三种诱导因子对凤眼莲生长发育的影响

王立新，王　非，徐武升，尹　凡

（常熟理工学院 a.生物与食品工程学院；b.化学与材料工程学院，江苏 常熟 215500）

三种诱导因子对凤眼莲生长发育的影响

王立新a，王非a，徐武升a，尹凡b

（常熟理工学院 a.生物与食品工程学院；b.化学与材料工程学院，江苏 常熟 215500）

利用磁铁、那氏齐齐发诱导剂及萘乙酸对凤眼莲进行诱导，通过测量其单株鲜重的增长量，根长及叶长增长量，分蘖数等形态指标显示：2000倍液的那氏齐齐发诱导剂能使凤眼莲根长、叶长增长显著，由此引发植株鲜重增重，同时还能诱导大量分蘖.一定强度的磁诱导效果次之，萘乙酸诱导效果相对较差.以不同浓度的萘乙酸溶液诱导凤眼莲幼苗显示较强的生理效应，其中以0.5 mg/L浓度的效果最明显.

诱导；形态指标；凤眼莲

随着城市工业与服务的发展以及城市人口的增加，产生大量的工业废水和生活污水，由此带来的水环境污染问题日益严重.如何快速有效地修复被污染的水体已成为人类当前殛待解决的重要课题.水体的修复应首先把重点放在消减水体中的氮磷上，水生植物可通过自身组织吸收直接去除水体中的氮和磷，在污染水体修复中占据着举足轻重的地位.常见的挺水、浮水和沉水植物往往只能存活于轻度富营养化水体，且沉水植物在生长到一定程度后的移除存在一定困难，且城区河道光照较弱，因而难以应用于城市河道水环境改善中.

凤眼莲（Eichhornia crassipes Mart.），又称水葫芦，生长繁殖快、耐污能力强，且能够快速、高效地从水体中吸收氮磷营养盐，并对多种重金属具有较强的吸收、转运能力，是最合适的快速移除水体中氮磷的水生生物［1］.然而，在实际应用中，由于凤眼莲具有超强的繁殖能力，若没有合适的方法加以控制，往往占据全部水面，挡住阳光，又会造成水体缺氧而使水下生物灭绝，破坏生态系统.同时，死亡的凤眼莲在水体中腐烂，又会造成水体的黑臭.因此，如何通过诱导改变凤眼莲的特性，既保持其耐污能力强、快速高效地吸收氮磷及多种重金属以及利用其根系分泌的化感物质杀灭水体中的绿藻，同时又能够控制其繁殖速率，从而适用于城区河道水环境改善，成为迫切需要解决的问题.

在凤眼莲的诱导变异研究中，云南省生态农业研究所那中元科研团队获得了突破性的成果，他们将普通凤眼莲通过诱导变异，培育出了新型的品种“巨紫根水葫芦”.改良后的凤眼莲和普通凤眼莲相比，其最大优势是叶片生长缓慢，叶柄及叶面较小，根系发达，平均长80 cm左右.本研究目标为诱导培育一种适合于苏南地区栽种，同时具有发达根系，可控繁殖速率且快速吸收水体中氮磷的“类巨紫根水葫芦”，为水体环境的改善提供一种可行的水生植物品种.

1　材料和方法

1.1实验材料

凤眼莲采自江苏省常熟市古里镇苏家尖河道.并取该河道水为培养液（总氮含量 3.8 mg/L，总磷含量（0.23 mg/L）在实验室进行驯化培养.

1.2实验方法

1.2.1培养方法

选用塑料桶（上部内径20 cm，下部内径15 cm，桶高20 cm）作为试验容器.桶外用多层报纸包裹以模拟根系黑暗环境.选择生长良好的成熟植株，移入塑料桶中，每桶加水4 L在自然光照条件下培养.那氏齐齐发诱导剂（2000倍液）及萘乙酸（1 mg/L）溶液以叶面喷施方法进行外源添加，磁化处理利用半径为0.5 cm，厚0.2 cm的磁铁5枚均匀放置于桶底（平均每枚磁感应强度140 mT，HT20便携式数字特斯拉计进行测量），以不作任何处理为对照组，每组设3桶平行，每桶三株.不同浓度萘乙酸处理选用幼嫩植株进行实验.

1.2.2生物量以及形态指标的测量

处理16 d后测定植物单株鲜重、根长、叶柄长及叶片长等变化量.计算公式如下：

鲜重变化量=处理后鲜重-处理前鲜重

根长变化量=处理后根系长度-处理前根系长度，叶长等同上.

1.3数据处理

利用excel软件进行数据处理和作图，并用origin软件对其进行显著性差异分析.

2　结果与分析

2.1三种诱导因子对凤眼莲各生长指标增长量的影响

由表1知，三种诱导因子处理与对照相比对凤眼莲的生长均出现不同程度的影响.首先表现在对植物鲜重的影响上，未经任何处理的对照组经过16 d的培养，鲜重增加了5 g，其中还包括新发生的分蘖重量.而三种处理后的鲜重均出现很大程度的增长，其中尤以那氏齐齐发诱导组增长明显，与对照组相比差异极显著.在根长及叶长这两组数据中，那氏齐齐发诱导组同样也表现出较强的特异性.但从叶长/根长增长量比值来看，磁铁诱导组仅为0.22，远低于对照组.从分蘖数值上看那氏齐齐发诱导组最高，萘乙酸处理组其次.

表1　三种诱导因子处理对凤眼莲各生长指标增长量的影响

2.2不同浓度萘乙酸对凤眼莲鲜重、根长增长量的影响

利用不同浓度萘乙酸对凤眼莲幼株进行诱导，由图1可看出，凤眼莲根长增长量的变化与萘乙酸的浓度有很强的相关性.当浓度为0.5 mg/L时，随着诱导时间的延长，凤眼莲的根长一直保持着较高的增长速率，而其他各组与对照组相比没有表现出很强的诱导效果，尤其是100 mg/L组，其根长的平均生长量比对照组低.而图2表示的对凤眼莲鲜重的影响趋势与根长基本相似.

图1　不同浓度萘乙酸对凤眼莲根长增长量的影响

3　讨论

凤眼莲作为一种代表性的入侵植物，其对环境具有很强适应性的表现途径在于形态特征和生长特性的多变.同一基因型在不同环境条件下可以产生不同的表型特征称为表型可塑性.有研究表明，凤眼莲在不同生态地区有不同的形态特征，其最主要表现在株型发生明显变化上［2］.我们的观察同样也验证了此观点，从云南引种的“巨紫根水葫芦”在常熟苏家尖富营养化水体中栽种后其外观形态发生了巨大变化，表现为茎节以上部位生长旺盛、茎叶长度增加而根的长度却明显变短.发生这种改变可能的原因是由于凤眼莲生长环境中光照及氮素营养条件的不同［3］.富营养化水体普遍含氮比较高，作为吸收器官的根系由于没有太大的营养吸收压力，故表现出长度上的明显缩短及须根及根毛数量的显著减少.此时的凤眼莲会将更多的生物量分配给碳素同化器官即叶柄及叶片.同时江苏地区相对于“巨紫根水葫芦”的原产地云南来说，其光照条件同样也发生了很大的变化，相对较低的日照强度同样也刺激叶柄长度及叶片面积的进一步增加，由引种初期的10 cm左右激增至现在的25 cm，而根长反而缩短至10 cm.由此，从外观形态上看，“巨紫根水葫芦”已经失去了其原有的优良性状.

图2　不同浓度萘乙酸对凤眼莲鲜重增长量的影响

磁诱导对水培植物根系的形态及生理功能的影响也常有报道［4-5］，磁处理作为一种物理诱导方法是基于磁化处理能够活化水分子、提高水中溶解氧的浓度等因素.我们利用磁铁对凤眼莲进行的诱导从鲜重、根系、叶片等方面也有相对明显的效果.在叶长/根长中达到最低.但在实际应用中缺乏可操作性.

那氏齐齐发是由云南省生态农业研究所那中元教授原创发明的一种植物表型诱导剂，该产品能够激发、诱导作物潜在的、休眠的基因潜能，通过提高作物自身的调控能力来达到抗逆、增产等目的.那氏齐齐发诱导剂经常被用于陆生作物及蔬菜的种植［6-7］.而对于水生植物的诱变作用鲜有报道.利用1：2000浓度的那氏齐齐发对凤眼莲进行诱导其结果与对照组相比出现极显著的效果，具体表现为鲜重的明显增加及根系长度的大幅度增大，同时还表现为分蘖数的增多即繁殖能力的增强.

生长素类激素发现最早，虽然结构简单但作用非常广泛，如调控植物的器官发生和形态建成［8］，外源类激素同样也能达到相应生理效应［9］.从利用不同浓度萘乙酸诱导凤眼莲幼株结果来看：不管是对于植株的鲜重以及根长的作用，与同期对照组相比均有很大的不同，表现出很强的浓度效应.其中尤以0.5 mg/L组作用最为明显.而且随着培养时间延长至70 d，0.5 mg/L诱导组的根长绝对值达25 cm左右，而此时的对照组仅为11 cm.对于成熟植株，萘乙酸短期诱导没有那氏齐齐发诱导剂组效果明显.生长素类激素在体内具有极性运输特点［10］.利用外源萘乙酸对凤眼莲进行叶面喷施取得一定的效果也是基于该运输方式的存在.生长素的感受部位为根尖、茎尖等顶端部位，而根对于低浓度的生长素类激素反应较其他部位更加敏感.以此解释幼株比成熟植株反应灵敏的可能原因.

综上所述，我们认为，利用1：2000浓度的那氏齐齐发诱导剂对凤眼莲进行叶面喷施确实为一个效果好同时又有很强操作性的诱导办法，通过此方法实现了对原有品种凤眼莲外观形态的改变，突出表现为根长变长，根系发达.其超强的繁殖能力可通过人工移除加以克服.同时在早春时期利用0.5 mg/L萘乙酸溶液对新发生的凤眼莲幼株进行叶面喷施也不失为一种较好的诱导方法.而经诱导的凤眼莲的耐污染能力尤其是其净化水体能力的大小还需后续实验加以测定.

［1］高雷，李博.入侵植物凤眼莲研究现状及存在的问题［J］.植物生态学报，2004，28（6）：735-752.

［2］李霞，任承钢，王满，等.不同地区凤眼莲的光合生态功能型及其生态影响因子［J］.中国生态农业学报，2011，19（4）：823-830.

［3］李卫国，王建波.光照和氮素对外来植物凤眼莲生长和生理特性的影响［J］.武汉大学学报：理学版，2007，53（4）：457-462.

［4］赵兰芝，冯玉红，郑树景，等.磁体对两种植物水培驯化效果的研究［J］.现代园艺，2011（15）：5-6.

［5］马杰，赵兰芝，蔡祖国，等.磁铁在水培驯化中的作用研究［J］.现代农业科技，2011（8）：183-184.

［6］王寒冰，张波.那氏齐齐发诱导剂在园林植物上的试验及应用［J］.中国园艺文摘，2011（2）：39-42.

［7］王小平，肖满开，江潮.那氏齐齐发在莴笋上的应用效果［J］.安徽农业科学，2007，35（7）：1936.

［8］Bohn-Courseau I.Auxin：A major regulator of organogenesis［J］.Plant Biology and Pathology，2010，333（4）：290-296.

［9］周索，杜丽.四种生长素对拟南芥根生长发育的影响［J］.北方园艺，2008（3）：51-52.

［10］任怡怡，戴绍军，刘炜.生长素的运输及其在信号转导及植物发育中的作用［J］.生物技术通报，2012（3）：9-16.

Effects of Three Kinds of Inducing Factors on the Growth of Eichhornia crassipes

WANG Li-xina，WANG Feia，XU Wu-shena，YIN Fanb
（a.School of Biology and Food Engineering；b.School of Chemistry and Material Engineering, Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China）

Changes of fresh weight，the length of roots and leaves，the number of tillers in Eichhornia crassipes were studied under magnet，nashi778 and NAA inducer.The result indicated that 0.5mg/l nashi778 could sig⁃nificantly enhance the length of roots and leaves，increase fresh weight and the number of tillers.The effect of magnet was better than that of NAA.Different concentrations of NAA were used on Eichhornia crassipes seed⁃ling，and the result showed that 0.5 mg/L had the most obvious physiological effect.

inducement；morphological quota；Eichhornia crassipes

Q945.79

A

1008-2794（2015）02-0116-04

2014-06-20

常熟市科技发展计划项目“基于水葫芦诱导变异的河道水环境改善组合生态修复技术应用研究及示范”（CS201211）通讯联系人：王立新，高级实验师，硕士，研究方向：植物生理生化，E-mail：wlx26@tom.com.