水生蔬菜答农民问（51）：莼菜主要生存繁衍特性有哪些？生产上如何进行莼菜提纯复壮？

魏玉翔 王明红 刘义满

在莼菜（Brasenia schreberiJ.F.Gmel.）产区，关于品种问题，有的反应品种单一，有的反应品种混杂退化，有的咨询莼菜提纯复壮和良种繁育问题。其实，这些都是莼菜产业发展中需要重视的问题，也是理论和实践紧密结合的问题。

1 莼菜生存繁衍特性

莼菜自然生存繁衍特性，也就是莼菜这个物种的生存繁衍策略。在水生蔬菜植物中，莼菜生存繁衍方式最为多样化。

1.1 无性繁殖

①根状茎 着生于水底土壤中，一般深5 cm以内，对于适宜莼菜生长、具有一定深度的水体而言，冬季水底温度环境相对稳定，特别是冬季水面结冰地区（如长江中下游流域及其以北的不同地区、高海拔地区）差异较小。也就是说，莼菜根状茎受环境影响相对较小。根状茎可作为无性繁殖材料。根状茎通过伸长生长，延伸扩展植株生长空间。自然环境中，根状茎“占领”地域的能力强，但“扩展”地域的速度相对较慢。Kunii[1]在日本岛根县（Shimane Prefecture）的Matuse连续数年调查莼菜根状茎生长情况发现，灌溉池塘（irrigation pond）中的莼菜，1987年和1988年60%以上的当年生根状茎1年内死亡，平均期望寿命1.5年，未发现超过3年者；1989年和1990年大多数根状茎为当年生，分别有29.6%和29.0%（平均约30%）的根状茎为上一年生，平均寿命约1.3年；半自然条件（seminatural condition）下的莼菜，1988年和1989年分别有49.2%和46.3%的新生根状茎存活至翌年生长季节末期，未发现寿命达2年者；另外，还测量了1989年和1990年灌溉池塘中莼菜根状茎生长量，总长度分别为21.6、24.3 m/m2，明显大于自然生境（natural habitat）中的最大值18.5 m/m2，不过，1991年根状茎总量陡然减少至最小值4.6 m/m2，因此认为，该现象可能是限制区域内持续栽培莼菜所产生的损害效应（detrimental effect）。事实上，这种效应也对群体起到自疏调节作用。

②水中茎 水中茎主要抽发于根状茎、短缩茎及先期抽生的水中茎上，休眠芽（夏芽和冬芽）和种子萌发的植株也形成水中茎，直立生长于水体中，可以单独作为繁殖材料。在武汉地区曾经观察到，部分水中茎冬季死亡，但亦有部分水中茎即使冻结在冰体内，翌年春季仍可萌发成株。莼菜生长过程中，部分水中茎基部脱离母体，随水漂流，起到传播繁殖的作用。

③休眠芽 莼菜可以形成夏季休眠芽和冬季休眠芽。覃章辉等[2]曾经于7月中下旬至8月中旬在湖北利川采集观察，夏季休眠芽（夏芽）一般由3个以上节组成，带有1～2个花蕾，胶质体包裹，节间较细，叶片多展开，节间形成离层，容易脱落。夏芽数量较少，其形成需要一定的条件，能繁殖成株。人们熟悉且常见的是莼菜冬季休眠芽，即冬芽。冬芽数量多，是莼菜适应秋冬季低温环境，并提升生存繁衍能力的表现。冬芽成熟后，节部形成离层，脱离母体，随水漂流，沉入水底，翌春生根萌发，长成新株。冬芽耐寒能力亦较强，笔者在武汉观察，冻结在冰体中的冬芽，翌春亦沉底萌发。冬季沉底的冬芽，所处环境最低温度可维持在4℃左右。徐国华等[3]测定结果表明，莼菜冬芽越冬阶段可溶性蛋白质、可溶性糖以及水分含量较高，而脯氨酸含量为一年中的最低值。说明冬芽越冬期间抗寒性的维持可能与体内高浓度的可溶性蛋白质、可溶性糖以及水分有关。通常，植物体在干旱、高温、低温、盐渍等多逆境下，常有明显的脯氨酸积累，但该研究结果表明莼菜冬芽抗寒性与脯氨酸含量无直接关系。冬芽能随水体流动传播较远距离，而且冬芽萌发植株具较明显复壮作用，其扩展种群生存空间的速度快，能力强。

1.2 有性繁殖

①莼菜开花结籽习性 莼菜花一般是昼开夜闭，开花过程在连续2天内完成。第1天，花蕾伸出水面，萼片和花瓣开放并向外反卷，雌蕊伸长，向外伸展，高过雄蕊。下午至傍晚，花萼、花瓣收拢闭合，花梗弯曲，花蕾没入水中。第2天，花蕾重新冒出水面，花萼、花瓣重新开放并向外反卷，雌蕊缩回，但雄蕊花丝伸长，高过雌蕊，花药开放，散出花粉。之后，萼片和花瓣收拢，花蕾再次沉入水下，不再出水，果实包裹在萼片和花瓣内发育。果实革质，棒状，含1～2粒种子[4]。莼菜传粉以风媒为主，虫媒为辅。Osborn等[5]在得克萨斯州东部（East Texas）观察研究认为，第1天雌蕊柱头膨大，面积扩大，便于接受花粉；第2天，花药开裂，聚集在柱头上方，且发生同一花内授粉，但因雌雄异熟，防止了同一朵花内自花受精。Notiphila cressoni（双翅目Ephydridae）是最常见的传粉昆虫，但主要还是通过风媒传粉。笔者在武汉还观察到蜜蜂参与莼菜授粉（图1）。

图1 莼菜开花授粉习性

关于莼菜花蕾开放闭合时间，不同的观察结果不同。张四美等[6]6月在江苏南京观察，开花前1天，花蕾露出或半露出水面；开花第1天，8：00左右花蕾开始露出水面，逐渐开放，9：00～11：00花梗迅速伸长，露出水面较高位置开放，15：00左右花蕾闭合，16：30左右花梗已经弯曲，花蕾入水；第2天7：00左右花梗再次挺伸花蕾出水，8：00左右花蕾开放，花丝向上迅速延伸，8：00～9：00花丝停止伸长，散出花粉，15：00左右花梗弯曲，花蕾入水，之后不再出水。李双梅等[7]5～6月在湖北武汉定点标记观察结果表明，第1天开放的花，一般5：00～9：00陆续开放，10：00以后陆续闭合，至12：00全部闭合；第2天开放的花，10：00以后闭合沉入水中。

李双梅等[7]人工授粉试验结果表明，第1天开放的花蕾结实率95.2%、心皮结实率27.8%，第2天开放的花蕾结实率18.2%、心皮结实率1.7%。第2天开放的花，虽然结实率较低，但说明柱头仍然具有一定可授粉性。尽管莼菜通过雌雄异熟策略，保障不同花蕾之间的异花授粉，增加遗传多样性，提高生存能力和适应性，但第2天花内发生的自花授粉，可视为莼菜植物确保授粉完成、产生种子的一种补充生存繁衍策略。

②莼菜的种子生存能力较强 莼菜种子可随水流传播，自然萌发，扩大种群分布空间、群体数量及遗传多样性等，是自然条件下重要的生存繁衍策略。Tarver[8]在美国佛罗里达州米科苏基湖（Lake Miccosukee）调查时，曾经在排水后的湖底发现200～800粒/m2的莼菜种子分布量。Tarver[8]将莼菜种子收集后，在-10℃条件下干藏60天，之后，在塑料容器内装垫湖底土壤作为发芽基质，垂悬湖水内1.5 m深处，让种子自然发芽，结果第101天发芽率14.0%（湖水浸泡，实验室发芽率为16.4%）。莼菜种子能自然萌发成苗，且湖面水位降低或湖底外露后，有利于促进种子萌发。莼菜生长的水体，一旦缺水导致底泥外露，则原有植株几乎不再萌发生长，群体的重建主要依赖于种子萌发形成植株。李双梅等[9]在湖北武汉的试验结果表明，8月10日采收的莼菜自然结实种子，4℃水藏，在贮藏44天、133天、155天及174天时的发芽率分别为12%、32%、34%及40%。4℃水温环境与冬季水面自然结冰地区水底温度相近，也就是说自然环境下贮藏约6个月（1月底2月初），莼菜种子发芽率可达40%以上。

20世纪60年代，河北白洋淀曾经干淀5～6次，1984-1985年则彻底干淀，水生生物几近消失。1988年由于降雨及入淀河流上游山洪汇集，白洋淀重新蓄水，水生生物迅速恢复。田玉梅等[10]1991-1993年调查发现，组成白洋淀的水生植物有21科33属48种（比干淀前多6科12属14种），其中就有莼菜、莲、睡莲、芡实、菱、荇菜等水生植物。从这一现象推测，莼菜种子生存能力较强，自然泥层中种子寿命可达数年。不过，李峰等[11]2007年9月调查白洋淀，未发现莼菜、延药、睡莲等种类。

③莼菜基因型杂合度可能相对较低 世界范围内，莼菜虽然分布广泛，但自然状态下多呈零星分布（sporadic distribution）[12]。例如，我国现有莼菜分布地区，亦多为零星、小规模分布，如湖南郴州市北湖区仰天湖瑶族乡天湖草原、湖北利川市忠路镇永兴村及云南腾冲，最早发现的野生莼菜分布面积均仅0.2 hm2左右[13，14]，重庆石柱县枫木乡昌坪和黄水镇万胜坝湿地原生莼菜面积约386 m2[15]，湖南莽山拐湖莼菜居群面积仅约400 m2[16]，江西兴国县社富乡五龙村莲花塘内发现的野生莼菜面积仅0.67 hm2（图2）[17]。从分布群体的个体数而言，不论是历史遗存而来，还是自然传播而来，甚至人类引种而来，各分布点原始群体的个体数都比较少。理论上，对于莼菜这样处于相对隔离状态的小群体，会产生基因频率的随机波动，即发生遗传漂移（genetic drift），导致遗传多样性（genetic diversity）的降低。例如，Kim等[18，19]选择2个遗传变异度较高的莼菜自然居群（natural population），一个位于韩国江原道（Gangwon-do）高城郡（Goseong-gun）清津湖（Cheonjin Lake），为韩国本岛最大的莼菜居群；一个位于济州岛（Jeju Island）南济州郡（Namjeju-gun）的一处水塘（Galme Pond），居群较小。研究表明，济州岛莼菜居群的基因型多样性（genotype diversity）和核苷酸多样性（nucleotide diversity）均高于韩国本岛清津湖莼菜居群。根据扩增片段长度多态性（Amplified Fragment Length Polymorphism，AFLP）分析结果，估算迁地保护所需最小群体，前者28个个体，后者25个个体即可分别包含其所在居群的全部遗传多样性。朱红莲等[16]采集江苏苏州、浙江杭州、重庆石柱、湖北利川、江西龙虎山和兴国、湖南茶陵、上东及莽山浪畔湖和拐湖莼菜居群样品，进行遗传多样性分析，结果一定程度显示出这一趋势，在其研究的材料中，面积最小的莽山拐湖莼菜居群的核苷酸多样性指数最低。

图2 野生莼菜分布地——零星、小规模

在莼菜生存繁衍历史中，经历“居群繁衍→生境破坏→居群死亡→生境恢复→种子萌发→居群恢复”循环的机遇比较大。生境中水体是最大的影响因子。调查研究发现，莼菜生长区底泥中的铁含量约为非莼菜生长区的5倍，认为底泥中铁含量也可能是莼菜生境的主要限制因子[20]。从莼菜生存繁衍特性而言，其无性繁殖后代长势占有优势，同一野生群体的植株属于同一个或少数几个无性系的机遇较大。因此，在野生莼菜居群内，特别是较小的居群内，即便发生了异花授粉，也可能常为同一无性系群体内不同花蕾之间授粉，本质上还是自花授粉（自交）。对于经过一定人工选择的栽培群体而言，更是如此。与大规模分布，且单纯依靠种子繁殖的异花授粉植物相比，莼菜基因型杂合度应该相对较低。如果如此，也就意味着，从单一来源莼菜种质的常规种子或杂交种子实生后代中选育出具有更大变异性状后代的可能性较低，即难以获得更优良的新品种。

1.3 莼菜抑制植物生长的特性

莼菜具有抑制其他植物生长的特性（phytotoxic property），化 感 作 用（allelopathy）比 较 明 显[21]。Elakovich等[12]研究表明，莼菜提取物能抑制真核藻类 （eukaryotic algae）、蛋 白 核 小 球 藻（Chlorella pyrenoidosa）、原核藻类（prokaryotic algae）、水华鱼腥藻（Anabena flosaquae）及9种不同细菌的生长。在莼菜化感特性（allelopathic property）评价试验中，其提取物对莴苣幼苗根系生长具有显著抑制作用，比对照减少24%。莼菜具有的抑制植物生长的特性，很可能有助于莼菜成为生境中的优势植物（即有利于莼菜生存繁衍），亦使其有希望成为水生杂草管理中的一种化感植物。Thompson等[22]在加拿大略省东南部的阿尔贡金省立公园（Algonquin Provincial Park）调查和试验结果表明，莼菜胶质的存在，可以减轻昆虫对叶片的取食为害。

2 产区现有莼菜“品种”存在的主要问题

目前，我国莼菜生产产区，“品种”方面主要存在以下2个方面的问题。

其一，“品种”单一。主要原因是对现有莼菜种质资源收集利用不够和新品种选育工作开展力度不大，尚无现代意义的选育品种。如种质资源收集利用方面，目前我国莼菜主产区利用的莼菜种质资源主要来于江苏苏州、浙江杭州、湖北利川、重庆石柱及四川雷波等地，而目前已经发现的野生分布莼菜种质资源尚未得到有效利用。至于莼菜新品种选育工作，很少系统开展。

其二，“品种”混杂退化。莼菜栽培中，虽然普遍采用无性繁殖，但也可能出现变异，导致混杂退化。变异来源之一是芽变所形成的植株。不论休眠芽，还是水中茎或根状茎，均可能萌发产生芽变，形成芽变株，进而产生与母株不一致的性状。而根据在其他作物中的观察统计，芽变大多为劣变。变异来源之二是实生变异。尽管莼菜无性繁殖能力强大，但实际也产生种子。在有性种子产生过程中，由于基因分离与重组，后代性状亦有分离，进而形成混杂。部分产区莼菜田长期连作，连作年限短者5～8年，长者近30年，甚至更长。莼菜连作田内“品种”混杂退化的可能性更高，但也存在管理粗放、技术不合理导致的栽培植株群体退化，进而导致品质下降、产量降低。

3 莼菜提纯复壮主要措施

3.1 莼菜提纯复壮的对象及性状目标

莼菜提纯复壮对象主要是现有产区栽培用的“品种”，特别是引种初期未进行选择的“品种”。莼菜用作生产栽培时，主要强调的不是种质多样性，而是优良性，也就是符合生产栽培、加工和消费习惯需要的性状要优良，而且要求纯度高。因此，提纯复壮的目标是确保主要经济性状优良、一致。对于拥有成熟品种的作物而言，提纯复壮的选择依据是原有品种性状，目的是保持原有品种的性状。但是，现有产区莼菜缺乏育成“品种”，因此其提纯复壮的依据，宜根据原有栽培群体主要优良性状，设定综合性状指标。实质上，莼菜提纯复壮也就兼具部分新品种选育的功能。提纯复壮过程中选择评价的主要性状包括：①产品器官（顶芽和幼嫩卷叶）大小和颜色、胶质厚薄（如湖北省地方标准DB 42/T 271-2017《地理标志产品 利川莼菜》要求胶质厚度≥2.5 mm）和多少、产量（综合主要产区经验，可要求鲜品产量≥1500 kg/667 m2），以及产品器官的加工性能；②植株成熟叶片大小、颜色；③植株茎蔓和叶柄长度、粗度、颜色；④花萼和花瓣颜色、花蕾大小、结籽能力；⑤茎芽萌发期、始花期、盛花期、终花期、休眠芽形成期、休眠芽脱落期、叶片黄萎期等；⑥田间感病情况；⑦产品器官营养成分含量。

3.2 莼菜提纯复壮程序

①优良单株初选 可以在现有生产大田，根据主要经济性状（产品器官性状），于采收期选择优良单株。初选单株宜从不同生产田块选择，入选单株数量可以多一些，建议不少于10株。

②株行圃观测评价 对于初选优良单株，分别采集繁殖材料，并以各初选单株为单位，种植于不同的株行圃（株行小区）。单个株行圃面积宜4～6 m2，采取相同形状，设置于相同土壤条件的田块，可以采取物理隔离（如挡板）或空间隔离（如不同株行圃之间间隔3～5 m），防止不同株行圃之间的植株穿插混杂。不同株行圃均采用相同的田间栽培管理方式，如相同的繁殖材料、定植方法、肥水管理、杂草管理、病虫害防治等。株行评价不宜少于2年，选择表现优良的株行圃植株留种，用作株系圃观测评价。入选株行圃数量不宜过多，一般3～5个即可，用作株系圃观测评价。如果没有机械混杂和逐行间植株穿插混杂，则株行圃植株纯度即可视为基因型一致群体，纯度达到生产栽培要求。

③株系圃观测评价 将入选株行圃扩大繁殖，在较大种植区内观测评价生产性状，株系圃面积宜在30 m2以上，采取相同形状。株系圃隔离、栽培管理、评价指标及评价年限与株行圃相同。经过评价，进一步选择1～2个表现优良的株系用作原种繁殖。

用作原种繁殖的田块，在兼顾产品生产的同时，应常年注意选择去杂工作，或与其他作物定期轮作，以保持种苗纯度。

4 莼菜育种

莼菜育种本质上不属于提纯复壮，而是创制新的品种，主要目的是将期望的优良性状组合在同一个无性繁殖株系内。对于莼菜而言，要获得更优良的品种，开展现代意义上的育种工作势在必行。笔者建议，可以先开展2个方面的工作，一方面是增加引种来源，从更多的野生分布地区引种试验种植，选择优良株系应用于生产栽培；另一方面是开展常规杂交育种工作。由于莼菜生产栽培实行无性繁殖，而其又具有有性繁殖能力，因此莼菜杂交育种既不同于组合育种，亦不同于优势育种，而是可以兼具二者特性的育种。莼菜可以利用有性杂交技术，获得具有优良性状组合的单株，进而利用无性繁殖技术固定优良性状组合，直接扩繁成株系，应用于生产栽培。从配制杂交组合开始，最快3～4年即可初步选出优良株系。参照其他具有类似繁殖特性（栽培采用无性繁殖，同时具有有性繁殖能力）作物杂交育种经验和理论，莼菜杂交育种宜首先做好亲本选择和选配。对于候选亲本，要求主要性状（如产品胶质、产量、颜色）优良。亲本选配，即具体选择什么样的2个亲本作父本和母本配制杂交组合，要尽量做到父母本间优缺点互补，而且父母本间的生态地理起源相距较远。朱红莲等[16]和Kim等[23]的研究还表明，利用现代分子生物学技术，能够快速有效地鉴定不同莼菜居群之间亲缘关系的远近（例如湖南莽山浪畔湖和拐湖莼菜，与其他莼菜居群之间具有较大遗传差异），从而为亲本选配提供更加明确的指导。莼菜人工杂交授粉方法和种子发芽方法可参考李双梅等[7，9]的方法，所获种子，用500 mg/L GA3溶液浸泡6 h，可以提高莼菜种子发芽率和发芽势。