许泽康 武华周 朱国鹏 徐诗涛 金有亮 陈秋波
摘 要 设计7种不同的栽培基质配方,通过测定鸟巢蕨叶片的可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白、叶绿素及光合特性指标,以筛选适宜鸟巢蕨生长的配方。结果表明:不同基质对鸟巢蕨碳水化合物、可溶性蛋白、叶绿素含量及光合特性指标存在显著性差异;根据主成分分析结果显示,以纯椰糠作为基质最适宜鸟巢蕨的生长,该基质适合在海南鸟巢蕨的大规模生产中进行推广应用。
关键词 鸟巢蕨;基质;生长;生理指标
中图分类号 Q914.85 文献标识码 A
Effects of Different Media on the Growth and Leaf
Physiological Characteristics of Asplenium nidus
XU Zekang1,2,4, WU Huazhou1,5, ZHU Guopeng2,3,
XU Shitao4,5*, JIN Youliang4,5, CHEN Qiubo1
1 Institute of Tropical Crop Germplasm Resources, Chinese Academy of Tropical
Agricultural Science, Danzhou, Hainan 571737, China
2 Trpical Crop Germplasm Conservation and Utilization, Laboratory of Ministry of Education,
Hainan University, Haikou, Hainan 570228, China
3 College of Horticulture and Landscape Architecture, Hainan University, Haikou, Hainan 570228, China
4 Applied Sci-tech College, Hainan University, Danzhou, Hainan 571737, China
5 Haikou Diwang Flora Company, Haikou, Hainan 570208, China
Abstract Asplenium nidus is an important foliage plant with high food value. Filtering appropriate culture medium is important for scale production. The determination of leaf soluble sugar, starch, soluble protein, chlorophyll and photosynthesis index was used to select the suitable culture medium for the growth of Asplenium nidus. It was found the effects of different culture medium on carbohydrates, soluble protein, chlorophyll content and photosynthetic characteristics were significantly different. Principal component analysis indicated that coconut chaff, peat soil and volcanic rock and were a more suitable culture medium. The optimization of the matrix formula could provide references for A. nidus in mass production in Hainan Province.
Key words Asplenium nidus;Culture medium;Growth;Physiological index
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.01.008
鸟巢蕨[Neottopteris nidus(L.)J. Sm.]又称巢蕨、王冠蕨、山苏,是铁角蕨科巢蕨属的多年生草本植物[1],附生在岩石或阴湿的树干上[2],主要分布在热带、亚热带的热带雨林中,为大型附生植物,在海南、台湾、云南和广西等地均有分布[3]。鸟巢蕨不仅是优良的园林景观植物、室内盆栽植物,还是主要的插花叶材,市场需求量较大[4]。已有研究结果表明,鸟巢蕨具有较高的药用价值,可在跌打损伤、骨折、血瘀、头痛、阳痿等方面起作用[5];并且在台湾已从野菜佳肴逐步发展成规模化的栽培种植[6],徐诗涛等[5]对海南岛鸟巢蕨营养成分进行分析,结果发现其具有较高的食用开发价值。但因鸟巢蕨具有较高的经济价值,海南岛野生鸟巢蕨遭到一定程度的破坏,致使野生资源濒临灭绝。
人工种植成为解决这一问题的主要途径。鸟巢蕨既可利用孢子进行繁殖[7],也可进行分株繁殖[8],且组织培养技术也已成熟[9]。但关于鸟巢蕨栽培技术的研究较少,鸟巢蕨适宜生长在疏松、富有有机质的土壤中。开发这一种优质的园艺和药用植物的种植技术,对丰富园林配植素材、提高园林景观的观赏价值、拓展园林绿化的层次和空间、增加城市园林和城市林业的景观多样性和生物多样性、创造可观的经济效益和生态效益等具有十分重要的意义。本研究设计不同的种植基质,经过8个月的种植后,测定鸟巢蕨的生理和光合指标,旨在解决以下几个问题:(1)不同的基质对其叶片生长特性的影响;(2)不同基质对其光合特性的影响;(3)哪种基质更适合鸟巢蕨的生长。
1 材料与方法
1.1 材料采集与驯化
植株均采自海南热带雨林霸王岭海拔700 m左右的山坡树干、岩石上。于2012年3月初挖取同一株型、大小一致的“停滞期”中型鸟巢蕨[10],连带其根部附带土,带回海南省海南大学儋州校区园艺园林学院基地,隔离静置数天,以适应驯化环境。驯化的遮阴棚温度约为18~22 ℃,相对湿度约为60%~90%,光照强度为3 800~4 000 lx。
1.2 方法
1.2.1 基质配比与材料处理 试验采用椰糠(海南博大兰花科技有限公司)、火山石(海南火山口附近的碎石)、泥炭和海泥(海南博大兰花科技有限公司)为基质组成材料,按照表1所列的体积比进行配比混合。用0.3%的高锰酸钾溶液消毒,混合均匀并覆膜7 d,以保证基质内部充分发热以杀死潜藏的虫卵和病菌。
1.2.2 实验设计 采用完全随机实验设计,将火山石、椰糠、泥炭和海泥灭菌消毒后,分别按单一基质或混合基质配比(其理化特性见表2)种植鸟巢蕨,共7个配方处理,每处理10株为一组,重复3次,以普通园土种植作为对照(表1)。日常水肥、病虫害管理参照黄勇[11]关于鸟巢蕨的栽培方法。
1.2.3 基质理化性质测定 各基质的理化性质参照鲍士旦等[12]的方法测定化学性质,有机质采用重铬酸钾容量法测定,总N采用凯氏法测定,总P采用钼铵兰比色法测定,总K采用氢氧化钠熔融法测定,碱解N采用碱解扩散法测定,速效磷采用钼蓝比色法测定,速效K采用1 mol/L醋酸铵浸提火焰光度法测定,pH值采用酸度计测定。
1.2.4 测定指标 逐日观察鸟巢蕨长势,栽培8个月后,取各基质栽培的鸟巢蕨完全展开的成熟叶片,参照黄勇[11]的测定方法测定可溶性糖、淀粉的含量,参照李合生[13]的试验方法测定叶片可溶性蛋白质的含量。
采用分光光度法[11]测定叶绿素含量。取鸟巢蕨叶片0.2~0.3 g,加95%乙醇10 mL,提取直至无绿色为止。提取液在波长663、645 mn下测定吸光度,95%乙醇为空白。
叶绿素(a、 b)总含量/(mg/g)=(7.90×OD663+17.95×OD645)V/1 000×W
采用美国LI.COR公司(笑国)生产旳LI-6400便携式光合作用测定仪对鸟巢蕨完全展开的成熟叶片进行测定,进行净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO2浓度(Ci)的测定。于中午12:00~13:00时,对鸟巢蕨完全展开的倒数成熟5片叶进行测定,测定时光强约为300 mmol/(m2·s),温度为35 ℃,每株测3片叶[11]。
1.3 数据分析
采用Excel 2010进行分析数据整理和图表制作,在Spss13.0软件上采用Duncan法进行差异显著性检验及主成分分析。
2 结果与分析
2.1 不同基质对鸟巢蕨生长的影响
由图1-Ⅰ可知,不同基质对鸟巢蕨的影响显著,尤其是在新增叶片数量方面。其中,基质A和基质E最能促进新叶的产生,在栽培8个月后可新增叶片4.7片,与对照差异达显著水平(p<0.05);基质D和基质F新增的叶片最少,但与对照差异不显著。
由图1-Ⅱ可知,各基质栽培的鸟巢蕨成熟叶片的叶宽为11.27~16.07 cm,变化区间较小。其中基质A、E种植的鸟巢蕨叶片较宽,分别可达16.06、15.97 cm,与其他基质差异达显著水平(p<0.05)。基质对于叶长的影响更加明显,长度为85.10~130.70 cm,基质A、E的叶片最长,与其他基质差异达显著水平(p<0.05)。
2.2 不同基质对鸟巢蕨叶片叶绿素含量的影响
由图2可知,叶绿素含量高低直接影响植物的生长状况和光合速率,在一定程度上反映了植物光合作用的能力[14]。椰糠海泥组合基质E(1 ∶ 1)的叶片中叶绿色含量最高,达到1.129 mg/g,与基质B、C、D、F差异达显著水平(p<0.05),其他基质之间的叶绿素含量差异均不显著。
2.3 不同基质对鸟巢蕨叶片可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白含量的影响
可溶性糖是干旱胁迫诱导的小分子溶质之一,它们参与渗透调节,并在维持植物蛋白质稳定方面起到重要作用[13]。由图3可知,不同基质对鸟巢蕨叶片内可溶性糖含量的影响明显,其中椰糠栽培的可溶性糖含量最高,达124.20 mg/g,与其他基质差异均达显著水平(p<0.05)。
由图4可知,对于鸟巢蕨叶片的淀粉含量来说,以F基质栽培的淀粉含量最高,达0.23%,其次是基质CK、G、B、C、D、E、A;对照的淀粉含量仅与椰糠的差异显著(p<0.05),其他基质之间无显著性差异。
可溶性蛋白是细胞结构的重要组成成分,在植物抵御逆境时,可溶性蛋白起着重要的调节作用[11]。不同基质栽培的鸟巢蕨叶片中可溶性蛋白含量不同,其中椰糠海泥组合基质E的蛋白质含量最高,达5.46 %,显著高于园土、椰糠组合基质B和海泥基质D(p<0.05)(图5)。
2.4 不同基质对鸟巢蕨叶片光合特性的影响
不同基质栽培的鸟巢蕨的叶片光合参数存在显著差异(p<0.05)(图6)。其中Pn以基质A和F的最大,分别为2.44、2.36 μmol/(m2·s),与对照差异达显著水平(p<0.05),并显著高于基质C、D、E(p<0.05)(图6-I)。不同基质对叶片的Gs也存在明显影响,以基质G的最大,达0.04 mmol/(m2·s),之后依次为A>B=F>C>CK>D>E,其中基质A和G与CK、C、D、E的差异达显著水平(p<0.05)(图6-Ⅱ)。不同基质栽培的叶片Ci也存在差异,其中以基质G的最大,达到330.02 μmol/mol,与CK、B、C、E均差异显著(p<0.05),其他基质之间差异不显著(图6-Ⅲ)。叶片的Tr则以基质B的最大,达到0.29 mmol/(m2·s),与CK、D、E、F的差异均达显著水平(p<0.05)(图6-IV)。
2.5 不同基质对鸟巢蕨性状指标的综合评价
本研究对不同基质栽培的鸟巢蕨的叶片长度、叶片宽度、新增叶片数、可溶性糖含量、蛋白质含量等11个指标进行了主成分分析。结果表明,前3个主成分的贡献率依次为40.13%、30.26%和15.83%,累积贡献率达到了86.22%,即前3个主成分反映了11个性状的绝大部分信息。选择以上3个主成分的贡献率作为权数,构造综合评价函数为F=0.401 3×Z1+0.302 6×Z2+Z3×0.158 3。
从表3可以看出,不同基质对鸟巢蕨生长的性状指标综合得分依次为A>G>B>E>C>F>D>CK,基质A得分值最高,基质G次之,其它各基质综合得分均高于对照。综合考虑各处理对鸟巢蕨生长发育性状指标的影响,以椰糠为栽培基质时,鸟巢蕨生长的效果最好。
3 讨论与结论
本研究结果表明,不同基质对鸟巢蕨的生长影响显著,根据综合评分依次是椰糠>火山石 ∶ 泥炭(1 ∶ 1)>火山岩:椰糠(1 ∶ 1)>海泥:椰糠(1 ∶ 1)>泥炭>泥炭:海泥(1 ∶ 1)>海泥>园土。可能由于不同栽培基质的理化性质存在差异,尤其是pH值,影响了鸟巢蕨的生理、叶绿色含量和光合作用,使得其生长情况存在差异。
可溶性糖和可溶性蛋白的含量与植物的抗性有关,其含量越高抗性越强,特别是抗旱性[11]。鸟巢蕨的驯化栽培使其生长环境发生改变,鸟巢蕨自身需要一个适应的阶段,抗性越高的植株生长越快。本研究结果表明,椰糠栽培的鸟巢蕨叶片可溶性糖和可溶性蛋白质的含量最高,与其他基质差异达显著水平(p<0.05),其抗性和生长明显高于其他基质。
蕨类植物属于阴生植物,叶绿素含量的高低决定了蕨类植物对光的利用效率,反映了植株光合性能的强弱[15]。本研究结果发现,不同基质栽培的鸟巢蕨叶片中叶绿素含量有差别。其中以基质E最高,说明椰糠和海泥的组合可显著地促进鸟巢蕨叶绿素的产生;而基质B、C、D、F则可以明显的抑制叶绿素的产生,这表明栽培基质影响鸟巢蕨的光合作用,进而影响植物的营养积累和影响植株的生长速度。
引起Pn下降的原因主要分为2类,一类是气孔因素,主要受气孔的数量孔径和开度等的影响[16-17]伴随着气孔度的降低,基质C、E栽培的鸟巢蕨的Ci也显著低于基质G栽培的鸟巢蕨,说明由于气孔因素的限制,进入细胞内部的CO2浓度减少而抑制了其光合作用。因此气孔因素是导致基质C和E鸟巢蕨Pn降低的一个重要原因。与此不同的是,基质D栽培的鸟巢蕨随着气孔度的降低,Ci不降反升,因为CO2利用的减少会引起CO2的大量积累,导致CO2浓度升高,说明气孔因素不是造成基质D鸟巢蕨的净光和速率降低的原因。基质D的叶绿素含量低于对照,因此导致基质D的Pn降低的原因可能与其叶绿素含量相关。另一类为非气孔因素,主要受光合色素含量光合机构活性和光合酶活性等多种因素控制[18],包括多种复杂的因子,这里不能排除光合关键酶(Rubisco和Rubisco活化酶)活性降低等其他因素在基质C、D、E鸟巢蕨的Pn降低中可能起作用。
本研究通过8种栽培基质驯化鸟巢蕨,从驯化8个月后鸟巢蕨生理生化和光合生理来看,基质C、D、E和园土直接地栽效果较差,其光合作用受到明显的限制;基质C、E均受气孔限制引起光合速率下降,而对于基质D,气孔限制不是其鸟巢蕨生产较差的光合速率降低的主要原因。与此相反,基质A、B、F、G种植的鸟巢蕨明显优于其他基质。
本研究结果表明,基质A和E可明显的促进鸟巢蕨新叶的产生、叶片的生长、叶绿素含量的增长及可溶性蛋白的增加,而基质A、B、F、G可明显促进鸟巢蕨光合速率的增大。综合来看,本研究推荐使用基质A(即椰糠)作为鸟巢蕨的人工栽培基质。
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