CN111066615B - 一种提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法，属于植物栽培技术领域。为了解决现有的香菇草耐淹能力差的问题，提供一种提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法，该方法包括通过分子手段鉴定分析确定筛选出不同基因型的香菇草；再选取至少4种不同基因型的香菇草植株在种植区域进行混合栽培一起生长。本发明能够有效的提升香菇草的整体耐水淹能力，具有较好的耐水淹胁迫性能。

Description

一种提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法

技术领域

本发明涉及一种提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法，属于植物栽培技术领域。

背景技术

香菇草(Hydrocotyle vulgaris)系伞形科天胡荽属，多年生草本植物，原产欧洲、北美洲南部及中美洲地区。香菇草于20世纪90年代引入我国，由于其株形美观，具有较高的观赏价值，常用于湿地造景及盆栽观赏；同时，香菇草对污水具有很强的抗性并可净化体，因此，也被频繁栽培与河道、湖泊和池塘，用于城市污水治理和绿化等植物。

但是，在作为湿地造景或城市污水治理或绿化等植物时，经常会存在水淹或没水的情况，使栽培的植物被水淹而造成生长能力下降甚至淹死的问题。且随着全球气候异常，局部地区暴雨、洪涝灾害频繁发生，水淹成为植物遭受的主要逆境之一，非生物胁迫对植物最直观的影响是引起一系列生物学特征的变化。淹水所带来的植物对低氧和低光照条件的生理学影响是多方面的。例如，淹水减少了根系的O₂供应，引起植物叶片的气孔关闭，水下获得的光辐射减少，降低净光合速率等。因此，如何考虑水淹对植物的生长能力的影响也是至关重要的。

而提升植物对环境的耐受能力，对于同一物种的筛选有利用物种多样化的特性有针对性的选择，不同物种其对环境耐受能力的选择是不完全相同的，而对于同一物种内存在着遗传背景不同的个体(不同的基因型)，从而构成了基因型的多样性。不同环境下，物种的丰富度存在一定差异，同一物种的不同种群内基因型的数量也会随物种和环境因素的改变而变化。由于物种间的互补效应，物种多样性的增加能够显著提高植物群落的生产力及其对生物和非生物胁迫的耐受性。同理，不同基因型之间也存在性状差异，各基因型的资源摄取方式以及其对某环境因子的响应均可能存在较大差异。因此，增加物种内基因型的多样性可能产生与物种多样性相似的效应——即提高种群的生产力和对非生物胁迫的耐受性的研究表明，高基因型多样性对维持生态系统的稳定有巨大意义。基因型多样性群落与另一物种多样性群落的比较发现，两者群落的地上初级生产量增加率几乎相同，表明基因型多样性在群落和生态系统过程中的作用可能比以前认识到的更大。

然而，目前，香菇草植物同样对于水淹胁迫的情况下，同样存在存活率不能确定，且生长速度也明显下降，且水淹胁迫情况下，整体生物量明显下降。为了提升香菇草植物的对于水淹环境的适应，大多是通过选用适应于生长在湿地环境下的香菇草进行栽培，也就是相当于是通过物种多样化的特性，选择适合在湿环境下生存的植物，但是，仍存在水淹情况下生物量下降明显的问题，还没有报道一个更好的栽培方式来提升香菇草耐水淹的生长能力，也没有报道过关于基因型不同对于香菇草的耐水淹胁迫能力的影响。

发明内容

本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法，解决的问题是如何提高香菇草栽培时的耐受水淹胁迫能力。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现，一种提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

通过分子手段鉴定分析确定筛选出不同基因型的香菇草；再选取至少4种不同基因型的香菇草植株在种植区域进行混合栽培一起生长。

通过在栽培前先对香菇草的基团型进行分析确定，筛选出不同基因型的香菇草，然后，再在栽培时将至少4种不同基因型的香菇草栽培在同一区域上进行混合栽培，相当于是通过栽培达到基因型多样性的植物群落，能够提高香菇草的耐水淹能力，使其即使在水淹的情况下，也能表现出较强的生长能力，混合栽培对于香菇草在水淹情况下的生长生物量等均有较好的增强效果，实现其能够有效的应用在河床等水域、河流等岸边的绿化等植物栽培。对于上述分子手段鉴定可采用一般的如采用AFLP分子手段鉴定出基因型，采用AFLP分子手段鉴定是植物分析领域常用的分析方法，主要用来确定分析出不同的基因型香菇草，使后续栽培时能够准确的选择不同的基因型香菇草进行混合栽培。

在上述提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法，作为优选，所述混合栽培具体采用4种或8种不同基因型的香菇草植株。通过采用更多种的基因型香菇草混合栽培，能够更好的提高整体群落的耐水淹能力，提升耐水淹胁迫的性能，使它们即使在水淹的情况下，也能具备较好的生长能力，地上部分的生物量生长较高。作为更好的优选，在于使混合栽培时采用至少4种以上不同基因型的香菇草植株进行混合栽培在同区域，而采用8种基因型的香菇草的效果更优。所选用的4种或8种基因型可以从一个大的基因型库中进行随机选取，不需要预先设定这些基因型之间的表型差异程度。

在上述提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法，作为优选，选取的不同基因型香菇草植株至少有3种生长在不同地区区域的生境。通过选用不同地区区域生长的香菇草进行混合栽培，能够更好的提升它们的生存能力，具有更好的适应环境生长的特点，能够适应不同生境条件下的能力。作为进一步的优选，所述不同地区区域的生境选自水生生境、水淹生境、开阔生境和低光生境。在不同生境下生长的植株，混合栽培在一起后具有更好的适应环境能力，存活率也高，最优选是选水生生境。

在上述提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法，作为优选，所述混合栽培时采用草炭和沙石的混合料作为栽培土质。能够提供营养物质给香菇草的生长，又能使香菇草具有更好的生存能力，且通过沙石的添加也能更好的固定香菇草的栽培定型，避免倒株的问题。作为进一步的优选，所述草炭与沙石的质量比为1：1。当然，在实际的种植过程呈可根据需要添加肥料如有机肥等，使更好的保证其养分需求。

综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

通过采用不同基因型的香菇草进行混合栽培，能够有效的提升香菇草的整体耐水淹能力，具有较好的耐水淹胁迫性能，且在水淹的情况下能够保证仍具有较好的生长态势，生物量相对较好的效果。

附图说明

图1是本发明的香菇草种群不同遗传多样性水平和水淹处理下的总生物量(A)、叶生物量(B)、茎生物量(C)和根生物量(D)的分析图。

图2是本发明的不同基因型水平和水淹处理下香菇草种群的水淹耐受指数(即基于生物量的对数响应比)的分析图。

图3是本发明的不同基因型水平和水淹处理下香菇草的叶、茎和根生物量分配分析图。

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。

实施例一

本耐水淹胁迫的香菇草栽培方法，包括根据通过AFLP分子手段鉴定分析确定筛选出不同基因型的香菇草；再在栽培时选取至少4种不同基因型的香菇草植株在种植区域进行混合栽培一起生长，即可实现本栽培方式。在实际栽培时可采用4种、5种、6种、8种甚至更多不同基因型的香菇草混合栽培的方式进行，优选是采用至少6种以上的不同基因型的香菇草进行混合栽培，当然，最好使上述混合栽培具体采用4种或8种不同基因型的香菇草植株，具体更好的代表性，也利于实际分析和应用。采用更多种基因型的香菇草进行混栽，能够更好的提高其耐水淹能力，使生物总量、叶生物量、茎生物量均有显著的提升。

对于上述所用的不同基因型的香菇草品种本实施例中的香菇草选自浙江、重庆和武汉等省份的不同地区水生生境下筛选而来，其中的不同生境最好是包括水淹生境、开阔生境和低光生境等的水生生境，具体的为通过在上述地区的不同生境采集10个种群的128个香菇草样品；然后，通过在实验室内，对每个样品的叶片进行DNA提取，然后用AFLP分子手段鉴定其基因型，这里的NDA提取以及AFLP分子手段鉴定是采用常规的分析即可，主要在于确定并筛选出不同基因型的香菇草进行分类并移栽用于实验，这里通过分析确认的香菇草有18种不同基因型类型。

将上述分析确定的不同基因型的香菇草样品分别移栽入台州学院校内温室内的装满河沙和草炭土(1:1)的塑料盆进行无性繁殖，每种基因型的香菇草进行分盆无性繁殖培养。通过无性繁殖(营养生长)，每个基因型均产生大量的无性个体(分株)，这些无性个体与母体植物具有完全相同的基因型，可从所获得的香菇草的18种基因型中随机选取不同种基因型的香菇草进行实验，来分析说明采用不同种基因型的香菇草混合栽培对提升其耐水淹胁迫能力的实验效果。

实施例二

本实施例的实验是于2018年7月15日，从上述的样品中选取不同基因型的香菇草进行栽培生长实验(进行多盆栽培包括单基因型栽培和至少4种基因型混合栽培的方式(以下分别对采用4种和8种不同基因型的香菇草组合栽培方式进行实验分析))，以下相应的对照组进行对照说明，具体栽培及实验方法如下：

在每个塑料盆(63×41×13cm)中，将草炭土与沙子按1:1体积比混合作为栽培土质，并在每盆的草炭和沙子的混合物中各均匀混入100g奥绿肥，每盆分别移栽32株(四行八列栽种)生长状况良好的香菇草单株(选节点数1，叶片数1)，进行均匀栽种。这里对于移栽的香菇草植株挑选取决于此基因型群落整体水平形态特征(如叶片大小、茎长等)。本实验从得到的不同基因型的香菇草中选用8种不同香菇草基因型群落植株，设置三种基因型水平组合：分别为单基因型水平(G1)、四基因型水平(G4)及八基因型水平(G8)，同时设置水淹胁迫和对照组。

对于单基因型水平，具体栽培方式为：塑料盆中种植相同基因型单株32株，每个基因型设置重复2次，共16盆；

对于四基因型水平，具体栽培方式为：塑料盆中种植随机挑选的四种基因型单株各8株并设置12次重复，共12盆；

对于八基因型水平，具体栽培方式为：塑料盆中种植八种基因型单株各4株并设置12次重复，共12盆。

上述实验总共计40盆，所有盆栽随机放置。

移栽完成后的所有群落(已栽培相应组合方式的塑料盆的盆栽)放置在台州学院椒江校区温室内恢复和生长14天后，最好温室内平均气温为27.4℃，平均相对湿度为84.8％(iButton DS1923；Maxim Integrated Products,USA)，晴天中午的光量子通量密度为702-826mmol m^-2s^-1(LI-250A；LI-COR Biosciences)，白昼约14小时，未采用补光灯，昼夜时长为自然光照的时长，然后，将所有盆栽移至室外自然环境下进行水淹/正常处理。

从上述40盆培养的各盆栽群落，选取单基因型水平8盆、四基因型水平6盆、八基因型水平6盆，总计20盆，分别移至在同样环境条件下的黑色大桶(20个)中，设置水深40cm水淹胁迫处理(水深高度取决于植株高度)。另外20盆为未经任何胁迫处理的同龄香菇草群落，作为对照，正常浇水。共构建40个实验群落，每个水分处理各20盆。为了更方便说明，对于基因型组合方式见以下表1的标记说明：

在上述移栽前，在上述培养的8种不同基因型香菇草群落中各基因型分别随机取5株单株，观察其长势，测量长度，作为实验各基因型单株初始平均高度/cm。

表1：

上述表1中标记为CQ-1表示原野外样品来源于重庆，区域在经纬度：29°33′34″N,106°37′41″E的区域及周边范围；

上述表1中标记为WZ-2和WZ-6表示原野外样品来源于温州，区域在经纬度：27°58′29″N,120°45′38″E的区域及周边范围；

上述表1中标记为NB-2表示原野外样品来源于宁波，区域在经纬度：29°53′50″N,121°33′32″E的区域及周边范围；

上述表1中标记为TZ-9和TZ-1表示原野外样品来源于台州，区域在经纬度：28°40′22″N,121°25′37″E的区域及周边范围；

上述表1中标记为JX-22表示原野外样品来源于嘉兴，区域在经纬度：30°41′55″N,120°46′28″E的区域及周边范围；

上述表1中标记为HZ-13表示原野外样品来源于杭州，区域在经纬度：30°18′48″N,120°23′25″E的区域及周边范围；

根据对不同基因型的标记说明，对于实验中的单基因型、四基因型和八基因型的香菇草组合栽培方式进行说明，具体组合栽培方式如以下表2所示：

表2：

即单基因型是分别标记为WZ-2、JX-22、TZ-1、HZ-13、TZ-9、CQ-2、WZ-6和NB-2八种均不同基因型的香菇草的单基因型栽培；

四基因型是将分别标记为WZ-2/JX-22/TZ-1/HZ-13的四种均不同基因型的香菇草进行混合栽培；

八基因型是将分别标记为WZ-2/JX-22/TZ-1/HZ-13/TZ-9/CQ-2/WZ-6/NB-2的八种均不同基因型的香菇草进行混合栽培。

培养一段时间后，于2018年9月12日，进行实验收获。以盆为单位，每盆随机抽取5株香菇草单株，测其叶片长宽、茎长，记录数据，再依照香菇草基因型多样性水平组合分别收获。收获鲜样放入烘箱中，105℃杀青2h后，进行生物量分割(叶片、叶柄、匍匐茎、根)。烘箱80℃烘干至恒重，用万分之一天平分别称重，记录数值。

在上述实验期间，无其他营养添加；定期除虫浇水/排水；对于水淹组进行定期加水以补偿因蒸发损失的水分或在雨天后排去多余的水分，保证水深高度，无高温和遮阳等胁迫。所有盆栽随机放置以避免位置效应。

结合图1至图3的分析结果表明：其中，上述图1中给出的是均值和标准误，且图1中柱子上字母不同表述差异显著。图2中给出的是均值和标准误，同时也给出了方差分析的F值、P值和自由度，图2中柱子上字母不同表述差异显著。图3中柱子上字母不同表述差异显著，而柱子上未标注字母表示由于效应不显著未进行多重比较。上述所有基因型多样性水平下，水淹都极大地减少了香菇草的总生物量以及各个组成部分的生物量(除了两个较高基因型多样性水平上的根生物量)。同时，随着基因型多样性的增加(按基因型数量衡量)，香菇草的总生物量、叶生物量和茎生物量均显著增加。说明本发明对于香菇草的栽培在基因型多样性能有效增强香菇草种群对水淹胁迫的耐受能力。而对于种群未受水淹胁迫时，基因型多样性并未对生物量的产生显著影响。

进一步的分析说明如下：

1.基因型多样性对实验种群生物量的影响

本实验中香菇草种群的总生物量在不同基因型多样性水平下有显著影响，表明香菇草植物的基因型多样性确实能影响生产力。在较短生态时间尺度内，香菇草实验种群基因型多样性增加群落生产力效应的机制可能是互补效应(complementary effects)。我们在对基因型影响生物量的多重比较中发现，未水淹部分其基因型多样性栽培方式并未对各香菇草植株的生物量产生显著影响(图1A-C)。但在水淹胁迫之下，通过基因型多样性的栽培却能够显著的体现了基因型多样性对香菇草群落生产力的影响(图1A-C)，主要原因可能是因为水淹胁迫大幅度的降低了香菇草群落的生产力，此时，高基因型群落由于具有各种不同基因型，反而比单基因型的植株更易适应胁迫环境，从而表现出群落总生产力较高的效果。

同时，香菇草的基因型多样性栽培对群落的叶生物量、茎生物量都有显著影响，但对香菇草的根生物量没有显著影响，可能因为植物体生存所需的营养物质已经足够，不需要再通过增长根来扩大营养需求，从而导致总体基因型多样性对根生物量没有显著影响。基因型多样性在对各生物量分配(根、茎、叶)上也未产生显著影响。说明香菇草种群本身生物分配已经能较好的适应当前环境，这是一种生物适应环境的自然选择。

2.水淹胁迫对实验种群的生物量的影响

本研究发现，在所有基因型多样性水平下，水淹都极大地减少了香菇草的总生物量以及各个组成部分的生物量(除了两个较高基因型多样性水平上的根生物量)。其原因可能是水淹影响了气体的交换速率，减少了O₂和CO₂的供应，引起植物叶片的气孔关闭，水下获得的光辐射减少，降低净光合速率和呼吸作用等。因此，在水淹条件下植物的正常生长受到了严重的抑制，进而影响到整个群落的生物量积累。

但是，当香菇草种群受水淹胁迫时，随着基因型多样性的增加(按基因型数量衡量)，香菇草的总生物量、叶生物量和茎生物量能够得到显著增加；同时耐受指数显示，随着基因型多样性的增加，香菇草种群对水淹胁迫的耐受能力随之增强。说明当香菇草植物在遭受水淹胁迫环境时，增加基因型多样性能够有助于促进香菇草群落的生长，并增加其对水淹胁迫的耐受能力。

水淹胁迫对香菇草的茎和叶的生物量分配上没有显著影响，但对根的生物量分配上产生显著影响。植物对生物量的分配是一种对地上、地下资源的权衡，水淹胁迫下，地上资源的缺失使得植物加大对地下资源的需求，从而增加根生物量的分配，提高根系对土壤中养分的吸收，说明香菇草种群响应水淹胁迫使得植物的抓地性增加。

以下表3是基因多样性和水淹对香菇草生物量和生物量分配的影响情况：

表3：

上述表3中给出的是两因素方差分析的F值,P值及自由度(F的下标)。¹-对应数据进行了对数转换；²-对应数据进行了反正弦转换。

本实验利用八种香菇草基因型，随机组合为单基因型水平、四基因型水平和八基因型水平并在水淹胁迫处理与否的情况下，研究其对香菇草实验种群的总生物量及各组成部分生物量的影响，经上述分析讨论，所得结论主要如下：

基因多样性(克隆多样性)对香菇草实验种群的总生物量有显著影响；同时，对叶片生物量、茎生物量也有显著影响，但对根生物量没有显著影响；

水淹胁迫对香菇草种群的总生物量有显著影响，大体上，在所有基因型多样性水平下，水淹都极大地减少了香菇草的总生物量以及各个组成部分的生物量(除了两个较高基因型多样性水平上的根生物量)。说明水淹环境不利于香菇草种群生物量的积累，抑制香菇草生长。

通过基因多样性(克隆多样性)的栽培方式会改变香菇草种群对水淹胁迫的反应。随着香菇草实验种群基因型多样性的增加，总生物量、叶生物量和茎生物量随之显著增加。耐受指数表明，随着基因型多样性的增加，香菇草种群对水淹胁迫的耐受能力随之增强。

因此，本研究启示我们，无论是在湿地修复工程中还是农业生产环节里，适度增加物种的基因型多样性有助于提高植物的生产力，从而得到更佳的修复效果和农业产出。

本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (4)

1.一种提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

通过分子手段鉴定分析确定筛选出不同基因型的香菇草；再选取至少4种不同基因型的香菇草植株在种植区域进行混合栽培一起生长，选取的所述不同基因型香菇草植株至少有3种生长在不同地区区域的生境；所述不同地区区域的生境包括水生生境、水淹生境、开阔生境和低光生境。

2.根据权利要求1所述提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法，其特征在于，所述混合栽培具体采用6种或8种不同基因型的香菇草植株。

3.根据权利要求1或2所述提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法，其特征在于，混合栽培时采用草炭和沙石的混合料作为栽培土质。

4.根据权利要求3所述提高耐水淹胁迫的香菇草栽培方法，其特征在于，所述草炭与沙石的质量比为1：1。

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