生长素IAA诱导红萍结孢的研究

徐国忠，郑向丽，王俊宏，邓素芳，杨有泉，应朝阳

（1.福建省农业科学院农业生态研究所，福建 福州 350013；2.国家红萍种质资源中心，福建 福州 350013）

0 引言

【研究意义】红萍亦称为满江红[1-3]，在农业上的养殖利用很早就有记载。据吕书缨搜集的民间资料称，七百多年前的浙江省温州地区农民已利用满江红作为稻田肥料[1,4-7]。红萍在国内外有很多报道[4-13]，我国是世界上养殖利用满江红最早的国家之一。作为肥料、饲料和饵料[4-16]，目前生产上主要采用红萍营养体进行繁殖[17-29]，与采用孢子果繁殖相比，营养体繁殖成本高且不方便。红萍繁殖方式分为无性和有性繁殖[14-26]，一般情况下，红萍只进行无性繁殖（例如：红萍在温室条件下培养，所有红萍品系都不会结孢）；只有在满足特定的条件下，红萍才进行有性繁殖，形成孢子果。红萍的适宜生长温度在20～35 ℃，高于40 ℃或低于5 ℃都难于生长，在自然条件下，红萍难以越夏（特别是我国南方）及越冬（特别是我国北方）；目前由于种苗采用无性营养繁殖体，所以夏天及冬天红萍死亡后再进行生产上应用需要大量的无性营养繁殖体，而所需的营养繁殖体在夏天及冬天时只有采取人工措施才能繁殖，因此种苗繁殖成本及异地长距离运输成本高；而采用孢子果繁殖则不需要进行夏天和冬天的人工措施繁殖，且孢子果体积小运输方便，可以解决红萍在生产上的应用困难。此外，红萍孢子果可以解决红萍有性杂交新品种选育问题。孢子的有性繁殖可以防止品种种性的退化，红萍孢子果保种可降低红萍种质资源保存成本。由于红萍各个品系产生孢子果所需条件各不相同，导致在一个地区能结孢的红萍品系有限，为红萍孢子果在生产上的应用带来困难。因此，红萍孢子果诱导的成功对于红萍保种及生产上应用具有重要的意义。【前人研究进展】国内还未见到利用激素诱导红萍结孢的报道，国外红萍孢子果结孢条件的研究在19 世纪70～80 年代以及21 世纪初开展。Kar,P.P.（2002）研究表明[30]，使用质量浓度为2～10 μg·ml-1的IAA能显著促进结孢率，同时还增加单个萍体的小孢子果数（小叶、卡州、羽叶），大孢子果数（小叶为4、6 μg·ml-1的质量浓度、卡州和羽叶为全部质量浓度），三种红萍的最佳质量浓度为6 μg·ml-1，结孢率和总孢子果数增加分别为39.3～99.5% 和 56.9～91.1%，大孢子果数增加比小孢子果数多，各种红萍对IAA 的反应一致；2.5 μg·ml-1GA3比生长素更有效增加结孢率和小孢子果数，但大孢子果数没有增加更多；生长素中的任一种与GA3联用，可以显著增加大孢子果，但结孢率和小孢子果数不变（与GA3单独时）。【本研究切入点】国内还未开展激素诱导红萍结孢的研究，国外虽然有进行过激素诱导红萍结孢的研究，但都未在生产上得以应用。【拟解决的关键问题】为了能获得在生产上可以应用的方法，本文通过研究IAA 的不同质量浓度对不同的红萍品种（系）诱导产生孢子果、雌雄比及孢子果数量的效果，探索红萍孢子果的诱导方法，以期为孢子果在生产上应用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

细绿萍1001（Azolla filiculoidesLamarck），卡州萍3001（Azolla carolinianaWilld），小 叶 萍4018（Azolla microphyllaKaulfus），所有红萍品种（系）均来自于国家红萍种质资源圃温室（温度25 ℃，湿度85%以上）。

1.2 试验方法

在网室自然条件下进行（网室四周用防虫网包围，可与四周通气；顶部用阳光板遮盖，可防雨；温度大致与自然界温度相同），试验红萍为1001、3001和4018，采用生长素IAA 进行处理，IAA 激素处理质量浓度为0（对照）、1、5、10、15、20 μg·mL-1，每个处理3 盆，盆子采用大号种子发芽盒进行培养，以正常土培培养，每盆红萍放萍量5 g，在网室自然条件下进行预培养一周后开始激素处理，每周进行一次激素喷施处理，每盆喷施10 ml，观察其结孢情况，至结孢出现时停止喷施。试验过程观察测定记载各处理红萍萍体大小、结孢情况，统计萍体大小、萍体结孢率、结孢数量和䧳雄比，分析各处理红萍萍体的C/N 比。

1.3 试验时间

本次试验时间从2019 年4 月29 日开始，结束时间为2020 年7 月29 日，共进行15 个月时长。

1.4 测试项目

萍体大小：萍体长度以每朵萍体最长的长度进行测量，每盆随机测定30 朵红萍萍体，3 盆重复平均值为最终值；萍体宽度以每朵萍体最宽的长度进行测量，每盆随机测定30 朵红萍萍体，3 盆重复平均值为最终值。

孢子果结孢率：以每朵萍体来计算，每盆共统计100 个萍体结孢情况，3 盆重复平均值为最终值。

红萍孢子果数量：以每个结孢萍体的孢子果数量来计算，每盆共统计100 个有结孢萍体孢子果数量情况，3 盆重复平均值为最终值。

孢子果䧳雄比：以每个结孢萍体的孢子果雌雄数来计算，每盆共统计100 个萍体结孢雌雄比情况，3 盆重复平均值为最终值。

1.5 数据处理

本文数据采用DPS 统计分析软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 生长素IAA 对3 种不同红萍品种（系）结孢的诱导结果

试验于2019 年4 月29 日进行，2019 年9 月27 日观察到有孢子果形成，至2020 年7 月29 日试验结束，1、5 和10 μg·mL-1处理的细绿萍1001 有结孢，细绿萍1001 对照及其他质量浓度处理的未发现结孢；IAA 各个处理的卡州萍3001 和小叶萍4018 都未见结孢（表1）。

表1 生长素IAA 对3 种不同红萍品种（系）结孢的诱导结果Table 1 IAA-induced sporulation on 3 Azolla cultivars (lines)

2.2 生长素IAA 对3 种红萍萍体大小（长度和宽度）的影响

红萍结孢时萍体会变大，试验结果也证明了这种现象。3 种不同红萍品种（系）的萍体大小见表2，从表中可以看出生长素IAA 对萍体的长度影响，细绿萍1001 IAA 处理 5 μg·mL-1的萍体长度最长，比对照增加44%，与其他处理及对照之间的差异达极显著水平（P＜0.01，下同）；10 和1 μg·mL-1IAA 处理的萍体长度次之，分别比对照增加40%和39%，它们之间无显著差异，它们与其他处理及对照之间差异达极显著水平；0（对照）、15、20 μg·mL-1的IAA处理的萍体长度最短，它们之间无显著差异，它们与其他处理之间的差异达极显著水平。卡州萍3001IAA 各处理之间的萍体长度范围为14.07～14.16 mm，各处理之间的萍体长度差异小，它们之间都无显著差异。小叶萍4018 IAA 各处理萍体长度范围为24.24～24.40 mm，各处理之间的萍体长度差异小，它们之间都无显著差异。

表2 生长素IAA 对3 种红萍萍体大小（长度和宽度）的影响Table 2 Effects of IAA applications on size (length and width) of 3 Azolla cultivars (lines)

3 种不同红萍品种（系）的萍体大小见表2，从表中可以看出生长素IAA 对萍体的宽度影响，细绿萍1001 IAA 处理5 μg·mL-1的萍体宽度最长，比对照增加36%，与其他处理及对照之间的差异达极显著水平（P＜0.01，下同）；IAA 处理10 和1 μg·mL-1的萍体宽度次之，比对照增加都为34%，它们之间无显著差异，它们与其他处理及对照之间差异达极显著水平；IAA 处理0（对照）、15、20 μg·mL-1的萍体宽度最短，它们之间无显著差异，它们与其他处理之间的差异达极显著水平。卡州萍3001 IAA 各处理之间的宽度范围为7.97～8.01 mm，各处理之间的萍体宽度差异小，它们之间都无显著差异。小叶萍4018 IAA 各处理之间的宽度范围为12.00～12.04 mm，各处理之间的萍体宽度差异小，它们之间都无显著差异。

2.3 生长素IAA 对3 种红萍C/N 比例的影响

红萍结孢时C/N 比会增大，且达到一定水平时就可以结孢。3 种不同红萍品种（系）的C/N 比见表3，细绿萍1001 IAA 处理为5 μg·mL-1的C/N 比最大，比对照增加75%，与其他处理及对照都达到显著差异，除与10 μg·mL-1的C/N 相比无极显著差异外，与其余处理及对照差异都达到极显著水平；10 和1 μg·mL-1的C/N比次之，分别比对照增加57%和50%，它们之间无显著差异，1 μg·mL-1的C/N 比与其他处理及对照都达到极显著水平，10 μg·mL-1的C/N 比与其他处理及对照都达到显著水平，除了与5 μg·mL-1的C/N 比未达到极显著差异外，与其余处理都达到极显著水平。卡州萍3001 IAA 各处理C/N 比范围为9.5～9.8，各处理之间的C/N 比差异小，它们之间都无显著差异。小叶萍4018 IAA 各处理C/N 比范围为10.6～10.9，各处理之间的C/N 比差异小，它们之间都无显著差异。

表3 生长素IAA 对3 种红萍C/N 比例的影响Table 3 Effects of IAA applications on C/N ratio of 3 Azolla cultivars

2.4 生长素IAA 对细绿萍1001 的诱导效果

生长素IAA 处理对细绿萍1001 的诱导结果见表4，细绿萍1001 IAA 处理质量浓度为5 μg·mL-1的结孢率为15.0%，10 μg·mL-1的结孢率为6.3%，1 μg·mL-1结孢率为4.7%，0 μg·mL-1（对照）、15 μg·mL-1和20 μg·mL-1的结孢率都为0%。处理质量浓度为5 μg·mL-1的结孢率最高，与其他处理及对照都有极显著差异；处理质量浓度为10 μg·mL-1的结孢率与处理质量浓度为1 μg·mL-1的结孢率次之，它们之间差异显著，但未达到极显著差异，与其他处理及对照结孢率差异都达到极显著水平；处理质量浓度为1 μg·mL-1的结孢率与其他处理（除质量浓度为10 μg·mL-1的处理外）都达到极显著水平；处理质量浓度为0 μg·mL-1（对照）、15 μg·mL-1和20 μg·mL-1的结孢率都为0%，都未能结孢。

表4 生长素IAA 对细绿萍1001 的诱导效果Table 4 Effect of IAA on sporulation induction of Azolla 1001

细绿萍1001 IAA 处理5 μg·mL-1的结孢数量为6.31 个，10 μg·mL-1的结孢数量为4.12 个，1 μg·mL-1结孢数量为3.90 个，0 μg·mL-1（对照）、15 μg·mL-1和20 μg·mL-1的结孢数量都为0 个。处理质量浓度为5 μg·mL-1的结孢数量最多，与其他处理及对照都有极显著差异；处理质量浓度为10 μg·mL-1的结孢数量次之，与其他处理及对照都有极显著差异；处理质量浓度为1 μg·mL-1的结孢数量第三，与其他处理及对照都有极显著差异；处理质量浓度为0 μg·mL-1（对照）、15 μg·mL-1和20 μg·mL-1的结孢数量都为0 个，都未能结孢。

细绿萍1001 IAA 处理质量浓度5 μg·mL-1的孢子果䧳雄比为0.62∶1，10 μg·mL-1的孢子果䧳雄比为0.53∶1，1 μg·mL-1的孢子果䧳雄比为0.51∶1，0 μg·mL-1（对照）、15 μg·mL-1和20 μg·mL-1的的孢子果䧳雄比为0∶0。处理质量浓度为5 μg·mL-1的孢子果䧳雄比例最高，与其它处理及对照都有极显著差异；处理质量浓度为10和1 μg·mL-1的孢子果䧳雄比次之，它们之间无显著差异，与其他处理及对照均有极显著差异；处理质量浓度为0 μg·mL-1（对照）、15 μg·mL-1和20 μg·mL-1的孢子果䧳雄比为0∶0，未能结孢。

3 讨论与结论

自然条件下，在福建地区，红萍的结孢一般出现在春季到夏季过度之间的4～6 月份，秋季到冬季过度之间的10～12 月。在福建自然条件下，细绿萍1001 和小叶萍4018 可以在合适的环境条件下结孢，而卡州萍3001 在福建自然条件下未发现结孢。本研究采用1、5 和10 μg·mL-1质量浓度IAA 处理的细绿萍1001 可诱导结孢，却未能诱导小叶萍4018 和卡州萍3001 结孢，说明各个红萍品种（系）的结孢条件不一样，这也给红萍的结孢诱导增加了难度，今后需要采用不同的方法对不同的红萍品种（系）进行诱导。特别是卡州萍3001 未能诱导出孢子果，说明红萍孢子果的诱导还需要进一步深入研究。

采用1、5 和10 μg·mL-1质量浓度IAA 处理的细绿萍1001 可诱导其结孢，结孢萍体变大，这与自然条件下红萍结孢时萍体变大表现相同。采用1、5 和10 μg·mL-1质量浓度IAA 处理的细绿萍1001 可诱导结孢，结孢萍体的C/N 比有显著提高，这与湖南省农科院土肥所（1981 年）研究结果相同[19]，主要是因为红萍结孢时，萍体营养生长逐渐减缓，萍体变老，所以C 增加、N 降低，C/N 比提高。本试验结果理论依据是，萍体变大、C/N 比提高是红萍结孢的主要特征，IAA 既可促进红萍生长、也可抑制红萍生长，当IAA 浓度太低时只有促进红萍生长、太高时只有抑制红萍生长。只有促进生长时由于红萍生长快，会产生断离因此萍体不会变大；只有抑制生长时红萍不生长，萍体也不会变大。因此，只有IAA 浓度对某种红萍适宜时，既可促进红萍生长、又可抑制红萍生长，此时红萍才会变大、C/N比会提高，才能诱导红萍结孢。

在网室自然条件下，1、5 和10 μg·mL-1质量浓度的IAA 能诱导细绿萍1001 孢子果形成，其中5 μg·mL-1质量浓度诱导效果最佳，诱导细绿萍1001结孢率为15.0%，孢子果数量为6.31 个，孢子果䧳雄比为0.62∶1，其他处理未能诱导出孢子果。