[转载]怎样才能使水草变红?

大部分的草友都知道,
水草之所以能够变成红色,
与体内所含的花青素(Anthrocyanin)有很大的关系,
就植物学的角度来看,
花青素的化学结构本身并不含有铁质。
但令人不解的是,
铁肥能促进水草变红的说法,
至今世界各地的水草爱好者之间广为流传。
铁肥能令水草变得更红的由来,
一方面是水草玩家的片面经验之谈,
另一方面可能是水族肥料业者的炒作。
而美国的水草博士Tom Barr则认为,
铁肥能激红水草看法,
是个没有事实根据的观点(myth)。




铁肥的确是水草所需的重要元素,
对于叶绿素和花青素的合成都有帮助。
但我们今天想要探讨的,
并非水草因铁肥中毒时所发生的色彩变化,
正如我们在水草对铁肥的吸收一文中所提到过的,
根据van Wijck等人于1992年的研究报告,  
眼子菜(Potamogeton pectinatus)在底床添加过多的氯化铁(FeCl3)时,  
成长速率会降低75%而且会变成棕色的。
而根据Cooly等人于1980年的研究报告,  
黑藻(Hydrilla verticullata)在水中铁浓度高达1.2 ppm时,  
会变成棕色并且开始腐烂。
水草在发生「铁中毒(iron toxicity)」时叶片也会变成红棕色的!
但铁肥中毒导致水草病态变红甚至死亡,
显然不是大部分水草玩家所追求的目标。红金鱼草(Cabomba piauhyensis)在低肥料状态下反而更红。


我们今天打算探讨的是,
铁肥在实际上对于水草变红到底有没有帮助。
其实我在1992年所发表的水草为什么会变红?一文之中,
就提到了有些水草在低肥料状态下反而更红,
例如红金鱼草(Cabomba piauhyensis)和红丝青叶(Hygrophila polysperma "rosaenervig")。
此外在2007年的水草与花青素一文当中,
提到了Tom Barr博士更认为很多水草变红其实是「缺氮」的症状。
我向来很佩服Tom Barr博士的思维,
绝对不是因为Tom Barr研究水草取得了博士学位,
我们就因此对其论点不加思索全盘接受。
而是他点出了「关联性」不等于「因果关系」的重要科学逻辑,
这也是Tom Barr能够推翻许多水族界以讹传讹并且至今屹立不摇的原因,
例如磷酸和硝酸不会爆藻、黑毛藻和二氧化碳的不足和不稳有关、水草缸并不存在毒他作用(allelopathy)...等等。


那么反过来看许多水草爱好者和水族肥料业者的说法:
铁肥真的能让水草变得更红吗?
姑且先不论美国、德国和台湾的许多水草爱好者,
以自身实际的经验否定了铁肥能让水草更红这项传说,
我们也从未见过水草玩家或肥料业者们,
以客观的研究证据来支持自己的看法。
本文想以现有的研究文献为基础,
来看看铁肥是否真的有助于增加水草的花青素含量。
或许我们能够借此机会,
驳倒Tom Barr博士认为水草变红和铁肥无关的看法,
并还给许多水草玩家和肥料业者一个清白。
虽然至目前为止的相关研究很少,
本文还是想带领读者来看看铁质、花青素和水草的关系。如何令水草变得更红,是长久以来很多草友共同追求的目标。



美国的学者Spencer和Ksander在1990年针对禾叶眼子菜(Potamogeton gramineus)所发表的一篇研究,
可说是最广为美国水族界引用的。
作者在该研究的摘要(abstract)内很明白的写道:
禾叶眼子菜内的花青素不会因为限制N和P而增多(也就是说:水草不会因缺氮和缺磷而增加花青素),  
花青素的累积与N和P有正相关(positive correlated)(也就是说:水草的花青素会因氮磷的增加而增加);
此外禾叶眼子菜之所以变红,  
主要乃是因为叶绿素急遽减少(decreased sharply),  
而花青素只有稍微增多(increased slightly),
禾叶眼子菜变红的原因是因为叶绿素相对减少后「揭露(unmask)」了花青素。
然而我们一再的强调一个观念:
研究文献绝对不可只看摘要,
必须详读其研究方法才可获得真正的可靠讯息。
我们先来看看温度和照明的部份。
两位作者并且利用在五种温度和五种光照强度下的25种环境条件下来做实验,  
以求证强光低温会让水草变红的说法。
五种温度分别是10、15、20、25、30和35 °C,
五种光照强度分别是8、15、21、58和189 μmol/m2/s。
很有趣的是,
花青素平均含量最高值出现在10°C搭配189 μmol/m2/s,
花青素平均含量最低值出现在30°C搭配21 μmol/m2/s;
叶绿素对花青素的比值,
最高值(最绿)出现在25°C搭配8 μmol/m2/s,
最低值(最红)出现在35°C搭配189 μmol/m2/s。
就整体变化的趋势而言,
研究发现叶绿素浓度和叶绿素对花青素的比值,
会随着温度增高而增加,
但随着照明增强而减少;
花青素的浓度会随着温度增高而减少,
但会随着照明增加而稍微增加。
简单的来说,
低温强光有助于花青素的显现或水草变红,
这和水草玩家的经验是相符合的。


有关氮肥(N)和磷肥(P)的部份就更有趣了。
作者除了在沟渠内进行实验以外,
也在温室内进行了一部分的实验。
作者虽然在摘要内写着:
禾叶眼子菜内的花青素不会因为限制N和P而增多,  
花青素的累积与N和P有正相关(positive correlated)。
但从温室这一部分的实验来看,
却有着很不一样的结果。
作者在温室研究的这一部份,
提供了0、6、11和22 mg/L等四种浓度的硝酸氮(NO3)底床,
结果发现花青素含量与叶绿素对花青素的比值,
是会受到底床内无机氮浓度所影响的!
花青素在底床硝酸氮浓度≦ 11 mg/L时含量较高,
花青素含量最高点的硝酸氮浓度为6 mg/L;
叶绿素对花青素的比值,
则会随着底床氮淝浓度增高而增加,
也就是水草会变得比较不红。
反观沟渠组的底泥硝酸氮浓度始终都> 11 mg/L,
可是沟渠水体内的硝酸氮浓度却仅有0.4 mg/L,
也就是说,
即使水体内的硝酸氮浓度很低,
只要底床内的硝酸氮够高(> 11 mg/L)的话,
水草也会变得不红。
我们不清楚为何美国的学者在摘要内不去提这么重要的发现。
毕竟对于水草玩家而言,
这个资料实在极具参考价值!
从这个温室的研究成果来看,
底床氮肥的多寡的确会影响水草是否能变红,
而且在底床氮肥越低的环境,
花青素就越多且水草越红!
我们如果回头来看德国所做的ADA黑土营养成分分析一文,
发现ADA黑土内含有丰富的氮肥,
因此有许多草友使用了黑土栽培水草导致水草不易变红,
那就根本不会觉得意外了。
因为早在距今二十三年以前,
就有美国的学者证实了底床无机氮肥对于水草变红与否的影响力!禾叶眼子菜(Potamogeton gramineus)的研究发现铁肥对于花青素含量并无明显影响。


我们回到水草爱好者最关注的铁质来看,
实验所使用的螯合EDTA的铁质剂量有0、0.6、1.2、1.8、2.4(mg/100 g)等五组,
结果发现螯合铁质的添加与否,
可说对于花青素的含量并无明显的影响!
不仅如此,
叶绿素的含量也不因为铁质的使用与否而增加。
在此要特别提醒的是,
作者进行实验的地点是在沟渠和温室两处,
螯合铁质的添加是透过泥土底床(低氧化还原电位),
也就是说在这个研究当中,
我们并不需要担心水草吸收不到铁肥。
况且我们在水草对铁肥的吸收一文中提到过,
水草每日约可吸收0.06 ppm的铁质。
就水草对铁质的吸收的部位来看,
可分为叶面和根部两个部分。
一般来说,
水草对于铁质的吸收主要发生在根部。
研究结果很明确的告诉我们,
禾叶眼子菜内部的花青素和叶绿素浓度,
不会因为底床使用铁肥与否而有所改变。


美国的学者Fang等人在1999年针对越橘(Vaccinium pahalae)发表了一篇花青素的研究,
虽然研究的对象并不是水草,
但却是和螯合铁相关的探讨,
很值得我们好好的了解一下。
作者使用了生物性和非生物性的诱引剂(elicitor),
来看看使否能增加花青素的产量。
两种生物性的诱引剂分别是Beta-葡聚糖(β-glucan)和几丁聚糖(chitosan);
两种非生物性的诱引剂则是螯合铁(Fe-EDDHA)和硫酸铜( CuSO4)。
结果发现,
使用了10 mg/L的Beta-葡聚糖以后,
花青素的产生较对照组增加了1.9倍;
使用了100 mg/L的几丁聚糖以后,
花青素的产生较对照组增加了1.6倍;
使用了90  μM的Fe-EDDHA以后,
花青素的产生较对照组增加了1.8倍;
使用了20 μM的硫酸铜以后,
花青素的产生较对照组增加了1.5倍。
研究中还发现添加了0.5 μM茉莉酮酸甲酯(methyl jasmonate),
便能使花青素的产生增加2-3倍。花青素在底床低硝酸氮(NO3)的环境下含量较高,且叶绿素/花青素的比值较低(比较红)。


不过我们本次的讨论重点在于铁肥,
因此要来好好的了解一下,
为何铁肥能增加花青素的产量。
铁质之所以能促进花青素的产量,
并非花青素的结构内含有铁质,
而是铁质扮演着花青素生成时的催化作用,
除此以外,
螯合铁增加了可用的铁质,
促进了植物的生长,
据推测也可能是铁质减缓了花青素的降解作用,
导致花青素含量的累积。
不过我们要强调的是,
这个研究是针对细胞培养(cell culture)所得到的成果,
这完全不是复杂的水族大环境所可以相提并论的。


从现有的两份花青素和铁肥的研究文献来看,
细胞培养的环境发现铁质能促进花青素的产量,
但铁质在水族复杂环境下对于花青素的含量却无影响。
这就是我们一再强调的一个观念,
不可以任意套用不同条件下的研究成果,
换句话说,
绝对不可以任一套用细胞培养的成果至复杂的大环境之中。
我们的水草缸环境,
肯定不是实验室的纯净细胞培养条件,
而是属于复杂的水中大环境。
也就是说,
在真实的水族环境中,
螯合铁肥的添加,
较可能并不会提高花青素的含量。红蝴蝶(Rotala macrandra)非得红通通的才能叫做漂亮吗?



类似的场景也发生在另一个很有名的案例,
即水草缸内会不会发生植物的相克作用(Allelopathy)。
水草缸内的植物相克作用或毒他作用,
这个话题可说是被天然水草缸的作者Diana Walstad女士整个炒热的,
因为她在著作中以一整章二十几页的篇幅大谈水草缸内的植物相克作用或毒他作用。
然而Diana Walstad女士虽然引用了研究文献当成依据,
却遭到了Tom Barr博士的严厉批判,
并表示植物的相克作用是不会发生在水草缸的!
无独有偶的,
丹麦的水草博士Ole Petersen副教授,
针对Diana Walstad的观点还特别撰文澄清,
他提到了两种不同的实验领域,
即自然状况下整株水草的分泌和植物细胞汁液的生产。
至于在水族缸内能否以植物相克作用来控制藻类的生长,
这位副 ​​教授所给的答案是:
No!
简单的说,
美国的水草专家Tom Barr博士和丹麦的水草专家Ole Petersen博士,
都不认为在实验室内所发现的植物相克作用,
会发生在水族缸大环境之中。


水族世界首度使用螯合铁(EDTA-Fe)来改善水草的生长,
是前德国Dupla公司的创始总裁Kaspar Horst先生于1965年引入的,
但Kaspar Korst先生在许多文章和著述当中,
不论是透过图片比较和文字阐述,
自始至终都没提过添加铁肥能令水草变得更红。
铁肥对于水草的生长的确很重要,
不论是叶绿素和花青素的合成,
铁质都扮演着重要的角色。
坊间认为铁肥能令水草变得更红的说法,
最可能的原因并非铁肥促进水草变红,
而是铁质促进水草成长,
加上多年以来水族界受制于磷酸和硝酸会爆藻的观念,
使得水草很容易因生长加速而发生「缺氮」变红。
草友间许多促进水草变红的偏方,
例如强光、打二氧化碳、加强换水和各种微量营养(包含铁肥)的添加,
说穿了都是在加速水草成长或发生「缺氮」的症状。
与其费神在有「关连性」的其他因子上进行繁琐的控制,
为何不直接从有「因果关系」的氮肥来简单下手呢?