隱棒花屬觀賞水草研究進(jìn)展

黃紹力，羅燕羽，劉紹欽，曹健松

（廣州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510308）

觀賞水草是指在自然環(huán)境中生長(zhǎng)發(fā)育或經(jīng)人工采集、栽培及選育，能在水族箱環(huán)境中生長(zhǎng)的一類水生植物，其觀賞價(jià)值在于修長(zhǎng)的葉片、姹紫嫣紅的色彩和五顏六色的花朵等，故也可稱之為特色水中花卉［1-2］。觀賞水草種類繁多，目前全世界可應(yīng)用于水族箱中栽植的品種已達(dá)500多種，其中市場(chǎng)上常見(jiàn)的觀賞水草也有200多種［3］。

觀賞水草產(chǎn)業(yè)隨著觀賞漁業(yè)的發(fā)展而發(fā)展，主要應(yīng)用于水族箱的造景與欣賞，并以此表現(xiàn)水族箱的自然美和生態(tài)美。栽培觀賞水草不但能為水族箱增添色彩，帶來(lái)觀賞價(jià)值，還具有生態(tài)循環(huán)的作用。另外，它還能為觀賞魚(yú)提供水中氧氣，可作為觀賞魚(yú)類的棲息場(chǎng)所，改善觀賞魚(yú)的棲息環(huán)境，這對(duì)于整日奔波、遠(yuǎn)離田園的人來(lái)說(shuō)有著不可坑拒的吸引力。在我國(guó)，觀賞水草產(chǎn)業(yè)起步較晚，與歐美、東南亞等國(guó)家相比，在品種數(shù)量、種苗品質(zhì)方面還存在明顯差距。近幾年，隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，觀賞水草的種植已慢慢滲透到我們生活中的各個(gè)角落。目前，有些高校已將觀賞水草栽培作為一門(mén)必修專業(yè)課程［4-5］。我國(guó)觀賞水草發(fā)展最好的屬?gòu)V州地區(qū)，由于其優(yōu)越的地理位置和氣候條件，不但本土水草種類眾多，而且引進(jìn)了大量國(guó)外優(yōu)良品種，是國(guó)內(nèi)觀賞水草重要的原產(chǎn)地和集散中心，年產(chǎn)值可達(dá)5 000多萬(wàn)元，在我國(guó)觀賞水草領(lǐng)域居于領(lǐng)先地位。

隱棒花屬（Cryptocoryne）觀賞水草是天南星科下屬的一種兩棲類植物，該屬植物既可以在水中生長(zhǎng)也可以在水上生長(zhǎng)，又稱水椒草或椒草。Cryptocoryne這一名詞來(lái)源于其花開(kāi)方式，Crypto意為“隱藏的，秘密的”，Coryne意為“花序”，Cryptocoryne指“花序被隱藏在內(nèi)”［6］。隱棒花屬植物是廣西珍稀瀕危植物［7］，是我國(guó)重點(diǎn)保護(hù)的濕地維管束植物［8］，2012年被列入第二批國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄。由于其葉片和佛焰苞多變的形態(tài)和色彩，且生長(zhǎng)速度慢，造景可塑性大、觀賞性強(qiáng)，受到廣大水族愛(ài)好者的熱捧。由于水族愛(ài)好者對(duì)于隱棒花屬觀賞水草的過(guò)度吹捧，巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值驅(qū)使不少人為了追求品種野生性狀，瘋狂涌向產(chǎn)地，掀起了瘋狂挖掘的熱潮，業(yè)內(nèi)稱之為“野采”，同時(shí)為了迎合市場(chǎng)的需要，當(dāng)?shù)厝艘布娂娺M(jìn)行采摘銷售，致使很多品種瀕臨滅絕。另外，雖然隱棒花屬植物作為觀賞水草已被廣泛用于水族缸造景應(yīng)用中，但是作為一種小眾類觀賞植物，目前尚無(wú)法像白掌、粗肋草、鳳梨等大眾類觀賞植物一樣廣為人知。因此，本文對(duì)隱棒花屬觀賞水草的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并對(duì)今后的研究方向進(jìn)行了展望，以期為隱棒花屬觀賞水草種質(zhì)資源的保護(hù)、開(kāi)發(fā)和利用提供參考。

1 生物學(xué)特性與栽培養(yǎng)護(hù)

1.1 生物學(xué)特性

隱棒花屬植物的根莖常分支，有時(shí)具匍匐莖，葉柄具長(zhǎng)鞘，葉片從地下根莖長(zhǎng)出；花序柄通常短；佛焰苞管部藏于地下或水中，下部包含花序，通常較上部短粗，管內(nèi)花序上方有一鐘形隔片覆蓋著雄花序；肉穗花序極纖細(xì)，附屬器短，杯狀，與佛焰苞管隔片相連雌花序4～7朵花，排成1～2輪，上輪花不育，下輪花彼此連生；雄花序具多花，密集；花單性，無(wú)花被；聚合漿果，瓣裂，背部外果皮撕裂狀；種子倒卵狀長(zhǎng)圓形，干時(shí)具疣皺狀縱條紋；花期11月至次年4月［9］。它們典型的生存環(huán)境是小溪、雨林和低地沼澤，也會(huì)生長(zhǎng)在較為平穩(wěn)的河流岸邊，受季節(jié)影響交替改變水上和水下的葉片狀態(tài)［10］。

1.2 生長(zhǎng)特性與栽培養(yǎng)護(hù)

隱棒花屬觀賞水草的葉片顏色和形態(tài)是多變的，這種變化不單指水上栽培和水下栽培的不同，在同一水族箱中不同位置其表現(xiàn)也存在差異，這也表明，隱棒花屬觀賞水草對(duì)環(huán)境的變化十分敏感，也正是由于其多變的特點(diǎn)，吸引了越來(lái)越多的愛(ài)好者栽培隱棒花屬觀賞水草。

目前，隱棒花屬植物主要是作為觀賞水草栽培，生長(zhǎng)于水下，其生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、繁殖速度慢，要培養(yǎng)出良好狀態(tài)除了要控制溫度和光照外，對(duì)種植基質(zhì)、水質(zhì)、pH和CO2的要求也很高［16-17］，無(wú)法滿足市場(chǎng)需求。由于隱棒花屬植物是一種兩棲類植物，既可栽培于水上，也可栽培于水下，商家充分利用該特點(diǎn)，通過(guò)植物組培快繁技術(shù)，大量繁殖該屬植物種苗，再以巖棉為種植基質(zhì)，實(shí)行溫室栽培，最后進(jìn)行沉水馴化的栽培方法［18-20］，既滿足了市場(chǎng)需求、方便生產(chǎn)，又可避免由于母種而引起的病菌感染，且可以提高種苗品質(zhì)，目前市售的絕大部分隱棒花屬觀賞水草都是采用該方法生產(chǎn)的。

2 種質(zhì)資源

2.1 種質(zhì)資源的分布

隱棒花屬植物分布范圍廣泛，從印度東北部的阿薩姆，橫跨緬甸，至中國(guó)東部的廣西都有分布，包括孟加拉國(guó)、緬甸、泰國(guó)、印度尼西亞和馬來(lái)西亞，以及斯里蘭卡（錫蘭）、蘇門(mén)答臘、婆羅洲、爪哇、蘇拉威西島、菲律賓和巴布亞（新幾內(nèi)亞）［11］。鑒于分布面積廣，各地區(qū)的降水量、溫度和土壤條件等也各不相同，因此該屬植物的種質(zhì)資源十分豐富，其形態(tài)各異、顏色多變，至今被發(fā)現(xiàn)的已有500多種［12-13］，市場(chǎng)上常見(jiàn)的有100多種。

雖然隱棒花屬植物種類繁多，但目前我國(guó)市場(chǎng)上的品種大多數(shù)都是從國(guó)外引進(jìn)，原產(chǎn)于我國(guó)的僅有5種，主要分布于廣西、云南和貴州，分別是C.sinensis（隱棒花）、C.yunnanensis（八仙過(guò)海）、C.crispatula（旋苞隱棒花）、C.flaccidifolia（柔葉隱棒花）、C.kwangsiensis（廣西隱棒花）和C.planifolia（寬葉隱棒花）［9,14］。其中，八仙過(guò)海主要作為藥用植物應(yīng)用，在水族缸造景中應(yīng)用最多的是旋苞隱棒花，廣西隱棒花和柔葉隱棒花目前尚未被引種栽培應(yīng)用，寬葉隱棒花最近幾年才被發(fā)現(xiàn)，但由于原產(chǎn)地遭到破壞，目前該品種有瀕臨滅絕的危險(xiǎn)。

2.2 種質(zhì)資源的分類與命名

1865年和1867年意大利植物學(xué)家Odoard Beccari先后兩次前往婆羅洲調(diào)查隱棒花屬植物，這是首次對(duì)該屬植物進(jìn)行的較為深入的研究［13］。1879年Engler［15］對(duì)該屬植物的特征進(jìn)行了描述，1883年又對(duì)其特征進(jìn)一步闡述。但是，多年來(lái)隱棒花屬植物種群之間的關(guān)系和分類方法一直都有著不同解釋，不過(guò)普遍認(rèn)為，葉片和佛焰苞在形態(tài)和顏色上的差異是區(qū)分品種的重要特征。直至2015年，Jacobsen等［12］對(duì)收集的400多個(gè)品種通過(guò)AFLP分子標(biāo)記分析，才對(duì)該種群之間的親緣關(guān)系有了較清晰認(rèn)識(shí)。除品種親緣關(guān)系，還發(fā)現(xiàn)地理上鄰近比遺傳上形態(tài)的相似性在遺傳關(guān)系上更親和。

隱棒花屬植物種類繁多，但絕大多數(shù)是進(jìn)口品種，所以國(guó)內(nèi)的商品名稱和品種名比較混亂，很多中文名稱是拉丁學(xué)名的音譯，或者以原產(chǎn)地、顏色或采集者的名字等進(jìn)行命名［1］。以原產(chǎn)地命名的，如越南椒草、安南椒草、邦加椒草、湄公河椒草等；以顏色命名的，如白椒草、咖啡椒草、金椒草、青椒草等；以采集者的名字命名的，如渥克椒草（采集者Walker）、杰克森尼椒草（采集者Niels Jacobsenii）、溫蒂椒草（采集者Albert Wendt）等。

雖然隱棒花屬觀賞水草有專門(mén)的拉丁學(xué)名，但其中文名稱尚沒(méi)有統(tǒng)一的分類方法，致使國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上隱棒花屬觀賞水草的品種名稱使用比較混亂，經(jīng)常碰到“一種多名”和“一名多種”的現(xiàn)象，如威利斯椒草，市場(chǎng)上有的稱為泰國(guó)椒草，也有的稱為青椒草。這種諸多水草名稱的不準(zhǔn)確，給隱棒花屬觀賞水草的認(rèn)識(shí)、掌握和研究帶來(lái)了混亂，在一定程度上阻礙了觀賞水草的發(fā)展。

3 生物學(xué)研究

3.1 倍性研究

染色體是物種遺傳物質(zhì)的載體，其穩(wěn)定的數(shù)目與形態(tài)不僅是標(biāo)準(zhǔn)分類的基本數(shù)據(jù)，也是研究生物類群系統(tǒng)進(jìn)化及親緣關(guān)系的重要依據(jù)。隱棒花屬植物不僅種質(zhì)資源豐富，其倍性也十分豐富。Marchant［21］研究發(fā)現(xiàn)，C.thaitsii2n=42，C.affi nis（阿芬椒草）和C.griffi thii Schott.2n=34。Sarkar等［22］研究發(fā)現(xiàn)，C.ciliate（劍竹椒草）2n=22，C.spiralis（螺旋椒草）2n=90，他認(rèn)為C.spiralis2n=90可能是由于減數(shù)分裂的不規(guī)則分化而來(lái)的多倍體，其中C.ciliate2n=22這一點(diǎn)與Joe［23］的結(jié)果C.ciliate2n=28不一致，后來(lái)Reumer［11］驗(yàn)證了該研究結(jié)論是正確的。到目前為止，該屬植物已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的品種染色體數(shù)有2n=20、22、28、30、33、34、36、42、54、60、66、68、72、88、90、102和132，其染色體基數(shù)也有多種，目前發(fā)現(xiàn)的有以下幾種：x=10、11、14、15、17和18［11］。Arends等［24］提 出，隱棒花屬植物的染色體基數(shù)起源于一個(gè)非整倍體系列，最初的染色體基數(shù)是x=18，后來(lái)逐漸減少到x=10。同一倍性的品種并不集中分布于某個(gè)區(qū)域，這些區(qū)域在地理上并不連貫。雖然隱棒花屬植物倍性多樣，豐富了品種的多樣性，但屬內(nèi)具有自交或雜交不親和及多倍化現(xiàn)象，座果率低、萌發(fā)率小、生長(zhǎng)周期長(zhǎng),這些因素限制了對(duì)其遺傳特性的進(jìn)一步研究，增加了育種的盲目性。

3.2 細(xì)胞及分子生物學(xué)研究

隱棒花屬植物的花序小，其雌雄花等結(jié)構(gòu)全被苞片包裹在內(nèi)部難以觀察，?rgaard等［25］對(duì)隱棒花屬植物的佛焰苞內(nèi)、外表面和佛焰苞內(nèi)的其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電鏡掃描研究，為隱棒花屬植物的花發(fā)育和育種研究奠定了基礎(chǔ)。

雖然近幾年分子生物學(xué)研究突飛猛進(jìn)，但是隱棒花屬植物從發(fā)現(xiàn)至今主要是作為觀賞水草應(yīng)用，學(xué)術(shù)界對(duì)其研究少之又少，其分子生物學(xué)方面的研究更是遲緩。2010年Sher等［26］利用根癌農(nóng)桿菌成功將Gfp和Gus基因轉(zhuǎn)化至威利斯椒草中，首次得到了隱棒花屬植物的轉(zhuǎn)基因植株。2015年Jacobsen等［12］利用AFLP分子標(biāo)記技術(shù)，系統(tǒng)分析了隱棒花屬物種間的遺傳關(guān)系，使人們對(duì)該種群之間的親緣關(guān)系有了較清晰認(rèn)識(shí)。隨后，Rusly等［27］利用下一代測(cè)序技術(shù)為該屬物種開(kāi)發(fā)了微衛(wèi)星標(biāo)記，共產(chǎn)生41 653個(gè)讀段，其中3 636個(gè)片段含有至少一個(gè)重復(fù)基序。設(shè)計(jì)并測(cè)試了二核苷酸，三核苷酸和四核苷酸重復(fù)基序側(cè)翼區(qū)域的72個(gè)引物對(duì)，并測(cè)試了聚合酶鏈反應(yīng)擴(kuò)增的效率。使用這些引物對(duì)，成功擴(kuò)增了11個(gè)新的微衛(wèi)星標(biāo)記位點(diǎn)，并在30個(gè)受檢個(gè)體中顯示出明確的多態(tài)等位基因。至此，隱棒花屬植物才真正揭開(kāi)了分子生物學(xué)研究方面的神秘面紗。

3.3 組培快繁

隱棒花屬觀賞水草傳統(tǒng)的繁殖方式有種子繁殖、側(cè)芽分株繁殖和匍匐莖繁殖［20,28-29］。隱棒花屬長(zhǎng)期生長(zhǎng)于水中，授粉極其困難，且該屬植物倍性復(fù)雜，有些甚至是單倍體，因此很難通過(guò)自交結(jié)實(shí)得到種子進(jìn)行繁殖。其次，隱棒花屬植物本身繁殖速度慢、養(yǎng)殖難度大，傳統(tǒng)的側(cè)芽分株繁殖和匍匐莖繁殖的速度難以滿足廣大消費(fèi)者需求，且由于長(zhǎng)期生長(zhǎng)于水中，容易積累各種病原菌，不利于種苗繁殖。另外，過(guò)渡的野外采集也會(huì)帶來(lái)物種滅絕的危險(xiǎn)，所以利用植物組織培養(yǎng)的方法進(jìn)行種苗快速繁殖是一種前景良好且可持續(xù)發(fā)展的方法。

1990年Michael等［30］以露茜椒草（C.lucens）的莖尖為外植體進(jìn)行了組培快繁的研究，在LS+6-BA 2 mg/L+NAA 0.5 mg/L+0.8%瓊脂的培養(yǎng)基成功誘導(dǎo)出不定芽，在LS+6-BA 20 mg/L+NAA 0.5 mg/L +0.8%的培養(yǎng)基中進(jìn)行增殖培養(yǎng)35 d后，增殖系數(shù)可達(dá)到7.7。莫肖等［31-34］也對(duì)綠椒草（C.crispatulavar.balansae）、金椒草、背克椒草和溫蒂椒草、噴泉椒草等組培快繁成功。大量研究發(fā)現(xiàn)，不同基因型的隱棒花屬觀賞水草對(duì)激素的敏感性存在較大差異，每個(gè)品種最適誘導(dǎo)、增殖和生根的激素配比都不相同，如金椒草最適的增殖培養(yǎng)基為MS+6-BA 1.5 mg/L+IBA 0.1 mg/L［32］，而溫蒂椒草最適增殖培養(yǎng)基為MS+6-BA 20 mg/L［35］。Christine等［36］研究發(fā)現(xiàn)，在增殖培養(yǎng)過(guò)程中，液體培養(yǎng)較固體培養(yǎng)其葉片更長(zhǎng)、株型更高，且在一定程度上可降低生產(chǎn)成本。

有些基因型的隱棒花屬觀賞水草在組培快繁增殖過(guò)程中就會(huì)生根，已有研究證明，在增殖培養(yǎng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)根芽同長(zhǎng)的增殖苗，無(wú)需再轉(zhuǎn)入生根培養(yǎng)基，可直接進(jìn)行煉苗移栽［37］，因此隱棒花屬植物組培苗增殖和生根可同時(shí)進(jìn)行。另外，大多數(shù)植物的組培苗生根都是以單芽方式，而為了便于隱棒花屬觀賞水草生產(chǎn)栽培，則是以叢芽的形式生根。為控制好栽培過(guò)程中不發(fā)生大量增殖，謝裕華等［38］對(duì)紅椒的生根培養(yǎng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)6-BA是影響紅椒生根的主要因素，1/2 MS+ IBA 0.5 mg/L+NAA 1.0 mg/L+6-BA 0.5 mg/L為紅椒邊增殖、邊生根的最佳培養(yǎng)基，增殖率為2.89，生根率可達(dá)100%。

雖然隱棒花屬觀賞水草葉型多變、顏色豐富，但其組培苗以綠色和淺棕色居多，無(wú)法激發(fā)出其特有色彩。雖已有報(bào)道表明，光照強(qiáng)度和光質(zhì)對(duì)觀賞水草的顏色有激發(fā)作用，但莫肖榕等［39］通過(guò)改變光照強(qiáng)度與光質(zhì)的方法并沒(méi)有激發(fā)出紅椒的色彩，而是在生根過(guò)程，降低了6-BA濃度后顯現(xiàn)出色彩?？梢?jiàn)，6-BA對(duì)組培苗花色素苷的合成與表達(dá)具有一定抑制作用，若想讓隱棒花屬觀賞水草組培苗顯象出色彩，可適當(dāng)降低6-BA濃度。

4 造景應(yīng)用

觀賞水草在水族箱造景中可分為前景草、中景草和后景草三大類［40］，由于隱棒花屬植物生長(zhǎng)緩慢，株型較少，因此作為前景和中景草的品種居多，作為后景草的品種較少，目前作為后景草的主要有噴泉椒草（C.retrospiralis）、劍竹椒草（C.ciliatavar.ciliata）和桃葉椒草（C.pontederifolia）等株型較大品種。

前景草一般選用株型比較低矮、觀賞性較強(qiáng)的品種［41］。前景草的種植方式一般有孤植、叢植和片植幾種方式，隱棒花屬觀賞水草一般以叢植和片植較多，叢植多以搭配沉木和石頭的方式進(jìn)行，起到襯托、填補(bǔ)空間和彌補(bǔ)缺陷的作用，以更好地突出主題；片植多以作草坪和鋪地的方式種植，這類品種有迷你椒草（C.parva）、威利斯椒草（C.willisii）和湯勺椒草（C.lingua）等［42］。

中景草一般作為全景的主景［41］，這類水草一般會(huì)選用形態(tài)特別或顏色鮮艷等可作為焦點(diǎn)的植物，其作用不僅為了突出主題或主體所在，還要起到呼應(yīng)前后景的作用，使整個(gè)景觀起伏有致、層次分明。作為中景類的隱棒花屬觀賞水草一般選擇孤植或叢植的方式，這類品種有溫蒂椒草（C.wendtii）、火烈鳥(niǎo)椒草（C.wendtiivar.Flamingo）、氣泡椒草（C.balansae）、菠蘿椒草（C.bullosa）等［43］。

5 展望

5.1 加強(qiáng)種質(zhì)資源保護(hù)，建立種質(zhì)資源圃

由于市場(chǎng)需求，隱棒花屬觀賞水草被過(guò)渡開(kāi)采，且隨著社會(huì)發(fā)展，一些原生地也遭到破壞，有些品種已瀕臨滅絕。雖然隱棒花屬觀賞水草的最大原產(chǎn)地之一—斯里蘭卡，已經(jīng)有明文規(guī)定禁止隱棒花屬觀賞水草的野采，但仍有一些不法分子通過(guò)各種途徑野采到一些品種，面對(duì)這種情況，如果沒(méi)有專門(mén)的機(jī)構(gòu)建立專門(mén)的種質(zhì)資源圃對(duì)其進(jìn)行繁殖和保護(hù)，品種滅絕只是時(shí)間問(wèn)題。因此，建立一個(gè)隱棒花屬觀賞水草的種質(zhì)資源圃十分必要。

5.2 結(jié)合分子生物學(xué)技術(shù)，開(kāi)展育種研究

目前，市場(chǎng)上的隱棒花屬植物主要是原生品種，雖有少部分新品種，但都是一些自然雜交種或通過(guò)栽培選育出來(lái)的。另外，由于隱棒花屬植物主要生長(zhǎng)于水中，其花序小、雌雄花被苞片包裹在內(nèi)部，難以觀察雌雄花的發(fā)育程度，雜交授粉困難，因此該屬植物在雜交育種方面的研究仍是空白?？沙浞掷梅肿由飳W(xué)技術(shù)，結(jié)合雜交育種與分子標(biāo)記等實(shí)驗(yàn)方法，聚合不同品種的優(yōu)質(zhì)基因，培育出葉色和花型更為多彩、性狀更加優(yōu)良的隱棒花屬觀賞水草，豐富其種質(zhì)資源，提升我國(guó)觀賞水草在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的地位。

5.3 馴化栽培，創(chuàng)新應(yīng)用

隱棒花屬植物是兩棲類草本植物，既能適應(yīng)水下栽培，也可適應(yīng)水上栽培，但目前該屬植物主要是利用其水下栽培的特性進(jìn)行水族缸的造景應(yīng)用，尚未有對(duì)其水上栽培特性的研究。今后可充分利用該屬植物水上栽培的特性，對(duì)其進(jìn)行栽培馴化研究，篩選一些對(duì)水上適應(yīng)性比較好的品種進(jìn)行創(chuàng)新開(kāi)發(fā)利用，使該屬植物能夠像白掌、粗肋草等大眾類觀賞植物一樣進(jìn)行推廣應(yīng)用，走進(jìn)千家萬(wàn)戶。