CN115581175A - 一种促进沉水植物苦草种子萌发和幼苗生长的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种促进沉水植物苦草种子萌发和幼苗生长的方法，步骤是：(1)种子收集：将苦草种荚在纯水中浸泡，挤出内部的苦草种子；(2)灭菌处理：将洗净的苦草种子在次氯酸钠溶液中浸泡后，得到灭菌苦草种子；(3)基质制备：选择培养容器，在其内底部铺设湖泥，备用；(4)分组播种：将灭菌后的苦草种子分组聚集、分别放置于培养容器中的湖泥表面中；(5)种子萌发：将培养容器放置于恒温室中，使得苦草种子萌发；(6)生长及检测：将培养容器保持在恒温室中继续培养一段时间后，收集培养容器内的所有苦草幼苗。有效提高苦草种子的萌发率和萌发速率，促进萌发后苦草幼苗的生长,操作简单、适用范围广、经济成本低。
Description
技术领域
本发明属于富营养化湖泊植被修复技术领域，具体涉及一种促进沉水植物苦草种子萌发和幼苗生长的方法。
背景技术
苦草(Vallisneria natana)是水鳖科苦草属沉水植物，是我国分布最为广泛的沉水植物之一。目前，湖泊生态系统逐渐退化，富营养化问题日益突出，恢复沉水植物是提升水质和改善生态环境的重要措施。苦草具有生命力强、生长迅速、对环境的适应范围较广等特点，被广泛应用于水质净化和水体生态修复。除无性克隆生长外，苦草可以进行有性繁殖，在其生活史过程中会产生大量的种子,这对大面积恢复苦草种群具有重要意义。在退化湖泊中恢复苦草种群，除了栽种苦草成株，还可通过播撒种子来补充种源，具有成本低廉的优势。但由于环境因素的复杂性、多变性及种子本身的生物学特性限制，富营养化湖泊中苦草种子的萌发率和成苗率较低，难以通过直接播撒法进行苦草种群的恢复。
苦草种子快速萌发与萌发后幼苗的正常生长是苦草恢复的重要前提。目前，促进苦草种子萌发和幼苗生长的方法有对种子进行化学试剂预处理，还有改变生长基质的方法。而化学试剂的最适处理浓度较难确定，如果处理浓度过高将对种子造成不可逆的损伤；生物质炭等基质改良材料的制备过程较为复杂，难以大量制备且成本高昂，在退化湖泊大面积的苦草恢复工程中难以推广应用。
因此，选择一种操作简单、适用范围广、经济成本低地促进苦草萌发和幼苗生长的方法是本发明的关键所在。
发明内容
为了克服现有促进苦草种子萌发方法的不足，本发明的目的是在于提供了一种促进苦草种子萌发和幼苗生长的方法，该方法操作简单、适用范围广、经济成本低且促进效果显著。
为了达到上述的目的，本发明采用以下技术措施：
其发明构思是：包括种子收集、灭菌处理、基质制备、分组播种、种子萌发和生长及检测。
一种促进沉水植物苦草种子萌发和幼苗生长的方法，其步骤是：
(1)种子收集：挑选健康、无病虫害的苦草种荚，在纯水中浸泡7－9小时，挤出内部的种子，用纯水清洗干净(2－4次)；
(2)灭菌处理：将种子在3-5％次氯酸钠溶液中浸泡10-20分钟，用纯水清洗干净(2-4次)，得到灭菌苦草种子，置于纯水中备用；
(3)基质制备：选择培养容器，在底部铺设厚度为4-10cm湖泥，加入一定量水，静置22－26小时备用；
(4)分组播种：将步骤(2)中灭菌后的苦草种子以每组5-50粒分组聚集、放置于培养容器中的湖泥表面；
(5)种子萌发：将步骤(4)中的培养容器放置于恒温室(24-26℃)中萌发，保持一定规律的光照。
(6)生长及检测：将步骤(5)中的培养容器继续在恒温室(24-26℃)中培养一段时间，定时补充水分，保持苦草幼苗被水完全浸没。收集培养容器内的所有苦草幼苗，测定叶片的可溶性糖、可溶性蛋白和光合色素含量、测定其根系活力。
优选的，步骤(3)所述的培养容器为烧杯，烧杯中装有厚度4-5cm的湖泥，深度为6-7cm的自来水，且播种前已静置24小时；湖泥的总氮含量为0.7-2.5g/kg、总磷含量为0.5-2.0g/kg、有机质含量为4-9％。
优选的，步骤(4)中最优聚集数目为5粒。
优选的，步骤(5)及步骤(6)所述恒温室的温度为25℃，光照强度为1200-1800lx，光暗比为12/12小时。
本发明中，最关键的是步骤(4)中将苦草种子5-50粒分组聚集，可有效提高苦草种子的萌发率和萌发速率，并促进萌发后苦草幼苗的生长。该方法避免了化学试剂的使用，不会对种子造成任何损伤；操作简单，经济成本低，无需二次处理即可促进幼苗的生长；适用于不同富营养化湖泊，可在实际苦草恢复工程中推广应用。
通过上述六个步骤的技术措施，播种后第二天时，苦草种子的萌发率提高了0.38-1.17倍，平均萌发速率较未处理种子可提高37.5-116.63％。还可促进萌发后苦草幼苗的生长，叶片的可溶性糖、可溶性蛋白和光合色素含量最高可增加53.85％、44.62％、115.38％。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明中，苦草种荚在浸泡时吸水、变软，8小时后可轻松挤出苦草种子；通过浸泡苦草种荚获得苦草种子，可有效保持种子的完整性，保障苦草种源质量。
2、本发明中，使用3-5％次氯酸钠溶液对苦草种子表面进行灭菌处理，避免了萌发过程中各类病原体降低种子萌发率，同时次氯酸钠的腐蚀性可软化苦草种子种皮，提高种子的吸胀能力，有助于胚根突破种皮。
3、本发明中，将苦草种子放置于湖泥表面，以模拟实际环境的基质条件。湖泥总氮含量为0.7-2.5g/kg、总磷含量为0.5-2.0g/kg、有机质含量为4-9％，营养状态涵盖了轻污染至重污染程度，这说明本发明可以在在不同富营养化湖泊的水质恢复工作中使用。
4、与现有技术相比，本发明操作简单，适用于多种污染程度的湖泊恢复工程，且经济成本低，不仅能够促进苦草种子萌发，还能够对后续幼苗的生长产生一定的促进作用，进而有效减少富营养化湖泊底泥的氮磷含量、抑制底泥中氮磷营养盐释放，提升和稳定水质。
附图说明
图1是对苦草种子进行每组5粒、每组10粒、每组25粒、每组50粒聚集处理和单独放置处理后，播种后第二天苦草种子萌发率对比图；
图2是对苦草种子进行每组5粒、每组10粒、每组25粒、每组50粒聚集处理和单独放置处理后，播种后第二天苦草种子平均萌发速率对比图；
图3是对苦草种子进行每组5粒、每组10粒、每组25粒、每组50粒聚集处理和单独放置处理后，播种50天后苦草幼苗的生物量对比图；
图4是对苦草种子进行每组5粒、每组10粒、每组25粒、每组50粒聚集处理和单独放置处理后，播种50天后苦草幼苗叶片的可溶性糖含量对比图；
图5是对苦草种子进行每组5粒、每组10粒、每组25粒、每组50粒聚集处理和单独放置处理后，播种50天后苦草幼苗叶片的可溶性蛋白含量对比图；
图6是对苦草种子进行每组5粒、每组10粒、每组25粒、每组50粒聚集处理和单独放置处理后，播种50天后苦草幼苗叶片的光合色素含量对比图；
图7是对苦草种子进行每组5粒、每组10粒、每组25粒、每组50粒聚集处理和单独放置处理后，播种50天后苦草幼苗的根系活力对比图；
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种促进沉水植物苦草种子萌发的方法，主要步骤如下：
(1)种子收集：挑选适量苦草种荚，在纯水中浸泡8小时，挤出内部的种子，用纯水清洗干净备用；
(2)灭菌处理：将种子在4％次氯酸钠溶液中浸泡10-20分钟，用纯水清洗干净，得到灭菌苦草种子，置于纯水中备用；
(3)基质制备：选择500毫升塑料烧杯作为培养容器，在塑料烧杯内铺厚度为4cm的湖泥，加入深度为6cm的自来水，静置24小时；所用湖泥采自大型富营养化城市湖泊-武汉东湖。湖泥的总氮、总磷及有机质含量分别是1.77±0.01g/kg、1.88±0.04g/kg和8.13±0.33％，为重污染程度；
(4)分组播种：将灭菌后的苦草种子以每组5粒聚集、放置于培养容器中的湖泥表面，共放入50粒苦草种子；
(5)种子萌发：将步骤(4)中的培养容器放置于恒温室中，萌发48小时。恒温室温度为25℃，光照强度为1500lx，光暗比为12/12小时；
(6)生长及检测：在恒温室中继续培养，每周补充水分，保持苦草幼苗完全浸没；50天时，收集培养容器内的所有苦草幼苗，测定其生物量；取适量叶片，测定其可溶性糖、可溶性蛋白和叶绿素a含量；取适量根系，测定其根系活力。
实施例1于2022年3月开始。播种两天后，苦草种子的萌发率为22.00±2.00％，平均萌发速率为11.00±1.00％/d。50天时，苦草幼苗的生物量为5.07±0.47g，叶片的可溶性糖、蛋白和光合色素的含量分别为0.30±0.01％、1.64±0.14mg/g、0.69±0.01mg/g，根系活力为101.38±13.52mg/(g·h)。
实施例2：
本实施例中步骤(4)中所述苦草种子以每组10粒聚集、放置于湖泥表面，其他步骤与实施例1相同。
实施例2于2022年3月开始。播种两天后，苦草种子的萌发率为26.00±2.00％，平均萌发速率为13.00±1.00％/d。50天时，苦草幼苗的生物量为4.10±0.56g，叶片的可溶性糖、蛋白和光合色素的含量分别为0.26±0.01％、1.88±0.07mg/g、0.82±0.02mg/g，根系活力为33.30±3.04mg/(g·h)。
实施例3：
本实施例中步骤(4)中所述苦草种子以每组25粒聚集、放置于湖泥表面，其他步骤与实施例1或2相同。
实施例3于2022年3月开始。播种两天后，苦草种子的萌发率为28.00±2.00％，平均萌发速率为14.00±1.00％/d。50天时，苦草幼苗的生物量为3.07±0.67g，叶片的可溶性糖、蛋白和光合色素的含量分别为0.40±0.01％、1.33±0.05mg/g、0.84±0.04mg/g，根系活力为42.46±5.27mg/(g·h)。
实施例4：
本实施例中步骤(4)中所述苦草种子以每组50粒聚集、放置于湖泥表面，其他步骤与实施例1-3相同。
实施例4于2022年3月开始。播种两天后，苦草种子的萌发率为34.67±3.06％，平均萌发速率为17.33±1.53％/d。50天时，苦草幼苗的生物量为3.53±0.35g，叶片的可溶性糖、蛋白和光合色素的含量分别为0.13±0.01％、1.39±0.03mg/g、0.72±0.04mg/g，根系活力为51.12±6.45mg/(g·h)。
对照例1：
本对照例中步骤(4)中所述苦草种子单独、均匀分布地放置于湖泥表面，其他步骤与实施例1-4相同。
对照例1于2022年3月开始。播种两天后，苦草种子的萌发率为16.00±0.00％，平均萌发速率为8.00±0.00％/d。50天时，苦草幼苗的生物量为4.33±0.15g，叶片的可溶性糖、蛋白和光合色素的含量分别为0.26±0.01％、1.30±0.05mg/g、0.39±0.24mg/g，根系活力为90.19±6.57mg/(g·h)。
如图1所示，与对照例1相比，播种48小时后，实施例1-4的苦草种子萌发率提高了37.5-116.69％。从平均萌发速率来看(图2)，实施例1-4的苦草种子平均萌发速率提高了37.5-116.63％。由此可见，聚集处理可有效提高苦草种子的萌发率和萌发速率。
如图3至图7所示，生物量在实施例1中最大，比对照例1高了17.09％；可溶性糖和光合色素含量都在实施例3中最高，与对照例1相比分别提高了53.85％、115.38％；可溶性蛋白含量则在实施例2中最高，相较于对照例1提高了44.61％。根系活力受到了较大的影响，仅在实施例1中升高12.41％。
从实施例1-4的结果来看，在50粒聚集范围内，聚集数目越多，苦草种子萌发越好，但幼苗的生长情况与此不同，而且单一的指标无法准确反映幼苗的生长状况，因此采用隶属函数法对种子萌发和幼苗生长情况进行标准化、综合评价。根据隶属函数法的公式1：某指标的隶属函数值＝(某组别该指标测定值-所有组别该指标的最大值)/(所有组别该指标的最大值-所有组别该指标的最小值)和公式2：某指标的隶属函数值＝1-(某组别该指标测定值-所有组别该指标的最大值)/(所有组别该指标的最大值-所有组别该指标的最小值)对萌发及幼苗生长的相关指标进行计算和排序，结果如表1所示。
表1实施例1-4及对照例各指标的隶属函数值
隶属函数综合值可直观反映出对照例和实施例中苦草种子萌发和幼苗生长的情况，综合值越大，其萌发和生长情况越好。由表1可知，实施例1-4的隶属函数综合值均高于对照例1，实施例1最高，其次是实施例2，然后是实施例3、4，即通过对萌发和幼苗生长相关指标的综合评价发现苦草种子萌发和幼苗生长情况为5粒聚集组>10粒聚集组>25粒聚集组>50粒聚集组>单独放置组。这说明本发明中的聚集处理对苦草种子萌发和幼苗生长的促进作用非常显著,最优选为5粒聚集。
Claims (5)
1.一种促进沉水植物苦草种子萌发和幼苗生长的方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)种子收集：将苦草种荚在纯水中浸泡，挤出内部的苦草种子，纯水洗净备用；
(2)灭菌处理：将上述洗净的苦草种子在次氯酸钠溶液中浸泡后，再次纯水清净，得到灭菌苦草种子，置于纯水中备用；
(3)基质制备：选择培养容器，在其内底部铺设湖泥，之后加入水，静置备用；
(4)分组播种：将步骤(3)中灭菌后的苦草种子分组聚集、分别放置于培养容器中的湖泥表面中；
(5)种子萌发：将步骤(4)中的培养容器放置于恒温室中，保持一定规律的光照、定时补充水分、保持苦草幼苗被水完全浸没，使得苦草种子萌发；
(6)生长及检测：将步骤(5)中的培养容器保持在恒温室中继续培养一段时间后，收集培养容器内的所有苦草幼苗，测定叶片的可溶性糖、可溶性蛋白和叶绿素a含量、测定其根系活力。
2.根据权利要求1所述的一种促进沉水植物苦草种子萌发和幼苗生长的方法，其特征在于：步骤(3)所述的湖泥总氮含量为0.7-2.5mg/L、总磷含量为0.5-2.0mg/L、有机质含量为4-9％。
3.根据权利要求1所述的一种促进沉水植物苦草种子萌发和幼苗生长的方法，其特征在于：步骤(3)所述的培养容器中铺设有厚度4-5cm的湖底表层湖泥，上覆水深度为6-7cm，所述的静置时间为24小时。
4.根据权利要求1所述的一种促进沉水植物苦草种子萌发和幼苗生长的方法，其特征在于：所述的步骤(4)中灭菌苦草种子的聚集数目为5-50粒。
5.根据权利要求1所述的一种促进沉水植物苦草种子萌发和幼苗生长的方法，其特征在于：步骤(5)和步骤(6)所述的恒温室设置是：温度25℃，光照强度1200-1800lx，光周期为光照12小时、暗12小时。
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