香根草在荊州的引種和有性繁殖習性研究

姚 振，朱桂才，趙 江，王 超 (長江大學園藝園林學院，湖北 荊州 434025)

香根草在荊州的引種和有性繁殖習性研究

姚 振，朱桂才，趙 江，王 超 (長江大學園藝園林學院，湖北 荊州 434025)

為給香根草(VetiveriazizanioidesL.)生理生態(tài)研究和應用提供依據，進行了香根草多個生態(tài)型的引種、分蘗繁殖、開花結實習性調查、花粉萌發(fā)、實生苗繁殖以及越冬調查等試驗，獲得了香根草分蘗和有性繁殖的詳細資料，探討了香根草開花和結實的影響因素，分析了結實率低的原因。

香根草(VetiveriazizanioidesL.)；分蘗繁殖；花粉萌發(fā)；有性繁殖

香根草(VetiveriazizanioidesL.)是禾本科巖蘭草屬多年生草本植物，1958年開始進入中國，20世紀80年代以后，在華南、華東、西南等地香根草被廣泛用于治理水土流失。香根草被世界上100多個國家和地區(qū)列為理想的保持水土植物，在治理污染、土工工程防護、魚畜飼料、菌草、工藝編織品開發(fā)利用、造紙和燃料使用等方面有巨大應用潛力[1]。

近年來，香根草生態(tài)工程受到國內外的廣泛重視并得到迅速的推廣和應用，國內的研究主要集中在以下幾個方面：香根草對淹水、干旱的適應性研究，光合生理生態(tài)研究[2-3]；香根草生態(tài)工程研究，優(yōu)良生態(tài)型的篩選[4]；香根草組織培養(yǎng)、種子繁殖等繁殖技術及子代植株生物學特性研究[5-6]等方面。

香根草的引種栽培會大大改善生態(tài)環(huán)境，阻止生境的進一步惡化，湖北省近年開始了引種栽培，利用香根草治理環(huán)境[7]。但是，香根草的引種推廣首先需要研究其在引入地的適應性、繁殖，確定其是否易擴散等問題，所以研究香根草在引種地的無性繁殖、有性繁殖以及越冬的問題，對其在引入地發(fā)揮價值具有重要意義。本研究在湖北中部城市荊州進行了多個生態(tài)型的香根草的引種、分蘗繁殖、開花結實習性調查、花粉萌發(fā)、實生苗繁殖以及越冬調查等試驗，獲得了香根草無性和有性繁殖的詳細資料。在此基礎上，重點探討了香根草開花和結實的影響因素，分析了香根草結實率低的原因，以期為香根草的生理生態(tài)研究、繁殖和應用提供詳細的資料。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料來源于不同的氣候區(qū)域的13個生態(tài)型，2005～2006年種植于長江大學園藝園林學院實習基地。其中，生態(tài)型Lilongwe和Zomba來源于馬拉維，馬拉維處于非洲東南內陸，大部分地區(qū)為熱帶干濕季氣候區(qū)的高地氣候。生態(tài)型Kandy來自斯里蘭卡，斯里蘭卡(亞洲島國)屬熱帶季風性氣候。Malaysia、Sabak bernam來自馬來西亞，馬來西亞屬于熱帶雨林海洋性氣候。Capital、Sunshine、Hoffman來自美國，美國屬于溫帶大陸性氣候。Monto來自大洋洲的澳大利亞，澳大利亞與東南亞太平洋地區(qū)氣候相近。Wild、Cultivated、A、C 4個生態(tài)型來自中國廣東，廣東絕大部分地區(qū)都屬于亞熱帶季風氣候。引入地荊州，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，光能充足、熱量豐富、無霜期長。年平均氣溫15.9～16.6℃，冬季一月是最冷月，最低溫度曾低于-10℃。

從越冬后的母體植株上取單個分蘗進行繁殖，為了便于區(qū)別不同齡的分蘗叢，將單個分蘗形成的分蘗叢當年稱為一年齡植株。一年齡植株經過1a的生長，越冬后繼續(xù)萌發(fā)，第二年為二年齡植株，第三年稱為三年齡植株，此后稱為多年齡植株。

1.2 方法

1.2.1 分蘗繁殖

為了評估香根草分蘗繁殖的效果及其在引入地的適應性，記錄所有植株3a的分蘗數(shù)、植株高度和基部周長。分蘗數(shù)指單個分蘗叢中所有分蘗的數(shù)目，植株高度指每株從基部到花序或最高葉片頂端的高度，基部周長指分蘗叢基部的周長。

1.2.2 有性繁殖習性

1)拔節(jié)與抽穗 A和C 2個生態(tài)型通過單個分蘗繁殖的植株，連續(xù)3a調查記錄其拔節(jié)率和抽穗率。其他生態(tài)型的多年生植株連續(xù)3a調查記錄抽穗率。拔節(jié)率=(拔節(jié)數(shù)/分蘗數(shù))×100%，抽穗率=(抽穗數(shù)/拔節(jié)數(shù))×100%，其中，拔節(jié)數(shù)指分蘗叢中出現(xiàn)節(jié)間伸長現(xiàn)象的分蘗數(shù)目，抽穗數(shù)指完成花序的形態(tài)分化的分蘗數(shù)目。

2)抽穗與開花 逐個記錄每個花穗的穗展開時間、小花開始開放時間、開花結束時間，以及抽穗開花期間的溫度及天氣情況。

3)花粉離體萌發(fā) 生態(tài)型A開花期間收集花粉，進行離體萌發(fā)實驗，設計培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)基2個處理。培養(yǎng)溫度設置14、16、18、20、22℃5個水平。培養(yǎng)基包含4個水平，即A：蔗糖10g/L、Ca(NO3)2·4H2O 0.3g/L、H3BO30.1g/L、KNO30.1g/L、MgSO4·7H2O 0.2g/L；B：蔗糖10g/L、H3BO30.02g/L；C：蔗糖15g/L、H3BO30.02g/L；D：蔗糖20g/L、H3BO30.02g/L。

將培養(yǎng)基融化滴在載玻片上，冷卻后將花粉用毛筆均勻刷在培養(yǎng)基上。將播種后的培養(yǎng)基放入培養(yǎng)箱中，每隔30min觀察花粉萌發(fā)情況，2h后統(tǒng)計最終萌發(fā)花粉數(shù)，計算萌發(fā)率。

4)結實 逐個統(tǒng)計單穗結實的數(shù)量與空秕的數(shù)量，計算結實率。

5)實生苗 采收生態(tài)型A的種子，實驗室催芽后，移栽幼苗種植于田間，記錄實生苗生長情況。抽穗開花的生態(tài)型種植地周圍不做干擾，次年調查種植地附近區(qū)域實生苗出現(xiàn)情況。

1.2.3 越冬調查

試驗的第二年冬季，選擇各生態(tài)型代表性植株，每隔2周于3個時間點(11月13日、12月1日、12月16日)調查計算綠葉比例，評估越冬情況。待地上部分全部枯黃后，離地50cm左右割去地上部分。第三年春季，記錄返青情況。

2 結果與分析

2.1 分蘗繁殖的效果

A、C生態(tài)型經過3a的分蘗繁殖，株高平均值分別達到262.8cm和231.1cm。引入的其他生態(tài)型的第三年株高平均為241.9cm，其中生態(tài)型Wild最高株高可以達到360cm。從單棵分蘗苗到生長成叢，基部周長逐年上升。2個生態(tài)型第三年的分蘗數(shù)分別可以達到31.4株和33.1株，最高可以達到59株和61株。分蘗叢3a的基部周長最高可以達到66.88cm，2個生態(tài)型平均每年增加7.54cm和9.07cm。其他生態(tài)型在3a中也表現(xiàn)出基部周長的有限增加。

從株高、分蘗數(shù)和分蘗叢基部周長分析，引入的所有生態(tài)型表現(xiàn)了非常好的適應性，并沒有因為與原產區(qū)環(huán)境差異而表現(xiàn)出不適應。香根草的分蘗屬于疏蘗型，不會從栽植點向四周擴散，易于控制，生產中可以利用分蘗苗進行繁殖。

2.2 香根草一年齡、二年齡和多年齡植株有性繁殖特性的差別

圖1是生態(tài)型A一年齡、二年齡和多年齡植株的拔節(jié)率和抽穗率的比較。由圖1可以看出，拔節(jié)率在3a中出現(xiàn)波動。抽穗率一年齡和二年齡的植株大致相同，多年齡的抽穗率提高約2倍，抽穗率表現(xiàn)為升高的趨勢。圖2是生態(tài)型C一年齡、二年齡和多年齡植株的拔節(jié)率和抽穗率的比較。由圖2可以看出，生態(tài)型C在3a中也表現(xiàn)了拔節(jié)率的波動，但是抽穗率變化不大。

引入的2個生態(tài)型分蘗繁殖的幼苗在當年便可以完成營養(yǎng)積累，轉入生殖生長而抽穗開花。但是，2個生態(tài)型的抽穗率差別較大，但均在30%以下，只有一部分分蘗植株可以完成抽穗的過程。與生態(tài)型C的分蘗苗一直保持很低的抽穗率所不同的是，生態(tài)型A的分蘗苗抽穗率在第二年和第三年逐漸增加。

圖1 生態(tài)型A不同齡植株的拔節(jié)率和抽穗率

圖2 生態(tài)型C不同齡植株的拔節(jié)率和抽穗率

圖3是其他11個生態(tài)型3a抽穗率比較。從圖3可以看出各生態(tài)型經過引種后連續(xù)幾年呈現(xiàn)出不同的生長狀況。抽穗率表現(xiàn)為上升、下降或者波動，并且這種趨勢與引種來源地的關系不明顯。來源于廣東的4個生態(tài)型都有較高的抽穗率，其中生態(tài)型wild的抽穗率最高可以達到65.7%。生態(tài)型Kandy、Hoffman、Capital、Sunshine、Sabak bernam、Lilongwe抽穗率一直保持在很低的水平，甚至沒有抽穗，這些生態(tài)型在整個試驗期間都沒有結實。

圖3 11個生態(tài)型3a的抽穗率

2.3 溫度、培養(yǎng)基對花粉離體萌發(fā)的影響

表1 溫度和培養(yǎng)基條件對花粉萌發(fā)率的影響

香根草花粉在不同溫度和培養(yǎng)基條件下的萌發(fā)率見表1。由表1可以看出，花粉在不同溫度下的萌發(fā)率具有很大差異，在14～18℃下萌發(fā)數(shù)最高，20℃和22℃時花粉不萌發(fā)。在富含無機鹽的A培養(yǎng)基下，14～22℃時花粉均不萌發(fā)。不同糖濃度(B、C、D培養(yǎng)基)下，萌發(fā)率在糖濃度達20%后萌發(fā)率才有所提高，但花粉萌發(fā)率仍還是很低，均小于10%。

2.4 氣象條件對花序展開和開花的影響

通過逐個記錄所有抽穗分蘗的幾個重要時間(穗展開時間、小花開放時間和開花結束時間)，研究溫度條件對抽穗和開花的影響。為便于在圖4和圖5中將時間數(shù)據與期間的溫度變化相對應，研究中引入T值，T為試驗期間的時間刻度，即以9月1日的T值為1，9月2日的T值為2，然后類推至整個試驗階段。

注：9月1日的T值為1，9月2日的T值為2，余類推，圖5、圖6同。T=25～29、55～68時為連續(xù)陰雨天氣。

圖5 香根草抽穗開花在時間上的分布

生態(tài)型A、C和Wild的抽穗率都能保持在很高的水平，但是并不是每一個抽穗分蘗的花序都能順利地展開。從圖5可以看出，第一個抽穗展開從9月9日(T=9)開始，11月19日(T=80)最后一個花穗展開，前后間隔71d。在11月19日后香根草的抽穗不再展開，但是可以觀察到花序的形態(tài)分化已經完成。花穗的展開主要集中在10月5日(T=35)到11月9日(T=70)，前期和后期只占很小的比例。根據圖4給出的溫度曲線，對應的花序展開的最低溫度為12℃，溫度低于12℃時花序不再展開。

圓錐狀的花序展開后小花逐漸開放，共有約50個穗能夠完成抽穗和開花的整個過程，一個花序上的小花開始開放到整個花序開花結束，平均時間為11.6d。前期的花穗開放最短時間為5d，后期的花穗最多可以持續(xù)25d。從圖5的曲線可以看出，后期多數(shù)分蘗的抽穗只能完成穗的展開或部分花的展開，不能完成開花的過程。

小花開放從9月15日(T=15)開始，一直到11月29日(T=90)結束，前后間隔75d。小花開放開花主要集中在9月25日到10月20日，后期只有少數(shù)開花，而且一個花序中只有很少量的小花能夠開放。根據圖4給出的溫度曲線，溫度低于14℃小花就不再開放。

在T為25～29、55～68時試驗記錄為連續(xù)陰雨天氣，這段時間的展開花穗不能開花。

圖6 抽穗時間對香根草結實率的影響

2.5 抽穗時間與結實率的關系

從圖6可以看出，香根草結實主要集中在很短的時間內，抽穗時間T=42(10月11日)為臨界點，以后香根草不再結實。結實的高峰期抽穗時間T在16～32之間，單穗最高結實率為51.7%，此時的最高溫度在25℃左右，最低溫度在15℃左右。抽穗時間T的最小值為9，9月9日到9月15日的少量抽穗由于脫落比較嚴重，無法統(tǒng)計，雖然可以觀察到結實但結實率不高。

2.6 實生苗

生態(tài)型A采收的種子在實驗室條件下育苗，幼苗移栽到大田。移栽的實生苗當年平均分蘗數(shù)為21.3株，第二年平均分蘗數(shù)為42.8株，這些分蘗叢的生長與通過分蘗繁殖的分蘗叢無明顯差異。生態(tài)型A在開花結實的過程中，逐步有一些種子散落在四周。在試驗的第三年，在距離香根草生態(tài)型A植株1m左右的位置發(fā)現(xiàn)了多顆實生苗。

2.7 香根草分蘗叢的越冬情況

從圖7可以看出，Lilongwe、Zomba、Hoffman、Sabak bernam、Capital、A、C以及Kandy在其他生態(tài)型地上部分基本枯萎的情況下，綠葉比例仍然較高。生態(tài)型Malaysia和Cultivated地上部分枯萎的速度最快，抗寒性較差。各個生態(tài)型表現(xiàn)了抗寒性上的差異，各個生態(tài)型第二年均能正常萌發(fā)新的分蘗。

圖7 不同生態(tài)型3個不同時間點的綠葉比例

3 討論與結論

香根草可分為有性繁殖(能正常開花結實，如印度北部的一個野生種以及廣東湛江發(fā)現(xiàn)的野生種)和無性繁殖(不開花或開花不結實，靠營養(yǎng)器官繁殖)[6,8]2大類，本研究選用的生態(tài)型包含了這2種類型。所有生態(tài)型都能在引入地正常生長，可以正常利用分蘗繁殖的方法，分蘗叢保持在原種植的范圍內而不擴散。但是，這些生態(tài)型在開花結實習性上有很大的區(qū)別，來源國內的幾個生態(tài)型能夠有效地開花結實，而生態(tài)型Kandy、Hoffman、Capital、Sunshine、Sabak bernam、Lilongwe抽穗率一直保持在很低的水平，基本沒有有效的抽穗結實。試驗已經證實了散落種子可以萌發(fā)實生苗，這一點對于香根草的利用提出了要求，生產應用中最好選用沒有有效抽穗的生態(tài)型。

研究結果表明，分蘗繁殖的幼苗當年抽穗開花會有延遲，2～3a后開花結實和多年生的分蘗叢相同。出現(xiàn)這種情況的原因可能是植株在分蘗繁殖后需要營養(yǎng)積累，在合適的情況下轉入生殖生長。如果香根草在引入地作為牧草使用，反復的收割可能會抑制開花。

研究發(fā)現(xiàn)香根草花粉萌發(fā)率極低，并且離體萌發(fā)溫度在14～16℃之間，這與其他禾本科植物花粉的萌發(fā)溫度具有很大的差別。水稻、小麥、玉米花粉的離體最適萌發(fā)溫度在28～30℃之間[9-11]，顯著高于實驗測得的香根草的花粉離體萌發(fā)溫度。本研究只對香根草花粉離體萌發(fā)的條件進行了初步摸索，如果將溫度提高到28～30℃，或是提供其他的營養(yǎng)條件，花粉的萌發(fā)率是否提高，有待進一步研究。

研究發(fā)現(xiàn)，在引入地能正常結實的香根草生態(tài)型，結實率很低。有效結實穗集中在約2周內，這些穗的結實率高，而其他時間的穗基本不能結實。香根草抽穗開花集中在9月至10月，此時溫度偏高，適合香根草花粉萌發(fā)的時間段很短，而花粉萌發(fā)對溫度的要求較為苛刻，兩者的矛盾可能導致了傳粉和受精困難，進而導致了結實率低。同時，抽穗后期的低溫造成有效的開花穗少，大量的抽穗都不能結實。可以推測，抽穗前期的高溫和后期的低溫都會抑制香根草結實。引入地秋冬季長時間的陰雨天氣比較常見，這些天氣影響了香根草抽穗的展開及花的開放，這也是香根草大量的抽穗結實率不高的重要原因。

致謝：感謝中山大學綠地中心提供試驗材料。

[1]程 洪，李 斌．香根草的技術應用[J]．江西科學，1998，16(3)：204-210．

[2]劉金祥，王銘銘．淹水脅迫對香根草生長及光合生理的影響[J]．草業(yè)科學，2005，22(7)：71-73．

[3]劉 艷，黃喬喬，馬博英，等．高溫干旱脅迫下香根草光合特性等生理指標的變化[J]．林業(yè)科學研究,2006，19(5)：638-642．

[4]夏漢平，劉世忠．香根草優(yōu)良生態(tài)型篩選研究[J]．草業(yè)學報，2003，12(2)：97-105．

[5]馬鎮(zhèn)榮，劉 衛(wèi)，王昌虎，等．香根草體細胞胚胎發(fā)生的細胞學特征與形成條件[J]．生態(tài)學報，2003，23(7)：1290-1296．

[6]劉金祥，李文送，李紅燕．種子繁殖香根草植株的生物學特性及病蟲害初報[J]．草業(yè)科學，2005，22(4)：108-111．

[7]李愛華，趙 虎，伍儀章，等．香根草的引種及抗逆性栽培試驗[J]．湖北林業(yè)科技，2006，(5)：19-22．

[8]何 敏，嚴力蛟，陳啟銀，等．香根草研究綜述[A]．徐禮煜．香根草研究與展望[C]．北京：中國農業(yè)科技出版社，1998：147-152．

[9]陳士強，王 忠，劉滿希，等．水稻花粉萌發(fā)及花粉管生長動態(tài)[J]．中國水稻科學，2007，21(5)：513-517．

[10]朱展望，張改生，牛 娜．小麥花粉的離體萌發(fā)研究[J]．麥類作物學報，2007，27(1)：12-15．

[11]王艷哲，崔彥宏，張麗華，等．玉米花粉活力測定方法的比較研究[J].玉米科學，2010，18(3)：173-176．

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.04.003

Q949.71+4.2

A

1673-1409(2012)04-S009-06

2012-02-22

長江大學科研啟動基金項目(2005018)。

姚 振(1980-)，男，湖北荊州人，博士生，講師，研究方向為植物分子生物學與植物學。