水生蔬菜答農民問（51）：莼菜主要生存繁衍特性有哪些？生產上如何進行莼菜提純復壯？

魏玉翔 王明紅 劉義滿

在莼菜（Brasenia schreberiJ.F.Gmel.）產區，關于品種問題，有的反應品種單一，有的反應品種混雜退化，有的咨詢莼菜提純復壯和良種繁育問題。其實，這些都是莼菜產業發展中需要重視的問題，也是理論和實踐緊密結合的問題。

1 莼菜生存繁衍特性

莼菜自然生存繁衍特性，也就是莼菜這個物種的生存繁衍策略。在水生蔬菜植物中，莼菜生存繁衍方式最為多樣化。

1.1 無性繁殖

①根狀莖 著生于水底土壤中，一般深5 cm以內，對于適宜莼菜生長、具有一定深度的水體而言，冬季水底溫度環境相對穩定，特別是冬季水面結冰地區（如長江中下游流域及其以北的不同地區、高海拔地區）差異較小。也就是說，莼菜根狀莖受環境影響相對較小。根狀莖可作為無性繁殖材料。根狀莖通過伸長生長，延伸擴展植株生長空間。自然環境中，根狀莖“占領”地域的能力強，但“擴展”地域的速度相對較慢。Kunii[1]在日本島根縣（Shimane Prefecture）的Matuse連續數年調查莼菜根狀莖生長情況發現，灌溉池塘（irrigation pond）中的莼菜，1987年和1988年60%以上的當年生根狀莖1年內死亡，平均期望壽命1.5年，未發現超過3年者；1989年和1990年大多數根狀莖為當年生，分別有29.6%和29.0%（平均約30%）的根狀莖為上一年生，平均壽命約1.3年；半自然條件（seminatural condition）下的莼菜，1988年和1989年分別有49.2%和46.3%的新生根狀莖存活至翌年生長季節末期，未發現壽命達2年者；另外，還測量了1989年和1990年灌溉池塘中莼菜根狀莖生長量，總長度分別為21.6、24.3 m/m2，明顯大于自然生境（natural habitat）中的最大值18.5 m/m2，不過，1991年根狀莖總量陡然減少至最小值4.6 m/m2，因此認為，該現象可能是限制區域內持續栽培莼菜所產生的損害效應（detrimental effect）。事實上，這種效應也對群體起到自疏調節作用。

②水中莖 水中莖主要抽發于根狀莖、短縮莖及先期抽生的水中莖上，休眠芽（夏芽和冬芽）和種子萌發的植株也形成水中莖，直立生長于水體中，可以單獨作為繁殖材料。在武漢地區曾經觀察到，部分水中莖冬季死亡，但亦有部分水中莖即使凍結在冰體內，翌年春季仍可萌發成株。莼菜生長過程中，部分水中莖基部脫離母體，隨水漂流，起到傳播繁殖的作用。

③休眠芽 莼菜可以形成夏季休眠芽和冬季休眠芽。覃章輝等[2]曾經于7月中下旬至8月中旬在湖北利川采集觀察，夏季休眠芽（夏芽）一般由3個以上節組成，帶有1～2個花蕾，膠質體包裹，節間較細，葉片多展開，節間形成離層，容易脫落。夏芽數量較少，其形成需要一定的條件，能繁殖成株。人們熟悉且常見的是莼菜冬季休眠芽，即冬芽。冬芽數量多，是莼菜適應秋冬季低溫環境，并提升生存繁衍能力的表現。冬芽成熟后，節部形成離層，脫離母體，隨水漂流，沉入水底，翌春生根萌發，長成新株。冬芽耐寒能力亦較強，筆者在武漢觀察，凍結在冰體中的冬芽，翌春亦沉底萌發。冬季沉底的冬芽，所處環境最低溫度可維持在4℃左右。徐國華等[3]測定結果表明，莼菜冬芽越冬階段可溶性蛋白質、可溶性糖以及水分含量較高，而脯氨酸含量為一年中的最低值。說明冬芽越冬期間抗寒性的維持可能與體內高濃度的可溶性蛋白質、可溶性糖以及水分有關。通常，植物體在干旱、高溫、低溫、鹽漬等多逆境下，常有明顯的脯氨酸積累，但該研究結果表明莼菜冬芽抗寒性與脯氨酸含量無直接關系。冬芽能隨水體流動傳播較遠距離，而且冬芽萌發植株具較明顯復壯作用，其擴展種群生存空間的速度快，能力強。

1.2 有性繁殖

①莼菜開花結籽習性 莼菜花一般是晝開夜閉，開花過程在連續2天內完成。第1天，花蕾伸出水面，萼片和花瓣開放并向外反卷，雌蕊伸長，向外伸展，高過雄蕊。下午至傍晚，花萼、花瓣收攏閉合，花梗彎曲，花蕾沒入水中。第2天，花蕾重新冒出水面，花萼、花瓣重新開放并向外反卷，雌蕊縮回，但雄蕊花絲伸長，高過雌蕊，花藥開放，散出花粉。之后，萼片和花瓣收攏，花蕾再次沉入水下，不再出水，果實包裹在萼片和花瓣內發育。果實革質，棒狀，含1～2粒種子[4]。莼菜傳粉以風媒為主，蟲媒為輔。Osborn等[5]在得克薩斯州東部（East Texas）觀察研究認為，第1天雌蕊柱頭膨大，面積擴大，便于接受花粉；第2天，花藥開裂，聚集在柱頭上方，且發生同一花內授粉，但因雌雄異熟，防止了同一朵花內自花受精。Notiphila cressoni（雙翅目Ephydridae）是最常見的傳粉昆蟲，但主要還是通過風媒傳粉。筆者在武漢還觀察到蜜蜂參與莼菜授粉（圖1）。

圖1 莼菜開花授粉習性

關于莼菜花蕾開放閉合時間，不同的觀察結果不同。張四美等[6]6月在江蘇南京觀察，開花前1天，花蕾露出或半露出水面；開花第1天，8：00左右花蕾開始露出水面，逐漸開放，9：00～11：00花梗迅速伸長，露出水面較高位置開放，15：00左右花蕾閉合，16：30左右花梗已經彎曲，花蕾入水；第2天7：00左右花梗再次挺伸花蕾出水，8：00左右花蕾開放，花絲向上迅速延伸，8：00～9：00花絲停止伸長，散出花粉，15：00左右花梗彎曲，花蕾入水，之后不再出水。李雙梅等[7]5～6月在湖北武漢定點標記觀察結果表明，第1天開放的花，一般5：00～9：00陸續開放，10：00以后陸續閉合，至12：00全部閉合；第2天開放的花，10：00以后閉合沉入水中。

李雙梅等[7]人工授粉試驗結果表明，第1天開放的花蕾結實率95.2%、心皮結實率27.8%，第2天開放的花蕾結實率18.2%、心皮結實率1.7%。第2天開放的花，雖然結實率較低，但說明柱頭仍然具有一定可授粉性。盡管莼菜通過雌雄異熟策略，保障不同花蕾之間的異花授粉，增加遺傳多樣性，提高生存能力和適應性，但第2天花內發生的自花授粉，可視為莼菜植物確保授粉完成、產生種子的一種補充生存繁衍策略。

②莼菜的種子生存能力較強 莼菜種子可隨水流傳播，自然萌發，擴大種群分布空間、群體數量及遺傳多樣性等，是自然條件下重要的生存繁衍策略。Tarver[8]在美國佛羅里達州米科蘇基湖（Lake Miccosukee）調查時，曾經在排水后的湖底發現200～800粒/m2的莼菜種子分布量。Tarver[8]將莼菜種子收集后，在-10℃條件下干藏60天，之后，在塑料容器內裝墊湖底土壤作為發芽基質，垂懸湖水內1.5 m深處，讓種子自然發芽，結果第101天發芽率14.0%（湖水浸泡，實驗室發芽率為16.4%）。莼菜種子能自然萌發成苗，且湖面水位降低或湖底外露后，有利于促進種子萌發。莼菜生長的水體，一旦缺水導致底泥外露，則原有植株幾乎不再萌發生長，群體的重建主要依賴于種子萌發形成植株。李雙梅等[9]在湖北武漢的試驗結果表明，8月10日采收的莼菜自然結實種子，4℃水藏，在貯藏44天、133天、155天及174天時的發芽率分別為12%、32%、34%及40%。4℃水溫環境與冬季水面自然結冰地區水底溫度相近，也就是說自然環境下貯藏約6個月（1月底2月初），莼菜種子發芽率可達40%以上。

20世紀60年代，河北白洋淀曾經干淀5～6次，1984-1985年則徹底干淀，水生生物幾近消失。1988年由于降雨及入淀河流上游山洪匯集，白洋淀重新蓄水，水生生物迅速恢復。田玉梅等[10]1991-1993年調查發現，組成白洋淀的水生植物有21科33屬48種（比干淀前多6科12屬14種），其中就有莼菜、蓮、睡蓮、芡實、菱、荇菜等水生植物。從這一現象推測，莼菜種子生存能力較強，自然泥層中種子壽命可達數年。不過，李峰等[11]2007年9月調查白洋淀，未發現莼菜、延藥、睡蓮等種類。

③莼菜基因型雜合度可能相對較低 世界范圍內，莼菜雖然分布廣泛，但自然狀態下多呈零星分布（sporadic distribution）[12]。例如，我國現有莼菜分布地區，亦多為零星、小規模分布，如湖南郴州市北湖區仰天湖瑤族鄉天湖草原、湖北利川市忠路鎮永興村及云南騰沖，最早發現的野生莼菜分布面積均僅0.2 hm2左右[13，14]，重慶石柱縣楓木鄉昌坪和黃水鎮萬勝壩濕地原生莼菜面積約386 m2[15]，湖南莽山拐湖莼菜居群面積僅約400 m2[16]，江西興國縣社富鄉五龍村蓮花塘內發現的野生莼菜面積僅0.67 hm2（圖2）[17]。從分布群體的個體數而言，不論是歷史遺存而來，還是自然傳播而來，甚至人類引種而來，各分布點原始群體的個體數都比較少。理論上，對于莼菜這樣處于相對隔離狀態的小群體，會產生基因頻率的隨機波動，即發生遺傳漂移（genetic drift），導致遺傳多樣性（genetic diversity）的降低。例如，Kim等[18，19]選擇2個遺傳變異度較高的莼菜自然居群（natural population），一個位于韓國江原道（Gangwon-do）高城郡（Goseong-gun）清津湖（Cheonjin Lake），為韓國本島最大的莼菜居群；一個位于濟州島（Jeju Island）南濟州郡（Namjeju-gun）的一處水塘（Galme Pond），居群較小。研究表明，濟州島莼菜居群的基因型多樣性（genotype diversity）和核苷酸多樣性（nucleotide diversity）均高于韓國本島清津湖莼菜居群。根據擴增片段長度多態性（Amplified Fragment Length Polymorphism，AFLP）分析結果，估算遷地保護所需最小群體，前者28個個體，后者25個個體即可分別包含其所在居群的全部遺傳多樣性。朱紅蓮等[16]采集江蘇蘇州、浙江杭州、重慶石柱、湖北利川、江西龍虎山和興國、湖南茶陵、上東及莽山浪畔湖和拐湖莼菜居群樣品，進行遺傳多樣性分析，結果一定程度顯示出這一趨勢，在其研究的材料中，面積最小的莽山拐湖莼菜居群的核苷酸多樣性指數最低。

圖2 野生莼菜分布地——零星、小規模

在莼菜生存繁衍歷史中，經歷“居群繁衍→生境破壞→居群死亡→生境恢復→種子萌發→居群恢復”循環的機遇比較大。生境中水體是最大的影響因子。調查研究發現，莼菜生長區底泥中的鐵含量約為非莼菜生長區的5倍，認為底泥中鐵含量也可能是莼菜生境的主要限制因子[20]。從莼菜生存繁衍特性而言，其無性繁殖后代長勢占有優勢，同一野生群體的植株屬于同一個或少數幾個無性系的機遇較大。因此，在野生莼菜居群內，特別是較小的居群內，即便發生了異花授粉，也可能常為同一無性系群體內不同花蕾之間授粉，本質上還是自花授粉（自交）。對于經過一定人工選擇的栽培群體而言，更是如此。與大規模分布，且單純依靠種子繁殖的異花授粉植物相比，莼菜基因型雜合度應該相對較低。如果如此，也就意味著，從單一來源莼菜種質的常規種子或雜交種子實生后代中選育出具有更大變異性狀后代的可能性較低，即難以獲得更優良的新品種。

1.3 莼菜抑制植物生長的特性

莼菜具有抑制其他植物生長的特性（phytotoxic property），化 感 作 用（allelopathy）比 較 明 顯[21]。Elakovich等[12]研究表明，莼菜提取物能抑制真核藻類 （eukaryotic algae）、蛋 白 核 小 球 藻（Chlorella pyrenoidosa）、原核藻類（prokaryotic algae）、水華魚腥藻（Anabena flosaquae）及9種不同細菌的生長。在莼菜化感特性（allelopathic property）評價試驗中，其提取物對萵苣幼苗根系生長具有顯著抑制作用，比對照減少24%。莼菜具有的抑制植物生長的特性，很可能有助于莼菜成為生境中的優勢植物（即有利于莼菜生存繁衍），亦使其有希望成為水生雜草管理中的一種化感植物。Thompson等[22]在加拿大略省東南部的阿爾貢金省立公園（Algonquin Provincial Park）調查和試驗結果表明，莼菜膠質的存在，可以減輕昆蟲對葉片的取食為害。

2 產區現有莼菜“品種”存在的主要問題

目前，我國莼菜生產產區，“品種”方面主要存在以下2個方面的問題。

其一，“品種”單一。主要原因是對現有莼菜種質資源收集利用不夠和新品種選育工作開展力度不大，尚無現代意義的選育品種。如種質資源收集利用方面，目前我國莼菜主產區利用的莼菜種質資源主要來于江蘇蘇州、浙江杭州、湖北利川、重慶石柱及四川雷波等地，而目前已經發現的野生分布莼菜種質資源尚未得到有效利用。至于莼菜新品種選育工作，很少系統開展。

其二，“品種”混雜退化。莼菜栽培中，雖然普遍采用無性繁殖，但也可能出現變異，導致混雜退化。變異來源之一是芽變所形成的植株。不論休眠芽，還是水中莖或根狀莖，均可能萌發產生芽變，形成芽變株，進而產生與母株不一致的性狀。而根據在其他作物中的觀察統計，芽變大多為劣變。變異來源之二是實生變異。盡管莼菜無性繁殖能力強大，但實際也產生種子。在有性種子產生過程中，由于基因分離與重組，后代性狀亦有分離，進而形成混雜。部分產區莼菜田長期連作，連作年限短者5～8年，長者近30年，甚至更長。莼菜連作田內“品種”混雜退化的可能性更高，但也存在管理粗放、技術不合理導致的栽培植株群體退化，進而導致品質下降、產量降低。

3 莼菜提純復壯主要措施

3.1 莼菜提純復壯的對象及性狀目標

莼菜提純復壯對象主要是現有產區栽培用的“品種”，特別是引種初期未進行選擇的“品種”。莼菜用作生產栽培時，主要強調的不是種質多樣性，而是優良性，也就是符合生產栽培、加工和消費習慣需要的性狀要優良，而且要求純度高。因此，提純復壯的目標是確保主要經濟性狀優良、一致。對于擁有成熟品種的作物而言，提純復壯的選擇依據是原有品種性狀，目的是保持原有品種的性狀。但是，現有產區莼菜缺乏育成“品種”，因此其提純復壯的依據，宜根據原有栽培群體主要優良性狀，設定綜合性狀指標。實質上，莼菜提純復壯也就兼具部分新品種選育的功能。提純復壯過程中選擇評價的主要性狀包括：①產品器官（頂芽和幼嫩卷葉）大小和顏色、膠質厚薄（如湖北省地方標準DB 42/T 271-2017《地理標志產品 利川莼菜》要求膠質厚度≥2.5 mm）和多少、產量（綜合主要產區經驗，可要求鮮品產量≥1500 kg/667 m2），以及產品器官的加工性能；②植株成熟葉片大小、顏色；③植株莖蔓和葉柄長度、粗度、顏色；④花萼和花瓣顏色、花蕾大小、結籽能力；⑤莖芽萌發期、始花期、盛花期、終花期、休眠芽形成期、休眠芽脫落期、葉片黃萎期等；⑥田間感病情況；⑦產品器官營養成分含量。

3.2 莼菜提純復壯程序

①優良單株初選 可以在現有生產大田，根據主要經濟性狀（產品器官性狀），于采收期選擇優良單株。初選單株宜從不同生產田塊選擇，入選單株數量可以多一些，建議不少于10株。

②株行圃觀測評價 對于初選優良單株，分別采集繁殖材料，并以各初選單株為單位，種植于不同的株行圃（株行小區）。單個株行圃面積宜4～6 m2，采取相同形狀，設置于相同土壤條件的田塊，可以采取物理隔離（如擋板）或空間隔離（如不同株行圃之間間隔3～5 m），防止不同株行圃之間的植株穿插混雜。不同株行圃均采用相同的田間栽培管理方式，如相同的繁殖材料、定植方法、肥水管理、雜草管理、病蟲害防治等。株行評價不宜少于2年，選擇表現優良的株行圃植株留種，用作株系圃觀測評價。入選株行圃數量不宜過多，一般3～5個即可，用作株系圃觀測評價。如果沒有機械混雜和逐行間植株穿插混雜，則株行圃植株純度即可視為基因型一致群體，純度達到生產栽培要求。

③株系圃觀測評價 將入選株行圃擴大繁殖，在較大種植區內觀測評價生產性狀，株系圃面積宜在30 m2以上，采取相同形狀。株系圃隔離、栽培管理、評價指標及評價年限與株行圃相同。經過評價，進一步選擇1～2個表現優良的株系用作原種繁殖。

用作原種繁殖的田塊，在兼顧產品生產的同時，應常年注意選擇去雜工作，或與其他作物定期輪作，以保持種苗純度。

4 莼菜育種

莼菜育種本質上不屬于提純復壯，而是創制新的品種，主要目的是將期望的優良性狀組合在同一個無性繁殖株系內。對于莼菜而言，要獲得更優良的品種，開展現代意義上的育種工作勢在必行。筆者建議，可以先開展2個方面的工作，一方面是增加引種來源，從更多的野生分布地區引種試驗種植，選擇優良株系應用于生產栽培；另一方面是開展常規雜交育種工作。由于莼菜生產栽培實行無性繁殖，而其又具有有性繁殖能力，因此莼菜雜交育種既不同于組合育種，亦不同于優勢育種，而是可以兼具二者特性的育種。莼菜可以利用有性雜交技術，獲得具有優良性狀組合的單株，進而利用無性繁殖技術固定優良性狀組合，直接擴繁成株系，應用于生產栽培。從配制雜交組合開始，最快3～4年即可初步選出優良株系。參照其他具有類似繁殖特性（栽培采用無性繁殖，同時具有有性繁殖能力）作物雜交育種經驗和理論，莼菜雜交育種宜首先做好親本選擇和選配。對于候選親本，要求主要性狀（如產品膠質、產量、顏色）優良。親本選配，即具體選擇什么樣的2個親本作父本和母本配制雜交組合，要盡量做到父母本間優缺點互補，而且父母本間的生態地理起源相距較遠。朱紅蓮等[16]和Kim等[23]的研究還表明，利用現代分子生物學技術，能夠快速有效地鑒定不同莼菜居群之間親緣關系的遠近（例如湖南莽山浪畔湖和拐湖莼菜，與其他莼菜居群之間具有較大遺傳差異），從而為親本選配提供更加明確的指導。莼菜人工雜交授粉方法和種子發芽方法可參考李雙梅等[7，9]的方法，所獲種子，用500 mg/L GA3溶液浸泡6 h，可以提高莼菜種子發芽率和發芽勢。