不同栽培基質對3種苔蘚植物生長的影響

黃 強，羅學剛，唐 微，趙繼武，梁朱明

（西南科技大學生命科學與工程學院/生物質材料教育部工程研究中心，四川 綿陽 621000）

【研究意義】 苔蘚植物（Bryophytes）是一類由水生向陸生過渡的高等植物類群，全世界約有2.4萬種[1]，我國有 125科620屬約3 450種[2]。苔蘚植物個體微小，但用途廣泛[3-6]，涉及到環(huán)境指示、園藝造景、工業(yè)農(nóng)業(yè)、保持水土、生物結皮以及群落演替等，市場前景廣闊。但由于其生長條件苛刻，目前被用于開發(fā)利用的品種不多。在要開發(fā)利用苔蘚植物前，首先要解決其栽培繁殖問題[7]，而栽培基質是首要考慮因素，因此，從栽培基質入手，在近自然條件下研究篩選出使能令苔蘚植物良好生長的基質具有重要意義。【前人研究進展】 栽培基質在苔蘚植物生長過程中起著重要作用。毛可紅等[8]選用5種不同基質培養(yǎng)大灰蘚（Hypnum plumaeforme），研究不同基質對大灰蘚生長情況的影響，結果表明吸水毛氈更適合于大灰蘚的栽培；楊琳等[9]以圓葉匐燈蘚〔Plagiomnium vesicatum (Besch) T.Kop.〕為材料，研究其在沙子、園土、泥炭與珍珠巖混合3種不同基質上的生長情況，結果表明基質pH對苔蘚植物的生長存在一定影響；王鉞等[10]通過對檜葉白發(fā)蘚〔 Leucobryum juniperoideum（Brid.）Mull.Hall〕3種生境的調查研究發(fā)現(xiàn)，較低土壤N、P、K水平，pH 5.1左右的酸性土壤和陰濕的環(huán)境條件是適合檜葉白發(fā)蘚生長的典型生境特征，而土壤因子可能是限制檜葉白發(fā)蘚生長的關鍵因子；劉艷等[11]對重慶大巴山國家級自然保護區(qū)內800～2 400 m海拔區(qū)間巖石和土壤兩種基質的苔蘚植物進行樣方調查，發(fā)現(xiàn)大羽蘚、尖葉匍燈蘚和厚角絹蘚在巖石基質上的生態(tài)寬度比其在土壤基質更大，說明生長基質會影響苔蘚植物利用資源的能力，這與郭磊等[12]研究結果一致。可見，盡管光照、濕度是苔蘚植物生長的主要限制因子，但栽培基質的選擇也會對苔蘚的生長產(chǎn)生顯著影響。此外，衣艷君等[13]選用Hoagland營養(yǎng)液對中華縮葉蘚〔Ptychomitrium sinense (Mitt.)Jaeg.〕等5種蘚類的孢子進行培養(yǎng)觀察，結果表明生長基質及各種環(huán)境因子能直接影響孢子和原絲體的生長；還有研究表明在大灰蘚、大羽蘚〔Thuidium cymbifolium（Doz.et Molk.）〕、金發(fā)蘚（Polytrichum commune）生長的基質中施以不同質量濃度的植物生長調節(jié)劑2,4-D、NAA、KT、GA3，會對其生長造成影響，調節(jié)效果因苔蘚種類而異，且適宜質量濃度也不盡相同[14]。【本研究切入點】 近年來，國內外學者對苔蘚植物的研究主要集中在分類學、生理生態(tài)、群落結構等[15]方面，有關利用不同栽培基質培育苔蘚植物的研究鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】 本研究以3種苔蘚植物分別在10種不同栽培基質中培養(yǎng)的方式，通過測定其生化及生理學指標，觀察并分析栽培基質對苔蘚植物生長情況的影響，旨在篩選出對苔蘚植物生長有較優(yōu)效果的栽培基質，以期為苔蘚植物無性繁殖的基質選擇與大面積人工繁殖提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的3種苔蘚植物分別是真蘚（Bryum argenteum）、鼠尾蘚（Myuroclada maximowiczii）、尖葉匍燈蘚〔Plagiomnium acutum (Lindb.) T.Kop.〕，采集于西南科技大學路旁樹蔭下、水渠邊及山坡上，采集面積均為1 m2。采回后將其用自來水洗凈烘干，選取多支生長良好的單株苔蘚，再次清洗并消毒后，在組培室中通過組織培養(yǎng)獲得苔蘚種質。

供試基質共10種，包括河沙（S1）、硅藻土（S2）、赤玉土（S3）、麥飯石（S4）、火山石（S5）、河沙石（S6）、珍珠巖（S7）、鹿沼土（S8）、綠沸石（S9）、泥炭（S10），其中河沙顆粒直徑小于1 mm，其余基質顆粒直徑為1～3 mm。

供試容器為悶養(yǎng)盆組合，其中育苗盤規(guī)格為28 cm×35.5 cm×7.8 cm，托盤規(guī)格為25 cm×35 cm×1 cm，帶孔透明蓋子規(guī)格為28 cm×35.5 cm×8 cm，花盆規(guī)格為8 cm×8 cm×8 cm。

1.2 試驗方法

試驗于2019年2月20日至5月20日在西南科技大學東九國家大學科技園人工氣候溫室大棚（無陽光直射處進行試驗）進行。光照為室內自然光照，溫度為溫室內自然溫度（5～25℃），濕度50%～95%。數(shù)據(jù)測定分別在植物組織操作室與微生物發(fā)酵室進行。

采用單因素實驗設計，每個試驗組設置3個平行，以每種基質中的苔蘚植物互相作對照。取組織培養(yǎng)后苔蘚長勢一致的新鮮枝條，將每種苔蘚用超純水清洗并用吸水紙吸干表面水分，然后稱取苔蘚植物2.0 g，采用斷莖法（即用剪刀將其剪為0.5～1 cm的小段）種植苔蘚植物，分別均勻平鋪于已裝好適量基質的小花盆里面，并用力按實使其與基質充分接觸，再將種有苔蘚植物的小花盆分別放入悶養(yǎng)盆的育苗盤中，蓋上帶孔透明蓋子，最后將裝有蓋子的育苗盤放到已注有一定量自來水的托盤上，置于大棚中培養(yǎng)。每天在苔蘚表面噴霧1次，使得基質濕潤但不積水（提前靜置1～2 d的自來水）。

栽培基質的判定標準：將苔蘚植物各生理指標位于中值〔（max+min)/2〕以上的栽培基質，判定為較好的栽培基質，再進行分析比較。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 配子體長度 每個處理選擇3根長勢一致的配子體，用細線做好標記，每次測量標記處至生長頂端的長度，每隔30 d記錄1次，共記錄3次，最后取3次長度加和的總長度數(shù)據(jù)進行分析[9]。

1.3.2 增重量 稱取時，每個處理先抖落表面水分和根部培養(yǎng)基質，然后用吸水紙包裹苔蘚吸取多余水分，再用分析天平稱重，于第90天稱取鮮重，并用鮮重減去初始接種量，計算增重量。

1.3.3 覆蓋度 利用1 cm2網(wǎng)格紙進行面積估測，3次面積估測求平均值，記錄其覆蓋度數(shù)據(jù)（于第90天測定其覆蓋度）[16]。

1.3.4 葉綠素含量 第90天時取樣測定3種苔蘚植物的葉綠素含量。采用80%丙酮法提取葉綠素。具體步驟如下：取苔蘚樣0.1 g（經(jīng)過清洗且用吸水紙吸過水，不含土壤、泥沙等基質）于研缽中研磨，然后用丙酮清洗研缽和缽棒，并將其植物殘渣及液體一并倒入10 mL離心管中，潤洗研缽，倒入離心管中定容。放至避光處浸泡24 h后，用移液槍吸取上清液200 μL至酶標板中，以80%丙酮作對照，使用酶標儀測定其在波長663、645、652 nm下的吸光度，測定OD值，根據(jù)下列公式計算葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量，注意計算時應考慮稀釋因子[17]：

葉綠素a：Ca（mg/L）=12.7A663- 2.69A645

葉綠素b：Cb（mg/L）=22.9A645- 4.68A663

總葉綠素：CT（mg/L）=（A652×1000)/34.5

試驗數(shù)據(jù)運用DPS 7.05軟件進行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析進行差異顯著性測驗，并用Origin 2017進行制圖。

2 結果與分析

2.1 不同栽培基質對真蘚生長指標的影響

經(jīng)過90 d生長，真蘚各生理指標在不同基質中差異較大（表1、圖1～圖3）。根據(jù)栽培基質的判定標準，結合表1可知，較利于真蘚生物量增加的基質為S3和S4；由圖1～3可知，較利于真蘚植株伸長的栽培基質是S3、S4和S8；較利于真蘚覆蓋的栽培基質是S1、S3、S4和S8；較利于真蘚各葉綠素合成的栽培基質是S3、S4和S8。真蘚在基質S3、S4中生長情況較好、在基質S2中最差，結合以上結果判定S3和S4是較適合真蘚發(fā)育和繁殖的栽培基質，說明不同種類的栽培基質對真蘚的生長有一定影響。

2.2 不同栽培基質對鼠尾蘚生長指標的影響

經(jīng)過90 d的生長，鼠尾蘚各生理指標在不同基質中差異較大（表2、圖4～圖6）。根據(jù)運用栽培基質的判定標準，結合表2可知，較利于鼠尾蘚生物量增加的基質為S3和S8；由圖4～圖6可知，較利于鼠尾蘚植株伸長的栽培基質是S2、S3和S8；較利于鼠尾蘚覆蓋率的栽培基質是S1、S2、S3和S8；較利于鼠尾蘚各葉綠素合成的栽培基質是S2、S3、S7和S8。鼠尾蘚在基質S3和S8中的生長情況較好、在基質S9中最差，結合以上結果判定S3和S8是較適合鼠尾蘚發(fā)育和繁殖的栽培基質，說明不同種類的栽培基質對鼠尾蘚的生長有一定的影響。

表1 不同栽培基質對真蘚增重量的影響Table 1 Effects of different substrates on the weight gain of Bryum argenteum

圖1 不同栽培基質對真蘚株高的影響Fig.1 Effect of different substrates on the plant height of Bryum argenteum

圖2 不同栽培基質對真蘚覆蓋率的影響Fig.2 Effect of different substrates on the coverage of Bryum argenteum

圖3 不同栽培基質對真蘚葉綠素含量的影響Fig.3 Effect of different substrates on the chlorophyll content of Bryum argenteum

2.3 不同栽培基質對尖葉匍燈蘚生長指標的影響

經(jīng)過90 d的生長，尖葉匍燈蘚各生理指標在不同基質中差異較大（表3、圖7～圖9）。根據(jù)栽培基質的判定標準，結合表3可知，較利于尖葉匍燈蘚生物量增加的基質為S1、S3、S4和S8；由圖7～圖9可知，較利于尖葉匍燈蘚植株伸長的栽培基質是S3、S4、S7和S8；較利于尖葉匍燈蘚覆蓋率的栽培基質是S1、S3、S4、S7和S8；較利于尖葉匍燈蘚各葉綠素合成的栽培基質是S3、S4、S7和S8。尖葉匍燈蘚在基質S3、S4和S8中的生長情況較好、在基質S2中最差，結合以上結果判定S3、S4和S8是較適合尖葉匍燈蘚發(fā)育和繁殖的栽培基質，說明不同種類的栽培基質對尖葉匍燈蘚的生長有一定影響。

表2 不同栽培基質對鼠尾蘚增重量的影響Table 2 Effects of different substrates on the weight gain of Myuroclada maximowiczii

圖4 不同基質對鼠尾蘚株高的影響Fig.4 Effect of different substrates on the plant height of Myuroclada maximowiczii

圖5 不同基質對鼠尾蘚覆蓋率的影響Fig.5 Effect of different substrates on the coverage of Myuroclada maximowiczii

圖6 不同基質對鼠尾蘚葉綠素含量的影響Fig.6 Effect of different substrates on the chlorophyll content of Myuroclada maximowiczii

表3 不同栽培基質對尖葉匍燈蘚增重量的影響Table 3 Effects of different substrates on the weight gain of Plagiomnium acutum (Lindb.) T.Kop.

圖7 不同栽培基質對尖葉匍燈蘚株高的影響Fig.7 Effect of different substrates on the plant height of Plagiomnium acutum (Lindb.) T.Kop.

圖8 不同栽培基質對尖葉匍燈蘚覆蓋率的影響Fig.8 Effect of different substrates on the coverage of Plagiomnium acutum (Lindb.) T.Kop.

圖9 不同栽培基質對尖葉匍燈蘚葉綠素含量的影響Fig.9 Effect of different substrates on the chlorophyll content of Plagiomnium acutum (Lindb.) T.Kop.

3 討論

傳統(tǒng)觀念認為栽培基質對苔蘚植物的生長發(fā)育影響較小，苔蘚植物的礦質養(yǎng)分來源于大氣而非基質[18]。而已有研究表明，栽培基質在苔蘚植物生長發(fā)育中起著重要作用，其中基質的養(yǎng)分、通風性、保水性及pH值等理化因素對苔蘚植物的生長會起到一定的影響作用[19]。將3種苔蘚植物種植于10種不同栽培基質90 d后，每種基質中苔蘚植物的生長情況相互作比照，生長情況存在顯著差異，3種苔蘚植物均在赤玉土中的生長情況最為良好：首先，株高（真蘚1.44 cm、鼠尾蘚3.76 cm、尖葉匍燈蘚5.09 cm）與鮮重增加量（真蘚3.8281 g、鼠尾蘚4.7746 g、尖葉匍燈蘚3.9970 g）相比其他栽培基質表現(xiàn)出顯著差異，這主要是因為赤玉土中提供的充足養(yǎng)分能促進3種苔蘚植物的生長與伸長，這與“高肥基質能促進苔蘚植物生長，低養(yǎng)分或無養(yǎng)分基質不宜植蘚”的研究結果[20]相一致；其次，覆蓋度（真蘚95.86%、鼠尾蘚92.50%、尖葉匍燈蘚90.71%）相比其他栽培基質表現(xiàn)出顯著差異，這是因為赤玉土的形狀有利于蓄水（保水）和排水（通風），基質的孔隙會增加苔蘚植物與基質的接觸面積，這樣便于苔蘚植物附著在上面生長，可增加其覆蓋度，這與“栽培基質的物理性質及通風、保水性對苔蘚植物的覆蓋度有一定影響”的研究結果[21]相一致；第三，葉綠素含量（真蘚總葉綠素含量207.13 mg/kg、鼠尾蘚89.21 mg/kg、尖葉匍燈蘚126.39 mg/kg）相比其他栽培基質表現(xiàn)出顯著差異，這是因為赤玉土中所含礦質元素的種類與濃度都較適合3種苔蘚植物進行葉綠素合成，這與“稀土元素對苔蘚植物葉綠素合成的影響與其種類有關，且不同濃度的稀土元素對苔蘚植物葉綠素合成的影響由低到高為先促進后抑制”的研究結果[22]不盡相同。

赤玉土是一種弱酸性基質，在本試驗中可使3種苔蘚植物的各生理指標達到最大，表現(xiàn)出差異顯著，說明弱酸性土壤適合苔蘚植物的生長，這與石磊等[23]研究結果“苔蘚植物都適合在微酸環(huán)境中生長”不盡相同，且陳蓉蓉等[24]研究結果也表明苔蘚植物在中性或偏酸性的環(huán)境中能較好生長，進一步證實弱酸性栽培基質適合苔蘚植物的生長，且基質pH會對苔蘚植物的生長產(chǎn)生一定影響。

目前，國內外對苔蘚植物栽培基質的篩選研究甚少，考慮到生長周期，本研究選擇斷莖法種植苔蘚植物，以成體為研究對象進行試驗，而未對其孢子及原絲體展開相關研究，不同的栽培基質對苔蘚植物孢子及原絲體生長是否有類似影響有待進一步驗證。本研究只選擇了栽培基質作為單因素來進行試驗設計，而未對多種限制因素（光照、濕度等）進行試驗，有待進一步深入研究。

4 結論

本試驗從栽培基質出發(fā)，通過研究其對苔蘚植物生長的影響試驗，得出以下結論：與其他9種栽培基質相比，赤玉土對3種苔蘚植物的生長（株高、鮮重增加量、覆蓋度、葉綠素含量）有明顯效果，可以作為3種苔蘚植物較優(yōu)的栽培基質，且該栽培基質應該能適用于大多數(shù)苔蘚植物。這為今后苔蘚植物栽培基質的選擇提供了理論依據(jù)，也為促進苔蘚植物人工大面積繁殖栽培提供了參考。