全 文 ：武汉植物学研究 2007，25(6)：601—604
Journal of Wuhan Botanical Research
除草剂二氯喹啉酸对粗梗水蕨有性繁殖的影响
陶玲 ，尹黎燕 ，李伟h
(1．中国科学院武汉植物园水生植物生物学实验室，武汉 430074；2．中国科学院研究生院，北京 100049)
摘 要：研究了除草剂二氯喹啉酸对国家二级重点保护野生植物粗梗水蕨(Ceratopterls pterldoides)有性繁殖的影
响。研究发现二氯喹啉酸对粗梗水蕨孢子萌发没有影响，但对粗梗水蕨配子体生长有抑制作用，二氯喹啉酸浓度
和粗梗水蕨配子体面积呈明显剂量一效应关系，二氯喹啉酸对粗梗水蕨配子体生长抑制的Ec砷为0．48 mg·L～。随
着二氯喹啉酸浓度从0．1 mg·L 开始升高，粗梗水蕨配子体分化形成的雌雄同体配子体逐渐减少，同时雌雄同体
配子体上颈卵器形成时间推迟，颈卵器数量减少。当二氯喹啉酸浓度为4 mg·L 时，没有雌雄同体配子体形成。
以上研究结果表明，粗梗水蕨配子体生长受到二氯喹啉酸的抑制，自身的成精子囊素性别调控系统间接受到影响，
导致粗梗水蕨有性繁殖能力减弱。该研究可为除草剂对非靶标水生植物的生态风险评价提供基础资料，保护水生植
物多样性。
关键词：水蕨属；除草剂 ；配子体；性别分化
中图分类号 ：Q945．5 文献标识码 ：A 文章编号：10oo一470X(2007)06—0601—04
Efects of Herbicide Quinclorac on Sexual Reproduction
of Ceratopteris pteridoides
TAO Ling ，YIN Li—Yan ，LI Wei ’
(1．Laboratory ofAquaticPlantBiology，WuhanBotanicalGarden，The Chinese Academy ofSciences，Wuhan 430074，China
2．Graduate School oftheChineseAcademy ofSciences，Beijing 100049，China)
Abstract：The environmental impacts of herbicides cannot be overlooked when increasing attention iS
being focused on environmental issues．It is possible that rice herbicides are having adverse effects on on—
target plants that grow around paddy fields．Th e efects of herbicide quinclorac on sexual reproduction of
Ceratopteris pteridoides the second category of the key protected wild plants were studied in this paper．
Results showed that quinclomc had no effect on germination of C pteridoides．However．it dose—dependently
inhibited the gametophyte growth of C．pteridoides with the EC50 of 0．48 mg·L～．The hermaphrodite
gametophyte ratio was reduced and archegonium diferentiation was delayed with dose dependent manner
when quinclorac concentrations were higher than 0．1 mg·L～．While quinclorac concentration reached
4 mg·L～ ，male but no herm aphrodite gametophyte form ed．Th ese results indicate that quinclorac affects
the sexual reproduction of C．pteridoides by inhibiting the gametophyte growth and indirectly disturbing the
antheridiogen systems of C．pteridoides．Th is can provide fundamental data to the ecological risk assess—
ment of herbicides contamination on non—target aquatic plants and protect the aquatic plan t biodiversity．
Key words：Ceratopteris Brongn；Herbicide；Gametophyte；Sexual differentiation
水蕨属(Ceratopteris Brongn)是水蕨科唯一的一
个属，在我国有水蕨(C．thalicroides)和粗梗水蕨(C．
pteridoides)两个种 ¨ ，均为国家二级重点保护野生
植物[21。水蕨属植物具有较高的食用价值和一定
的药用价值，也是研究植物遗传学的好材料，因此备
受关注。
农业生态系统中生物多样性保护逐渐受到关
注 J。除草剂可能会污染农田周围水域并对非靶
标水生植物产生负作用 J，导致农田周围水域水
生植物多样性降低，其中除草剂对敏感珍稀濒危水
生植物的影响也应该考虑在 内 J。Aida等研究
了除草剂对 日本满江红 (AzoUajaponica)、槐 叶萍
收稿日期：2007—04-13，修回日期 ：2007—08-27。
基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2005AA6010100503)；国家自然科学基金资助项目(30570291)；国家重点基础研
究发展规划项目(2002CIM12300)资助。
作者简介：陶玲(1981一)，女，硕士研究生，主要研究方向为水生植物生态学。
} 通讯作者(E—mail：lwei@Tose．whiob．ac．on)。
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武 汉 植 物 学 研 究 第25卷
(Salvinia natans)等蕨类植物生长的影响，发现沟渠
和河流中残留的除草剂苄嘧磺隆对这些日本濒危蕨
类植物的生长产生抑制作用 J，除草剂对非靶标水
生植物特别是濒危植物的影响逐渐被引起重视。在
我国，水蕨属植物主要分布于稻田、水沟、湖泊等生
境，其有性繁殖时期与稻田除草剂施用时间一致。水
蕨属植物的有性繁殖更容易受到影响。目前，有关
除草剂对濒危蕨类植物有性繁殖影响方面的研究还
未见报道。除草剂二氯喹啉酸(quinclorac)是 目前
国内应用最广泛的稻田除稗剂之一，在土壤中有一
定的积累性，易对后茬敏感作物产生药害，对地下水
也存在潜在的污染 J。我们通过研究除草剂二氯
喹啉酸对国家二级重点保护野生植物粗梗水蕨有性
繁殖的影响，以期为安全使用除草剂、保护水生植物
多样性和水生生态环境提供理论依据。
1 材料与方法
1．1 材料
粗梗水蕨(Ceratopteris pteridoides)孢子采 自湖
北斧头湖，孢子叶采回后装入纸袋自然晾干，待孢子
自然脱落后收集，常温保存。除草剂为50％二氯喹
啉酸可湿性粉剂。
1．2 实验方法
二氯喹啉酸用 KnoR’s营养液按照逐级稀释的
方法配成0．01、0．1、0．4、0．8、1、2、4 mg·L 的
浓度梯度，浓度均为有效成分含量浓度，现用现配。
实验时先在 6 cm培养皿中加入 5 mL各浓度二氯喹
啉酸溶液，再各加入 1滴粗梗水蕨孢子悬浮液，约
1000个孢子。以Knop’s营养液为对照。每个浓度6
个重复。培养皿置于光照培养箱，光照强度1500 lx，
(28±0．5)℃培养。孢子接种 7 d后，每个浓度取 3
个培养皿在体视显微镜下观察和计算孢子萌发率，
并在显微镜下拍摄配子体发育照片并计算配子体面
积，每个培养皿拍摄5个配子体面积照片。其后，每
天观察配子体发育状况并记录配子体上颈卵器出现
时间和颈卵器数目，14 d后统计另外 3个培养皿中
雌雄同体配子体的数量。
1．3 数据分析
所有数据用 SPSS10．0进行分析。粗梗水蕨配
子体面积 对二氯 喹啉酸 的反应 采用 log—logistic
concentration model-1 进行拟合：
T T— r ． =
一
。1+exp[B(1ogx—log(EC50))]。
其中u代表配子体对除草剂的反应，C和D分
别代表配子体对除草剂反应的下限和上限，EC卯代
表除草剂对配子体产生半数效应时的浓度，B代表
曲线在 EC卯处的斜率。本实验中配子体对除草剂
的反应的上限和下限设定为对照值和0。采用方差
分析方法比较不同浓度除草剂对粗梗水蕨孢子萌发
和配子体性别分化的影响。
2 结果与分析
2．1 二氯喹啉酸对粗梗水蕨孢子萌发的影响
粗梗水蕨孢子萌发以假根的出现为标志[1 。
孢子接种7 d后 ，对照和二氯喹啉酸处理后的粗梗
水蕨孢子均能萌发，孢子萌发率见图 1。方差分析
表明，各浓度处理之间及和对照相比，粗梗水蕨孢子
萌发率都没有显著差异(P>0．05)。
0 0．0l O．1 0．4 0．8 l 2 4
二氯喹啉酸浓度 (rag·L’)
Quinclorac concentration
图 1 二氯喹啉酸对粗梗水蕨孢子萌发率的影响
(数据表示为平均值 ±标准差)
Fig．1 The efect of quinclorac on spore germination rate
ofC．pteridoides[Values are average±SD(n=3)]
2．2 二氯喹啉酸对粗梗水蕨配子体生长的影响
粗梗水蕨孢子接种 7 d后，对照组中生长较快
的粗梗水蕨配子体已经开始性别分化。形成心形的
雌雄同体配子体和盾形雄性配子体。二氯喹啉酸
0．01mg·L 浓度中，粗梗水蕨配子体的发育与对照
中一致。但从二氯喹啉酸浓度0．1 mg·L 开始，粗
梗水蕨配子体面积均显著小于对照(P<0．05)，且
均未开始性别分化。随着二氯喹啉酸浓度升高，粗
梗水蕨配子体面积减小，粗梗水蕨配子体面积对二
氯喹啉酸 的反应用 log—logistic concentration model
拟合后(见图2)，由拟合曲线得出二氯喹啉酸对粗
Control 0
．01 0．1 1 10
二氯喹啉酸浓度(rag·L‘)
Quinclorac concentration
图 2 二氯喹啉酸对粗梗水蕨配子体生长的影响
(数据表示为平均值 ±标准差)
Fig．2 The efect of quinclorac on gametophyte growth of
cpteridoides[Values are average±SD(n=3)]
∞ 踟 ∞ ∞ 加 O
等 g 焉u1 g 20dS
一一瓣 罄
呕 ∞ O
n n n n
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第6期 陶玲等：除草剂二氯喹啉酸对粗梗水蕨有性繁殖的影响 603
梗水蕨配子体生长的 EC卯为0．48 mg·L～。
2．3 二氯喹啉酸对粗梗水蕨配子体分化的影响
二氯喹啉酸处理后，除了0．01 mg·L 浓度外，
随着二氯喹啉酸浓度升高，粗梗水蕨分化形成的雌
雄同体配子体减少，雄性配子体增加，雌雄同体配子
体占所形成的配子体比例下降，且粗梗水蕨配子体
分化形成的雌雄同体配子体的比例与对照相比均有
显著差异(P<0．05)。当二氯喹啉酸为4 mg·L 浓
度时，粗梗水蕨配子体全部分化为雄性配子体，没有
雌雄同体配子体形成(见图3)。
雹 二氯喹啉酸浓度(mg· )
Quinelorae concentration
图 3 二氯喹啉酸对粗梗水蕨配子体分化的影响
(数据表示为平均值±标准差，不同字母表示差异显著)
Fig．3 The efect of quinc]orae ol gametophyte diferentiation
0fCpteridoides[Values are average．4-SD(n=3)，diferent
letter mean8 signifcant diference(p<0．05)]
2．4 二氯喹啉酸对粗梗水蕨配子体上颈卵器形成
的影响
二氯喹啉酸浓度从 0．4 mg·L 开始，粗梗水蕨
配子体上颈卵器形成的时间开始推迟，形成的颈卵器
数量减少，二氯喹啉酸浓度为 2 mg·L 时，粗梗水蕨
雌雄同体配子体上形成的边缘分生组织向中间靠拢，
仅形成—个颈卵器。二氯喹啉酸浓度为4 mg·L 时，
粗梗水蕨配子体上没有颈卵器形成，所有配子体只分
化出精子器，形成雄性配子体(见表 1)。
表 1 二氯喹啉酸对粗梗水蕨配子体上颈卵器形成的影响
Table 1 The efect of quinclorac on archegonium
differentiafiON of Cpter／do／des gametophytes
二氯喹啉酸
浓度(mg·L )
Quinclorac
concentration
颈卵器出现
时间(d)
Day archegonium
developed
颈卵器数量(个)
Archegonium
nunlber
0
0．01
0．1
O．4
O．8
1
2
4
3 讨论
除草剂二氯喹啉酸处理后，粗梗水蕨孢子的萌
发率与对照之间没有显著差异，表明二氯喹啉酸不
影响粗梗水蕨孢子的萌发。可能的原因是二氯喹啉
酸只能在粗梗水蕨孢子萌发以后，被配子体细胞吸
收才能产生毒性作用。
水蕨属植物配子体性别的决定与配子体发育速
度相关。在一个孢子群体当中，体积大的孢子形成
的配子体生长快，先在配子体一侧形成分生组织，并
在分生组织分化出颈卵器，发育成为雌雄同体配子
体。雌雄 同体配子体向环境 中分泌成精子囊素
(Ace)，生长慢的配子体在成精子囊素的作用下形
成雄性配子体 ¨。水蕨 (C．thalicroides)的配子体
在IBA、LAA、NAA、2，4一D等激素相应浓度处理后，
随激素浓度升高，配子体面积也逐渐减小，分化形成
的雌雄同体配子体减少，雄性配子体增加。Hickok
和 Kiriluk推测是由于水蕨配子体生长受到抑制，只
有少数的配子体能相对快速生长继续生长分化为雌
雄同体配子体，大多数配子体生长缓慢或停滞，在成
精子囊素存在的情况下全部发育为雄性配子体，随
浓度逐渐升高，形成的雌雄同体配子体的数量越
少 ¨。本实验中粗梗水蕨配子体对二氯喹啉酸的
反应与此相似。可见，水蕨属植物配子体的分化特
异受到成精子囊素的控制，二氯喹啉酸不会直接影
响其配子体的分化。但二氯喹啉酸达到一定浓度
时，配子体生长会受到抑制，间接影响其性分化，使
雌雄同体配子体减少并形成时间推迟，颈卵器减少，
最终会导致孢子体减少和形成时间推迟。因此，在
野外环境中，粗梗水蕨配子体生长过程中，其环境中
存在的除草剂达到抑制的浓度时，就会使有性繁殖
能力减弱。植物种群数量减少，种群遗传变异程度
有可能也产生变化。水蕨属植物种群相对隔离，种
群个体达到一定数量才能维持其种群内数量性状的
遗传变异以及种群对未来环境变化的适应能力 引¨。
因此在受到除草剂污染后，种群内个体数 目减少和
遗传多样性变化可能使粗梗水蕨及其它水蕨属植物
更易遭到种群灭绝的危险。
除草剂导致水生植物的减少或灭绝 ，一些淡水
物种的灭绝是否与除草剂的使用有关值得研究 ¨。
我们研究了除草剂二氯喹啉酸对粗梗水蕨配子体生
长及分化 的影响，发现 当二氯喹啉酸浓度达到
0．1 mg·L 时，粗梗水蕨有性繁殖受到抑制。本实
验中仅研究了二氯喹啉酸这一种除草剂对粗梗水蕨
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武 汉 植 物 学 研 究 第 25卷
有性繁殖的单一毒性，但目前国内普遍使用由多种
除草剂复配而成的复配剂。今后，应研究多种除草
剂联合作用下对非靶标水生植物特别是国家保护水
生植物的影响，以反映非靶标水生植物受到环境中
除草剂残留的影响，并采取合理有效措施，减少除草
剂污染对生态环境的破坏。
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