野生型和栽培型馬齒莧的種源鑒定及生物學(xué)特性與生態(tài)適應(yīng)性比較

杜建梅， 云晶晶， 楊顏顏， 張利娟， 胡衛(wèi)成， 陸長梅

（1.南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 江蘇 南京210023；2.江蘇省環(huán)洪澤湖生態(tài)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室（淮陰師范學(xué)院）， 江蘇 淮安223300）

根據(jù)《中國植物志》記載，馬齒莧（Portulaca oleracea L.），別名半支蓮、松葉牡丹等，屬馬齒莧科馬齒莧屬一年生肉質(zhì)藥食兼用草本植物。它不僅具有豐富的營養(yǎng)價值，還具有消炎止痛、降血脂、降血壓的特殊功效。近年來發(fā)現(xiàn)的馬齒莧體內(nèi)高含量的α－亞麻酸［1］以及褪黑激素［2］等特殊保健藥用成分更顯示其巨大的藥用保健價值。此外，作為C 4兼性CAM植物，馬齒莧分布廣泛，并對高溫、干旱、重金屬污染等逆境的耐受能力極強(qiáng)［3］，顯示其巨大的生態(tài)修復(fù)前景。目前國內(nèi)外大量研究正圍繞這2個方向展開。但馬齒莧種源多樣，對于在不同情形、不同目的下如何選擇不同的馬齒莧種源，目前尚未見文獻(xiàn)涉及。

我國現(xiàn)有馬齒莧資源一般分為2種類型，野生型和栽培型［4］。栽培型馬齒莧，系歐洲的地產(chǎn)種，從荷蘭引進(jìn)（商品名：荷蘭馬齒莧），并于1995年在河南首次試種成功。兩者除了在株型上有較大的差異外［4］，在種源、生物學(xué)特性以及營養(yǎng)價值、抗逆性等方面的差異以及各自的應(yīng)用方向目前尚少見文獻(xiàn)涉及。

鑒于上述現(xiàn)狀，本研究以南京地產(chǎn)野生型馬齒莧和栽培型荷蘭馬齒莧的種子為材料，比較兩者的種子特征、萌發(fā)特性和植株生長發(fā)育特性，并從種子特征、萌發(fā)特性以及植株生物學(xué)特性等角度初步分析兩者在生態(tài)修復(fù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用前景，從而為發(fā)展馬齒莧積累基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試野生型馬齒莧種子于2012年9月下旬采自南京師范大學(xué)仙林校區(qū)植物園（118°95′E，32°15′N）；栽培型馬齒莧種子購于北京京研益農(nóng)種苗公司。

1.2 方 法

1.2.1 種子宏觀形態(tài)特征

千粒重采用百粒法測定［5］。種子大小采用掃描儀法測定［6］。

1.2.2 種皮微觀形態(tài)

選擇飽滿種子，超聲清洗100s后，同向粘貼于掃描電鏡樣品臺的雙面膠上，真空噴鍍金膜320s，并于掃描電鏡下（JSM－5610LV，日本電子公司，日本），觀察種皮微形態(tài)。

1.2.3 種子萌發(fā)

采用培養(yǎng)皿濾紙法，于30℃、12h／12h（L／D）光周期下進(jìn)行種子萌發(fā)［7］。記錄初始萌發(fā)時間、萌發(fā)結(jié)束時間、萌發(fā)率等。

1.2.4 植株培養(yǎng)與觀測

野生型種子在35℃水中浸種12h后，與栽培型種子同時播種于已充分吸脹的泥炭塊（jiffy公司，加拿大）表面，于 Adaptis A－1000型生物培養(yǎng)箱（CONVIRON，加拿大）中，14h／10h（L／D）、32℃／28℃（L／D）、RH 70%、光強(qiáng)500μmol／（m·s）條件下萌發(fā)培養(yǎng)。隔天澆水1次，第6天開始每周在澆水時施加1‰全營養(yǎng)型速溶肥（花多多1號，美國Scotts公司）1次。每天記錄種子萌發(fā)及植株生長發(fā)育狀況。用直尺測量主莖高度，游標(biāo)卡尺測量莖粗、葉長、葉寬和花直徑等指標(biāo)。每個指標(biāo)重復(fù)10次。每個蒴果內(nèi)種子數(shù)以隨機(jī)取30個蒴果統(tǒng)計。

1.3 統(tǒng)計方法

結(jié)果以平均值顯示。數(shù)據(jù)處理與分析用Microsoft office Excel 2007和 Spss 18.0 軟件完成。圖表中“＊”和“＊＊”分別表示2種類型馬齒莧存在顯著（p＜0.05）與極顯著差異（p＜0.01）。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子形態(tài)特征比較

肉眼觀察，2種類型的馬齒莧種子均呈近圓形，在自然光下呈黑色或黑褐色，近于亞光。兩者均屬小種子，野生型的更小，肉眼可明顯區(qū)分。表1中數(shù)據(jù)顯示，野生型種子的千粒重僅為栽培型的1／6、長度和寬度約為栽培型的1／2。

表1 野生型與栽培型馬齒莧種子大小比較

掃描電鏡下正面觀察（圖1－A 1、A 2），兩者均呈寬倒卵腎形，在合點處凹陷形成臍部，并在臍部有蝶翅形臍膜覆蓋；臍膜疏松多孔，呈絲瓜絡(luò)狀（圖1－C 1、C 2）；栽培型種子的臍膜相對較大（圖1－A 1、A 2，C 1、C 2）。從側(cè)面觀察（圖1－B 1、B 2），2種子均呈厚圓餅狀，臍部稍尖，臍部對側(cè)較為鈍圓。兩者的種皮表面均有紋飾，野生型扁平花樣狀紋飾排列整齊（圖1－A 1、C 1、D 1），栽培型的紋飾不僅不規(guī)則，且紋飾上還有大小不一、排列不規(guī)則的瘤狀突起（圖1－A 2、C 2、D 2）。在種子側(cè)面兩者均具瘤狀突起，但野生型的突起大小更均一，排列更整齊（圖1－B 1、B 2）。

2.2 種子萌發(fā)特征比較

表2顯示，在未經(jīng)任何預(yù)處理情形下，栽培型馬齒莧種子在6h時開始萌發(fā)，1d內(nèi)萌發(fā)結(jié)束，萌發(fā)率高達(dá)95%；而野生型馬齒莧種子在24h后開始萌發(fā)，雖然最終萌發(fā)率可達(dá)85.7%，但萌發(fā)時間需要持續(xù)8～10d。與多數(shù)常見植物種子的萌發(fā)速度相比，馬齒莧種子的萌發(fā)方式均屬于爆發(fā)型，但栽培型種子萌發(fā)更早、萌發(fā)迅速整齊［8］。

表2 野生型和栽培型馬齒莧種子的萌發(fā)特征比較

2.3 植株生物學(xué)特性比較

按照材料與方法中的植株培養(yǎng)與觀察方法，播種、培養(yǎng)2種類型馬齒莧，并觀察植株生長發(fā)育全過程，具體結(jié)果見表3。栽培型種子雖未經(jīng)預(yù)處理，但萌發(fā)速度和整齊度仍顯著高于野生型，子葉和真葉抽出時間更早。兩者莖均為肉質(zhì)圓柱狀，光滑無毛，節(jié)間短。當(dāng)野生型馬齒莧主莖長至約0.5cm時，腋芽先后從子葉和第1對真葉葉腋內(nèi)長出，形成4個一級側(cè)枝。雖然后續(xù)仍有側(cè)枝長出，但基部4個一級側(cè)枝長勢最旺，并逐漸與主莖相當(dāng)，形成以莖基部為中心向四周輻射狀的野生型馬齒莧株形。栽培型馬齒莧莖直立生長，主莖基部最多出現(xiàn)2條側(cè)枝，且主側(cè)枝區(qū)分明顯。兩者葉序均為互生，少近對生，均為肥厚馬齒狀，無葉柄。栽培型的葉長和葉寬均在野生型的2倍以上。約20d后，兩者生長速度明顯加快，栽培型主莖伸長速度是野生型的2倍（表3）。分別約在30d和40d時，莖頂端出現(xiàn)花苞，主莖伸長減緩至停止，栽培型主莖的最終長度約為野生型的2倍（表3）。

野生型的主莖和4個基部一級側(cè)枝伸長停止后，各自從基部產(chǎn)生次級側(cè)枝并次第形成花苞，如此以往，最終形成3～4級側(cè)枝。栽培型則在主莖出現(xiàn)花苞后，部分植株在主莖頂端葉腋內(nèi)抽出次級側(cè)枝，并逐漸出現(xiàn)花苞，栽培型馬齒莧多見二級側(cè)枝。在花苞出現(xiàn)10d后，約在09：00時花苞開始開放，10：00時完全展開，11：00時開始閉合，12：00時完全閉合。

兩萼片基部為半圓形合生，相對抱合成一個花苞，花苞無梗。栽培型花苞大于野生型，但單株花苞數(shù)（10～30個）遠(yuǎn)少于野生型（約300個）?；S色，兩性，花程式均為 K（2）C 5A10－12G（4－6∶1∶∞）［9］。栽培型花直徑約為野生型的2倍（表3）。兩者花苞開放或不開放均可完成受精作用。受精7～8d后，種子成熟，蒴果蓋裂，種子散出。野生型馬齒莧的花苞總數(shù)以及每一蒴果內(nèi)種子數(shù)高于栽培型，致使野生型馬齒莧種子量遠(yuǎn)大于栽培型。

表3 野生型和栽培型馬齒莧的部分生物學(xué)特性比較

3 討 論

3.1 種源鑒定

圖1 野生型和栽培型馬齒莧種子形態(tài)比較

種子發(fā)育全過程都是在比較封閉的子房內(nèi)進(jìn)行，其形態(tài)及其表面細(xì)微結(jié)構(gòu)受環(huán)境影響小而相對穩(wěn)定，有著重要的分類學(xué)價值。Danin等［10－13］依據(jù)種子大小和種皮微結(jié)構(gòu)將蘇丹、地中海等多個地區(qū)的馬齒莧分為1 9個亞種。對比Danin等的馬齒莧分類檢索表［13］，并經(jīng)Danin確認(rèn)，將本實驗涉及的野生型馬齒莧歸屬到 P.granulatostellulata（Poelln.）C.Ricceri et P.V.Arrigoni亞種，栽培型馬齒莧歸屬到 P.edulis Danin ＆Bagella亞種。P.edulis為天然6N，染色體總數(shù)為54；P.granulatostellulata為天然4N，染色體總數(shù)為36［13］。

表2和表3中的結(jié)果顯示，相比野生型馬齒莧，栽培型馬齒莧種子萌發(fā)迅速，株型高大，生長旺盛，花部器官大，但有性生殖能力相對較弱（蒴果和蒴果內(nèi)種子數(shù)少）。這與一般植物體隨著染色體倍數(shù)和基因拷貝數(shù)的增加，株型增大、有性生殖能力減弱等特性相一致［14］。是否栽培型馬齒莧比野生型馬齒莧的抗性更強(qiáng)，次生代謝物質(zhì)含量更豐富還有待進(jìn)一步探討［14］。栽培型馬齒莧的這種萌發(fā)迅速整齊、株型直立高大的特點有利于田間迅速建群與采摘，提示其在農(nóng)業(yè)栽培上的應(yīng)用前景可能更大。

3.2 生態(tài)適應(yīng)性

種子大小和形態(tài)特征直接影響種子的傳播、散布和存活幾率。Westoby等［15］和 Thompson等［16］的研究表明，0.1～100mg重量范圍的種子可以通過風(fēng)雨、附著、螞蟻以及脊椎動物等傳播散布方式，而小于0.1 mg的種子趨向于沒有媒介。本研究涉及的2種類型的馬齒莧種子均為小種子（表1），種子表面沒有如芒、刺、絨毛等附屬物（圖1），整體附著能力較差、隨風(fēng)飄散能力也較弱；種子成熟后，種子多以蒴果蓋裂方式散落于母體周圍。這表明，兩者種子的空間擴(kuò)散范圍均很有限，質(zhì)量和體積較大的栽培型馬齒莧（0.4±0.001）mg種子的空間擴(kuò)散范圍可能會由于有螞蟻等小動物參與而稍大。

越細(xì)小的馬齒莧種子越容易通過土壤縫隙陷入土壤深處形成種子庫［16］。深埋于地下20～40年的馬齒莧種子仍能正常萌發(fā)［17］的現(xiàn)象提示，在極端環(huán)境來臨時，土壤種子庫可為馬齒莧提供良好的緩沖場所；在極端環(huán)境消失后，種子一旦到達(dá)土壤表層，就會成為占據(jù)土表的先鋒植物。這不僅極大地降低了種群滅亡幾率，同時也為其成為生態(tài)修復(fù)備選材料提供了可能。這可能也是馬齒莧資源廣布全球溫帶和熱帶，種群數(shù)量位居第八的重要原因之一。

栽培型馬齒莧種子表面密集的瘤狀突起（圖1），增加了種子表面積，便于種子對水分的快速吸收和快速萌發(fā)（表2和表3）。這種萌發(fā)對策，在遭遇極端環(huán)境時，可能會導(dǎo)致植物區(qū)域性滅絕。而野生型種子較為光滑的表面（圖1）、相對較慢和較不整齊的萌發(fā)策略（表2），致使種子即使在最適環(huán)境下也不會一次性萌發(fā)，這屬于一種可避免種群滅絕的、謹(jǐn)慎的萌發(fā)策略［18］。這也提示，野生型馬齒莧可能在生態(tài)修復(fù)方面具有更大的應(yīng)用前景。

2種類型馬齒莧在花苞完全、不完全、甚至不開放時，都可以完成授粉授精，產(chǎn)生正常種子［9］。馬齒莧的這種閉花傳粉受精方式，可以讓馬齒莧在環(huán)境不適于開花傳粉時依然完成生殖過程，同時還可使花粉免遭雨水淋濕和昆蟲吞食，從而提高馬齒莧對逆境的適應(yīng)能力。這可能也是馬齒莧，尤其是種子產(chǎn)生量很大的野生型馬齒莧，分布廣泛的重要原因之一。

總之，2種類型馬齒莧在倍性、種子大小、萌發(fā)行為以及生物學(xué)特性方面的差異，帶來它們的生態(tài)適應(yīng)性差異，并提示它們的應(yīng)用方向也可能存在一定差異。小種子的特性決定了在播種時，需要減少土壤縫隙存在，以免大量種子陷入土壤深處，無法萌發(fā)；如果在常規(guī)土壤栽培供菜用或飼料用，可以選擇栽培型馬齒莧，以充分利用其種子萌發(fā)迅速整齊、植株直立便于采摘的特性；如果在干旱等極端土壤播種供生態(tài)修復(fù)用，則可以選擇野生型馬齒莧，主要利用其種子量大，不需年年播種、萌發(fā)謹(jǐn)慎、種群不易被滅絕等特性。

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