几种植物生长调节剂组合对亚热带山地泥炭藓(Sphagnum palustre L.)生长影响的初步研究

张文娟，汪正祥，邓龙强，刘韬，李亭亭

(1.区域开发与环境响应湖北省重点实验室，湖北 武汉 430062; 2.湖北大学资源环境学院，湖北 武汉 430062;3.神农架国家公园管理局，湖北 神农架 442421)

泥炭藓湿地具有固碳、调节水文、维持和保护生物多样性的功能，亚热带山地泥炭藓湿地还是一些河流的水源地，具有十分重要的生态价值[1-5].泥炭藓属(Sphagnumspp.)植物作为泥炭藓湿地的优势植物，在稳定湿地生态系统、涵养水源等方面发挥着重要作用，同时泥炭藓属植植物含有丰富的泥炭纤维，通气透水性良好并且结构稳定，适宜作为植物栽培基质，已成为农业、花卉、园艺、包装、过滤生产中不可缺少的重要原材料[6-9].目前因泥炭藓具有的高商业价值，被人类大量的无序开采，最终导致亚热带山地泥炭藓湿地遭受严重的破坏[10-11].因此，研究如何缩短泥炭藓的生长周期，提高其生物产量，对于实现泥炭藓湿地的大规模恢复与泥炭藓的大规模人工种植具有重要意义.

植物生长调节剂是仿照植物激素通过人工合成、提取、发酵等方式得到一系列具有类似植物激素生理活性的物质[12-13]，可调节和控制植物生长，被广泛应用于调控种子萌发、植物生长、果实成熟[14-15].目前关于植物生长调节剂对苔藓植物影响的研究主要集中在对苔藓植物的光合色素、孢子萌发、原丝体发育的影响[16-21]，而关于植物生长调剂对泥炭藓生长影响的研究报道较少，目前仅见麻俊虎对贵州多纹泥炭藓(Sphagnummultifibrosu)的生长指标影响的研究[22]，以及刘宇对东北喙叶泥炭藓(S.flexuosum)和中位泥炭藓(S.magellanicum)的孢子萌发、原丝体发育[23]的研究.植物生长调节剂对亚热带山地泥炭藓湿地的优势物种——泥炭藓应用影响的研究较少.基于此，本研究选取市场上常见的4种植物生长调节剂，探究不同植物生长调节剂种类和浓度对亚热带山地泥炭藓生长的影响，以筛选最适宜泥炭藓生长的植物生长调节剂种类及浓度，为泥炭藓湿地的恢复及泥炭藓的产业化种植提供科学依据与实践指导.

1 实验材料与研究方法

1.1 实验材料选用吲哚乙酸(IAA)、萘乙酸(NAA)、赤霉素(GA3)、6-苄基腺嘌呤(6-BA)4种植物生长调节剂，其中IAA、NAA属于生长素类，GA3属于赤霉素类，6-BA属于细胞分裂素类.从湖北恩施七姊妹山泥炭藓湿地(109°40′06′′E，30°01′38′′N，海拔1 800 m)采集泥炭藓植株和黄棕壤.七姊妹山泥炭藓湿地的土壤类型为黄棕壤，泥炭藓生长状况良好，且覆盖度达到100%.

1.2 实验设计通过对湖北恩施七姊妹山泥炭藓湿地进行自然环境监测，模拟设定人工气候箱(A1000CMP6010)实验条件为：培养箱湿度维持在80%，白天(6∶00—18∶00)温度设定为20 ℃、光照度为1 200 lx；夜晚(18∶00—次日6∶00)温度10 ℃、光照度0 lx.

喷施控制实验：选取长势良好、大小均匀的泥炭藓植株剪取顶部1 cm头状枝，种植到装有黄棕壤的培养皿中(直径为9 cm).每个培养皿中种植5个头状枝，两天进行一次施水，每个培养皿每次施水10 mL.施水时随机调换培养皿位置，尽量保证所有样本的培养条件一致.在适应性培养一周后，开始进行生长调节剂添加处理.共选取4种植物生长调节剂：吲哚乙酸(IAA)、萘乙酸(NAA)、赤霉酸(GA3)、6-苄基腺嘌呤(6-BA)，每种调节剂设置4个浓度：0.1 mg/L、1 mg/L、10 mg/L、100 mg/L；另设置1个对照组0 mg/L.共17组处理，每组处理重复4次，共计68个样本.每两周喷施一次植物生长调节剂，每个培养皿每次喷施量为10 mL.每两天观察记录一次每个培养皿中泥炭藓生长状态，并拍照保存.

1.3 生长指标测量与数据分析实验约2个月结束.实验期间，每周统计泥炭藓的生长指标数据，包括覆盖面积、分枝长度、头状枝数量.实验结束时，采集所有样本，现场称量鲜重，随后将样品先室温阴干，再放入烘箱70 ℃条件下干燥48 h，测定泥炭藓的生物量(即干重).最后将样品研磨成粉末，采用靛酚蓝比色法、钼锑抗吸光光度法、火焰光度法分别测定泥炭藓样品中的总氮(TN)、总磷(TP)、总钾(TK).

通过双因素方差分析法，检验生长调节剂种类、浓度以及种类和浓度的交互作用对泥炭藓的各生长指标和生理指标的影响(如表1).运用单因素方差分析法，检验每种生长调节剂的不同浓度对泥炭藓各生长和生理指标的影响.使用多重线性回归分析检验各生理指标对泥炭藓生长的影响.采用S-N-K检验进行多重比较，显著性水平均设定为P=0.05.数据分析使用SPSS 23.0，作图使用Excel 2010.

表1 种类和浓度对泥炭藓(Sphagnum palustre L.)生长指标和生理指标影响的双因素方差分析

2 结果与分析

2.1 植物生长调节剂对泥炭藓生长指标的影响

2.1.1 IAA对泥炭藓生长的影响 IAA对泥炭藓的4个生长指标均有显著影响，随着生长时间的增加而愈加明显(图1).在实验第一周，分枝长度、头状枝数量和覆盖面积在IAA不同浓度处理之间均无显著性差异.从第二周开始，3个生长指标在不同浓度处理之间均出现显著性差异(分枝长度F=6.544，P<0.01；头状枝数量F=4.579，P<0.05；覆盖面积F=5.628，P<0.01)，均随着浓度的增加而增加.实验结束时，生物量在IAA不同浓度处理之间也有显著性差异(F=3.179，P<0.05)，且表现出与上述3种生长指标一致的趋势.在实验周期和处理范围内，随着IAA添加浓度的增加，泥炭藓的4个生长指标均呈现为持续性增加，在添加浓度为100 mg/L时达到最大值.

2.1.2 NAA对泥炭藓生长的影响 NAA对泥炭藓的4个生长指标均有显著影响，随着生长时间的增加而愈加明显.在实验第一周，分枝长度、头状枝数量和覆盖面积在NAA不同浓度处理下无显著性差异.从第二周开始，分枝长度和覆盖面积开始出现显著性差异(分枝长度F=7.397，P<0.01；覆盖面积F=5.351，P<0.01).从第五周开始，头状枝数量在NAA不同浓度下出现显著性差异(F=8.437，P<0.001).生物量在NAA不同浓度处理之间有显著性差异(F=4.548，P<0.05).实验末期，泥炭藓4个生长指标变化趋势较为一致，均随着NAA添加浓度的增加呈现先增加后降低的趋势.综合4个生长指标，泥炭藓的生长在NAA添加浓度为1 mg/L时达到最大值.

2.1.3 GA3对泥炭藓生长的影响 GA3对泥炭藓的4个生长指标均有显著影响，随着生长时间的增加而愈加明显.在实验第一周，分枝长度、头状枝数量和覆盖面积在GA3不同浓度处理下无显著性差异.从第二周开始，分枝长度和覆盖面积开始出现显著性差异(分枝长度F=13.589，P<0.001；覆盖面积F=5.330，P<0.01).从第三周开始，头状枝数量在GA3不同浓度下出现显著性差异(F=5.418，P<0.01).生物量在GA3不同浓度处理之间有显著性差异(F=13.938，P<001).实验末期，泥炭藓4个生长指标趋势较为一致，均随着GA3添加浓度的增加呈现先增加后降低的趋势；综合4个生长指标，泥炭藓的生长在GA3添加浓度为10 mg/L时达到最大值.

2.1.4 6-BA对泥炭藓生长的影响 6-BA对泥炭藓的4个生长指标均有显著影响，随着生长时间的增加而愈加明显.在实验第一周，分枝长度、头状枝数量和覆盖面积在6-BA不同浓度处理下无显著性差异.从第二周开始，分枝长度在不同浓度之间开始出现显著性差异(F=5.632，P<0.01)，从第三周开始，头状枝数量、覆盖面积在6-BA不同浓度下出现显著性差异(头状枝数量F=9.981，P<0.001；覆盖面积F=4.513，P<0.05).生物量在6-BA不同浓度处理之间有显著性差异(F=3.901，P<0.05).在实验周期和处理范围内，随着6-BA添加浓度的增加，泥炭藓的4个生长指标均呈现较为一致的先增加后降低趋势，在添加浓度为0.1 mg/L时达到最大值.

2.2 植物生长调节剂最佳浓度对上述4种植物生长调节剂最佳浓度(100 mg/L IAA、1 mg /L NAA、10 mg /L GA3、0.1 mg/L 6-BA)下的泥炭藓生物量进行比较(以生物量代表最终生产力)，结果表明其在4个最佳浓度之间无显著性差异，即在筛选出的4种植物生长调节剂的最佳浓度下，泥炭藓的生产力无显著性差别.

2.3 植物生长调节剂对泥炭藓生理指标的影响6个生理指标在IAA不同浓度处理下有显著性差异(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)).随着IAA添加浓度的增加，泥炭藓TN、N∶P、N∶K 这3个生理指标均呈现先增加后降低的趋势，在添加浓度为0.1 mg/L时达到最大值；TP、TK、P∶K这3个生理指标均呈现先降低后增加的趋势，在添加浓度为100 mg/L时达到最大值.

TN、TP、TK、P∶K在NAA不同浓度处理下均有显著性差异(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)).随着NAA添加浓度的增加，泥炭藓TP、TK、P∶K这3个生理指标均呈现为先增加后降低的趋势；TN呈现先降低后增加的趋势.N∶P、N∶K在NAA不同浓度处理下无显著性差异.

6个生理指标在GA3不同浓度处理下均有显著性差异(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)).随着GA3添加浓度的增加，泥炭藓TN、N∶P、N∶K这3个生理指标均呈现先降低后增加的趋势；TP、TK、P∶K这3个生理指标均呈现先增加后降低的趋势.

TP、TK、P∶K在6-BA不同浓度处理下均有显著性差异(TP(F=32.928，P<0.001)；TK(F=12.452，P< 0.001)；P∶K(F=24.648，P< 0.001)).随着6-BA添加浓度的增加，TP、TK、P∶K大体呈现先增加后降低的趋势.TN、N∶P、N∶K在6-BA不同浓度处理下无显著性差异.

2.4 泥炭藓生理指标对其生物量的影响多重线性回归分析表明，在6个生理指标中，TN是影响泥炭藓生产力的最重要因子.回归模型如下：

Y=-0.029*TN+0.506(R2=0.413，P<0.001).

3 讨论

已有研究表明，适当浓度的植物生长调节剂对植物营养器官的生长具有显著的促进作用[24].IAA促进植物抽枝、茎节伸长、枝条生根以及顶端芽的形成[25-28]；NAA促进细胞分裂与扩大，诱导形成不定根，促进扦插枝条生根等[29-30]；还可以刺激细胞伸长[31]；并且能防止落果，改变雌、雄花比率等；GA3可调节植物的多种生理活动，包括促进细胞伸长、种子发芽、茎叶的生长、打破休眠、促进开花、提高作物结实率或促使作物形成无籽果实等[32-33]；具有促进细胞分裂、调控营养物质运输、促进植物新陈代谢、延缓植物叶片的衰老和鲜花的枯萎、促进植物坐果等功能[34-37].在植物细胞分化与分裂方面有很大影响[38].

本研究表明4种植物生长调节剂均对泥炭藓生长均有促进作用，而多重线性回归分析表明泥炭藓TN含量对生物量有显著影响.在本研究范围内，随着IAA添加浓度的增加，泥炭藓生长表现出持续增加的趋势(图1)，TN呈现出先增加后降低的趋势(图6(1))；而NAA、GA3、6-BA均随着添加浓度增加，泥炭藓生长表现出先增加后降低的趋势(图2，图3，图4)，TN则呈现出先降低后增加的趋势(图6(2)、图6(3)、6(4)).

多重线性回归分析表明4种植物生长调节剂不同浓度处理下泥炭藓TN含量与生物量呈现显著的负相关性，这可能与喷施植物生长调节剂引起的泥炭藓TN含量的变化对泥炭藓生长产生的影响有关.

表2 大泥炭藓生物量与六生理指标之间的逐步线性回归分析

已有研究表明，中位泥炭藓(S.magellanicum)和锈色泥炭藓(S.fuscum)的生物量、分枝长度与TN含量(8～18 mg/g)之间呈现负相关性[39]；泥炭藓头状枝中TN含量与生物量呈负相关性[3]，这些研究结果与本研究结论一致.Bragazza等[40]认为，当TN在泥炭藓中的含量超过6 mg/g时，将对泥炭藓的生长起到限制作用，而本研究显示，当泥炭藓TN含量超过6.8 mg/g时，对泥炭藓生长产生限制作用，这也与Bragazza等人研究结果较一致.有研究表明，泥炭藓植物体内氮化合物的大量输入对其自身是有害的[41-42]；氮对泥炭藓生长的影响很大程度上取决于头状枝中的氮含量，并且存在一个临界值，超出临界值，氮的正效应变成负效应[43-45].前期李亭亭等[3]研究显示，在山地黄棕壤中，随着氮添加量的增加，泥炭藓头状枝中TN含量(13～19 mg/g)不断增加并导致生物量的持续降低，表明亚热带山地黄棕壤中的背景氮含量已满足泥炭藓生长的需求，无需再进行额外的氮添加.本研究在此基础上进一步表明，从亚热带山地黄棕壤中采集的泥炭藓，其自身组织中的TN已过量，喷施不同浓度的植物生长调节剂可不同程度地降低泥炭藓TN含量，减轻了过量N累积对泥炭藓生长的抑制作用，进而表现为促进泥炭藓生长然而，植物生长调节剂影响泥炭藓TN含量变化的作用机制，则需进一步研究阐释.

本研究得出了泥炭藓生长最佳的植物生长调节剂的处理组合，即喷施IAA、NAA、GA3、6-BA最佳浓度分别为100 mg/L、1 mg/L、10 mg/L、0.1 mg/L.目前针对生长调节剂应用于泥炭藓属物种的研究较少，就6-BA而言，刘宇[23]的研究结果表明，0.2 mg/L的添加量对中位泥炭藓(S.magellanicum)植株的生长影响最明显.这与本研究中泥炭藓的最佳6-BA浓度(0.1 mg/L)较为一致，可能是由于两者均为丘上种，其相似的生态位导致其对生长调节剂等的需要也较为接近.而其他关于生长调节剂对泥炭藓属物种影响的研究，麻俊虎的研究表明17.52 mg/L IAA和18.62 mg/L NAA对多纹泥炭藓(Sphagnummultifibrosu)生长影响最佳[22]，刘宇的研究表明喷施0.05～0.2 mg/L6-BA对喙叶泥炭藓(S.recurvum.)植株影响最佳[23].这与本研究中的最佳浓度有所区别，可能是泥炭藓物种不同导致的对植物生长调节剂的需求不同；也可能是与培养条件以及生长调节剂自身特性有关，如对于IAA，一般在高温下使用的浓度低一些，在低温下使用的浓度高一些[46]，且IAA本身极其不稳定易分解[47].

本研究中，植物生长调节剂对泥炭藓头状枝数量的影响，在实验前期(第2周、第3周、第4周)表现出较明显的规律性，但在实验后期(第5周、第6周)呈现出一定的波动(图1(2)、图2(2)、图3(2)、图4(2)).这是因为在实验后期，泥炭藓开始长出新的幼小头状枝，但受实验周期限制，新长出的幼小头状枝未有足够的时间表现出明显的规律性，进而导致我们无法从单一的头状枝数量指标来判断各植物生长调节剂对泥炭藓生长的影响.因此我们使用4种生长指标(分枝长度、头状枝数量、覆盖面积、生物量)综合进行分析，这也保证了研究结论的可靠性.

此外需要注意的是，本实验中NAA、GA3、6-BA对泥炭藓生长的影响呈现单峰模式，其对泥炭藓最适宜的喷施浓度(最佳浓度)可以确定.而受实验浓度范围设置有限的影响，本研究中IAA的最佳浓度(100 mg/L)是否为泥炭藓最适宜的喷施浓度仍未可知，需要进一步实验扩大浓度处理范围来确定.

4 结论

1)一定浓度的植物生长调节剂对泥炭藓的4个生长指标(覆盖面积、分枝长度、头状枝数量、生物量)均有显著影响，能够显著促进泥炭藓生长.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种植物生长调节剂最佳处理浓度.这为泥炭藓湿地的快速恢复及泥炭藓的产业化种植提供一定的科学依据.

2)在6个生理指标中(TN、TP、TK、N∶P、N∶K、P∶K)，TN是影响泥炭藓生产力的最重要因子，其回归模型为Y=-0.029*TN+0.506(R2=0.413，P< 0.001).在本研究范围内泥炭藓TN含量超过6.8 mg/g时，对泥炭藓的生长产生限制作用.对TN含量的限制性作用需要进一步实验进行阐释.

致谢感谢湖北大学熊蔚、马茹悦、陈荣友、刘苗苗、李怀祥在实验中给予的帮助.