幾種植物生長調(diào)節(jié)劑組合對亞熱帶山地泥炭蘚(Sphagnum palustre L.)生長影響的初步研究

張文娟，汪正祥，鄧龍強(qiáng)，劉韜，李亭亭

(1.區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應(yīng)湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430062; 2.湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062;3.神農(nóng)架國家公園管理局，湖北 神農(nóng)架 442421)

泥炭蘚濕地具有固碳、調(diào)節(jié)水文、維持和保護(hù)生物多樣性的功能，亞熱帶山地泥炭蘚濕地還是一些河流的水源地，具有十分重要的生態(tài)價值[1-5].泥炭蘚屬(Sphagnumspp.)植物作為泥炭蘚濕地的優(yōu)勢植物，在穩(wěn)定濕地生態(tài)系統(tǒng)、涵養(yǎng)水源等方面發(fā)揮著重要作用，同時泥炭蘚屬植植物含有豐富的泥炭纖維，通氣透水性良好并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適宜作為植物栽培基質(zhì)，已成為農(nóng)業(yè)、花卉、園藝、包裝、過濾生產(chǎn)中不可缺少的重要原材料[6-9].目前因泥炭蘚具有的高商業(yè)價值，被人類大量的無序開采，最終導(dǎo)致亞熱帶山地泥炭蘚濕地遭受嚴(yán)重的破壞[10-11].因此，研究如何縮短泥炭蘚的生長周期，提高其生物產(chǎn)量，對于實現(xiàn)泥炭蘚濕地的大規(guī)?；謴?fù)與泥炭蘚的大規(guī)模人工種植具有重要意義.

植物生長調(diào)節(jié)劑是仿照植物激素通過人工合成、提取、發(fā)酵等方式得到一系列具有類似植物激素生理活性的物質(zhì)[12-13]，可調(diào)節(jié)和控制植物生長，被廣泛應(yīng)用于調(diào)控種子萌發(fā)、植物生長、果實成熟[14-15].目前關(guān)于植物生長調(diào)節(jié)劑對苔蘚植物影響的研究主要集中在對苔蘚植物的光合色素、孢子萌發(fā)、原絲體發(fā)育的影響[16-21]，而關(guān)于植物生長調(diào)劑對泥炭蘚生長影響的研究報道較少，目前僅見麻俊虎對貴州多紋泥炭蘚(Sphagnummultifibrosu)的生長指標(biāo)影響的研究[22]，以及劉宇對東北喙葉泥炭蘚(S.flexuosum)和中位泥炭蘚(S.magellanicum)的孢子萌發(fā)、原絲體發(fā)育[23]的研究.植物生長調(diào)節(jié)劑對亞熱帶山地泥炭蘚濕地的優(yōu)勢物種——泥炭蘚應(yīng)用影響的研究較少.基于此，本研究選取市場上常見的4種植物生長調(diào)節(jié)劑，探究不同植物生長調(diào)節(jié)劑種類和濃度對亞熱帶山地泥炭蘚生長的影響，以篩選最適宜泥炭蘚生長的植物生長調(diào)節(jié)劑種類及濃度，為泥炭蘚濕地的恢復(fù)及泥炭蘚的產(chǎn)業(yè)化種植提供科學(xué)依據(jù)與實踐指導(dǎo).

1 實驗材料與研究方法

1.1 實驗材料選用吲哚乙酸(IAA)、萘乙酸(NAA)、赤霉素(GA3)、6-芐基腺嘌呤(6-BA)4種植物生長調(diào)節(jié)劑，其中IAA、NAA屬于生長素類，GA3屬于赤霉素類，6-BA屬于細(xì)胞分裂素類.從湖北恩施七姊妹山泥炭蘚濕地(109°40′06′′E，30°01′38′′N，海拔1 800 m)采集泥炭蘚植株和黃棕壤.七姊妹山泥炭蘚濕地的土壤類型為黃棕壤，泥炭蘚生長狀況良好，且覆蓋度達(dá)到100%.

1.2 實驗設(shè)計通過對湖北恩施七姊妹山泥炭蘚濕地進(jìn)行自然環(huán)境監(jiān)測，模擬設(shè)定人工氣候箱(A1000CMP6010)實驗條件為：培養(yǎng)箱濕度維持在80%，白天(6∶00—18∶00)溫度設(shè)定為20 ℃、光照度為1 200 lx；夜晚(18∶00—次日6∶00)溫度10 ℃、光照度0 lx.

噴施控制實驗：選取長勢良好、大小均勻的泥炭蘚植株剪取頂部1 cm頭狀枝，種植到裝有黃棕壤的培養(yǎng)皿中(直徑為9 cm).每個培養(yǎng)皿中種植5個頭狀枝，兩天進(jìn)行一次施水，每個培養(yǎng)皿每次施水10 mL.施水時隨機(jī)調(diào)換培養(yǎng)皿位置，盡量保證所有樣本的培養(yǎng)條件一致.在適應(yīng)性培養(yǎng)一周后，開始進(jìn)行生長調(diào)節(jié)劑添加處理.共選取4種植物生長調(diào)節(jié)劑：吲哚乙酸(IAA)、萘乙酸(NAA)、赤霉酸(GA3)、6-芐基腺嘌呤(6-BA)，每種調(diào)節(jié)劑設(shè)置4個濃度：0.1 mg/L、1 mg/L、10 mg/L、100 mg/L；另設(shè)置1個對照組0 mg/L.共17組處理，每組處理重復(fù)4次，共計68個樣本.每兩周噴施一次植物生長調(diào)節(jié)劑，每個培養(yǎng)皿每次噴施量為10 mL.每兩天觀察記錄一次每個培養(yǎng)皿中泥炭蘚生長狀態(tài)，并拍照保存.

1.3 生長指標(biāo)測量與數(shù)據(jù)分析實驗約2個月結(jié)束.實驗期間，每周統(tǒng)計泥炭蘚的生長指標(biāo)數(shù)據(jù)，包括覆蓋面積、分枝長度、頭狀枝數(shù)量.實驗結(jié)束時，采集所有樣本，現(xiàn)場稱量鮮重，隨后將樣品先室溫陰干，再放入烘箱70 ℃條件下干燥48 h，測定泥炭蘚的生物量(即干重).最后將樣品研磨成粉末，采用靛酚藍(lán)比色法、鉬銻抗吸光光度法、火焰光度法分別測定泥炭蘚樣品中的總氮(TN)、總磷(TP)、總鉀(TK).

通過雙因素方差分析法，檢驗生長調(diào)節(jié)劑種類、濃度以及種類和濃度的交互作用對泥炭蘚的各生長指標(biāo)和生理指標(biāo)的影響(如表1).運(yùn)用單因素方差分析法，檢驗每種生長調(diào)節(jié)劑的不同濃度對泥炭蘚各生長和生理指標(biāo)的影響.使用多重線性回歸分析檢驗各生理指標(biāo)對泥炭蘚生長的影響.采用S-N-K檢驗進(jìn)行多重比較，顯著性水平均設(shè)定為P=0.05.數(shù)據(jù)分析使用SPSS 23.0，作圖使用Excel 2010.

表1 種類和濃度對泥炭蘚(Sphagnum palustre L.)生長指標(biāo)和生理指標(biāo)影響的雙因素方差分析

2 結(jié)果與分析

2.1 植物生長調(diào)節(jié)劑對泥炭蘚生長指標(biāo)的影響

2.1.1 IAA對泥炭蘚生長的影響 IAA對泥炭蘚的4個生長指標(biāo)均有顯著影響，隨著生長時間的增加而愈加明顯(圖1).在實驗第一周，分枝長度、頭狀枝數(shù)量和覆蓋面積在IAA不同濃度處理之間均無顯著性差異.從第二周開始，3個生長指標(biāo)在不同濃度處理之間均出現(xiàn)顯著性差異(分枝長度F=6.544，P<0.01；頭狀枝數(shù)量F=4.579，P<0.05；覆蓋面積F=5.628，P<0.01)，均隨著濃度的增加而增加.實驗結(jié)束時，生物量在IAA不同濃度處理之間也有顯著性差異(F=3.179，P<0.05)，且表現(xiàn)出與上述3種生長指標(biāo)一致的趨勢.在實驗周期和處理范圍內(nèi)，隨著IAA添加濃度的增加，泥炭蘚的4個生長指標(biāo)均呈現(xiàn)為持續(xù)性增加，在添加濃度為100 mg/L時達(dá)到最大值.

2.1.2 NAA對泥炭蘚生長的影響 NAA對泥炭蘚的4個生長指標(biāo)均有顯著影響，隨著生長時間的增加而愈加明顯.在實驗第一周，分枝長度、頭狀枝數(shù)量和覆蓋面積在NAA不同濃度處理下無顯著性差異.從第二周開始，分枝長度和覆蓋面積開始出現(xiàn)顯著性差異(分枝長度F=7.397，P<0.01；覆蓋面積F=5.351，P<0.01).從第五周開始，頭狀枝數(shù)量在NAA不同濃度下出現(xiàn)顯著性差異(F=8.437，P<0.001).生物量在NAA不同濃度處理之間有顯著性差異(F=4.548，P<0.05).實驗?zāi)┢冢嗵刻\4個生長指標(biāo)變化趨勢較為一致，均隨著NAA添加濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢.綜合4個生長指標(biāo)，泥炭蘚的生長在NAA添加濃度為1 mg/L時達(dá)到最大值.

2.1.3 GA3對泥炭蘚生長的影響 GA3對泥炭蘚的4個生長指標(biāo)均有顯著影響，隨著生長時間的增加而愈加明顯.在實驗第一周，分枝長度、頭狀枝數(shù)量和覆蓋面積在GA3不同濃度處理下無顯著性差異.從第二周開始，分枝長度和覆蓋面積開始出現(xiàn)顯著性差異(分枝長度F=13.589，P<0.001；覆蓋面積F=5.330，P<0.01).從第三周開始，頭狀枝數(shù)量在GA3不同濃度下出現(xiàn)顯著性差異(F=5.418，P<0.01).生物量在GA3不同濃度處理之間有顯著性差異(F=13.938，P<001).實驗?zāi)┢冢嗵刻\4個生長指標(biāo)趨勢較為一致，均隨著GA3添加濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢；綜合4個生長指標(biāo)，泥炭蘚的生長在GA3添加濃度為10 mg/L時達(dá)到最大值.

2.1.4 6-BA對泥炭蘚生長的影響 6-BA對泥炭蘚的4個生長指標(biāo)均有顯著影響，隨著生長時間的增加而愈加明顯.在實驗第一周，分枝長度、頭狀枝數(shù)量和覆蓋面積在6-BA不同濃度處理下無顯著性差異.從第二周開始，分枝長度在不同濃度之間開始出現(xiàn)顯著性差異(F=5.632，P<0.01)，從第三周開始，頭狀枝數(shù)量、覆蓋面積在6-BA不同濃度下出現(xiàn)顯著性差異(頭狀枝數(shù)量F=9.981，P<0.001；覆蓋面積F=4.513，P<0.05).生物量在6-BA不同濃度處理之間有顯著性差異(F=3.901，P<0.05).在實驗周期和處理范圍內(nèi)，隨著6-BA添加濃度的增加，泥炭蘚的4個生長指標(biāo)均呈現(xiàn)較為一致的先增加后降低趨勢，在添加濃度為0.1 mg/L時達(dá)到最大值.

2.2 植物生長調(diào)節(jié)劑最佳濃度對上述4種植物生長調(diào)節(jié)劑最佳濃度(100 mg/L IAA、1 mg /L NAA、10 mg /L GA3、0.1 mg/L 6-BA)下的泥炭蘚生物量進(jìn)行比較(以生物量代表最終生產(chǎn)力)，結(jié)果表明其在4個最佳濃度之間無顯著性差異，即在篩選出的4種植物生長調(diào)節(jié)劑的最佳濃度下，泥炭蘚的生產(chǎn)力無顯著性差別.

2.3 植物生長調(diào)節(jié)劑對泥炭蘚生理指標(biāo)的影響6個生理指標(biāo)在IAA不同濃度處理下有顯著性差異(TN(F=2.669，P< 0.05)；TP(F=60.792，P< 0.001)；TK(F=6.124，P<0.01)；N∶P(F=14.334，P<0.001)；N∶K(F=4.162，P<0.05)；P∶K(F=7.528，P<0.01)).隨著IAA添加濃度的增加，泥炭蘚TN、N∶P、N∶K 這3個生理指標(biāo)均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在添加濃度為0.1 mg/L時達(dá)到最大值；TP、TK、P∶K這3個生理指標(biāo)均呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，在添加濃度為100 mg/L時達(dá)到最大值.

TN、TP、TK、P∶K在NAA不同濃度處理下均有顯著性差異(TN(F=6.351，P<0.01)；TP(F=28.526，P<0.001)；TK(F=13.646，P<0.001)；P∶K(F=31.600，P<0.001)).隨著NAA添加濃度的增加，泥炭蘚TP、TK、P∶K這3個生理指標(biāo)均呈現(xiàn)為先增加后降低的趨勢；TN呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢.N∶P、N∶K在NAA不同濃度處理下無顯著性差異.

6個生理指標(biāo)在GA3不同濃度處理下均有顯著性差異(TN(F=6.151，P<0.01)；TP(F=99.629，P<0.001)；TK(F=5.541，P<0.05)；N∶P(F=3.531，P<0.05)；N∶K(F=4.437，P< 0.05)；P∶K(F=17.463，P<0.001)).隨著GA3添加濃度的增加，泥炭蘚TN、N∶P、N∶K這3個生理指標(biāo)均呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢；TP、TK、P∶K這3個生理指標(biāo)均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢.

TP、TK、P∶K在6-BA不同濃度處理下均有顯著性差異(TP(F=32.928，P<0.001)；TK(F=12.452，P< 0.001)；P∶K(F=24.648，P< 0.001)).隨著6-BA添加濃度的增加，TP、TK、P∶K大體呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢.TN、N∶P、N∶K在6-BA不同濃度處理下無顯著性差異.

2.4 泥炭蘚生理指標(biāo)對其生物量的影響多重線性回歸分析表明，在6個生理指標(biāo)中，TN是影響泥炭蘚生產(chǎn)力的最重要因子.回歸模型如下：

Y=-0.029*TN+0.506(R2=0.413，P<0.001).

3 討論

已有研究表明，適當(dāng)濃度的植物生長調(diào)節(jié)劑對植物營養(yǎng)器官的生長具有顯著的促進(jìn)作用[24].IAA促進(jìn)植物抽枝、莖節(jié)伸長、枝條生根以及頂端芽的形成[25-28]；NAA促進(jìn)細(xì)胞分裂與擴(kuò)大，誘導(dǎo)形成不定根，促進(jìn)扦插枝條生根等[29-30]；還可以刺激細(xì)胞伸長[31]；并且能防止落果，改變雌、雄花比率等；GA3可調(diào)節(jié)植物的多種生理活動，包括促進(jìn)細(xì)胞伸長、種子發(fā)芽、莖葉的生長、打破休眠、促進(jìn)開花、提高作物結(jié)實率或促使作物形成無籽果實等[32-33]；具有促進(jìn)細(xì)胞分裂、調(diào)控營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸、促進(jìn)植物新陳代謝、延緩植物葉片的衰老和鮮花的枯萎、促進(jìn)植物坐果等功能[34-37].在植物細(xì)胞分化與分裂方面有很大影響[38].

本研究表明4種植物生長調(diào)節(jié)劑均對泥炭蘚生長均有促進(jìn)作用，而多重線性回歸分析表明泥炭蘚TN含量對生物量有顯著影響.在本研究范圍內(nèi)，隨著IAA添加濃度的增加，泥炭蘚生長表現(xiàn)出持續(xù)增加的趨勢(圖1)，TN呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(圖6(1))；而NAA、GA3、6-BA均隨著添加濃度增加，泥炭蘚生長表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(圖2，圖3，圖4)，TN則呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(圖6(2)、圖6(3)、6(4)).

多重線性回歸分析表明4種植物生長調(diào)節(jié)劑不同濃度處理下泥炭蘚TN含量與生物量呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性，這可能與噴施植物生長調(diào)節(jié)劑引起的泥炭蘚TN含量的變化對泥炭蘚生長產(chǎn)生的影響有關(guān).

表2 大泥炭蘚生物量與六生理指標(biāo)之間的逐步線性回歸分析

已有研究表明，中位泥炭蘚(S.magellanicum)和銹色泥炭蘚(S.fuscum)的生物量、分枝長度與TN含量(8～18 mg/g)之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性[39]；泥炭蘚頭狀枝中TN含量與生物量呈負(fù)相關(guān)性[3]，這些研究結(jié)果與本研究結(jié)論一致.Bragazza等[40]認(rèn)為，當(dāng)TN在泥炭蘚中的含量超過6 mg/g時，將對泥炭蘚的生長起到限制作用，而本研究顯示，當(dāng)泥炭蘚TN含量超過6.8 mg/g時，對泥炭蘚生長產(chǎn)生限制作用，這也與Bragazza等人研究結(jié)果較一致.有研究表明，泥炭蘚植物體內(nèi)氮化合物的大量輸入對其自身是有害的[41-42]；氮對泥炭蘚生長的影響很大程度上取決于頭狀枝中的氮含量，并且存在一個臨界值，超出臨界值，氮的正效應(yīng)變成負(fù)效應(yīng)[43-45].前期李亭亭等[3]研究顯示，在山地黃棕壤中，隨著氮添加量的增加，泥炭蘚頭狀枝中TN含量(13～19 mg/g)不斷增加并導(dǎo)致生物量的持續(xù)降低，表明亞熱帶山地黃棕壤中的背景氮含量已滿足泥炭蘚生長的需求，無需再進(jìn)行額外的氮添加.本研究在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步表明，從亞熱帶山地黃棕壤中采集的泥炭蘚，其自身組織中的TN已過量，噴施不同濃度的植物生長調(diào)節(jié)劑可不同程度地降低泥炭蘚TN含量，減輕了過量N累積對泥炭蘚生長的抑制作用，進(jìn)而表現(xiàn)為促進(jìn)泥炭蘚生長然而，植物生長調(diào)節(jié)劑影響泥炭蘚TN含量變化的作用機(jī)制，則需進(jìn)一步研究闡釋.

本研究得出了泥炭蘚生長最佳的植物生長調(diào)節(jié)劑的處理組合，即噴施IAA、NAA、GA3、6-BA最佳濃度分別為100 mg/L、1 mg/L、10 mg/L、0.1 mg/L.目前針對生長調(diào)節(jié)劑應(yīng)用于泥炭蘚屬物種的研究較少，就6-BA而言，劉宇[23]的研究結(jié)果表明，0.2 mg/L的添加量對中位泥炭蘚(S.magellanicum)植株的生長影響最明顯.這與本研究中泥炭蘚的最佳6-BA濃度(0.1 mg/L)較為一致，可能是由于兩者均為丘上種，其相似的生態(tài)位導(dǎo)致其對生長調(diào)節(jié)劑等的需要也較為接近.而其他關(guān)于生長調(diào)節(jié)劑對泥炭蘚屬物種影響的研究，麻俊虎的研究表明17.52 mg/L IAA和18.62 mg/L NAA對多紋泥炭蘚(Sphagnummultifibrosu)生長影響最佳[22]，劉宇的研究表明噴施0.05～0.2 mg/L6-BA對喙葉泥炭蘚(S.recurvum.)植株影響最佳[23].這與本研究中的最佳濃度有所區(qū)別，可能是泥炭蘚物種不同導(dǎo)致的對植物生長調(diào)節(jié)劑的需求不同；也可能是與培養(yǎng)條件以及生長調(diào)節(jié)劑自身特性有關(guān)，如對于IAA，一般在高溫下使用的濃度低一些，在低溫下使用的濃度高一些[46]，且IAA本身極其不穩(wěn)定易分解[47].

本研究中，植物生長調(diào)節(jié)劑對泥炭蘚頭狀枝數(shù)量的影響，在實驗前期(第2周、第3周、第4周)表現(xiàn)出較明顯的規(guī)律性，但在實驗后期(第5周、第6周)呈現(xiàn)出一定的波動(圖1(2)、圖2(2)、圖3(2)、圖4(2)).這是因為在實驗后期，泥炭蘚開始長出新的幼小頭狀枝，但受實驗周期限制，新長出的幼小頭狀枝未有足夠的時間表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，進(jìn)而導(dǎo)致我們無法從單一的頭狀枝數(shù)量指標(biāo)來判斷各植物生長調(diào)節(jié)劑對泥炭蘚生長的影響.因此我們使用4種生長指標(biāo)(分枝長度、頭狀枝數(shù)量、覆蓋面積、生物量)綜合進(jìn)行分析，這也保證了研究結(jié)論的可靠性.

此外需要注意的是，本實驗中NAA、GA3、6-BA對泥炭蘚生長的影響呈現(xiàn)單峰模式，其對泥炭蘚最適宜的噴施濃度(最佳濃度)可以確定.而受實驗濃度范圍設(shè)置有限的影響，本研究中IAA的最佳濃度(100 mg/L)是否為泥炭蘚最適宜的噴施濃度仍未可知，需要進(jìn)一步實驗擴(kuò)大濃度處理范圍來確定.

4 結(jié)論

1)一定濃度的植物生長調(diào)節(jié)劑對泥炭蘚的4個生長指標(biāo)(覆蓋面積、分枝長度、頭狀枝數(shù)量、生物量)均有顯著影響，能夠顯著促進(jìn)泥炭蘚生長.在本研究中，100 mg/L IAA、1 mg/L NAA、10 mg/L GA3以及0.1 mg/L 6-BA是4種植物生長調(diào)節(jié)劑最佳處理濃度.這為泥炭蘚濕地的快速恢復(fù)及泥炭蘚的產(chǎn)業(yè)化種植提供一定的科學(xué)依據(jù).

2)在6個生理指標(biāo)中(TN、TP、TK、N∶P、N∶K、P∶K)，TN是影響泥炭蘚生產(chǎn)力的最重要因子，其回歸模型為Y=-0.029*TN+0.506(R2=0.413，P< 0.001).在本研究范圍內(nèi)泥炭蘚TN含量超過6.8 mg/g時，對泥炭蘚的生長產(chǎn)生限制作用.對TN含量的限制性作用需要進(jìn)一步實驗進(jìn)行闡釋.

致謝感謝湖北大學(xué)熊蔚、馬茹悅、陳榮友、劉苗苗、李懷祥在實驗中給予的幫助.