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分株紫萁孢子繁殖技术



全 文 :北方园艺2015(20):27~30 ·研究简报·
第一作者简介:谢修鸿(1972-),女,吉林长春人,博士,讲师,现主要
从事农林废弃物利用与土壤改良等研究工作。E-mail:yuxieaoran@
163.com.
责任作者:梁运江(1972-),男,吉林前郭人,博士,副教授,现主要
从事土壤与植物营养等研究工作。E-mail:lyjluo@ybu.edu.cn.
基金项目:国家科技支撑计划资助项目(2013BAD07B02);吉林省
延边朝鲜族自治州科学技术局资助项目(2008YB501A12)。
收稿日期:2015-05-19
DOI:10.11937/bfyy.201520006
分株紫萁孢子繁殖技术
谢 修 鸿1,李   伟2,李 翠 兰3,梁 运 江2
(1.长春大学 园林学院,吉林 长春130022;2.延边大学 农学院,吉林 延吉133002;3.吉林农业大学 资源与环境学院,吉林 长春130118)
  摘 要:以分株紫萁为试验材料,采用设置不同条件(营养基质、温度和光照)或浓度
(KH2PO4、激素、水分、ABA)的方法,初步探讨了分株紫萁孢子萌发、配子体发育和诱导孢子体形
成的培养条件,为其孢子人工快速繁殖提供理论依据。结果表明:以草炭土与保护地土1∶1
混合为育苗基质,100℃高温灭菌后播孢,保持自然变温和昼夜交替光照条件;播孢3d后,每隔
3d用喷雾法喷施1次50mg/L 2,4-D,连续喷3次;每隔3d用喷雾法喷施1次0.3% KH2PO4,
连续喷5次,有利于孢子萌发和配子体发育。在配子体肉眼可见时,选取生长良好的配子体进行
移栽,将基质含水量调到田间持水量,移栽1周后,每隔3d用喷雾法喷施1次1.0mg/L激素ABA,
连续3次,有利于配子体形成孢子体和生长发育。
关键词:分株紫萁;孢子;有性繁殖
中图分类号:S 604 文献标识码:B 文章编号:1001-0009(2015)20-0027-04
  分株紫萁(Osmunda cinnamomea L.var.asiatica
Fernald)属紫萁科紫萁属多年生宿根蕨类植物,又称桂
皮紫萁,商品名为北方薇菜[1],植株可高达0.6~1.0m,
产于中国东北、华北、俄罗斯远东、日本和朝鲜等地[2]。
野生薇菜营养价值丰富,药用价值高,是山野菜中的珍
品。由于其生境狭窄,加上人们无节制的采挖,目前其
资源已严重不足。薇菜人工栽培既可带来巨大的经济
效益,又可实现其资源的可持续发展,发展前景十分广
阔[3]。薇菜的繁殖方式分为有性繁殖和无性繁殖,在自
然条件下,其主要以根状茎无性繁殖为主,但繁殖速度
较慢。薇菜可产生大量孢子,但在自然环境中孢子很难
萌发,如果利用其孢子进行人工繁殖,提高成苗率,将是
    
提高其繁殖系数的有效途径[4]。南方薇菜孢子人工繁
殖已取得了初步成果[5]。且无性繁殖亦或有性繁殖方
面,报道都较多[6-8]。而北方薇菜的研究很少见,现以分
株紫萁孢子为繁殖对象,进行有性繁殖栽培条件的探
讨,旨在探索分株紫萁快速繁殖技术,为人工栽培、合理
开发和利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验所用分株紫萁孢子采集自延边朝鲜族自治州
汪清县。培养基质采用沙土、草炭土和保护地土壤,其
理化性质见表1。
表1 供试土壤理化性质
  Table 1 Physical-chemical properties of test soil
土壤类型
Soil type
pH值
pH value
有机质
Organic matter
/(g·kg-1)
速效磷
Available P
/(mg·kg-1)
水解氮
Hydrolysis N
/(mg·kg-1)
速效钾
Available K
/(mg·kg-1)
全氮
Total N
/(g·kg-1)
全磷
Total P
/(g·kg-1)
全钾
Total K
/(g·kg-1)
沙土Sandy soil  6.45  1.02  46.94  16.73  89.94  1.63  2.30  1.79
草炭土Peat soil  6.70  171.96  40.64  846.19  319.36  17.14  21.80  347.32
保护地土Soil of protective ground  6.63  12.76  24.27  256.56  342.29  2.09  3.50  23.67
1.2 试验方法
1.2.1 不同营养基质的配制 按表2,首先将基质在干
燥箱中高温(100℃)干燥3天2夜,以杀死基质中的杂草
种子、苔藓、藻类、菌类及其它蕨类植物孢子,待其冷却
至常温后,装基质至盆容量(30cm×20cm×20cm)的
2/3;然后将盆容量放入适当水深的容器中,使其自然吸
水至湿润。平衡1~2d后,用食指指腹面粘取绿色孢
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·研究简报· 北方园艺2015(20):27~30
子,然后用大拇指轻弹食指,使孢子均匀散落在湿润的
培养土上,播种量以基质上隐约可见绿色孢子为限,用
保鲜膜封好盆口,将其放在盛有2~3cm水深的塑料容
器中,以提供孢子萌发所需要的湿润基质和湿润空气,
放在室内培养,每天用日光灯照射12h,黑暗12h,每天
观察1次。记录7种基质播孢后孢子开始萌发时间及
第65天调查的孢子萌发率、形成配子体的叶径。
表2     营养基质的配制
  Table 2    Preparation method of diferent substrates
处理
Treatment
草炭土
Peat soil
保护地土
Soil of protective ground
河沙
Sandy soil
A  1/3  1/3  1/3
B  1/2  0  1/2
C  0  1/2  1/2
D  1/2  1/2  0
E  0  0  1
F  1  0  0
G  0  1  0
1.2.2 温度和光照条件的设置 采用草炭土和保护地
土1∶1混合为基质,灭菌和播孢同上试验。温度设置
恒温25℃和正常昼夜温差2个温度条件,光照设置黑
暗、持续光照和昼夜交替3个光照条件,两两组合共设
置6个处理。
1.2.3 喷施不同浓度的KH2PO4 采用草炭土和保护
地土1∶1混合为基质,灭菌和播孢同上试验。将播孢
90d左右生长良好的配子体移栽入盆容器。配子体形
成并肉眼可见后,喷施0.1%、0.2%、0.3%、0.4%
KH2PO4,同时以清水为对照处理,每隔3d喷施1次,连
续5次。在移栽第35天时,调查不同浓度营养液对配子
体发育的影响。
1.2.4 喷施不同激素 采用草炭土和保护地土1∶1混
合为基质,灭菌和播孢同上试验。播孢3d后,每隔3d
在盆容器内用喷雾法喷施1次,连续喷3次。设4个处
理:1)清水;2)50mg/L 2,4-D;3)5mg/L NAA;4)50mg/L
GA3。每个处理重复3次。孢子萌发性状描述于处理
15、25、35d进行,孢子萌发率和形成的配子体叶径于第
45天调查。
1.2.5 不同水分条件 采用草炭土和保护地土1∶1混
合为基质,灭菌和播孢同上试验。将播孢91d生长良好
的配子体移栽入盆容器。移栽1周后,进行水分处理,
设3个处理:1)60%田间持水量;2)田间持水量;3)全蓄
水量。
1.2.6 喷施不同浓度激素ABA 采用草炭土和保护地
土1∶1混合为基质,灭菌和播孢同上试验。将播孢90d
左右生长良好的配子体移栽入盆容器。移栽1周后,在
成熟的配子体上喷施0.5、1.0、1.5、2.0mg/L ABA溶
液,以清水为对照,每隔3d喷施1次,连续3次。在移
栽第35天时,调查不同浓度ABA处理形成幼孢子体数
情况。
1.2.7 土壤理化性质测定 采用常规分析方法[9-10]。
1.3 数据分析
采用Excel 2003进行数据整理和图表制作,用
SPSS 11.5数据分析软件对数据进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 营养基质对分株紫萁孢子萌发和配子体发育的
影响
从表3可知,处理A(草炭土、保护地土、河沙1∶
1∶1混合基质)和处理D(草炭土、保护地土1∶1混合基
质)萌发时间最短,处理E(河沙基质)萌发时间最长。处
理B和F未萌发。处理G(保护地土壤基质)孢子萌发
率最高,达到91.9%,其次为处理D,但处理G萌发时间
较长(34d)。比较形成配子体叶径,处理D最大,达到
2.21mm。综合孢子萌发和配子体发育效应,以草炭和
保护地土1∶1混合基质作为分株紫萁孢子萌发及其生
长发育的培养基质较好。
表3 不同基质对孢子萌发和配子体发育的影响
  Table 3 Efect of diferent substrates on
spore germination and gametophyte growth
处理
Treatment
开始萌发时间
Start time of germination
/d
第65天配子体叶径
Gametophyte leaf size of
65days/cm
萌发率
Germination rate
/%
A  25  0.155b 73.7b
B 未萌发 - -
C  33  0.113a 64.1a
D  27  0.221c 78.5b
E  40  0.100a 60.7a
F 未萌发 - -
G  34  0.125ab  91.9c
  注:表中数据为平均值,不同的小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同表5~6,
图1~2。
Note:Data in table is average,diferent lowercase letters in same column indicate
significant diference(P<0.05).The same below table 5-6,Fig.1-2.
2.2 不同温度和光照条件对分株紫萁孢子萌发的影响
从表4可知,A、C、F处理开始萌发时间最早。温度
与光照的交互作用对孢子萌发率的影响不明显,但不同
光照处理萌发率差异较大。不同光照条件下,昼夜交
替、持续光照2个处理与黑暗条件之间萌发率存在差
异,但昼夜交替、持续光照2个处理萌发率差异不明显,
且昼夜交替、持续光照2个处理好于黑暗处理。考虑投
入成本,推荐A处理(自然变温+昼夜交替光照条件)作
为孢子育苗条件。
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北方园艺2015(20):27~30 ·研究简报·
表4    温度和光照对孢子萌发的影响
  Table 4  Efect of temperature and light on spore germination
处理
Treatment
温度和光照条件
Temperature and light
conditions
开始萌发时间
Start time of germination
/d
萌发率
Germination rate
/%
A 自然变温+昼夜交替光照 14  82.1
B 自然变温+黑暗 20  6.5
C 自然变温+持续光照 15  81.6
D  25℃恒温+昼夜交替光照 17  81.2
E  25℃恒温+黑暗 19  7.3
F  25℃恒温+持续光照 15  82.3
2.3 不同浓度KH2PO4对分株紫萁配子体发育的影响
国内外学者对紫萁科的一些属、种的配子体发育的
研究[11-12]认为,配子体所需要的大部分养分由配子体的
假根从基质中获得,喷施一定浓度的KH2PO4 对配子体
的生长具有促进作用。由表5可知,随着喷施KH2PO4
浓度的增加配子体的生长率有所提升,当KH2PO4 的浓
度为0.3%时,其生长率达到最大,为14%。KH2PO4 浓
度与配子体生长率的关系可用模型y=10.64+3.81x+
92.14x2-216.67x3(y为生长率;x为KH2PO4 的浓度;
R=0.99**)来描述,根据方程当y值最大,即生长率为
  
  表5    KH2PO4对配子体生长的影响
  Table 5    Efect of KH2PO4on gametophyte growth
KH2PO4
/%
喷施前叶径
Leaf size before spraying/cm
喷施后叶径
Leaf size after spraying/cm
生长率
Growth rate/%
0.0  0.550  0.605  10.7a
0.1  0.580  0.646  11.5a
0.2  0.565  0.642  13.7b
0.3  0.592  0.660  14.0b
0.4  0.562  0.636  13.1ab
14.2时,可求出x为0.3%。为促进配子体生发育长,建
议喷施浓度为0.3%的KH2PO4较好。
2.4 不同激素处理对分株紫萁孢子萌发和配子体发育
的影响
由表6可知,喷施激素处理均提前了孢子萌发时
间,以2,4-D最优,且促进配子体的发育。第35天时,配
子体萌发整齐,直径达3mm。其次NAA,GA3 最差。
由孢子萌发率可知,2,4-D数值最高,但与清水相比差异
不显著;而以形成配子体叶径可知,与清水相比差异显
著,2,4-D最大,达3.91mm。综上所述,2,4-D对孢子萌
发和配子体形成发育有较好效果。
表6 不同激素对孢子萌发和配子体形成发育的影响
  Table 6 Efect of diferent hormones on spore germination and gametophyte growth
处理
Treatment
孢子萌发时间
Start time of spore
germination
性状描述Characters description
第15天
15days
第25天
25days
第35天
35days
孢子萌发率
Spore germination rate
/%
配子体叶径
Gametophyte leaf size
/cm
CK  21 未萌发 泛绿 泛绿 85.5b 0.206a
2,4-D  8 极少萌发 出现配子体 萌发整齐,配子体叶径0.3cm  87.1b 0.391b
NAA  10 出现较多的丝状体,极少量片状体 出现极小配子体 极小配子体 80.7a 0.344b
GA3 17 部分形成丝状体,有片状体形成 泛绿 泛绿 76.3a 0.334b
图1 不同水分对分株紫萁孢子体转化的影响
Fig.1 Efect of diferent moisture on sporophyte transformation
2.5 不同水分条件对分株紫萁诱导孢子形成的影响
分株紫萁作为蕨类的一种,它的生殖过程对水分
的要求比较严格,精子器产生的精子必须借助水才能到
达颈卵器,与卵子结合形成合子,才能生长发育成孢子
体,所以合适的水分含量对配子体的转化影响较为显
著。由图1可知,不同水分处理条件下,孢子体的转化
率不同,三者差异达到显著水平。采取60%田间持水量
处理,无法保证分株紫萁形成合子,只有很少的配子体
转化成孢子体;全蓄水状态下,虽然满足了水分条件,但
通气性差,配子体生长受抑制,转化率相应很低;田间持
水量条件既能保证基质足够的水分,为分株紫萁受精作
用提供了良好的水环境,又有较好的通气性,有利于配
子体形成孢子体和生长发育。
2.6 不同ABA浓度对分株紫萁诱导孢子体形成的
影响
从图2可知,不同浓度的ABA对配子体转化的影
响存在差异,多重比较表明萌发率在ABA浓度为0.0、
0.5、1.5、2.0mg/L时差异不显著,1.0mg/L时孢子体
转化率最高,为23.3%,与其它处理差异显著,ABA浓
度低于或高于1.0mg/L,孢子体转化率都很低,原因是
ABA浓度低,对配子体的转化率影响不大,随着浓度的增
加,1.0mg/L时转化率达到最大,之后随着浓度的增加,
激素ABA对配子的转化率又有抑制作用。
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图2 ABA浓度对分株紫萁诱导孢子体形成的影响
Fig.2 Efect of diferent ABA concentrations on
sporophyte transformation
3 结论
以草炭土和保护地土各二分之一混合基质作为分
株紫萁孢子萌发及其生长发育的培养基质较好,开始萌
发时间为25d。温度及其与光照的交互作用对孢子萌
发的影响不显著,昼夜交替或持续光照2个处理好于黑
暗处理,建议自然变温+昼夜交替光照条件作为孢子育
苗条件。喷施0.3%的KH2PO4对配子体的生长具有较
好的促进作用,生长率达到最大为14%。不同激素处理
中,2,4-D处理孢子萌发时间为8d,萌发率达87.1%,优
于GA3和NAA。不同水分状态下,田间持水量状态最
    
有利于配子体形成孢子体及其生长发育。不同ABA浓
度中,1.0mg/L ABA最适合诱导孢子体的形成。
参考文献
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Spore Propagation Techniques of Osmunda cinnamomea L.var.asiatica
XIE Xiuhong1,LI Wei 2,LI Cuilan3,LIANG Yunjiang2
(1.Colege of Landscape Architecture,Changchun University,Changchun,Jilin 130022;2.Colege of Agriculture,Yanbian University,Yanji,
Jilin 133002;3.Colege of Resource and Environmental Science,Jilin Agricultural University,Changchun,Jilin 130118)
Abstract:Culture conditions of spore germination,gametophyte growth and sporophyte transformation of Osmunda
cinnamomea L.var.asiatica were preliminary discussed in this paper with diferent conditions(substrates,temperature,
light)and diferent concentration of KH2PO4,hormone,water,ABA,to provide theoretical foundation of artificial rapid
propagation techniques for making use of spores.The results showed that favorable conditions of spore germination and
gametophyte development were as folows:apart of protective ground soil and a part of peat soil were mixed as seeding
substrate,spores were sowed after 100℃ high temperature sterilization with maintaining conditions of natural
temperature and alternating day and night lighting.3days after sowing spore,spraying 2,4-D once every 3days,
continuous sprayed 3times.Spraying 0.3%KH2PO4once every 3days,continuous sprayed 5times.Favorable conditions
of sporophyte transformation and development were as folows:when gametophyte was saw by naked eye,transplanting
good gametophyte,adjusting water content of substrate to field capacity.A week after transplanting,spraying 1.0mg/L
hormone ABA once every 3days,continuous sprayed 3times.
Keywords:Osmunda cinnamomea L.var.asiatica;spore;sexual propagation
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