三種誘導(dǎo)因子對鳳眼蓮生長發(fā)育的影響

王立新，王　非，徐武升，尹　凡

（常熟理工學(xué)院 a.生物與食品工程學(xué)院；b.化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

三種誘導(dǎo)因子對鳳眼蓮生長發(fā)育的影響

王立新a，王非a，徐武升a，尹凡b

（常熟理工學(xué)院 a.生物與食品工程學(xué)院；b.化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

利用磁鐵、那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑及萘乙酸對鳳眼蓮進行誘導(dǎo)，通過測量其單株鮮重的增長量，根長及葉長增長量，分蘗數(shù)等形態(tài)指標顯示：2000倍液的那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑能使鳳眼蓮根長、葉長增長顯著，由此引發(fā)植株鮮重增重，同時還能誘導(dǎo)大量分蘗.一定強度的磁誘導(dǎo)效果次之，萘乙酸誘導(dǎo)效果相對較差.以不同濃度的萘乙酸溶液誘導(dǎo)鳳眼蓮幼苗顯示較強的生理效應(yīng)，其中以0.5 mg/L濃度的效果最明顯.

誘導(dǎo)；形態(tài)指標；鳳眼蓮

隨著城市工業(yè)與服務(wù)的發(fā)展以及城市人口的增加，產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水和生活污水，由此帶來的水環(huán)境污染問題日益嚴重.如何快速有效地修復(fù)被污染的水體已成為人類當前殛待解決的重要課題.水體的修復(fù)應(yīng)首先把重點放在消減水體中的氮磷上，水生植物可通過自身組織吸收直接去除水體中的氮和磷，在污染水體修復(fù)中占據(jù)著舉足輕重的地位.常見的挺水、浮水和沉水植物往往只能存活于輕度富營養(yǎng)化水體，且沉水植物在生長到一定程度后的移除存在一定困難，且城區(qū)河道光照較弱，因而難以應(yīng)用于城市河道水環(huán)境改善中.

鳳眼蓮（Eichhornia crassipes Mart.），又稱水葫蘆，生長繁殖快、耐污能力強，且能夠快速、高效地從水體中吸收氮磷營養(yǎng)鹽，并對多種重金屬具有較強的吸收、轉(zhuǎn)運能力，是最合適的快速移除水體中氮磷的水生生物［1］.然而，在實際應(yīng)用中，由于鳳眼蓮具有超強的繁殖能力，若沒有合適的方法加以控制，往往占據(jù)全部水面，擋住陽光，又會造成水體缺氧而使水下生物滅絕，破壞生態(tài)系統(tǒng).同時，死亡的鳳眼蓮在水體中腐爛，又會造成水體的黑臭.因此，如何通過誘導(dǎo)改變鳳眼蓮的特性，既保持其耐污能力強、快速高效地吸收氮磷及多種重金屬以及利用其根系分泌的化感物質(zhì)殺滅水體中的綠藻，同時又能夠控制其繁殖速率，從而適用于城區(qū)河道水環(huán)境改善，成為迫切需要解決的問題.

在鳳眼蓮的誘導(dǎo)變異研究中，云南省生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所那中元科研團隊獲得了突破性的成果，他們將普通鳳眼蓮?fù)ㄟ^誘導(dǎo)變異，培育出了新型的品種“巨紫根水葫蘆”.改良后的鳳眼蓮和普通鳳眼蓮相比，其最大優(yōu)勢是葉片生長緩慢，葉柄及葉面較小，根系發(fā)達，平均長80 cm左右.本研究目標為誘導(dǎo)培育一種適合于蘇南地區(qū)栽種，同時具有發(fā)達根系，可控繁殖速率且快速吸收水體中氮磷的“類巨紫根水葫蘆”，為水體環(huán)境的改善提供一種可行的水生植物品種.

1　材料和方法

1.1實驗材料

鳳眼蓮采自江蘇省常熟市古里鎮(zhèn)蘇家尖河道.并取該河道水為培養(yǎng)液（總氮含量 3.8 mg/L，總磷含量（0.23 mg/L）在實驗室進行馴化培養(yǎng).

1.2實驗方法

1.2.1培養(yǎng)方法

選用塑料桶（上部內(nèi)徑20 cm，下部內(nèi)徑15 cm，桶高20 cm）作為試驗容器.桶外用多層報紙包裹以模擬根系黑暗環(huán)境.選擇生長良好的成熟植株，移入塑料桶中，每桶加水4 L在自然光照條件下培養(yǎng).那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑（2000倍液）及萘乙酸（1 mg/L）溶液以葉面噴施方法進行外源添加，磁化處理利用半徑為0.5 cm，厚0.2 cm的磁鐵5枚均勻放置于桶底（平均每枚磁感應(yīng)強度140 mT，HT20便攜式數(shù)字特斯拉計進行測量），以不作任何處理為對照組，每組設(shè)3桶平行，每桶三株.不同濃度萘乙酸處理選用幼嫩植株進行實驗.

1.2.2生物量以及形態(tài)指標的測量

處理16 d后測定植物單株鮮重、根長、葉柄長及葉片長等變化量.計算公式如下：

鮮重變化量=處理后鮮重-處理前鮮重

根長變化量=處理后根系長度-處理前根系長度，葉長等同上.

1.3數(shù)據(jù)處理

利用excel軟件進行數(shù)據(jù)處理和作圖，并用origin軟件對其進行顯著性差異分析.

2　結(jié)果與分析

2.1三種誘導(dǎo)因子對鳳眼蓮各生長指標增長量的影響

由表1知，三種誘導(dǎo)因子處理與對照相比對鳳眼蓮的生長均出現(xiàn)不同程度的影響.首先表現(xiàn)在對植物鮮重的影響上，未經(jīng)任何處理的對照組經(jīng)過16 d的培養(yǎng)，鮮重增加了5 g，其中還包括新發(fā)生的分蘗重量.而三種處理后的鮮重均出現(xiàn)很大程度的增長，其中尤以那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)組增長明顯，與對照組相比差異極顯著.在根長及葉長這兩組數(shù)據(jù)中，那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)組同樣也表現(xiàn)出較強的特異性.但從葉長/根長增長量比值來看，磁鐵誘導(dǎo)組僅為0.22，遠低于對照組.從分蘗數(shù)值上看那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)組最高，萘乙酸處理組其次.

表1　三種誘導(dǎo)因子處理對鳳眼蓮各生長指標增長量的影響

2.2不同濃度萘乙酸對鳳眼蓮鮮重、根長增長量的影響

利用不同濃度萘乙酸對鳳眼蓮幼株進行誘導(dǎo)，由圖1可看出，鳳眼蓮根長增長量的變化與萘乙酸的濃度有很強的相關(guān)性.當濃度為0.5 mg/L時，隨著誘導(dǎo)時間的延長，鳳眼蓮的根長一直保持著較高的增長速率，而其他各組與對照組相比沒有表現(xiàn)出很強的誘導(dǎo)效果，尤其是100 mg/L組，其根長的平均生長量比對照組低.而圖2表示的對鳳眼蓮鮮重的影響趨勢與根長基本相似.

圖1　不同濃度萘乙酸對鳳眼蓮根長增長量的影響

3　討論

鳳眼蓮作為一種代表性的入侵植物，其對環(huán)境具有很強適應(yīng)性的表現(xiàn)途徑在于形態(tài)特征和生長特性的多變.同一基因型在不同環(huán)境條件下可以產(chǎn)生不同的表型特征稱為表型可塑性.有研究表明，鳳眼蓮在不同生態(tài)地區(qū)有不同的形態(tài)特征，其最主要表現(xiàn)在株型發(fā)生明顯變化上［2］.我們的觀察同樣也驗證了此觀點，從云南引種的“巨紫根水葫蘆”在常熟蘇家尖富營養(yǎng)化水體中栽種后其外觀形態(tài)發(fā)生了巨大變化，表現(xiàn)為莖節(jié)以上部位生長旺盛、莖葉長度增加而根的長度卻明顯變短.發(fā)生這種改變可能的原因是由于鳳眼蓮生長環(huán)境中光照及氮素營養(yǎng)條件的不同［3］.富營養(yǎng)化水體普遍含氮比較高，作為吸收器官的根系由于沒有太大的營養(yǎng)吸收壓力，故表現(xiàn)出長度上的明顯縮短及須根及根毛數(shù)量的顯著減少.此時的鳳眼蓮會將更多的生物量分配給碳素同化器官即葉柄及葉片.同時江蘇地區(qū)相對于“巨紫根水葫蘆”的原產(chǎn)地云南來說，其光照條件同樣也發(fā)生了很大的變化，相對較低的日照強度同樣也刺激葉柄長度及葉片面積的進一步增加，由引種初期的10 cm左右激增至現(xiàn)在的25 cm，而根長反而縮短至10 cm.由此，從外觀形態(tài)上看，“巨紫根水葫蘆”已經(jīng)失去了其原有的優(yōu)良性狀.

圖2　不同濃度萘乙酸對鳳眼蓮鮮重增長量的影響

磁誘導(dǎo)對水培植物根系的形態(tài)及生理功能的影響也常有報道［4-5］，磁處理作為一種物理誘導(dǎo)方法是基于磁化處理能夠活化水分子、提高水中溶解氧的濃度等因素.我們利用磁鐵對鳳眼蓮進行的誘導(dǎo)從鮮重、根系、葉片等方面也有相對明顯的效果.在葉長/根長中達到最低.但在實際應(yīng)用中缺乏可操作性.

那氏齊齊發(fā)是由云南省生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所那中元教授原創(chuàng)發(fā)明的一種植物表型誘導(dǎo)劑，該產(chǎn)品能夠激發(fā)、誘導(dǎo)作物潛在的、休眠的基因潛能，通過提高作物自身的調(diào)控能力來達到抗逆、增產(chǎn)等目的.那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑經(jīng)常被用于陸生作物及蔬菜的種植［6-7］.而對于水生植物的誘變作用鮮有報道.利用1：2000濃度的那氏齊齊發(fā)對鳳眼蓮進行誘導(dǎo)其結(jié)果與對照組相比出現(xiàn)極顯著的效果，具體表現(xiàn)為鮮重的明顯增加及根系長度的大幅度增大，同時還表現(xiàn)為分蘗數(shù)的增多即繁殖能力的增強.

生長素類激素發(fā)現(xiàn)最早，雖然結(jié)構(gòu)簡單但作用非常廣泛，如調(diào)控植物的器官發(fā)生和形態(tài)建成［8］，外源類激素同樣也能達到相應(yīng)生理效應(yīng)［9］.從利用不同濃度萘乙酸誘導(dǎo)鳳眼蓮幼株結(jié)果來看：不管是對于植株的鮮重以及根長的作用，與同期對照組相比均有很大的不同，表現(xiàn)出很強的濃度效應(yīng).其中尤以0.5 mg/L組作用最為明顯.而且隨著培養(yǎng)時間延長至70 d，0.5 mg/L誘導(dǎo)組的根長絕對值達25 cm左右，而此時的對照組僅為11 cm.對于成熟植株，萘乙酸短期誘導(dǎo)沒有那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑組效果明顯.生長素類激素在體內(nèi)具有極性運輸特點［10］.利用外源萘乙酸對鳳眼蓮進行葉面噴施取得一定的效果也是基于該運輸方式的存在.生長素的感受部位為根尖、莖尖等頂端部位，而根對于低濃度的生長素類激素反應(yīng)較其他部位更加敏感.以此解釋幼株比成熟植株反應(yīng)靈敏的可能原因.

綜上所述，我們認為，利用1：2000濃度的那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑對鳳眼蓮進行葉面噴施確實為一個效果好同時又有很強操作性的誘導(dǎo)辦法，通過此方法實現(xiàn)了對原有品種鳳眼蓮?fù)庥^形態(tài)的改變，突出表現(xiàn)為根長變長，根系發(fā)達.其超強的繁殖能力可通過人工移除加以克服.同時在早春時期利用0.5 mg/L萘乙酸溶液對新發(fā)生的鳳眼蓮幼株進行葉面噴施也不失為一種較好的誘導(dǎo)方法.而經(jīng)誘導(dǎo)的鳳眼蓮的耐污染能力尤其是其凈化水體能力的大小還需后續(xù)實驗加以測定.

［1］高雷，李博.入侵植物鳳眼蓮研究現(xiàn)狀及存在的問題［J］.植物生態(tài)學(xué)報，2004，28（6）：735-752.

［2］李霞，任承鋼，王滿，等.不同地區(qū)鳳眼蓮的光合生態(tài)功能型及其生態(tài)影響因子［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2011，19（4）：823-830.

［3］李衛(wèi)國，王建波.光照和氮素對外來植物鳳眼蓮生長和生理特性的影響［J］.武漢大學(xué)學(xué)報：理學(xué)版，2007，53（4）：457-462.

［4］趙蘭芝，馮玉紅，鄭樹景，等.磁體對兩種植物水培馴化效果的研究［J］.現(xiàn)代園藝，2011（15）：5-6.

［5］馬杰，趙蘭芝，蔡祖國，等.磁鐵在水培馴化中的作用研究［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（8）：183-184.

［6］王寒冰，張波.那氏齊齊發(fā)誘導(dǎo)劑在園林植物上的試驗及應(yīng)用［J］.中國園藝文摘，2011（2）：39-42.

［7］王小平，肖滿開，江潮.那氏齊齊發(fā)在萵筍上的應(yīng)用效果［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35（7）：1936.

［8］Bohn-Courseau I.Auxin：A major regulator of organogenesis［J］.Plant Biology and Pathology，2010，333（4）：290-296.

［9］周索，杜麗.四種生長素對擬南芥根生長發(fā)育的影響［J］.北方園藝，2008（3）：51-52.

［10］任怡怡，戴紹軍，劉煒.生長素的運輸及其在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及植物發(fā)育中的作用［J］.生物技術(shù)通報，2012（3）：9-16.

Effects of Three Kinds of Inducing Factors on the Growth of Eichhornia crassipes

WANG Li-xina，WANG Feia，XU Wu-shena，YIN Fanb
（a.School of Biology and Food Engineering；b.School of Chemistry and Material Engineering, Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China）

Changes of fresh weight，the length of roots and leaves，the number of tillers in Eichhornia crassipes were studied under magnet，nashi778 and NAA inducer.The result indicated that 0.5mg/l nashi778 could sig?nificantly enhance the length of roots and leaves，increase fresh weight and the number of tillers.The effect of magnet was better than that of NAA.Different concentrations of NAA were used on Eichhornia crassipes seed?ling，and the result showed that 0.5 mg/L had the most obvious physiological effect.

inducement；morphological quota；Eichhornia crassipes

Q945.79

A

1008-2794（2015）02-0116-04

2014-06-20

常熟市科技發(fā)展計劃項目“基于水葫蘆誘導(dǎo)變異的河道水環(huán)境改善組合生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用研究及示范”（CS201211）通訊聯(lián)系人：王立新，高級實驗師，碩士，研究方向：植物生理生化，E-mail：wlx26@tom.com.