)育成熟,形成不定根和芽的能力呈現(xiàn)增強(qiáng)的趨勢,斷枝長度的增加有利于不定根和芽的形成。這體現(xiàn)在兩個方面,一是斷枝能夠更早地形成不定根和芽,二是斷枝形成幼苗的頻率更高。前人研究了狐尾藻通過內(nèi)在機(jī)制自動形成斷枝的過程以及影響斷枝形成的環(huán)境因素,在本實(shí)驗(yàn)中我們觀察了不同節(jié)段機(jī)械斷枝的根芽發(fā)生能力以及其形成新植株的能力。我們根據(jù)觀察結(jié)果推測,自然條件下因風(fēng)浪等機(jī)械原因形成的狐尾藻斷枝也是一種有效的繁殖體,與狐尾藻自動形成的斷枝相比,其區(qū)別在于機(jī)械斷枝是在漂浮生長過程中形成不定根和芽,再定居生長。因而其發(fā)生和傳播在時間與空間上都具有較大的隨機(jī)性。而自動斷枝是先形成不定根,然后從母株上脫落,定居生長,其發(fā)生有一定的季節(jié)性,常常發(fā)生在生長季節(jié)結(jié)束,達(dá)到最大生物量的時候。狐尾藻因其較強(qiáng)的耐污能力而常被選作水體生態(tài)恢復(fù)的先鋒物種。狐尾藻的種子難于勝任生態(tài)恢復(fù)的要求,這是因?yàn)楹苍宸N子萌發(fā)率不高(本實(shí)驗(yàn)室未發(fā)表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果),而且種子在水底萌發(fā),形成的幼苗被固定在水底。而需要恢復(fù)水生植被的水體中,其水底的溶氧量常常很低,而且光照條件也難于達(dá)到狐尾藻的高光強(qiáng)要求。因而即使種子萌發(fā)形成幼苗,也難于存活并擴(kuò)增成一定規(guī)模的種群。我們的工作為在低風(fēng)浪水體中通過拋擲狐尾藻斷枝恢復(fù)狐尾藻種群提供了依據(jù),由于斷枝漂浮在水體上層,可以避免溶氧和光強(qiáng)的限制,因而能夠發(fā)育成健壯的新植株并逐漸定居和擴(kuò)增。這是一種值得在實(shí)踐中進(jìn)一步探討的方法。我們的研究結(jié)果還為繁育生態(tài)恢復(fù)所需的種苗提供了新的思路。在目前的生態(tài)恢復(fù)實(shí)踐中,狐尾藻種苗主要由自然水體中采集而來,這種作法可能會對采集地的水生植被造成一定程度的破壞。解決這一問題的辦法之一是專門建立種苗塘,快速繁育生態(tài)恢復(fù)所需的種苗。根據(jù)我們的研究結(jié)果,我們認(rèn)為通過機(jī)械斷枝繁殖狐尾藻幼苗可能是一種既經(jīng)濟(jì)又簡單的辦法。另一方面,由于狐尾藻在合適生長條件下種群擴(kuò)增速度快,