姚 振，朱桂才，趙 江，王 超 (長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州 434025)

香根草在荊州的引種和有性繁殖習(xí)性研究

姚 振，朱桂才，趙 江，王 超 (長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州 434025)

為給香根草(VetiveriazizanioidesL.)生理生態(tài)研究和應(yīng)用提供依據(jù)，進(jìn)行了香根草多個(gè)生態(tài)型的引種、分蘗繁殖、開花結(jié)實(shí)習(xí)性調(diào)查、花粉萌發(fā)、實(shí)生苗繁殖以及越冬調(diào)查等試驗(yàn)，獲得了香根草分蘗和有性繁殖的詳細(xì)資料，探討了香根草開花和結(jié)實(shí)的影響因素，分析了結(jié)實(shí)率低的原因。

香根草(VetiveriazizanioidesL.)；分蘗繁殖；花粉萌發(fā)；有性繁殖

香根草(VetiveriazizanioidesL.)是禾本科巖蘭草屬多年生草本植物，1958年開始進(jìn)入中國(guó)，20世紀(jì)80年代以后，在華南、華東、西南等地香根草被廣泛用于治理水土流失。香根草被世界上100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)列為理想的保持水土植物，在治理污染、土工工程防護(hù)、魚畜飼料、菌草、工藝編織品開發(fā)利用、造紙和燃料使用等方面有巨大應(yīng)用潛力[1]。

近年來，香根草生態(tài)工程受到國(guó)內(nèi)外的廣泛重視并得到迅速的推廣和應(yīng)用，國(guó)內(nèi)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：香根草對(duì)淹水、干旱的適應(yīng)性研究，光合生理生態(tài)研究[2-3]；香根草生態(tài)工程研究，優(yōu)良生態(tài)型的篩選[4]；香根草組織培養(yǎng)、種子繁殖等繁殖技術(shù)及子代植株生物學(xué)特性研究[5-6]等方面。

香根草的引種栽培會(huì)大大改善生態(tài)環(huán)境，阻止生境的進(jìn)一步惡化，湖北省近年開始了引種栽培，利用香根草治理環(huán)境[7]。但是，香根草的引種推廣首先需要研究其在引入地的適應(yīng)性、繁殖，確定其是否易擴(kuò)散等問題，所以研究香根草在引種地的無性繁殖、有性繁殖以及越冬的問題，對(duì)其在引入地發(fā)揮價(jià)值具有重要意義。本研究在湖北中部城市荊州進(jìn)行了多個(gè)生態(tài)型的香根草的引種、分蘗繁殖、開花結(jié)實(shí)習(xí)性調(diào)查、花粉萌發(fā)、實(shí)生苗繁殖以及越冬調(diào)查等試驗(yàn)，獲得了香根草無性和有性繁殖的詳細(xì)資料。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了香根草開花和結(jié)實(shí)的影響因素，分析了香根草結(jié)實(shí)率低的原因，以期為香根草的生理生態(tài)研究、繁殖和應(yīng)用提供詳細(xì)的資料。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料來源于不同的氣候區(qū)域的13個(gè)生態(tài)型，2005～2006年種植于長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院實(shí)習(xí)基地。其中，生態(tài)型Lilongwe和Zomba來源于馬拉維，馬拉維處于非洲東南內(nèi)陸，大部分地區(qū)為熱帶干濕季氣候區(qū)的高地氣候。生態(tài)型Kandy來自斯里蘭卡，斯里蘭卡(亞洲島國(guó))屬熱帶季風(fēng)性氣候。Malaysia、Sabak bernam來自馬來西亞，馬來西亞屬于熱帶雨林海洋性氣候。Capital、Sunshine、Hoffman來自美國(guó)，美國(guó)屬于溫帶大陸性氣候。Monto來自大洋洲的澳大利亞，澳大利亞與東南亞太平洋地區(qū)氣候相近。Wild、Cultivated、A、C 4個(gè)生態(tài)型來自中國(guó)廣東，廣東絕大部分地區(qū)都屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。引入地荊州，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，光能充足、熱量豐富、無霜期長(zhǎng)。年平均氣溫15.9～16.6℃，冬季一月是最冷月，最低溫度曾低于-10℃。

從越冬后的母體植株上取單個(gè)分蘗進(jìn)行繁殖，為了便于區(qū)別不同齡的分蘗叢，將單個(gè)分蘗形成的分蘗叢當(dāng)年稱為一年齡植株。一年齡植株經(jīng)過1a的生長(zhǎng)，越冬后繼續(xù)萌發(fā)，第二年為二年齡植株，第三年稱為三年齡植株，此后稱為多年齡植株。

1.2 方法

1.2.1 分蘗繁殖

為了評(píng)估香根草分蘗繁殖的效果及其在引入地的適應(yīng)性，記錄所有植株3a的分蘗數(shù)、植株高度和基部周長(zhǎng)。分蘗數(shù)指單個(gè)分蘗叢中所有分蘗的數(shù)目，植株高度指每株從基部到花序或最高葉片頂端的高度，基部周長(zhǎng)指分蘗叢基部的周長(zhǎng)。

1.2.2 有性繁殖習(xí)性

1)拔節(jié)與抽穗 A和C 2個(gè)生態(tài)型通過單個(gè)分蘗繁殖的植株，連續(xù)3a調(diào)查記錄其拔節(jié)率和抽穗率。其他生態(tài)型的多年生植株連續(xù)3a調(diào)查記錄抽穗率。拔節(jié)率=(拔節(jié)數(shù)/分蘗數(shù))×100%，抽穗率=(抽穗數(shù)/拔節(jié)數(shù))×100%，其中，拔節(jié)數(shù)指分蘗叢中出現(xiàn)節(jié)間伸長(zhǎng)現(xiàn)象的分蘗數(shù)目，抽穗數(shù)指完成花序的形態(tài)分化的分蘗數(shù)目。

2)抽穗與開花 逐個(gè)記錄每個(gè)花穗的穗展開時(shí)間、小花開始開放時(shí)間、開花結(jié)束時(shí)間，以及抽穗開花期間的溫度及天氣情況。

3)花粉離體萌發(fā) 生態(tài)型A開花期間收集花粉，進(jìn)行離體萌發(fā)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)基2個(gè)處理。培養(yǎng)溫度設(shè)置14、16、18、20、22℃5個(gè)水平。培養(yǎng)基包含4個(gè)水平，即A：蔗糖10g/L、Ca(NO3)2·4H2O 0.3g/L、H3BO30.1g/L、KNO30.1g/L、MgSO4·7H2O 0.2g/L；B：蔗糖10g/L、H3BO30.02g/L；C：蔗糖15g/L、H3BO30.02g/L；D：蔗糖20g/L、H3BO30.02g/L。

將培養(yǎng)基融化滴在載玻片上，冷卻后將花粉用毛筆均勻刷在培養(yǎng)基上。將播種后的培養(yǎng)基放入培養(yǎng)箱中，每隔30min觀察花粉萌發(fā)情況，2h后統(tǒng)計(jì)最終萌發(fā)花粉數(shù)，計(jì)算萌發(fā)率。

4)結(jié)實(shí) 逐個(gè)統(tǒng)計(jì)單穗結(jié)實(shí)的數(shù)量與空秕的數(shù)量，計(jì)算結(jié)實(shí)率。

5)實(shí)生苗 采收生態(tài)型A的種子，實(shí)驗(yàn)室催芽后，移栽幼苗種植于田間，記錄實(shí)生苗生長(zhǎng)情況。抽穗開花的生態(tài)型種植地周圍不做干擾，次年調(diào)查種植地附近區(qū)域?qū)嵣绯霈F(xiàn)情況。

1.2.3 越冬調(diào)查

試驗(yàn)的第二年冬季，選擇各生態(tài)型代表性植株，每隔2周于3個(gè)時(shí)間點(diǎn)(11月13日、12月1日、12月16日)調(diào)查計(jì)算綠葉比例，評(píng)估越冬情況。待地上部分全部枯黃后，離地50cm左右割去地上部分。第三年春季，記錄返青情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 分蘗繁殖的效果

A、C生態(tài)型經(jīng)過3a的分蘗繁殖，株高平均值分別達(dá)到262.8cm和231.1cm。引入的其他生態(tài)型的第三年株高平均為241.9cm，其中生態(tài)型Wild最高株高可以達(dá)到360cm。從單棵分蘗苗到生長(zhǎng)成叢，基部周長(zhǎng)逐年上升。2個(gè)生態(tài)型第三年的分蘗數(shù)分別可以達(dá)到31.4株和33.1株，最高可以達(dá)到59株和61株。分蘗叢3a的基部周長(zhǎng)最高可以達(dá)到66.88cm，2個(gè)生態(tài)型平均每年增加7.54cm和9.07cm。其他生態(tài)型在3a中也表現(xiàn)出基部周長(zhǎng)的有限增加。

從株高、分蘗數(shù)和分蘗叢基部周長(zhǎng)分析，引入的所有生態(tài)型表現(xiàn)了非常好的適應(yīng)性，并沒有因?yàn)榕c原產(chǎn)區(qū)環(huán)境差異而表現(xiàn)出不適應(yīng)。香根草的分蘗屬于疏蘗型，不會(huì)從栽植點(diǎn)向四周擴(kuò)散，易于控制，生產(chǎn)中可以利用分蘗苗進(jìn)行繁殖。

2.2 香根草一年齡、二年齡和多年齡植株有性繁殖特性的差別

圖1是生態(tài)型A一年齡、二年齡和多年齡植株的拔節(jié)率和抽穗率的比較。由圖1可以看出，拔節(jié)率在3a中出現(xiàn)波動(dòng)。抽穗率一年齡和二年齡的植株大致相同，多年齡的抽穗率提高約2倍，抽穗率表現(xiàn)為升高的趨勢(shì)。圖2是生態(tài)型C一年齡、二年齡和多年齡植株的拔節(jié)率和抽穗率的比較。由圖2可以看出，生態(tài)型C在3a中也表現(xiàn)了拔節(jié)率的波動(dòng)，但是抽穗率變化不大。

引入的2個(gè)生態(tài)型分蘗繁殖的幼苗在當(dāng)年便可以完成營(yíng)養(yǎng)積累，轉(zhuǎn)入生殖生長(zhǎng)而抽穗開花。但是，2個(gè)生態(tài)型的抽穗率差別較大，但均在30%以下，只有一部分分蘗植株可以完成抽穗的過程。與生態(tài)型C的分蘗苗一直保持很低的抽穗率所不同的是，生態(tài)型A的分蘗苗抽穗率在第二年和第三年逐漸增加。

圖1 生態(tài)型A不同齡植株的拔節(jié)率和抽穗率

圖2 生態(tài)型C不同齡植株的拔節(jié)率和抽穗率

圖3是其他11個(gè)生態(tài)型3a抽穗率比較。從圖3可以看出各生態(tài)型經(jīng)過引種后連續(xù)幾年呈現(xiàn)出不同的生長(zhǎng)狀況。抽穗率表現(xiàn)為上升、下降或者波動(dòng)，并且這種趨勢(shì)與引種來源地的關(guān)系不明顯。來源于廣東的4個(gè)生態(tài)型都有較高的抽穗率，其中生態(tài)型wild的抽穗率最高可以達(dá)到65.7%。生態(tài)型Kandy、Hoffman、Capital、Sunshine、Sabak bernam、Lilongwe抽穗率一直保持在很低的水平，甚至沒有抽穗，這些生態(tài)型在整個(gè)試驗(yàn)期間都沒有結(jié)實(shí)。

圖3 11個(gè)生態(tài)型3a的抽穗率

2.3 溫度、培養(yǎng)基對(duì)花粉離體萌發(fā)的影響

表1 溫度和培養(yǎng)基條件對(duì)花粉萌發(fā)率的影響

香根草花粉在不同溫度和培養(yǎng)基條件下的萌發(fā)率見表1。由表1可以看出，花粉在不同溫度下的萌發(fā)率具有很大差異，在14～18℃下萌發(fā)數(shù)最高，20℃和22℃時(shí)花粉不萌發(fā)。在富含無機(jī)鹽的A培養(yǎng)基下，14～22℃時(shí)花粉均不萌發(fā)。不同糖濃度(B、C、D培養(yǎng)基)下，萌發(fā)率在糖濃度達(dá)20%后萌發(fā)率才有所提高，但花粉萌發(fā)率仍還是很低，均小于10%。

2.4 氣象條件對(duì)花序展開和開花的影響

通過逐個(gè)記錄所有抽穗分蘗的幾個(gè)重要時(shí)間(穗展開時(shí)間、小花開放時(shí)間和開花結(jié)束時(shí)間)，研究溫度條件對(duì)抽穗和開花的影響。為便于在圖4和圖5中將時(shí)間數(shù)據(jù)與期間的溫度變化相對(duì)應(yīng)，研究中引入T值，T為試驗(yàn)期間的時(shí)間刻度，即以9月1日的T值為1，9月2日的T值為2，然后類推至整個(gè)試驗(yàn)階段。

注：9月1日的T值為1，9月2日的T值為2，余類推，圖5、圖6同。T=25～29、55～68時(shí)為連續(xù)陰雨天氣。

圖5 香根草抽穗開花在時(shí)間上的分布

生態(tài)型A、C和Wild的抽穗率都能保持在很高的水平，但是并不是每一個(gè)抽穗分蘗的花序都能順利地展開。從圖5可以看出，第一個(gè)抽穗展開從9月9日(T=9)開始，11月19日(T=80)最后一個(gè)花穗展開，前后間隔71d。在11月19日后香根草的抽穗不再展開，但是可以觀察到花序的形態(tài)分化已經(jīng)完成?；ㄋ氲恼归_主要集中在10月5日(T=35)到11月9日(T=70)，前期和后期只占很小的比例。根據(jù)圖4給出的溫度曲線，對(duì)應(yīng)的花序展開的最低溫度為12℃，溫度低于12℃時(shí)花序不再展開。

圓錐狀的花序展開后小花逐漸開放，共有約50個(gè)穗能夠完成抽穗和開花的整個(gè)過程，一個(gè)花序上的小花開始開放到整個(gè)花序開花結(jié)束，平均時(shí)間為11.6d。前期的花穗開放最短時(shí)間為5d，后期的花穗最多可以持續(xù)25d。從圖5的曲線可以看出，后期多數(shù)分蘗的抽穗只能完成穗的展開或部分花的展開，不能完成開花的過程。

小花開放從9月15日(T=15)開始，一直到11月29日(T=90)結(jié)束，前后間隔75d。小花開放開花主要集中在9月25日到10月20日，后期只有少數(shù)開花，而且一個(gè)花序中只有很少量的小花能夠開放。根據(jù)圖4給出的溫度曲線，溫度低于14℃小花就不再開放。

在T為25～29、55～68時(shí)試驗(yàn)記錄為連續(xù)陰雨天氣，這段時(shí)間的展開花穗不能開花。

圖6 抽穗時(shí)間對(duì)香根草結(jié)實(shí)率的影響

2.5 抽穗時(shí)間與結(jié)實(shí)率的關(guān)系

從圖6可以看出，香根草結(jié)實(shí)主要集中在很短的時(shí)間內(nèi)，抽穗時(shí)間T=42(10月11日)為臨界點(diǎn)，以后香根草不再結(jié)實(shí)。結(jié)實(shí)的高峰期抽穗時(shí)間T在16～32之間，單穗最高結(jié)實(shí)率為51.7%，此時(shí)的最高溫度在25℃左右，最低溫度在15℃左右。抽穗時(shí)間T的最小值為9，9月9日到9月15日的少量抽穗由于脫落比較嚴(yán)重，無法統(tǒng)計(jì)，雖然可以觀察到結(jié)實(shí)但結(jié)實(shí)率不高。

2.6 實(shí)生苗

生態(tài)型A采收的種子在實(shí)驗(yàn)室條件下育苗，幼苗移栽到大田。移栽的實(shí)生苗當(dāng)年平均分蘗數(shù)為21.3株，第二年平均分蘗數(shù)為42.8株，這些分蘗叢的生長(zhǎng)與通過分蘗繁殖的分蘗叢無明顯差異。生態(tài)型A在開花結(jié)實(shí)的過程中，逐步有一些種子散落在四周。在試驗(yàn)的第三年，在距離香根草生態(tài)型A植株1m左右的位置發(fā)現(xiàn)了多顆實(shí)生苗。

2.7 香根草分蘗叢的越冬情況

從圖7可以看出，Lilongwe、Zomba、Hoffman、Sabak bernam、Capital、A、C以及Kandy在其他生態(tài)型地上部分基本枯萎的情況下，綠葉比例仍然較高。生態(tài)型Malaysia和Cultivated地上部分枯萎的速度最快，抗寒性較差。各個(gè)生態(tài)型表現(xiàn)了抗寒性上的差異，各個(gè)生態(tài)型第二年均能正常萌發(fā)新的分蘗。

圖7 不同生態(tài)型3個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的綠葉比例

3 討論與結(jié)論

香根草可分為有性繁殖(能正常開花結(jié)實(shí)，如印度北部的一個(gè)野生種以及廣東湛江發(fā)現(xiàn)的野生種)和無性繁殖(不開花或開花不結(jié)實(shí)，靠營(yíng)養(yǎng)器官繁殖)[6,8]2大類，本研究選用的生態(tài)型包含了這2種類型。所有生態(tài)型都能在引入地正常生長(zhǎng)，可以正常利用分蘗繁殖的方法，分蘗叢保持在原種植的范圍內(nèi)而不擴(kuò)散。但是，這些生態(tài)型在開花結(jié)實(shí)習(xí)性上有很大的區(qū)別，來源國(guó)內(nèi)的幾個(gè)生態(tài)型能夠有效地開花結(jié)實(shí)，而生態(tài)型Kandy、Hoffman、Capital、Sunshine、Sabak bernam、Lilongwe抽穗率一直保持在很低的水平，基本沒有有效的抽穗結(jié)實(shí)。試驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了散落種子可以萌發(fā)實(shí)生苗，這一點(diǎn)對(duì)于香根草的利用提出了要求，生產(chǎn)應(yīng)用中最好選用沒有有效抽穗的生態(tài)型。

研究結(jié)果表明，分蘗繁殖的幼苗當(dāng)年抽穗開花會(huì)有延遲，2～3a后開花結(jié)實(shí)和多年生的分蘗叢相同。出現(xiàn)這種情況的原因可能是植株在分蘗繁殖后需要營(yíng)養(yǎng)積累，在合適的情況下轉(zhuǎn)入生殖生長(zhǎng)。如果香根草在引入地作為牧草使用，反復(fù)的收割可能會(huì)抑制開花。

研究發(fā)現(xiàn)香根草花粉萌發(fā)率極低，并且離體萌發(fā)溫度在14～16℃之間，這與其他禾本科植物花粉的萌發(fā)溫度具有很大的差別。水稻、小麥、玉米花粉的離體最適萌發(fā)溫度在28～30℃之間[9-11]，顯著高于實(shí)驗(yàn)測(cè)得的香根草的花粉離體萌發(fā)溫度。本研究只對(duì)香根草花粉離體萌發(fā)的條件進(jìn)行了初步摸索，如果將溫度提高到28～30℃，或是提供其他的營(yíng)養(yǎng)條件，花粉的萌發(fā)率是否提高，有待進(jìn)一步研究。

研究發(fā)現(xiàn)，在引入地能正常結(jié)實(shí)的香根草生態(tài)型，結(jié)實(shí)率很低。有效結(jié)實(shí)穗集中在約2周內(nèi)，這些穗的結(jié)實(shí)率高，而其他時(shí)間的穗基本不能結(jié)實(shí)。香根草抽穗開花集中在9月至10月，此時(shí)溫度偏高，適合香根草花粉萌發(fā)的時(shí)間段很短，而花粉萌發(fā)對(duì)溫度的要求較為苛刻，兩者的矛盾可能導(dǎo)致了傳粉和受精困難，進(jìn)而導(dǎo)致了結(jié)實(shí)率低。同時(shí)，抽穗后期的低溫造成有效的開花穗少，大量的抽穗都不能結(jié)實(shí)?？梢酝茰y(cè)，抽穗前期的高溫和后期的低溫都會(huì)抑制香根草結(jié)實(shí)。引入地秋冬季長(zhǎng)時(shí)間的陰雨天氣比較常見，這些天氣影響了香根草抽穗的展開及花的開放，這也是香根草大量的抽穗結(jié)實(shí)率不高的重要原因。

致謝：感謝中山大學(xué)綠地中心提供試驗(yàn)材料。

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10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.04.003

Q949.71+4.2

A

1673-1409(2012)04-S009-06

2012-02-22

長(zhǎng)江大學(xué)科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(2005018)。

姚 振(1980-)，男，湖北荊州人，博士生，講師，研究方向?yàn)橹参锓肿由飳W(xué)與植物學(xué)。