一种提高人工培育藓类结皮抗旱能力的方法与流程

本发明属于环境工程技术领域，具体为一种人工培育藓类结皮抗旱能力的方法。

背景技术：

在干旱半干旱地区，生物结皮在抗风蚀、水蚀及增强土壤肥力等方面发挥着重要的作用。藓类结皮作为生物结皮发育的最高级阶段，其固沙、增加土壤稳定性和肥力的能力在各种结皮中表现的最强。近年来随着人们对干旱半干旱地区生态环境的重视，藓类结皮的人工培养及其在土壤沙漠化防控及土壤改良等方面备受关注。目前，由于干旱半干旱地区水分条件的限制，导致在野外环境下，藓类结皮虽然具有很强的抗旱能力，但是发育缓慢。现有研究及技术也主要集中在人工快速培育藓类结皮方面，关于人工培育藓类结皮的抗旱能力还很少涉及。人工培养藓类结皮的抗旱能力限制了其在野外的实施与应用。如何在室内条件可以通过人工培养的方式培养出盖度和密度较高、并且具有同自然生长藓类结皮一样能固定沙土表面的藓类结皮。加强这类具有抗旱能力藓类结皮的野外的实施，是改善干旱半干旱区生态环境的主要出路之一。

技术实现要素：

针对现有人工培养藓类结皮在野外严酷生境中抗逆能力弱，生存能力差，无法适应从条件优越的实验室条件到野外胁迫生境中的巨大转变的实际出发，以解决水分胁迫是干旱半干旱区藓类植物普遍面临的最主要的问题为抓手，本发明的目的在于提供一种人工培育藓类结皮抗旱能力的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种提高沙区人工培育藓类结皮野外抗旱能力的方法，选择发育良好的藓类植物(Bryum argenteum Hedw.)，进行控水-干旱-复水-恢复的循环干旱锻炼，即首先对人工培育藓类植物供应充足的水分(100%饱和)，待结皮表面变干后再施以60%饱和水量的水分，使结皮恢复正常生长，待结皮表面变干后再次施水，供给水量为饱和水量的20%，待结皮表面再次变干后即为一个循环，提高藓类植物体内的渗透调节物质含量(使人工培育藓类结皮的渗透调节物质含量达到野外结皮的50%以上)，从而提高其抗旱能力。

上述步骤1中的控水-干旱-复水-恢复的循环干旱锻炼包括气态水处理和液态水处理两种方法：

a. 气态水处理方法为：将样品放在有加湿器的透明罩中(加湿功率250 ml/h，加湿结皮面积500 cm²)，首先加湿60 min，待结皮表面变干后再加湿30 min，结皮表面再次变干后加湿10 min。将加湿60 min后结皮表面变干所需的时间设为施水周期。从加湿60 min开始，到加湿10 min后结皮变干视为一个锻炼周期。无加湿处理的时候正常培养。抗旱锻炼至少持续3个锻炼周期；

b. 液态水处理方法为：首先对人工培育藓类浇水至100%饱和，待结皮表面变干后再施以60%的饱和水量，待结皮表面再次变干后施以20%饱和水量。将施予饱和水量后结皮表面变干所需的时间设为施水周期。从施予100%饱和水量开始，到施予20%的饱和水量后结皮变干视为一个锻炼周期。抗旱锻炼至少持续3个锻炼周期。

上述步骤1中所述的抗旱锻炼期间，培养条件为温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光周期分别固定为25/17℃(昼/夜)、60%、400 ppm、12 h。

本发明的优点和产生的有益效果是：

本发明确定了一种人工培育藓类结皮抗旱能力的最佳方式。众所周知，叶绿素含量能够反映苔藓结皮的生物量和光合能力，丙二醛和可溶性糖含量间接反映藓类结皮的抗旱能力，盖度能够直接反映藓类结皮的生长状况。通过测定经受不同锻炼方式及不同锻炼次数的人工培育藓类结皮的叶绿素、丙二醛和可溶性糖含量，以及人工培育藓类结皮在野外环境下形成结皮的盖度，通过人工措施改善藓类结皮抗旱能力水分环境，优选出人工培育藓类结皮的最佳抗旱锻炼方法。

本发明对人工培育的藓类结皮进行了抗旱锻炼，人为地给予植物以亚致死剂量的干旱条件，使植物经受一定时间的干旱锻炼，适应逆境，提高其抗干旱能力，并通过抗旱锻炼启动人工培育藓类植物自身的抗性机制，从而使其抗旱遗传特性在特定环境条件诱导下得以表现。

本发明操作简单，成本低，耗时短，人工培育藓类结皮经过循环干旱锻炼，抗干旱能力显著，在生产应用中能够得到较好的推广。

附图说明

图1为液态抗旱锻炼方式对人工培育藓类结皮叶绿素含量的影响 。

图2为气态抗旱锻炼方式对人工培育藓类结皮叶绿素含量的影。

图3 为液态抗旱锻炼方式对人工培育藓类结皮可溶性糖含量的影。

图4 为气态抗旱锻炼方式对人工培育藓类结皮可溶性糖含量的影。

图5 为液态抗旱锻炼方式对人工培育藓类结皮MDA含量的影响。

图6 为液态抗旱锻炼方式对人工培育藓类结皮MDA含量的影。

图7为液态抗旱锻炼方式对藓类结皮盖度的影响(前30天每天施水)。

图8为气态抗旱锻炼方式对藓类结皮盖度的影响(前30天每天施水)。

图9为液态抗旱锻炼方式对藓类结皮盖度的影响(前30天每3天施水)。

图10为气态抗旱锻炼方式对藓类结皮盖度的影响(前30天每3天施水)。

具体实施方式

下面，本发明结合具体实施例对技术方案再做进一步的说明：

一种提高沙区人工培育藓类结皮野外抗旱能力的方法，选择发育良好的藓类植物(Bryum argenteum Hedw.)，进行控水-干旱-复水-恢复的循环干旱锻炼，即首先对人工培育藓类植物供应充足的水分(100%饱和)，待结皮表面变干后再施以60%饱和水量的水分，使结皮恢复正常生长，待结皮表面变干后再次施水，供给水量为饱和水量的20%，待结皮表面再次变干后即为一个循环。抗旱锻炼期间，培养条件为温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光周期分别固定为25/17℃(昼/夜)、60%、400 ppm、12 h。

人工培育藓类控水-干旱-复水-恢复的循环干旱锻炼包括气态水处理和液态水处理两种方法：

1. 抗旱锻炼方法的确定：

1.1气态水处理

(1) 对照组(A)：每天加湿60 min，其余时间正常培养(加湿功率250 ml/h，加湿结皮面积500 cm²，下同)；

(2) 逐级增强干旱锻炼组(B)：将样品放在有加湿器的透明罩中，第1天加湿60 min，第2天加湿30 min，第3天加湿10 min，其余时间正常培养； (3) 间断干旱锻炼处理组(C1)：将样品放在有加湿器的透明罩中，每天加湿10 min，其余时间正常培养；

(4) 间断干旱锻炼处理组(C2)：将样品放在有加湿器的透明罩中，每天加湿30 min，其余时间正常培养；

1.2 液态水处理

用底部钻孔的器皿采集人工培育的真藓结皮，平均厚度约为10 mm。将装有试验材料的器皿放在大托盘中，通过控制大托盘里的供给水量来实现不同的水量供给。试验样品共有4个处理组：

(1) 对照组(A)：每3天定时补给水，每次5 mm (饱和水量)；

(2) 逐级增强干旱锻炼组(B)：第1天浇水5 mm，第4天浇3 mm (60%饱和水量)，第7天浇(20%饱和水量)1 mm；

(3) 间断干旱锻炼处理组(C1)：每3天浇水一次，每次1 mm；

(4) 间断干旱锻炼处理组(C2)：每3天浇水一次，每次3 mm；

气态水与液态水处理均持续锻炼1、3、5次后，将各组经干旱锻炼后的一部分样品自然干燥，测量生理指标(结果见图1~3)，另一部分样品揉碎后播种于野外扎设好的草方格内(样品面积:草方格面积≈1:10)，开始的30天定期补给水分(两种处理，一组每天补给水分，另外一组每3天补给水分)，30天后无人工水分施加，观察形成藓类结皮的盖度变化(结果见图4～5)。

适度的抗旱锻炼有助于提高人工培育藓类结皮的抗旱能力，过度的抗旱锻炼可能损伤藓类植物。实验结果表明，气态水处理和液态水处理对人工培育藓类结皮生长的影响相同(故以下关于结果的描述中不再区分气态水和液态水处理)，经过3次抗旱锻炼后：

各组叶绿素含量均为：B组>A组>C2组>C1组(图1)，B组的叶绿素含量高于其他组，说明B组人工培育藓类结皮长势较好。

各组可溶性糖含量大小为：B组> C2组>A组> C1组(图2)，锻炼5次后人工培育藓类结皮的可溶性糖含量可达到野外真藓结皮可溶性糖含量4～8月均值(0.0422 umol·cm^-2)的60%以上，说明应用本方法的抗旱锻炼提高了人工培育藓类结皮的抗旱能力。且B组的可溶性糖含量高于其他组，说明经过逐级抗旱锻炼的人工培育藓类结皮的抗旱性更强，逐级增强抗旱锻炼方法的效果最好。

各组MDA含量大小为：B组< C2组< A组< C1组(图3)，干旱胁迫下藓类结皮MDA 含量随水分亏缺程度的加深而逐步增加，胁迫越严重，MDA含量越大。B组MDA含量低于其他组，说明逐级抗旱锻炼对人工培育藓类结皮的损伤最小。

野外播种结果表明，前30天每天施水的条件下 (图4)，盖度为：A组>B组>C2组>C1组，停止水分供应后盖度为：B组> C2组> C1组> A组。说明在水分充足的环境下，经过抗旱锻炼的人工培育藓类植物生长可能不如未经锻炼的藓类植物，但经过抗旱锻炼的藓类植物在野外环境下抗旱性高，生存能力强，其中逐级增强抗旱锻炼的效果最好。当存在一定的水分胁迫，即前30天每3天施水的条件下(图5)，盖度为：B组> A组> C2组> C1组，停止水分供应后盖度为：B组> C1组> C2组> A组，说明经过逐级增强抗旱锻炼的人工培育藓类结皮在野外环境下抗旱性高，生存力更强，效果最好。

综合上述结果，逐级抗旱锻炼具有更好的抗旱锻炼效果，气态水和液态水处理均能达到抗旱锻炼的目的。