蕓苔素對沉水植物生長影響的研究

汪向陽，阮慧林，龔明杰，夏明升，李鵬程，孫玉童

（安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司，安徽合肥230001）

沉水植物群落構(gòu)建是目前城市黑臭水體治理中生態(tài)修復(fù)的重要措施，作為湖泊、河流生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，沉水植物能提高水體自凈能力，對水體富營養(yǎng)化、水質(zhì)保持及改善起到良好的作用。

提高沉水植物種植的成活率，促進其生長，使其能盡早發(fā)揮生態(tài)效益，是目前生態(tài)修復(fù)工程中的一大難題。近年來，學(xué)者們對此進行了大量研究，李壘等研究3種土壤基質(zhì)對沉水植物恢復(fù)生長的影響，研究結(jié)果表明，適宜菹草和輪葉黑藻恢復(fù)生長的基質(zhì)為粘土。何文凱等研究洱海底泥特性對沉水植物生長的影響，中營養(yǎng)底泥（碳、氮、磷含量分別為31.59～49.27 mg/g，0.334～2.005 mg/g 和0.095～0.131 mg/g）更適合沉水植物生長，底泥中過高或過低營養(yǎng)都不利于沉水植物生長。韓帆等研究硅酸鹽礦物麥飯石對沉水植物生理生態(tài)的影響，結(jié)果表明，麥飯石有益于沉水植物生長，可作為底質(zhì)改良材料應(yīng)用于湖泊生態(tài)修復(fù)工程。但目前的研究主要集中于河道底質(zhì)改良方面，河道底質(zhì)改良受天氣影響較大，而且改良時間較長，在帶水作業(yè)時幾乎無法實施，因此，探索其他促進沉水植物生長的方法有較大的現(xiàn)實意義。本研究選用已在農(nóng)業(yè)中廣泛使用的新型環(huán)保激素蕓苔素為外源激素，在試驗條件下考查不同添加量對典型沉水植物苦草主要生長特征的影響，以期為沉水植物群落構(gòu)建工程實施提供試驗數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗用水與底泥均來自合肥市某河道，該河道水質(zhì)為地表V類水。

蕓苔素又叫蕓苔素內(nèi)酯，是一種新型植物內(nèi)源激素，具有促進生長、緩解藥害、增加產(chǎn)量、提高作物品質(zhì)及抗逆性等作用，本試驗用的蕓苔素為市售。

苦草選用改良型矮生苦草，該苦草狀態(tài)良好，性狀基本相同，株高10～15 cm。

1.2 研究方法

（1）植株馴化

將篩選后的苦草移植到馴化容器，容器為φ40×55 cm 的半透明聚乙烯桶，容器底部鋪設(shè)15 cm 厚河道底泥，加入河水至45 cm 高處，每個容器種植20 株苦草。試驗時室溫控制在（26±2）℃，馴化7天后，取出苦草，選擇生長良好，形態(tài)基本相同的苦草去除枯死葉片、洗凈、殺菌，修剪至株高(葉片長)7 cm，根長度2.0 cm，根須數(shù)量5個，生物量[鮮重（3.0±0.05）g]的植株待用。

（2）激素試驗

將馴化處理后的苦草栽植在φ 40 ×55 cm 的半透明聚乙烯容器中，容器底部鋪設(shè)15 cm 厚河道底泥，每個容器種植12株苦草，加入河水或含激素河水至45 cm處，試驗溫度控制在（26±2）℃，試驗周期為30天。試驗分兩組進行：第一組為空白樣；第二組為分別添加含0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L和2.0 mg/L(以加入的河水體積計)蕓苔素的河水。

試驗中定期補充河水，確保容器內(nèi)水位恒定。每6天取植株檢測葉片長度、根長度、根須數(shù)量及鮮重。

2 結(jié)果與分析

實驗結(jié)束時，第一組空白組苦草成活10 株，死亡2株，成活率僅為83.3%；第二組苦草全部成活，說明苦草經(jīng)蕓苔素處理后，提高了成活率。因為蕓苔素可以提高植物組織的抗氧化活性，從而提高植物綜合素質(zhì)和抗病能力，提升植物的成活率。

2.1 蕓苔素濃度對苦草葉片長度的影響

圖1為蕓苔素濃度對苦草葉片長度的影響，蕓苔素濃度小于0.5 mg/L時，苦草葉片長度隨蕓苔素濃度增加而增加，葉片長度明顯大于對照組，這說明低濃度的蕓苔素對苦草葉片生長有促進作用，這點與其他學(xué)者利用蕓苔素試驗的結(jié)果相似。Zhiponova等的實驗表明，蕓苔素能促進擬植物細胞分裂和葉片擴張。目前，蕓苔素促進植物細胞分裂的機理仍不明確。Hu等認為蕓苔素能促進CycD3基因的轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)節(jié)細胞分裂。此外Khripach 等研究表明，蕓苔素可以激活細胞壁松動酶來調(diào)節(jié)細胞的伸長和分裂活性。從圖1還可以看出，當濃度高于0.5 mg/L 時，苦草葉片長度小于對照組，由此可見，過高濃度的蕓苔素不利于苦草葉片的生長。劉偉等用蕓苔素浸泡花生莖葉時也得到類似結(jié)論。Sayed等認為蕓苔素具有雙重性，較低濃度的蕓苔素促進植物的萌發(fā)和生長，而較高濃度的蕓苔素則延緩植物萌發(fā)并抑制幼苗生長。

圖1 蕓苔素濃度對苦草葉片長度的影響

苦草經(jīng)過不同濃度的蕓苔素處理后，葉片的生長速度隨著處理時間不同也不盡相同?？嗖萁?jīng)過處理0～6天葉片生長速度較快，在6～18天葉片生長進入到一個快速生長期，在18 天之后葉片的生長速度緩慢。以蕓苔素濃度為0.5 mg/L為例，前六天葉片長度增速為0.15 cm/d，6～18 天葉片長度增速為0.27 cm/d，18 天后葉片長度增速為0.06 cm/d。通過對比蕓苔素不同濃度下植物的生長情況可知，在濃度為0.5 mg/L 時，苦草葉片長度和生長速度均達到最佳效果。

2.2 蕓苔素濃度對苦草根長度的影響

圖2為蕓苔素濃度對苦草根長度的影響，苦草經(jīng)過濃度為0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.5 mg/L 的蕓苔素處理后，根長度明顯大于對照組；經(jīng)過濃度1.0 mg/L、2.0 mg/L的蕓苔素處理后，根長度與對照組相比幾乎沒有變化；這說明低濃度的蕓苔素能促進苦草根長度的生長。廖莎等研究結(jié)果也表明，蕓苔素有明顯促進根系生長的作用。季建剛等研究了蕓苔素對稻谷根芽長度及發(fā)芽率的影響，其結(jié)果顯示，低濃度蕓苔素促進稻谷根長度的生長，高濃度的蕓苔素抑制稻谷根長度的生長。0.5 mg/L 濃度的蕓苔素對苦草根生長促進效果最好。前6天苦草根生長較快，6～12 天進入快速生長期，12～30天增長速率逐漸減緩，說明蕓苔素在前期對苦草根生長的促進作用逐漸增強，后期逐漸趨于穩(wěn)定。

圖2 蕓苔素濃度對苦草根長度的影響

2.3 蕓苔素濃度對苦草根須數(shù)量的影響

圖3 蕓苔素濃度對苦草根須數(shù)量的影響

圖3為蕓苔素濃度對苦草根須數(shù)量的影響，蕓苔素濃度0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L 均能促進苦草根須的生長，蕓苔素濃度2.0 mg/L抑制苦草根須的生長，亦說明了蕓苔素具有雙重性。從圖3 可以看出，蕓苔素濃度0.5 mg/L對促進苦草須根效果最好，其生長速率為0.49條/天，對照組須根生長速率為0.31條/天，高于對照組0.18 條/天，說明外源激素可以促進苦草根須生長。彭少兵等研究結(jié)果也顯示了外源激素在一定范圍內(nèi)可促進植物根須的形成。

由圖3 可知，不同濃度的蕓苔素處理苦草不同時間，苦草根須數(shù)量的增長速率也有差異。在處理0～6天時苦草根須數(shù)量的增長速率較為緩慢，在6～18天時苦草根須數(shù)量的增長速率明顯加快，對照組在18 天之后苦草根須數(shù)量的增長速率明顯減弱，蕓苔素濃度在0.05 mg/L、0.1 mg/L 處理18～24 天時，苦草根須數(shù)量的增長速率有短暫的減弱，隨后繼續(xù)加快。通過對比不同蕓苔素濃度下植物的生長情況可知，在濃度為0.5 mg/L時，苦草根須數(shù)量和生長速度均達到最佳效果。

2.3 蕓苔素濃度對苦草鮮重的影響

圖4為蕓苔素濃度對苦草鮮重的影響。從圖4可以看出，0.5 mg/L 蕓苔素對促進苦草鮮重效果最佳，鮮重增長率為99.7%，對照組鮮重增長率為67.7%，高于對照組32%，這是由于植物吸收蕓苔素后，能促進根系發(fā)育，增強光合作用，促進植物均衡茁壯生長，大幅度提高植物自身鮮重，并且有相關(guān)文獻報道蕓苔內(nèi)酯可以提高水稻、玉米、茶葉、黃瓜、香蕉和蘋果等多種作物的生長及產(chǎn)量。

圖4 蕓苔素濃度對苦草鮮重的影響

不同濃度的蕓苔素處理苦草不同時間，苦草鮮重的增長速率也有差異，苦草經(jīng)梯度為0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L 的蕓苔素處理12 天后，其鮮重分別為4.49 g、4.54 g、4.58 g、4.32 g、4.46 g，對照組鮮重為4.42 g，與對照組相比，苦草鮮重變化幅度不大，6～18天，對照組苦草鮮重增速為0.034 g/d，0.5 mg/L蕓苔素濃度處理后的苦草鮮重增速為0.078 g/d；18～30天，對照組苦草鮮重增速為0.021 g/d，0.5 mg/L 蕓苔素濃度處理后的苦草鮮重增速為0.057 g/d，生物量直接反映了植物的生長狀況。生物量增加說明該環(huán)境下植物能很好地生長繁殖，即苦草在蕓苔素濃度為0.5 mg/L時，其生長繁殖效率最佳。

從圖1～圖4可知，蕓苔素濃度為0.5 mg/L時，相同實驗條件下苦草的葉片長度、根長度、根須數(shù)量、鮮重均為最大，該濃度為促進苦草生長的最佳濃度。蕓苔素對苦草生長促進作用主要體現(xiàn)在使用后12～18 天，工程上沉水植物種植通常需要兩到三周的蓄水過程，蕓苔素作用時間與沉水植物種植后蓄水時間基本相當，因此，沉水植物系統(tǒng)構(gòu)建時，使用蕓苔素可確保蓄水至常水位前有較高的成活率及健康茁壯的植株，有利于生態(tài)系統(tǒng)的快速構(gòu)建。

3 結(jié)論

（1）蕓苔素能顯著提高苦草的成活率。

（2）蕓苔素對苦草生長具有雙重性，適宜濃度的蕓苔素能促進苦草的生長，濃度過高會抑制苦草生長。

（3）濃度為0.5 mg/L 的蕓苔素對苦草生長促進效果最佳。