全 文 :书 [收稿日期] 2014-01-16;2014-05-10修回
[基金项目] 贵州省科学技术基金“空心莲子草对湿地珍稀物种海菜花种子萌发及幼苗生长的影响”[黔科合J字(2011)2155];贵阳市重大
科技专项“花溪国家湿地公园生物多样性培育与生态保护技术研究与示范”(2010筑科农5-11)
[作者简介] 钱晓莉(1978-),女,副教授,在读博士,从事污染生态修复、生物地球化学研究。E-mail:xiaoliroap2000@163.com
*通讯作者:吴永贵(1972-),男,教授,从事污染生态控制、污染生态修复、污染生态恢复研究。E-mail:ygwu72@126.com
[文章编号]1001-3601(2014)07-0377-0036-03
Ca2+胁迫下空心莲子草浸提液对海菜花的影响
钱晓莉1,2,吴永贵1*,何天容2,付天岭2,王 娅2,陈智波2
(1.贵州大学应用生态研究所,贵州 贵阳550025;2.贵州大学 资源与环境工程学院,贵州 贵阳550025)
[摘 要]为给空心莲子草的防除及珍稀物种海菜花的培育和保护提供参考,探讨了不同钙浓度条件
下,空心莲子草浸提液胁迫对海菜花种子发芽率、发芽势、苗高、鲜重等的影响。结果表明:1)空心莲子草浸
提液浓度低于10%时对海菜花种子发芽势和发芽率随浸提液浓度升高不断提高,并在浓度为10%时达到最
高值(10.0%和11.7%),随后逐渐降低;2)海菜花种子发芽率与发芽势均表现为加钙高于不加钙,且加钙后
促进顺序为低钙>中钙>高钙;3)海菜花幼苗苗高和鲜重随浸提液浓度升高不断提高,并在10%时达最大
值(0.92cm和759mg),之后逐渐降低。因此,空心莲子草浸提液对海菜花种子萌发及幼苗生长都有不同
程度的影响,低浓度钙可促进海菜花种子萌发与幼苗生长。
[关键词]Ca2+;空心莲子草;海菜花;种子萌发;幼苗
[中图分类号]S451 [文献标识码]A
Efect of Altenanthera philoxeroides Extract on Oteliaacuminata
Under Ca2+stress
QIAN Xiaoli 1,2,WU Yonggui 1*,HE Tianrong2,FU Tianling2,WANG Ya2,CHEN Zhibo2
(1.Institute of Applied Ecology,Guizhou University,Guiyang,Guizhou550025;2.College of Resources and
Environment Engineering,Guizhou University,Guiyang,Guizhou550025,China)
Abstract:In order to provide references for control of A.philoxeroides and cultivation and protection of
Oteliaacuminata,the efects of A.philoxeroides extract on germination rate,germination potential,seedling
height and fresh weight of Oteliaacuminataunder Ca2+stress were studied.Results:1)A.philoxeroidesextract
enhanced germination potential and germination rate with the concentration increasing,and reached the highest
when the concentration was 10%,10.0% and 11.7% respectively,and then decreased gradualy.2)The
germination rate and germination potential under Ca2+ stress was higher than the control,which folowed the
sequence of low Ca2+> medium Ca2+>high Ca2+;3)The seedling height and fresh weight increased with the
extract concentration increasing,and reached the highest(0.92cm and 759mg)when the concentration
was 10%,and then decreased gradualy.Consequently,the extract affected seed germination and seedling
growth in varying degrees,low concentration Ca2+could promote seed germination and seedling growth of
Otteliaacuminata.
Key words:Ca2+;Alternanthera philaxeroides;Otteliaacuminata;seed germination;seedling
海菜花[Otteliaacuminata(Gagnep.)Dandy]为
多年生沉水植物,中国特有种、国家Ⅱ级保护植
物[1],主要分布于云南北部丽江、洱海、昆明滇池、贵
州西南部威宁、花溪十里河滩等湖泊湿地环境中,具
有重要的生态价值和环境指示作用。空心莲子草
[Alternanthera philoxeroides(Mart.)Griseb]是典
型的外来入侵恶性杂草。外来物种进入一个新领域
后,往往具有很强的竞争力,有的可分泌化感物质来
排斥其他物种,取代土著植物、改变土壤理化性质、
改变微环境、改变动物资源可利用程度等,影响生物
多样性和生态系统结构与功能[2-4]。空心莲子草的
大面积扩散蔓延,已对种植、水产、航运、物种资源、
环境及生态安全等造成不利影响[5-7],成为亟待解决
的问题。在贵州典型喀斯特湿地环境中,国家Ⅱ级
保护植物海菜花的种群数量十分丰富,是黑颈项鹤
等国家I级珍稀动物的重要栖息地[8]。而营养丰富
的湿地环境中,入侵空心莲子草形成了很大的优势
种群,笔者前期在海拔2 170m的威宁草海和海拔
1 100m的花溪湿地公园相关的研究中发现,湿地水
陆交界及湿地水体中均广泛分布着空心莲子草,且
空心莲子草生长茂盛之处,原有的海菜花种群均受
到严重的影响,在更为严重的地方海菜花种群几乎
消失。
Ca是植物正常生理代谢的必需元素之一,作为
胞外信号与胞内生理生化反应的第二信使,与钙调
素一起调节植物体内许多生理生化过程,与维持细
胞质膜的完整性、降低逆境下细胞膜的透性、增加逆
境下脯氨酸的含量等有关[9]。研究表明,Ca对重金
属造成的植物毒害的缓解作用尤为突出,表现为低
浓度缓解作用,高浓度协同毒害作用[10-11]。作为喀
贵州农业科学 2014,42(7):36~38
Guizhou Agricultural Sciences
斯特高原湿地中珍稀且独具特色的沉水植物海菜
花,在何种程度受空心莲子草影响,其影响机理及控
制措施等相关方面的研究和文献目前仍未见报道。
因此,笔者以海菜花作为研究对象,研究不同浓度
Ca2+对空心莲子草胁迫下海菜花种子萌发和幼苗
生长特性的影响,旨在探讨Ca2+缓解空心莲子草胁
迫的机制,为珍稀物种海菜花的培育和保护以及空
心莲子草的防除提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
海菜花种子采自贵阳市花溪区平桥,后熟备用。
空心莲子草采自贵阳市花溪区十里河滩,洗净,自然
风干备用。
1.2 试验方法
1.2.1 空心莲子草浸提液的制备 用电子天平准
确称取空心莲子草100g,粉碎后置于1 000mL蒸
馏水中,25℃,110r/min振荡浸提24h,过滤得浸
提母液,4℃冷藏备用(储存时间不超过48h),使用
前放至室温待用。
1.2.2 浸种与播种 挑选成熟饱满的海菜花种子,
洗净后置蒸馏水中,浸泡12h。播种于直径10cm并铺
有滤纸的培养皿中,每个培养皿中放20粒。
1.2.3 试验设计
1)浓度区间确定。以植株质量浓度计,浸提液
浓度分别设为0%、10%、20%、40%、60%和100%,
用花溪湿地公园河水作对照,每个处理重复3次,将
培养皿置于室内常温下,当胚根突破种皮2mm视
为萌发,每天记录发芽数,并适量补充浸提液,直到
种子不再萌发。根据预备试验结果中与对照相比得
出各处理最低全不发芽浓度和最高全发芽浓度,确
定正确的试验浓度区间为[0,40%]。
2)种子发芽率和发芽势测定。根据试验设计
1)中确定的浓度区间,以两个浓度端点为最低和最
高试验浓度,按等对数间距设置8个浓度梯度(0%,
5%,10%,20%,25%,30%,35%,40%)开展种子发
芽试验,同时向各浓度浸提液中分别加入100mg/
L、500mg/L、900mg/L氯化钙,开展加钙种子发芽
试验,重复3次。根据《国际种子检验规程》[12]要
求,每天定时统计种子萌发数,第7天计算发芽势,
第14天计算发芽率。
发芽势Gv=Gt/Nt×100%
发芽率Gr=∑Gt/Nt×100%
式中:Nt为供试种子数,Gt为日时的发芽数。
1.3 测定指标及方法
选取饱满、大小均一的海菜花种子,用自来水浸
泡12h,选取同期发芽的种子均匀放于铺有双层滤
纸的培养皿中,每皿20粒,置25℃光照培养箱。培
养条件:黑暗12h,光照12h。每天补充适量不同
浓度的浸提液和蒸馏水,重复3次,第6天测量幼苗
的苗高和鲜重。
2 结果与分析
2.1 发芽势和发芽率
2.1.1 不加钙 由图示可见,不同处理海菜花种
子的发芽势和发芽率随空心莲子草浸提液浓度的升
高呈先升后降的趋势,浸提液表现出低浓度促进、高
浓度抑制的特点。当枯落物浸提液浓度低于10%
时,发芽势与发芽率不断升高并达到最高值,分别为
10%和11.7%。此后随着浸提液浓度的逐渐升高,
种子的发芽势和发芽率均下降,当浓度升至25%
后,发芽势和发芽率均呈下降趋势并趋于平缓,说明
空心莲子草浸提液对海菜花种子萌发的抑制作用增
强。原因可能是在自然条件下,空心莲子草产生的
水溶性化感物质可通过淋溶方式进入环境,当化感
物质积累超过一定浓度后便会产生化感作用,改变
种子萌发过程的关键性酶,抑制种子呼吸作用,破坏
种子萌发过程中各生理代谢的稳定性,导致海菜花
种子萌发降低[13-14]。
2.1.2 加钙 不同处理条件下,海菜花种子的发
芽势、发芽率随空心莲子草浸提液浓度升高呈先上
升后下降的趋势。低钙(100mg/L)时空心莲子草
枯落物对海菜花种子萌发的促进作用在5%前随浓
度增 加 明 显 高 于 中 钙 (500 mg/L)和 高 钙
(900mg/L),浓度为5%时发芽势和发芽率达最大
值,分别为33.3%和56.7%,其促进作用表现为低
钙>中钙>高钙,浓度高于5%后随浓度的上升浸
提液对海菜
发
芽
势
/%
Ge
rm
in
at
io
n
po
te
nt
ia
l
-5
0
35
5
10
15
20
25
30
40
30
20
10
0
50
60
发
芽
势
/%
Ge
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in
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io
n
po
te
nt
ia
l
0 10 20 30 40
空心莲子草枯落物浸提液浓度/%
Extract concentration
0 10 20 30 40
空心莲子草枯落物浸提液浓度/%
Extract concentration
不加钙 低钙 中钙 高钙
图示 不同钙条件下海菜花种子的发芽势和发芽率
Fig. Germination potential and germination rate of Otteli-
aacuminataseeds under different Ca2+conditions
·73·
钱晓莉 等 Ca2+胁迫下空心莲子草浸提液对海菜花的影响
QIAN Xiaoli et al Effect of Altenanthera philoxeroides Extract on Otteliaacuminata Under Ca2+stress
花种子的抑制作用增强。一方面是因为空心莲子草
浸提液浓度由10%增至40%时,溶液中电导率由
2 399μs/cm 增加到4 799μs/cm(本试验测定结
果),在盐分胁迫下,由于α-淀粉酶是含Ca的金属
蛋白,在低钙条件下能够增加种子中钾的积累,提高
α-淀粉酶的活性,从而促进种子萌发的效应[11]。另
一方面原因是低浓度钙时,种子细胞质膜透性降低,
使钾、钙增加,钙能稳定细胞质膜,从而增加种子萌
发。而电导率增加时,过高钙条件下,由于Na竞争
Ca在细胞膜上的位点破坏了质膜的完整性以及影
响钙信号系统的正常发生和传递,从而对种子萌发
造成渗透胁迫[16-17]。因此对种子萌发的抑制作用更
明显。空心莲子草浸提液胁迫下,加钙组海菜花发
芽势(33.3%)和发芽率(56.7%)明显高于对照(发
芽势10%、发芽率11.7%)。
2.2 种子鲜重与苗高
2.2.1 不加钙 由表可以看出,随着空心莲子草
枯落物浸提液浓度的上升,海菜花种子的鲜重和幼
苗苗高均不同程度降低,且在10%浓度时达最大,
分别为鲜重759mg、苗高0.92cm,之后随浓度的升
高而降低,浓度为30%后种子不再萌发,其原因可
能是随着空心莲子草浸提液浓度的升高,逐渐影响
到海菜花的水分代谢,使其吸取水分的能力减弱。
水分的减少影响细胞内的各种生化反应的进行,从
而阻碍了生物大分子的合成[18]。
2.2.2 加钙 由表可见,添加钙后海菜花萌发种
子的鲜重和苗长均呈先升后降的趋势,在浓度5%
时达到最大,此后随浓度的增加逐渐降低,在25%
浓度时趋于平缓,其促进作用表现为低钙>中钙>
高钙,添加一定浓度的钙可促进海菜花种子萌发,当
钙离子浓度升高到900mg/L时抑制作用增强,种
子萌发率相应降低,这与齐雪梅、戴高兴等研究结果
相似[14,18]。
表 不同钙条件下海菜花的鲜重和苗高
Table The fresh weight and seedling height of Otteliaacuminata under different Ca2+conditions
浓度/%
Concentration
鲜重/mg Fresh weight
不加钙 低钙 中钙 高钙
苗高/cm Seedling height
不加钙 低钙 中钙 高钙
0(对照) 696 0 0 36 0 0 0 0.57
5 710 794 616 476 0.63 1.17 1.15 1.42
10 759 465 434 119 0.92 1.16 1.18 1.02
20 675 63 56 26 0.43 0.37 0.46 0.33
25 649 43 0 29 0.25 0.33 0 0.27
3 结论与讨论
空心莲子草浸提液浓度低于10%时对海菜花
种子的发芽势、发芽率、鲜重、幼苗苗高起促进作用,
之后随浸提液浓度的升高其抑制作用增强;海菜花
种子发芽率与发芽势表现为加钙高于不加钙,且促
进作用表现为低钙>中钙>高钙;说明,Ca2+可以
缓解空心莲子草胁迫下海菜花种子的萌发,从而减
轻对海菜花的毒性。
种子萌发情况与种群动态有密切关系[19]。研
究植物提取液对受试植物种子萌发及幼苗生长的影
响是研究成株植物化感作用的基础。试验结果显
示,空心莲子草浸提液对海菜花种子萌发表现出低
浓度促进,高浓度抑制的特点,随浸提液浓度升高,
海菜花种子的发芽率、发芽势和苗高降低,这与李
洁[7]等研究结果相似,推测可能与空心莲子草释放
化学物质有关。空心莲子草主要含烷烃、醇、酸及酯
等物质,当浸提液浓度较低时,海菜花种子的种皮上
存在抑制发芽的物质,空心莲子草浸提液对其有削
弱作用,从而促进种子萌发,而随浸提液浓度的升
高,种子内醇脱氢酶、蛋白酶、淀粉酶和酸性磷酸醋
酶的活性降低,直接影响种子内储藏淀粉和蛋白质
的分解,从而影响种子萌发所需要的物质和能量,致
使种子萌发受到抑制。
Ca2+是植物必需的营养元素之一,几乎在植物
生长发育的所有阶段都有重要作用。Ca2+在细胞
内起第二信使作用,含量过低会导致植物发育不良;
适量的Ca2+对植物适应逆境有益。试验结果表明,
添加不同浓度的Ca2+,空心莲子草浸提液对海菜花
种子发芽有不同影响。低浓度的Ca2+(100mg/L)
促进海菜花种子的萌发及幼苗生长,高浓度Ca2+
(900mg/L)抑制海菜花种子萌发;与不加钙相比,
添加氯化钙可缓解空心莲子草对海菜花种子萌发的
毒害作用,100mg/L时缓解效果最好;Ca2+可缓解
空心莲子草胁迫下海菜花种子的萌发,其缓解机制
可能是外源Ca2+增强其在细胞信号传递过程中的
作用,引起海菜花幼苗体内的某些抗逆性蛋白的合
成,减轻空心莲子草对海菜花的毒害作用。
[参 考 文 献]
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(下转第42页)
·83·
贵 州 农 业 科 学
Guizhou Agricultural Sciences
3 结论与讨论
1)西林2号核桃的净光合速率日变化呈双峰
曲线,8:00出现的第1次峰值为8.605μmol/
(m2·s),16:00 出 现 的 第 2 次 峰 值 为
2.556 7μmol/(m
2·s),且在14:00有明显的午休
现象。此结果与杨雨华等[13]的研究结果相似。
2)Pn 与 PAR、Ca 和 RH 呈 显 著 正 相 关
(p<0.05),与Ta呈显著负相关(p<0.05)。Ta与
RH呈极显著负相关(p<0.01),与 Vpdl、Tleaf呈
极显著正相关(p<0.01)。Ca与Gs呈极显著正相
关 (p <0.01)。RH 与 Gs 呈 显 著 正 相 关
(p<0.05),与Vpdl呈显著负相关(p<0.05)。由
此可见,任一环境因子的改变,都可能引起光照强
度、空气湿度、大气温度和CO2浓度等因子变化,进
而可能与Rubisco酶活力和气孔导度等内部因子共
同作用,致使光合速率发生变化[18]。说明,光合速
率变化,可能是由生理因子、生态因子和生化因子等
多方面共同作用的结果[19-20]。
[参 考 文 献]
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贵 州 农 业 科 学
Guizhou Agricultural Sciences