芸苔素对沉水植物生长影响的研究

汪向阳，阮慧林，龚明杰，夏明升，李鹏程，孙玉童

（安徽省通源环境节能股份有限公司，安徽合肥230001）

沉水植物群落构建是目前城市黑臭水体治理中生态修复的重要措施，作为湖泊、河流生态系统中的初级生产者，沉水植物能提高水体自净能力，对水体富营养化、水质保持及改善起到良好的作用。

提高沉水植物种植的成活率，促进其生长，使其能尽早发挥生态效益，是目前生态修复工程中的一大难题。近年来，学者们对此进行了大量研究，李垒等研究3种土壤基质对沉水植物恢复生长的影响，研究结果表明，适宜菹草和轮叶黑藻恢复生长的基质为粘土。何文凯等研究洱海底泥特性对沉水植物生长的影响，中营养底泥（碳、氮、磷含量分别为31.59～49.27 mg/g，0.334～2.005 mg/g 和0.095～0.131 mg/g）更适合沉水植物生长，底泥中过高或过低营养都不利于沉水植物生长。韩帆等研究硅酸盐矿物麦饭石对沉水植物生理生态的影响，结果表明，麦饭石有益于沉水植物生长，可作为底质改良材料应用于湖泊生态修复工程。但目前的研究主要集中于河道底质改良方面，河道底质改良受天气影响较大，而且改良时间较长，在带水作业时几乎无法实施，因此，探索其他促进沉水植物生长的方法有较大的现实意义。本研究选用已在农业中广泛使用的新型环保激素芸苔素为外源激素，在试验条件下考查不同添加量对典型沉水植物苦草主要生长特征的影响，以期为沉水植物群落构建工程实施提供试验数据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验用水与底泥均来自合肥市某河道，该河道水质为地表V类水。

芸苔素又叫芸苔素内酯，是一种新型植物内源激素，具有促进生长、缓解药害、增加产量、提高作物品质及抗逆性等作用，本试验用的芸苔素为市售。

苦草选用改良型矮生苦草，该苦草状态良好，性状基本相同，株高10～15 cm。

1.2 研究方法

（1）植株驯化

将筛选后的苦草移植到驯化容器，容器为φ40×55 cm 的半透明聚乙烯桶，容器底部铺设15 cm 厚河道底泥，加入河水至45 cm 高处，每个容器种植20 株苦草。试验时室温控制在（26±2）℃，驯化7天后，取出苦草，选择生长良好，形态基本相同的苦草去除枯死叶片、洗净、杀菌，修剪至株高(叶片长)7 cm，根长度2.0 cm，根须数量5个，生物量[鲜重（3.0±0.05）g]的植株待用。

（2）激素试验

将驯化处理后的苦草栽植在φ 40 ×55 cm 的半透明聚乙烯容器中，容器底部铺设15 cm 厚河道底泥，每个容器种植12株苦草，加入河水或含激素河水至45 cm处，试验温度控制在（26±2）℃，试验周期为30天。试验分两组进行：第一组为空白样；第二组为分别添加含0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L和2.0 mg/L(以加入的河水体积计)芸苔素的河水。

试验中定期补充河水，确保容器内水位恒定。每6天取植株检测叶片长度、根长度、根须数量及鲜重。

2 结果与分析

实验结束时，第一组空白组苦草成活10 株，死亡2株，成活率仅为83.3%；第二组苦草全部成活，说明苦草经芸苔素处理后，提高了成活率。因为芸苔素可以提高植物组织的抗氧化活性，从而提高植物综合素质和抗病能力，提升植物的成活率。

2.1 芸苔素浓度对苦草叶片长度的影响

图1为芸苔素浓度对苦草叶片长度的影响，芸苔素浓度小于0.5 mg/L时，苦草叶片长度随芸苔素浓度增加而增加，叶片长度明显大于对照组，这说明低浓度的芸苔素对苦草叶片生长有促进作用，这点与其他学者利用芸苔素试验的结果相似。Zhiponova等的实验表明，芸苔素能促进拟植物细胞分裂和叶片扩张。目前，芸苔素促进植物细胞分裂的机理仍不明确。Hu等认为芸苔素能促进CycD3基因的转录，从而调节细胞分裂。此外Khripach 等研究表明，芸苔素可以激活细胞壁松动酶来调节细胞的伸长和分裂活性。从图1还可以看出，当浓度高于0.5 mg/L 时，苦草叶片长度小于对照组，由此可见，过高浓度的芸苔素不利于苦草叶片的生长。刘伟等用芸苔素浸泡花生茎叶时也得到类似结论。Sayed等认为芸苔素具有双重性，较低浓度的芸苔素促进植物的萌发和生长，而较高浓度的芸苔素则延缓植物萌发并抑制幼苗生长。

图1 芸苔素浓度对苦草叶片长度的影响

苦草经过不同浓度的芸苔素处理后，叶片的生长速度随着处理时间不同也不尽相同。苦草经过处理0～6天叶片生长速度较快，在6～18天叶片生长进入到一个快速生长期，在18 天之后叶片的生长速度缓慢。以芸苔素浓度为0.5 mg/L为例，前六天叶片长度增速为0.15 cm/d，6～18 天叶片长度增速为0.27 cm/d，18 天后叶片长度增速为0.06 cm/d。通过对比芸苔素不同浓度下植物的生长情况可知，在浓度为0.5 mg/L 时，苦草叶片长度和生长速度均达到最佳效果。

2.2 芸苔素浓度对苦草根长度的影响

图2为芸苔素浓度对苦草根长度的影响，苦草经过浓度为0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.5 mg/L 的芸苔素处理后，根长度明显大于对照组；经过浓度1.0 mg/L、2.0 mg/L的芸苔素处理后，根长度与对照组相比几乎没有变化；这说明低浓度的芸苔素能促进苦草根长度的生长。廖莎等研究结果也表明，芸苔素有明显促进根系生长的作用。季建刚等研究了芸苔素对稻谷根芽长度及发芽率的影响，其结果显示，低浓度芸苔素促进稻谷根长度的生长，高浓度的芸苔素抑制稻谷根长度的生长。0.5 mg/L 浓度的芸苔素对苦草根生长促进效果最好。前6天苦草根生长较快，6～12 天进入快速生长期，12～30天增长速率逐渐减缓，说明芸苔素在前期对苦草根生长的促进作用逐渐增强，后期逐渐趋于稳定。

图2 芸苔素浓度对苦草根长度的影响

2.3 芸苔素浓度对苦草根须数量的影响

图3 芸苔素浓度对苦草根须数量的影响

图3为芸苔素浓度对苦草根须数量的影响，芸苔素浓度0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L 均能促进苦草根须的生长，芸苔素浓度2.0 mg/L抑制苦草根须的生长，亦说明了芸苔素具有双重性。从图3 可以看出，芸苔素浓度0.5 mg/L对促进苦草须根效果最好，其生长速率为0.49条/天，对照组须根生长速率为0.31条/天，高于对照组0.18 条/天，说明外源激素可以促进苦草根须生长。彭少兵等研究结果也显示了外源激素在一定范围内可促进植物根须的形成。

由图3 可知，不同浓度的芸苔素处理苦草不同时间，苦草根须数量的增长速率也有差异。在处理0～6天时苦草根须数量的增长速率较为缓慢，在6～18天时苦草根须数量的增长速率明显加快，对照组在18 天之后苦草根须数量的增长速率明显减弱，芸苔素浓度在0.05 mg/L、0.1 mg/L 处理18～24 天时，苦草根须数量的增长速率有短暂的减弱，随后继续加快。通过对比不同芸苔素浓度下植物的生长情况可知，在浓度为0.5 mg/L时，苦草根须数量和生长速度均达到最佳效果。

2.3 芸苔素浓度对苦草鲜重的影响

图4为芸苔素浓度对苦草鲜重的影响。从图4可以看出，0.5 mg/L 芸苔素对促进苦草鲜重效果最佳，鲜重增长率为99.7%，对照组鲜重增长率为67.7%，高于对照组32%，这是由于植物吸收芸苔素后，能促进根系发育，增强光合作用，促进植物均衡茁壮生长，大幅度提高植物自身鲜重，并且有相关文献报道芸苔内酯可以提高水稻、玉米、茶叶、黄瓜、香蕉和苹果等多种作物的生长及产量。

图4 芸苔素浓度对苦草鲜重的影响

不同浓度的芸苔素处理苦草不同时间，苦草鲜重的增长速率也有差异，苦草经梯度为0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L 的芸苔素处理12 天后，其鲜重分别为4.49 g、4.54 g、4.58 g、4.32 g、4.46 g，对照组鲜重为4.42 g，与对照组相比，苦草鲜重变化幅度不大，6～18天，对照组苦草鲜重增速为0.034 g/d，0.5 mg/L芸苔素浓度处理后的苦草鲜重增速为0.078 g/d；18～30天，对照组苦草鲜重增速为0.021 g/d，0.5 mg/L 芸苔素浓度处理后的苦草鲜重增速为0.057 g/d，生物量直接反映了植物的生长状况。生物量增加说明该环境下植物能很好地生长繁殖，即苦草在芸苔素浓度为0.5 mg/L时，其生长繁殖效率最佳。

从图1～图4可知，芸苔素浓度为0.5 mg/L时，相同实验条件下苦草的叶片长度、根长度、根须数量、鲜重均为最大，该浓度为促进苦草生长的最佳浓度。芸苔素对苦草生长促进作用主要体现在使用后12～18 天，工程上沉水植物种植通常需要两到三周的蓄水过程，芸苔素作用时间与沉水植物种植后蓄水时间基本相当，因此，沉水植物系统构建时，使用芸苔素可确保蓄水至常水位前有较高的成活率及健康茁壮的植株，有利于生态系统的快速构建。

3 结论

（1）芸苔素能显著提高苦草的成活率。

（2）芸苔素对苦草生长具有双重性，适宜浓度的芸苔素能促进苦草的生长，浓度过高会抑制苦草生长。

（3）浓度为0.5 mg/L 的芸苔素对苦草生长促进效果最佳。