報(bào)春石斛根系對(duì)水培的適應(yīng)性研究

秦玉川，王麗玲，錢(qián) 飛，王衍彬，劉本同，柏明娥，錢(qián) 華，童曉青

（1.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院， 浙江 杭州 310023；2.杭州園林綠化股份有限公司，浙江 杭州 310020）

報(bào)春石斛Dendrobium primulinum Lindl.為蘭科Orchidaceae石斛屬Dendrobium多年生草本植物，花多而鮮艷，具有極高的觀賞價(jià)值和開(kāi)發(fā)價(jià)值，多附生于海拔700～1 800 m的山地疏林中樹(shù)干上，我國(guó)云南的東南部至西南部是其主要分布中心[1]。目前有關(guān)金釵石斛D.nobile和鐵皮石斛D.officinale等藥用石斛的研究頗為廣泛[2-3]，但對(duì)報(bào)春石斛的報(bào)道相對(duì)較少。

近年來(lái)，石斛因廣大消費(fèi)者的保健需求而走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，消費(fèi)市場(chǎng)的需求大增，兼有藥用價(jià)值和觀賞價(jià)值的石斛盆景也應(yīng)運(yùn)而生，但盆栽石斛大多采用樹(shù)皮基質(zhì)，上層疏松易失水，下層卻容易積水，容易產(chǎn)生爛根和黃葉現(xiàn)象，在室內(nèi)高溫、干燥的環(huán)境條件下不易栽培成活，很多消費(fèi)者從市場(chǎng)買(mǎi)來(lái)的石斛盆景往往不到一年就枯死了，其根本原因就是水分供應(yīng)條件不易控制。目前花卉市場(chǎng)缺乏水培的石斛盆景，據(jù)調(diào)查，許多花卉市場(chǎng)的經(jīng)營(yíng)者也十分看好水培石斛盆景，但由于技術(shù)原因，一直沒(méi)有試驗(yàn)成功。

報(bào)春石斛根系具有適應(yīng)水生環(huán)境的特性，但其形態(tài)發(fā)育特征及顯微結(jié)構(gòu)尚未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)以報(bào)春石斛試管苗為材料分別進(jìn)行水培和基質(zhì)培養(yǎng)，再對(duì)根系顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和根系活力測(cè)定，揭示基質(zhì)培養(yǎng)和水培介質(zhì)中報(bào)春石斛根系的解剖學(xué)特性以及根系活力的變化規(guī)律，為不同生境下觀賞石斛的培植提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 植物培養(yǎng)

將高10 cm、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的報(bào)春石斛試管苗分別進(jìn)行基質(zhì)培養(yǎng)和靜止水培，各60株。2016年9月20日至12月20日，在浙江省森林食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室組培溫室進(jìn)行。報(bào)春石斛采用報(bào)春石斛莢子組培繁殖?；|(zhì)培養(yǎng)的泥炭蘚Sphagnum palustre L.購(gòu)于杭州園林綠化股份有限公司，在穴盤(pán)中種植，基質(zhì)培養(yǎng)每周用自來(lái)水噴霧，使基質(zhì)保持濕潤(rùn)。試管苗在水培前先用自來(lái)水沖洗根系，剪除爛根、爛葉，采用10組30 cm×20 cm×8.7 cm的藍(lán)色塑料周轉(zhuǎn)箱，用低密度海綿包裹報(bào)春石斛苗根部，將報(bào)春石斛苗固定于打孔的雪佛板孔中，每孔種植1棵，每板20孔，每箱1塊雪佛板孔，將雪佛板漂浮于Hoagland植物營(yíng)養(yǎng)液面上進(jìn)行培養(yǎng)，每7～10 d更換新液1次；長(zhǎng)出新根后將雪佛板轉(zhuǎn)入1/2濃度的培養(yǎng)液中?；|(zhì)培養(yǎng)和水培植株生長(zhǎng)在同一培養(yǎng)室內(nèi)，室溫25～28℃，光照強(qiáng)度 200 μmol·m-2·s-1，培養(yǎng) 3 個(gè)月后用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.2 植物形態(tài)測(cè)定

3個(gè)月后（即2016年12月21日）對(duì)水培和基質(zhì)培養(yǎng)報(bào)春石斛的根長(zhǎng)、莖粗進(jìn)行測(cè)定，根長(zhǎng)測(cè)定須根的最長(zhǎng)根，每次選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的苗5株，3次重復(fù)，計(jì)算平均值。莖粗選取報(bào)春石斛主莖最粗部位進(jìn)行測(cè)量，每次選取長(zhǎng)勢(shì)一致的苗5株，3次重復(fù)，計(jì)算平均值。

1.3 根結(jié)構(gòu)石蠟切片觀察

分別選取水培和基質(zhì)培養(yǎng)報(bào)春石斛長(zhǎng)度相近的根的苗，由根尖至根基分別選取根尖、根成熟區(qū)、根毛區(qū)部位切取根段，每個(gè)區(qū)域取3個(gè)樣本，分別固定于盛有FAA的青霉素小瓶?jī)?nèi)。4℃過(guò)夜。經(jīng)乙醇梯度脫水、二甲苯置換、石蠟滲透包埋。在LEICA ULTRACUTR型切片機(jī)上進(jìn)行半薄切片，厚度為1μm。用固綠和HE染色后用光鏡觀察根發(fā)育過(guò)程。

1.4 根系活力變化觀察

選取生長(zhǎng)基本一致的水培和基質(zhì)培養(yǎng)的報(bào)春石斛根系，選取3個(gè)重復(fù)，參照Baker等[4]的Evans blue染色法略作修改。將生長(zhǎng)狀態(tài)一致的報(bào)春石斛根材料置于0.25%依文思藍(lán)溶液中，室溫下染色10 min，雙蒸水清洗至無(wú)藍(lán)色洗出，在體式顯微鏡下拍照觀察。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行作圖及計(jì)算分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水培及基質(zhì)培養(yǎng)對(duì)報(bào)春石斛生長(zhǎng)的影響

定植后大約10 d，肉眼觀察即有新根長(zhǎng)出，試驗(yàn)期間新長(zhǎng)出的根系均保持黃中帶綠色，無(wú)腐爛現(xiàn)象，老根保持原來(lái)的黃色，未發(fā)黑腐爛。說(shuō)明水培的報(bào)春石斛根系活力旺盛，適合水培。從圖1可看出，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的培養(yǎng)，水培的報(bào)春石斛根系比基質(zhì)栽培的明顯短小，但是水培的莖卻較基質(zhì)培養(yǎng)的更粗壯（圖2），由此可見(jiàn)，用適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)液水培可大大提高報(bào)春石斛的生長(zhǎng)速度。

圖1 水培和基質(zhì)培養(yǎng)對(duì)報(bào)春石斛根系生長(zhǎng)的影響Figure 1 Effect of different culture on root system growth of D.primulinum

圖2 水培和基質(zhì)培養(yǎng)的報(bào)春石斛莖粗度Figure 2 Stem diameter of D.primulinum in different culture

2.2 水培及基質(zhì)培養(yǎng)對(duì)報(bào)春石斛根系顯微結(jié)構(gòu)的影響

基質(zhì)培養(yǎng)和水培報(bào)春石斛3個(gè)月后根的顯微結(jié)構(gòu)大致相似。圖3為基質(zhì)苗和水培苗新生根根尖橫切面的顯微結(jié)構(gòu)的比較。由圖3可以看出，水培根系的根尖細(xì)胞比較規(guī)則緊湊，細(xì)胞間隔比較小，而基質(zhì)培養(yǎng)的排列較松散、不規(guī)則。且基質(zhì)培養(yǎng)的報(bào)春石斛細(xì)胞中藍(lán)色顆粒明顯比水培的多，藍(lán)色顆粒疑似淀粉粒。基質(zhì)培養(yǎng)和水培苗的成熟區(qū)和生長(zhǎng)區(qū)都出現(xiàn)中空現(xiàn)象，即髓質(zhì)丟失，只出現(xiàn)皮層結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)未顯示）。

圖3 水培與基質(zhì)培養(yǎng)報(bào)春石斛根系顯微結(jié)構(gòu)比較Figure 3 Microstructure of root system of D.primulinum in different culture

2.3 水培及基質(zhì)培養(yǎng)對(duì)報(bào)春石斛根系活力的影響

采用Evans blue染料分別對(duì)水培和基質(zhì)培養(yǎng)的報(bào)春石斛新生根和老根進(jìn)行染色，Evans blue染料的特性是活力差、組織死亡的細(xì)胞能夠被染成藍(lán)色，活力高、未死亡的細(xì)胞不能被染色，如圖4所示。基質(zhì)培養(yǎng)和水培的根尖活力都比較好，但是基質(zhì)培養(yǎng)成熟區(qū)的新生根被染成了藍(lán)色，說(shuō)明活力較差，死亡細(xì)胞較多，而水培根依然呈現(xiàn)綠色，未被染成藍(lán)色，說(shuō)明活力較高，死亡細(xì)胞少。

圖4 水培和基質(zhì)培養(yǎng)報(bào)春石斛根系活力比較Figure 4 Root activity of D.primulinum in different culture

3 結(jié)論與討論

3.1 報(bào)春石斛根系適應(yīng)水培環(huán)境的特點(diǎn)

植物根系是活躍的吸收器官和合成器官。它直接影響地上部分的生長(zhǎng)。根系健康的石斛其莖葉生長(zhǎng)較好，反之莖葉萎黃、長(zhǎng)勢(shì)差或葉片脫落。報(bào)春石斛生長(zhǎng)與其根的長(zhǎng)度及數(shù)量緊密相關(guān)。植物由基質(zhì)培養(yǎng)到水培的過(guò)程中，主要問(wèn)題來(lái)自根系的適應(yīng)能力。報(bào)春石斛屬須根系，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)報(bào)春石斛根系細(xì)胞的生長(zhǎng)顯著受細(xì)胞水分狀態(tài)的影響，基質(zhì)培養(yǎng)由于接觸水分較少，根系多且長(zhǎng)，皮層細(xì)胞不規(guī)則排列間隙大，中柱大。而水培報(bào)春石斛根系由于吸收水分較容易，根系短而少，皮層細(xì)胞呈現(xiàn)規(guī)則的圓形，中柱小，老根呈現(xiàn)出淺黃色和棕黃色，含水量高，中柱丟失。許多研究認(rèn)為，生活在水環(huán)境中的植物根皮層內(nèi)一般會(huì)形成發(fā)達(dá)的通氣組織[5-6]，金琥Echinocactus grusonii，雞冠花Celosia cristata和鳳凰草Myriophyll umaquaticum根內(nèi)都形成較發(fā)達(dá)的通氣組織[7-8]，但是水培石斛根系并沒(méi)有理想的通氣組織結(jié)構(gòu)，其細(xì)胞間隙相對(duì)較小且規(guī)則排列。這可能與報(bào)春石斛的生理特點(diǎn)有關(guān)，蘭科石斛屬的植物原生長(zhǎng)在潮濕隱蔽的野生環(huán)境中，一旦環(huán)境改變，很容易長(zhǎng)出氣生根來(lái)調(diào)節(jié)水分和氣體的吸收。因此報(bào)春石斛在水培的根系中沒(méi)有形成通氣組織，這與它自身的生理有及其密切的關(guān)系。這與吊蘭Chlorophytum comosum的水培適應(yīng)性一致[9]，也有氣生根這一特殊組織結(jié)構(gòu)。

3.2 報(bào)春石斛在水培環(huán)境下的根系活力

植物根系活力反映根系的生長(zhǎng)發(fā)育狀況，是根系生命力的綜合指標(biāo)。由于水培條件下處于缺氧的逆境，一般來(lái)說(shuō)花卉根系表現(xiàn)出來(lái)的活力能夠直接說(shuō)明該植物品種是否能適應(yīng)水培條件，因此根系活力是水培適應(yīng)性的指標(biāo)之一。本研究采用直觀的Evans blue染色發(fā)現(xiàn)水培和基質(zhì)培養(yǎng)的報(bào)春石斛在根的成熟區(qū)根系活力有顯著區(qū)別。水培新生根根系活力強(qiáng)，說(shuō)明報(bào)春石斛的水適應(yīng)性好。這個(gè)結(jié)果與根系結(jié)構(gòu)的結(jié)果是相符合的。試驗(yàn)顯示報(bào)春石斛由于其特殊的生理結(jié)構(gòu)適應(yīng)水培生長(zhǎng)。

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