多效唑?qū)Υ篼惢ㄈ~片光合特性和超微結(jié)構(gòu)的影響

馮立娟，苑兆和，尹燕雷，招雪晴

(1.山東省果樹研究所，山東 泰安 271000；2.南京林業(yè)大學(xué)森林資源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210037)

大麗花(Dahliapinnata)是菊科大麗花屬多年生宿根草本花卉，原產(chǎn)于墨西哥和危地馬拉地帶，花姿優(yōu)美、花型多樣、色彩絢麗、花期長、品種繁多，是全世界栽培最廣的觀賞植物之一[1]。生產(chǎn)中適于盆栽且花色豐富、花型美觀、花期不同的矮生型品種較少，而中生和高生型品種易出現(xiàn)倒伏現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其觀賞價(jià)值[2]。植物生長延緩劑多效唑能使植株矮化，根系發(fā)達(dá)，莖干增粗，防止徒長和倒伏，增強(qiáng)抗性[3-5]，在核桃(Juglansregia)[6]、水仙(Narcissustazetta)[7]和甜瓜(Cucumismelo)[8]等作物上的應(yīng)用已有相關(guān)報(bào)道，在大麗花植株矮化方面的研究較少。因此，運(yùn)用外源生長調(diào)節(jié)劑增強(qiáng)大麗花植株抗逆性對(duì)大麗花露地栽培具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

植物生長發(fā)育與其光合能力密切相關(guān)，光合能力強(qiáng)，開花數(shù)量多、質(zhì)量高、花期長，觀賞價(jià)值高[9]。葉綠體是光合作用的場所，其大小、多少、基粒數(shù)、基粒厚度、基粒片層數(shù)等都會(huì)對(duì)光合作用有一定的影響[10-11]。多效唑處理能提高植物生長發(fā)育各時(shí)期葉片葉綠素含量和光合能力，顯著影響植物光合作用和超微結(jié)構(gòu)，普遍用于提高植物生產(chǎn)率[12]。因此，研究多效唑?qū)Υ篼惢ㄈ~片光合特性和超微結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)探討其光合作用機(jī)理具有重要意義。目前，有關(guān)大麗花抗旱機(jī)理[13]、組培快繁[14]、花青苷合成代謝[15]和病蟲害防治[16-17]等方面的研究已被進(jìn)行過有益的探索，但多效唑?qū)Υ篼惢ㄉL發(fā)育、光合特性和超微結(jié)構(gòu)的影響尚未見報(bào)道。因此，本研究以不同濃度多效唑處理大麗花植株，明確其對(duì)大麗花生長發(fā)育、光合特性和超微結(jié)構(gòu)的影響，從而確定其是否對(duì)大麗花植株生長具有調(diào)節(jié)作用，篩選出較理想的藥劑濃度值，并為生產(chǎn)中大麗花植株抗倒伏、觀賞價(jià)值提高提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與處理

試驗(yàn)于2010-2012年在山東省果樹研究所觀賞園藝室進(jìn)行，試材為高生型大麗花品種‘隴上雄鷹’。4月份開始對(duì)貯藏的大麗花塊根進(jìn)行分根、催芽、扦插，扦插苗生根后選生長健壯，株高一致(10 cm左右)的幼苗定植于直徑為30 cm的塑料盆內(nèi)，盆土配制為園土∶沙∶草炭∶羊糞=5∶3∶2∶1，常規(guī)管理。

待幼苗長至株高20 cm時(shí)，根灌1次，每株約1000 mL。采用單因素隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，多效唑濃度梯度分別為：25，50，75，100，125 mg/L，共5個(gè)處理，每處理3個(gè)重復(fù)，以清水為對(duì)照。多效唑是四川國光農(nóng)化有限公司生產(chǎn)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%可濕性粉劑。處理后每隔7 d(從第1 次處理算)進(jìn)行1次葉綠素和光合參數(shù)的測定，直至花謝；30 d 后進(jìn)行形態(tài)指標(biāo)的調(diào)查和超微結(jié)構(gòu)的觀測。每個(gè)處理設(shè)15 次(株)重復(fù)。

1.2 相關(guān)指標(biāo)的測定

形態(tài)指標(biāo)采用常規(guī)測量和計(jì)數(shù)法；葉片光合參數(shù)采用英國PP-Systems公司生產(chǎn)的TPS-1型便攜式光合作用測定系統(tǒng)測定；葉綠素含量測定采用丙酮法，按照鄒琦[18]的方法測定。各重復(fù)3次。

超微結(jié)構(gòu)觀察：在葉片中部主脈兩側(cè)切取1～2 mm2的葉片組織小塊，用4% 戊二醛前固定，pH 7.2 磷酸緩沖液沖洗，1% 鋨酸后固定，梯度乙醇-丙醇脫水，Epon-812 環(huán)氧樹脂包埋，LKB-5型超薄切片機(jī)切片，后經(jīng)醋酸雙氧鈾、檸檬酸鉛雙重染色，JGE-1200 EX 型透射電鏡觀察、測量并照相。每處理觀測20～40 個(gè)視野，取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用DPS 7.05 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)顯著性差異運(yùn)用Duncan’s 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較(P<0.05)，Excel 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 多效唑?qū)Υ篼惢ㄉL發(fā)育指標(biāo)的影響

不同濃度多效唑處理對(duì)大麗花生長發(fā)育指標(biāo)的影響如表1所示。不同多效唑處理的大麗花葉長、葉寬、葉柄長和株高均隨著處理濃度的增加先降低后略有升高，均極顯著低于對(duì)照。不同濃度多效唑處理的花徑隨處理濃度的增加先升高后降低，均極顯著高于對(duì)照。75 mg/L多效唑處理的花徑最大，為19.8 cm。

表1 多效唑?qū)Υ篼惢ㄉL發(fā)育指標(biāo)的影響

注：表中大寫字母表示0.01水平極顯著，小寫字母表示0.05水平顯著。下同。Note: The capital letter means significantly different at 0.01 level, the small letter means significantly different at 0.05 level. The same below.

2.2 多效唑?qū)Υ篼惢ㄈ~片葉綠素含量的影響

如圖1所示，不同濃度多效唑處理?xiàng)l件下，大麗花葉片中葉綠素含量隨著天數(shù)的增加均呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，在24 d左右時(shí)出現(xiàn)峰值，與對(duì)照變化趨勢一致。不同濃度多效唑處理的葉綠素含量均高于對(duì)照，以75 mg/L處理的葉綠素含量最高，為3.03 mg/g。

2.3 多效唑?qū)Υ篼惢ㄈ~片光合特性的影響

不同濃度多效唑處理對(duì)大麗花葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和細(xì)胞間CO2濃度的影響如圖2所示。不同濃度多效唑處理?xiàng)l件下，大麗花葉片中凈光合速率隨著天數(shù)的增加先升高后降低，在24 d時(shí)出現(xiàn)峰值，與對(duì)照變化趨勢一致。不同濃度多效唑處理大麗花葉片凈光合速率均高于對(duì)照水平，以75 mg/L多效唑處理的凈光合速率最高，為19.8 μmol/(m2·s)。

不同濃度多效唑處理?xiàng)l件下，大麗花葉片中蒸騰速率均隨著天數(shù)的增加呈升→降→升→降的變化趨勢，分別在12和24 d左右出現(xiàn)峰值，與對(duì)照變化趨勢一致。

圖1 多效唑?qū)Υ篼惢ㄈ~綠素含量的影響

不同濃度多效唑處理?xiàng)l件下，大麗花葉片中氣孔導(dǎo)度隨著天數(shù)的增加也呈升→降→升→降的變化趨勢，分別在6和30 d左右出現(xiàn)峰值，與對(duì)照變化趨勢一致。

大麗花葉片中細(xì)胞間CO2濃度隨著天數(shù)的增加呈現(xiàn)不同的變化趨勢，總體在300～430 μmol/mol范圍內(nèi)變化。對(duì)照、50和100 mg/L處理?xiàng)l件下，葉片中細(xì)胞間CO2濃度隨著天數(shù)的增加呈現(xiàn)降→升→降→升→降的變化趨勢，出現(xiàn)峰值的時(shí)間不同。25，75和125 mg/L處理?xiàng)l件下，葉片中細(xì)胞間CO2濃度呈現(xiàn)降→升→降的變化趨勢，出現(xiàn)峰值的時(shí)間不同。

圖2 多效唑?qū)Υ篼惢ㄈ~片光合特性的影響

2.4 多效唑?qū)Υ篼惢ㄈ~片超微結(jié)構(gòu)的影響

透射電鏡觀察表明(表2)，大麗花葉片柵欄組織內(nèi)每細(xì)胞葉綠體數(shù)為19.73～24.88 個(gè)。不同濃度多效唑處理的葉綠體數(shù)與對(duì)照差異不顯著，75 mg/L處理的葉綠體數(shù)與100和125 mg/L處理差異極顯著。75 mg/L處理的葉綠體大小高于對(duì)照，其他多效唑濃度處理的葉綠體大小低于對(duì)照，與對(duì)照差異均不顯著。在25，50和75 mg/L處理?xiàng)l件下，大麗花葉片基粒數(shù)和基粒片層數(shù)均高于對(duì)照，其他處理低于對(duì)照。25，50，75和100 mg/L處理的葉綠體基粒數(shù)和基粒片層數(shù)與對(duì)照差異不顯著，125 mg/L處理的基粒片層數(shù)與對(duì)照差異極顯著。以75 mg/L多效唑處理的葉綠體基粒數(shù)和基粒片層數(shù)最多，分別為29.90和14.80個(gè)，比對(duì)照增加18.42%和19.35%?？梢姡煌瑵舛榷嘈н蛱幚砭鶗?huì)導(dǎo)致大麗花葉片類囊體垛疊程度的增加，以75 mg/L多效唑處理表現(xiàn)尤其明顯。

單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的淀粉數(shù)為15.55～18.88個(gè)，25和50 mg/L多效唑處理的淀粉數(shù)分別為18.71和18.75個(gè)，與對(duì)照差異不顯著，淀粉粒稍小于對(duì)照。75 mg/L多效唑處理的淀粉數(shù)為18.88個(gè)，與對(duì)照差異不顯著，淀粉粒長和寬分別為4.60和2.59 μm，比對(duì)照增加2.05%和14.44%。100 和125 mg/L多效唑處理的淀粉數(shù)少于對(duì)照，且淀粉粒明顯變小，說明這兩種處理?xiàng)l件下，合成和積累的碳水化合物明顯減少。

不同濃度多效唑處理對(duì)大麗花葉片光合器官葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響不同。在對(duì)照(圖3-1)、25 mg/L(圖3-2)，50 mg/L(圖 3-3)和75 mg/L(圖 3-4)多效唑處理?xiàng)l件下，葉綠體形狀差異不明顯，均是長橢圓形。葉綠體超微結(jié)構(gòu)正常，基粒和基質(zhì)類囊體排列整齊。葉綠體中含有大淀粉粒，平均1個(gè)葉綠體含1個(gè)淀粉粒。在100 mg/L(圖3-5)和125 mg/L(圖3-6)多效唑處理?xiàng)l件下，葉綠體形狀由橢圓形變腫脹或成球狀。

在對(duì)照(圖4-1)、25 mg/L(圖4-2)，50 mg/L(圖4-3)和75 mg/L(圖4-4)多效唑處理下生長的大麗花葉片中，大部分葉綠體有一個(gè)典型的膜結(jié)構(gòu)，如葉綠體被膜是雙層膜。在上述處理?xiàng)l件下，葉綠體膜和液泡膜清晰，連續(xù)不斷。在100 mg/L(圖4-5)多效唑處理?xiàng)l件下，一些細(xì)胞中葉綠體膜和液泡膜模糊不清。在125 mg/L(圖4-6)多效唑處理?xiàng)l件下，葉綠體外膜、液泡膜和線粒體遭到破壞。

圖3 多效唑處理對(duì)大麗花葉片葉綠體全貌的影響

圖4 多效唑處理對(duì)大麗花葉片葉綠體膜和液泡膜的影響

在25 mg/L(圖5-2)，50 mg/L(圖5-3)和75 mg/L(圖5-4)多效唑處理?xiàng)l件下，線粒體結(jié)構(gòu)和膜正常，與對(duì)照(圖5-1)差異不顯著，細(xì)胞膜清晰，連續(xù)不斷。在100 mg/L(圖5-5)和125 mg/L(圖5-6)多效唑處理?xiàng)l件下，線粒體結(jié)構(gòu)不正常，部分線粒體膜斷裂或破壞，細(xì)胞膜也遭到破壞。在125 mg/L多效唑處理?xiàng)l件下，線粒體結(jié)構(gòu)受損程度較100 mg/L多效唑處理嚴(yán)重。

與對(duì)照(圖6-1)相似，在25 mg/L(圖6-2)，50 mg/L(圖6-3)和75 mg/L(圖6-4)多效唑處理?xiàng)l件下，葉綠體基質(zhì)類囊體相互平行排列，堆積成堆，液泡膜和葉綠體膜結(jié)構(gòu)正常且連續(xù)不斷。隨著多效唑處理濃度的增加，基粒和基粒片層數(shù)不斷增多。在100 mg/L(圖6-5)多效唑處理?xiàng)l件下，葉綠體膜、液泡膜、基粒、基粒片層和細(xì)胞膜遭到輕度破壞，并引起輕度質(zhì)壁分離現(xiàn)象。在125 mg/L(圖6-6)多效唑處理?xiàng)l件下，質(zhì)壁分離現(xiàn)象較嚴(yán)重，液泡和葉綠體膜遭到嚴(yán)重破壞，基粒發(fā)育不完全，老的葉綠體遭到破壞，新的葉綠體發(fā)育不完全，從而使葉片中凈光合速率降低。

圖5 多效唑處理對(duì)大麗花葉片線粒體和細(xì)胞膜的影響

圖6 多效唑處理對(duì)大麗花葉片基粒、基粒片層、液泡膜和葉綠體膜的影響

3 討論

多效唑通過影響光合作用、內(nèi)源激素合成、水分和礦質(zhì)元素的吸收，達(dá)到控制株高、調(diào)整株型和調(diào)節(jié)花期等多種效果，從而調(diào)控植物生長發(fā)育[19-21]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，根灌多效唑能有效抑制大麗花生長，對(duì)其株高和葉片有顯著矮化作用，施用的濃度越高，矮化效果越明顯，這是由于多效唑主要通過抑制赤霉素的生物合成，使植物內(nèi)源赤霉素?cái)?shù)量減少，植物體細(xì)胞伸長受抑，細(xì)胞長度變小，從而引起株高降低，節(jié)間縮小，葉片變短，植株矮化[22]。多效唑處理能促進(jìn)大麗花花徑增加，以75 mg/L多效唑處理的花徑最大，較對(duì)照增加29.80%，這可能與多效唑促進(jìn)干物質(zhì)在花、莖和根器官中的積累有關(guān)[23]。

葉綠素是光合作用過程中最重要的光合色素，是植物進(jìn)行光合作用的催化劑，其含量高低是反映植物光合能力的重要指標(biāo)之一[24-25]。多效唑處理能顯著提高葉片葉綠素含量，增強(qiáng)光合能力[26]。葉綠體結(jié)構(gòu)與光合作用密切相關(guān)，葉綠體基粒數(shù)和基粒片層數(shù)越多，基粒片層排列越致密，光合能力越強(qiáng)[27-28]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)濃度(25，50和75 mg/L)多效唑處理使大麗花葉片中葉綠素含量和凈光合速率顯著增加，以75 mg/L多效唑處理效果最佳，葉綠素含量和凈光合速率較對(duì)照分別增加56.8%和29.8%。超微結(jié)構(gòu)觀察表明，適當(dāng)濃度(25，50和75 mg/L)多效唑處理?xiàng)l件下，大麗花葉片細(xì)胞內(nèi)葉綠體、線粒體結(jié)構(gòu)完整，基粒數(shù)和基粒片層數(shù)隨著處理濃度的增加而增加，葉綠體數(shù)和淀粉粒數(shù)多。這說明，一定濃度的多效唑處理有助于保護(hù)葉綠體膜，保持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而維持大麗花葉片較高的光合速率[27]。

通常影響植物光合作用的因素可分為氣孔因素和非氣孔因素，前者指氣孔導(dǎo)度下降時(shí)，細(xì)胞間CO2進(jìn)入葉片受阻而使光合下降，后者指葉肉細(xì)胞的光合活性下降[29-30]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同多效唑濃度處理?xiàng)l件下，隨著處理天數(shù)的增加，當(dāng)大麗花葉片凈光合速率下降時(shí)，氣孔導(dǎo)度降低，細(xì)胞間CO2濃度降低或升高，這說明，多效唑處理過程中，大麗花葉片凈光合速率的降低是氣孔因素和非氣孔因素共同作用的結(jié)果，這與Frederick和Camberato[31]的研究結(jié)果一致。

適宜濃度的多效唑處理具有抑制大麗花植株生長，提高光合性能的作用，最終提高觀賞價(jià)值。因此，生產(chǎn)中采取根灌多效唑控制大麗花株高的措施是可行的。75 mg/L多效唑處理使大麗花植株矮化、花徑最大，葉綠體結(jié)構(gòu)完整，葉綠素含量和凈光合速率最高，是最佳的使用濃度。大麗花多效唑使用的最佳濃度低于高羊茅(Festucaarundinacea)[26,32]和金錢樹(Zamioculcaszamiifolia)[33]，高于水仙(Narcissustazettavar.chinensis)[34]和康乃馨(Dianthuscaryophyllus)[35]，這可能與多效唑的生產(chǎn)廠家和不同作物對(duì)多效唑的反應(yīng)敏感性不同有關(guān)。

4 結(jié)論

綜上所述，75 mg/L多效唑處理大麗花植株效果最佳，可使其矮化、增加開花產(chǎn)量和質(zhì)量，葉綠體、線粒體結(jié)構(gòu)完整，基粒和基粒片層排列整齊，數(shù)目較多，葉綠素含量高，光合作用強(qiáng)，觀賞價(jià)值佳。