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2016年6月28日 作者:xwz2367609 [返回]
花卉水培的机理与应用(研究论文)

陈永华, 吴晓芙, 胡日利, 蒋丽鹃, 陈明利, , ( 中南林业科技大学资源与环境学院, 湖南长沙 410004)

摘要 对花卉水培的各种机理进行了综述, 主要有 4 种机理: 有无氧呼吸与乙烯信号的启动,能源物质消耗, 抗氧化机制的启动, 个体生长和发育的激素调节。提出了花卉水培的应用前景与方向。

关键词 花卉; 水培; 机理; 应用

中图分类号 S629 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2007) 32- 10291- 03

Mechanism and Application of Flower Plants in Hydroponic Culture

CHEN Yong!hua et al (College of Resources and Environment, Central South Universityof Forestryand Technology, Changsha, Hunan 410004)Abstract All kinds mechanism of flower plants in hydroponic culture were summarized, which mainly are the starting of oxygen breath andethylene signal, energy consumption of materials, the starting of oxidation resistance mechanism, the hormone adjustment of individual growth anddevelopment. Finally, the application prospect and direction of flower plants in hydroponic culture are put forward.Key words Flower plants; Hydroponic culture; Mechanism; Application

花卉水培是继 20 世纪 60 年代世界农业的“绿色革命”之后, 兴起的一场新的“种植革命”。花卉水培属于无土栽培中的一种———非固体介质型的静止水培[1]。是一种采用现代生物工程技术, 运用物理、化学、生物工程手段, 对普通的植物、花卉进行驯化, 使其能在水中长期生长, 而形成的新一代高科技农业项目。花卉水培, 上面花香满室, 下面鱼儿畅游, 卫生、环保、省事, 所以花卉水培又被称为“懒人花卉”,花卉水培具有许多优点, : 观赏性比较强, 可以赏花观根和赏鱼, 无土绿色环保, 易于管理, 一般 1 个月左右换 1 次水和营养液就可以了。因此水培植物的价格, 目前是同品种土培植物的几倍以上[2]。为了降低成本, 水培植物在栽培基地里, 是放在水培诱变池中养护的, 只有上市时, 才会被放进漂亮的玻璃容器。这样必须经过基因诱变, 才能在水中长期生存。像木本植物是多年生的, 4~8 个月诱变成功后,它能长到几年以上, 不经过诱变, 有可能只成活 1~2 个月。笔者对花卉进行水培后的生理变化和逐渐驯化过程的机理学说作一综述, 以期为花卉水培的生产与应用提供参考。

1 花卉水培的机理

花卉水培的过程实际就是花卉水生诱变的过程, 指通过厌氧环境的胁迫创造促发根系与植株组织间形成通气组织的过程, 也是通过厌氧环境胁迫激发植株体内形成特有的生理生化与分子机制, 实现主动适应与被迫适应相结合的过程。在这个过程中厌氧信号的创造是开启与关闭通气组织形成及生理生化变化、代谢机制形成的关键信号[3]。乙烯信号、氧自由基、激素信号与钙信号等都是厌氧环境下产生的直接信号或联级反应信号。在这些信号的作用下启动了相关基因的表达, 从而实现了植物从陆生向水生环境的适应过渡与代谢形态的转变。

1.1    无氧呼吸与乙烯信号的启动

花卉水培最直接的问题是缺氧, 缺氧触发旱生植物的糖酵解过程, 首先表现为乳酸脱氢酶活性升高, 乳酸发酵, 使细胞酸化, 当胞质中 p H 值达到 6.8 , 乙醇脱氢酶与丙酮酸脱羧酶被激活, 迅即进入乙醇发酵途径。无氧呼吸是植物潜在的代谢功能, 它可作为一种补救途径以维持细胞存活 [4]。厌氧下根细胞中乳酸发酵, 随之 ATP 水平和液泡膜上的 H!ATP 酶活性下降, 于是发生质子渗漏, 导致细胞质酸化。乙醇发酵途径最后导致乙烯含量的积累, 在乙烯信号作用下启动了相关基因, 刺激纤维素酶活力, 促进通气组织的形成和发展, 同时还刺激不定根的形成[5]。笔者也在水稻淹涝处理中, 发现会形成不定根,并且也分离出一些与水稻耐淹涝有关的基因片断[6]。这些基因的启动可能与淹涝缺氧信号传递后植物相应的生理生化变化过程有关。

1.2    能源物质消耗

厌氧呼吸会导致植物同化力下降和同化作用受阻, 植物的生存能力取决于能源物质( ) 水平。在许多湿生植物中, 贮存糖类或者氨基酸类物质是耐厌氧的基础, 这类植物往往是长期生存在间隙性淹水环境中, 而在淹水期以无氧呼吸为主。如白菖由于有粗大的肉质茎, 在完全淹水的环境中可存活 60 d 以上, 旱生植物在突然性淹水胁迫下由无氧呼吸导致的能源物质耗竭是普遍存在的[7]。根系在诱导苗床的厌氧水环境下, 有氧呼吸中断或受阻,ATP 水平下降, 细胞能荷显著降低, 陆生植物的细胞能荷一般从 0.800.95 下降到 0.100.30, 线粒体基粒片层出现不可逆的结构变化, 厌氧下陆生植物由无氧呼吸产生的能量极为有限, 只能在短期维持存活的代谢要求, 反映到器官、个体水平上, 则是一切生长、运输的主动过程全部减慢, 生长发育迟缓。许多两栖植物或者原有发达的通气组织的广东万年青, 白掌、红掌、滴水观音等, 因具有特别的能量贮存与无氧呼吸功能, 能荷可维持在稍高水平, 因胁迫所造成伤害较轻些, 而陆生性强的植物表现为能量耗竭衰老就严重些, 所以在诱导之初不宜把水的溶氧下降过低, 让其保持一定的较高的溶氧临界范围, 若直接把桃或仙人球等旱生性强的植物直接处于极低溶氧水环境, 就会出现因能量耗竭而造成的植株死亡与烂根现象。

1.3 抗氧化机制的启动

植物无氧呼吸产生的乳酸、乙醇、乙醛等中间产物, 由于不能被完全氧化, 积累到一定程度可能对细胞产生毒害。因此, 诱导过程中如何解决与清除过多的无氧呼吸末端产物积累就显得极为重要。在水培条件下, 细胞电解质伤害性外漏率是代表细胞膜透性变化即细胞膜受伤程度的最常用指标之一。植物的电导率、丙二醛含量和脯氨酸含量上升, 这暗示在淹涝条件下植物以无氧呼吸为主, 、低 浓度 ( H2SFe2+、乙酸、丁酸等) 都会对代谢或生物膜的完整性产生不利影响[8-10], 以致植物的细胞膜遭到破坏、内含物外流, 脯氨酸积累, 造成内部代谢紊乱。为了适应水中的环境, 花卉植物本身对淹水胁迫所产生的有毒物质会产生一些抵御。一些湿生植物在自然状态下有较强的抵御缺氧后伤害的机能, 因为许多湿生植物中有多种抗氧化剂和酶。抗氧化剂如抗坏血酸( Vc) 、谷胱甘肽( GSH) 等。酶类有超氧化物岐化酶( SOD) ( DHAR) 、单脱氢抗坏血酸还原酶( MR) 等。MR 能催化丙二醛( MDA) 还原[11]。因此, 要花卉水培抵御缺氧后伤害就必须启动与抗氧化相关的酶和抗氧化剂, 这样就可以抵御或消除部分由于缺氧对花卉水培产生伤害的氧自由基。

1.3    个体生长发育的激素调节

厌氧胁迫下植物体的能量供应骤减, 在此情况下植株通过收缩生长或设法增加供氧以获得能量, 这一作用是受激素调节的。厌氧下首先触发乙烯增生, 诱导通气组织和次生根的形成, 以缓解缺氧, 根中细胞分裂素( CTK) 与赤霉素( GA) 迅速下降, 根的生长速率因此下降, CTK 向地上部的运输量减少, 以致整株生长速率下降。在个体水平上, 由于根系厌氧的胁迫, 地上部光合作用受阻, 糖合成减少, 因而茎叶及生殖生长均减慢。叶片在缺氧 3040 min 的时间内生长即减慢, 如此快的反应乃是激素控制的主动调节反应。因此, 花卉在刚开始水培的时候生长很慢, 经过一段时间诱导后, 生长加剧, 甚至出现持续伸长的现象, 这也是厌氧胁迫下乙烯含量变化的结果[12-13]Kende [14]在试验中也认为, 节间快速伸长是由缺氧诱导,并由乙烯积累所控制的, 通过激活氨基环丙烷羧酸合成酶( ACS) , 乙烯含量可增加 8 倍。ACS 由多基因家族所编码,在水稻中至少有 5 个复等位基因。有证据显示 ACS1 基因和 ACS5 基因与节间持续伸长有关[15]。因此, 花卉的水培个体的生长与发育是由体内的激素进行调节控制。

2 花卉水培技术的运用方向

2.1 可以用来进行水培的花卉品种 从理论上来讲, 绝大多数植物应该都可以水培, 但是植物在长期的进化过程中,因环境的不同形成了不同的生态适应性, 在形态及生理上都会发生相应的特化, 所以在诱导前根据所选植物的形态特性大致也可获知它对水的适应性及诱导的难易。通常阴生态的植物比阳生性的植物容易诱导, 湿生性植物比旱生性植物容易诱导, 不定根根系的植物比胚根或定根多级分枝的植物容易诱导。目前香石竹、文竹、非洲菊、郁金香、风信子、菊花、马蹄莲、大岩桐、仙客来、月季、唐菖蒲、兰花、万年青、曼丽榕、巴西木、绿巨人、鹅掌柴以及盆景花卉( 如福建茶、九里香等) 水培的效果都很好。一般可进行水培的还有龟背竹、米兰、君子兰、茶花、月季、茉莉、杜鹃、金梧、万年青、紫罗兰、蝴蝶兰、倒挂金钟、五针松、喜树蕉、橡胶榕、巴西铁、秋海棠类、蕨类植物、棕榈科植物等。还有各种观叶植物。如天南星科的丛生春芋、银包芋、火鹤花、广东吊兰、银边万年青; 景天科的莲花掌、芙蓉掌及其他类的君子兰、兜兰、蟹爪兰、富贵竹、吊凤梨、银叶菊、巴西木、常春藤, 彩叶草等百余种[16]

2.2 花卉水培在水体景观设计时的应用 公园的造景绿化是非常普及与常见的, 在水面的造景绿化时, 一些水生植物常常在水体景观设计中进行应用, 但在水生花卉中观赏价值很高的花卉还是非常有限。而有些观赏价值比较高的花卉在水中很难成活。因此, 如果不基于水培诱导技术来改变植物的适水性是难以实现的, 通过水生诱导技术后, 在水面上可以创造出与陆地土壤栽培相似的技术效果, 可以在水上栽培各种木本及草本植物, 就是一些原本极怕水渍的桃都可在水中生长, 创造出水上花园的奇观[17]。水上花园的建造也就是对水面进行绿化设计后, 再结合栽培载体及框架式大浮体技术, 创造出水面种植空间, 然后把催根或诱导后的植株固定栽培于载体上, 实现漂浮栽培。我国有大面积的江河湖泊与水面, 也像楼顶一样, 面朝天地裸露, 虽然一些地方种了些水生植物, 但种类单调不管绿化还是用于栽培的效率都不高, 而水生诱导技术能实现所有绿色植物的漂浮栽培后, 使水面的利用发生了全新的改变, 可以在水面从事农业生产, 比如: 在水体上进行蔬菜的栽培, 观赏植物的繁殖[18]

2.3 花卉水培在室内绿化中的应用 随着城市环境的恶化和生活水平的提高, 人们对花卉等观赏植物的要求也越来越高, 要求不仅可以净化空气, 而且还要求养护容易且干净卫生等, 这为花卉水培的发展与应用创造了空间。在窗台或办公桌上摆上一两盆水培花卉已经成为室内绿化的新方式。有为了追求作品的和谐美, 许多商家采用花鱼共养的方式, 创造出动态与静态, 自然与人工结合的仿生作品。达到了鱼在根间游, 根随鱼儿飘的观赏效果[2]。另外还可以利用室内一隅, 创造漂浮绿化空间, 栽上适于室内的耐阴品种, 创造出其他栽培模式所不能相比的效果, 因漂浮栽培的植物是以水为介质, 用于漂浮的水体是室内空气调节的最佳水体, 可以起到室内加湿器的效果。制作也非常简单, 只要用木枕作框, 内铺防水薄膜, 盛上 10~15 cm深的水并加入适量营养液, 漂浮上定植板, 并把诱导或催根后的植株植入定植孔中, 然后安装上直流水泵与微计算机控制器就可实现池内循环, 达到流动增氧的效果。如果于光照极弱的环境下, 还需配上补光灯即可。这种模式的运用创造了室内清洁而绿色并便于管理的生态空间, 是室内绿化的一大趋势。

2.4 花卉水培在生物治污中的应用 工业发展造成大量工业废液的外排, 使人类赖以生存的水得以极大的污染, 生态环境遭至严重破坏, 直接影响到物种的生存与人类的健康, 这问题已成为当前世人瞩目的最严峻的问题。在众多的治污方法中, 还是以物理或微生物处理为主导, 凭借自然界的植物进行生态治污的方法运用还很少, 如果采用也大多结合人工湿地技术, 单纯的植物漂浮治污法还很少见。许多学者利用多套不同的水生植物湿地系统处理生活污水, 结果表明, 水生植物在系统中起到明显作用[19-21]。但是笔者发现湿地植物太单一, 且主要是一些水生花卉, 很多观赏价值较高的植物没有得到应用, 这主要与适于水生的植物有限有关, 而采用植物水生诱导技术后, 植物基本上都可进行水生漂浮栽培, 使植物对特有污水的专一性与限制性打破, 可以根据植物的吸附吸收特性进行有针对性的诱导。如果此植物对重金属离子有强烈固定作用的, 可以驯化为金属污染水处理的先锋品种, 需肥性大的植物可诱导为富营养化清除治理的植物, 对于根系特发达的植物还可驯化作为根过滤植物。

2.5 植物保健水的生产与应用 植物水生诱导后可以使所有植物实现水生栽培, 这样就可以使原本处于土壤环境的根全部漂浮于介质水中, 而水又是植物与人类所必须赖以生存的基本物质, 也是一切化学物质或精微物质的最佳溶质, 根系分泌物可以通过水溶质溶解, 让水成为含有根系分泌物的功能水, 但根系分泌物不是全部都对人体有利的, 一些是致毒有害物质, 一些是可促进人体代谢维护生命健康的各种抗生素与蛋白质。那么如何诱导有利物质分泌与保健功能型植物的选择就是当前科研上急需解决的问题, 美国科学家的研究已筛选出 1 600 多种植物, 24 种有利人体健康的分泌物, 这些分泌物采用漂浮水培进行收集是最简单的方法, 首先想到利用漂浮栽培来汲取根系分泌物的是英国拉斯金教授和他的同事, 经过他们的多年试验研究, 现已探明了分泌机制与有效成分。有了水生诱导技术后,使可利用植物种类大大增多, 使许多原本就具功能型的植物或者有激发保健分泌物潜能的植物都可经诱导或催根育苗后进行漂浮栽培, 实现绿色进家园, 健康随相伴的生态住宅的梦想。

参考文献

[1] 张鲁归.室内水栽花卉[M].上海: 同济大学出版社, 1998: 3- 20.

[2] 扬绍卿.室内花卉栽培与装饰[M].洛阳: 河南科学技术出版社, 2001.

[3] 唐万虎, 张祖新, 邹锡玲, .玉米耐渍功能基因组分析及相关基因Sicyp51 的鉴定与克隆[J].中国科学 C : 生命科学, 2005, 35( 1) :29- 36.

[4] 孙艳军, 郭世荣, 胡晓辉, .根际低氧逆境对网纹甜瓜幼苗生长及根系呼吸代谢途径的影响[J].植物生态学报, 2006, 30( 1) : 112- 117

[5] 王文泉, 郑永战, 梅鸿献, .不同耐渍基因型芝麻在厌氧胁迫下根系的生理与结构变化[J].植物遗传资源学报, 2003, 4( 3) : 214- 219.

[6] 陈永华, 赵森, 严钦泉, .差异显示法分离水稻耐淹涝相关的基因[J].农业生物技术学报, 2006( 14) 6: 894- 898.

[7] 李璟, 郭世荣, 胡晓辉.外源亚精胺对低氧胁迫下黄瓜根系多胺含量和呼吸代谢酶活性的影响.西北植物学报, 2006, 26( 1) : 0092- 0097.

[8] 卢昀, 刘雪萍, 汪晓峰, .渗透调节对冷敏感大豆[Glycine max( L.)Merr.]种子膜类脂组成和脂肪酸含量的影响[J]植物生理与分子生物学学报, 2006, 32( 2) : 225- 230.

[9] 黄建昌, 肖艳.水分胁迫对番木瓜膜脂过氧化的影响[J].仲恺农业技术学院学报, 2004, 17( 3) : 1- 5.

[10] 陈永华, 赵森, 严钦泉, .不同淹涝胁迫强度对杂交稻和常规稻农艺性状和生化特性的影响[J].中国水稻科学, 2006( 20) 5: 512- 517.

[11] 胡晓辉, 王景, 郭世荣, .Ca 对低氧胁迫下黄瓜幼苗生长和根系无氧呼吸酶的影响[J].西北植物学报, 2005, 25( 10) : 1997- 2002.

[12] 陈永华, 柳俊, 赵森, .水稻分蘖期耐淹能力评价及不同淹涝强度对重要农艺性状的影响[J].广西农业生物科学, 2006, 25( 2) : 111-115.

[13] 曾淑华, 赵正雄, 覃鹏, .淹水对转超氧化物歧化酶或过氧化物酶基因烟草某些生理生化指标的影响[J].植物生理学通讯, 2005, 41( 5) : 603- 606.

[14] KENDE H, KNAAP EVD, CHO H.Deepwater rice: a model plantto study stem elongation[J].Plant Physiol, 1998, 118: 1105- 1110.

[15] 陈永华, 严钦泉, 赵森.水稻耐淹涝研究的研究进展[J].中国农学通报, 2005,( 21) 12: 151- 154.

[16] 朱玲.花卉水培的培育与管理[J].南昌高专学报, 2005, 61( 6) : 103-104.

[17] 徐伟忠, 朱丽霞, 赵根.植物生态适应性在植物水生诱导上的运用[J].分子植物育种, 2006, 4( 3) : 143- 150.

[18] 王正超, 文剑平.水生观赏植物在园林水景中的应用[J].城市园林,2006( 2) : 40- 41.

[19] HOUSE C H.Combining constructed wetlands and soilfilter forreclamation and reuse of water [J].Ecological Engineering, 1999, 12:272- 381.

[20] 成水平, 况琪军, 夏宜琤.香蒲、灯心草人工湿地的研究- Ⅰ净化污水的效果[J].湖泊科学, 1997, 19( 4) : 351- 358.

[21] 吴振斌, 陈辉蓉, 贺锋, .人工湿地系统对污水磷的净化效果[J].水生生物学报, 2001, 25( 1) : 28- 35.

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