基于葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)的日本莢蒾最佳扦插條件研究

陳獻志，王寶黨，刁 碩，胡 蔚，張馨月，章嘉磊，呂洪飛

（1.臨海市農(nóng)業(yè)林業(yè)局，浙江 臺州 318000；2.浙江理工大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310018）

基于葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)的日本莢蒾最佳扦插條件研究

陳獻志1，王寶黨1，刁 碩2，胡 蔚2，張馨月2，章嘉磊2，呂洪飛2

（1.臨海市農(nóng)業(yè)林業(yè)局，浙江 臺州 318000；2.浙江理工大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310018）

扦插繁殖是植物重要的營養(yǎng)繁殖方式之一，但很難快速確定其最佳的扦插條件. 利用葉綠素?zé)晒鈨x檢測不同IAA濃度處理及不同溫度條件下的日本莢蒾扦插苗的葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化進行研究. 結(jié)果表明，日本莢蒾的非循環(huán)電子傳遞速率及非光化學(xué)淬滅系數(shù)隨光照強度的增加而增加，最終保持穩(wěn)定；光化學(xué)焠滅系數(shù)隨著光照強度的增加而降低，最終趨于穩(wěn)定；不同溫度和IAA濃度處理，各項葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化存在差異. 結(jié)論：日本莢蒾最佳扦插條件為20 ℃、IAA激素濃度為0.1%；葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)可作為快速確定植物最佳扦插條件技術(shù).

日本莢蒾；扦插；葉綠素?zé)晒?；溫度；IAA；ETR；qP

日本莢蒾（Viburnum japonicum）為忍冬科莢蒾屬常綠灌木，中國—日本間斷分布，在國內(nèi)僅浙江臺州臨海的部分區(qū)域分布，屬瀕危植物. 該植物花型優(yōu)美，且大多生長于肥沃濕潤的環(huán)境，具有強抗干旱性、抗鹽堿性，因此，具有開發(fā)成景觀園林植物的潛力. 但由于胚芽與胚軸的雙重休眠機制［1-3］，其種子一般在第二年萌發(fā)，這阻礙了該植物作為景觀園林植物進行廣泛栽培. 目前，日本莢蒾大多數(shù)為野生種，結(jié)果少，人工栽培少，導(dǎo)致種苗不足，綠化苗木缺失. 在植物栽培中，扦插繁殖具有以下優(yōu)點：周期短、操作簡單、成活率高，可以進行批量生產(chǎn)，因此，開展對該植物扦插實驗的研究在生產(chǎn)實踐有著重要的意義. 植物葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)是植物光合機理研究過程中的重要內(nèi)容［4］，本研究通過對日本莢蒾葉綠素?zé)晒馓匦缘难芯?，能夠無損傷判斷植物生理狀態(tài)，可為日本莢蒾扦插的條件篩選提供理論依據(jù)，同時，也為其他經(jīng)濟植物扦插篩選最佳條件研究提供一種新方法.

1 材料與方法

1.1 材料

選取臨海市林業(yè)局苗圃栽培的日本莢蒾植株. 剪取長勢良好、無病蟲害的枝條截成插穗，下切口呈45°斜面，剪口位于腋芽下1 cm左右. 基質(zhì)采用園土+河沙（3∶1），扦插前2 d用0.1%高錳酸鉀溶液對基質(zhì)進行消毒后晾干. 選取兩個節(jié)間長度截取插穗，在8~13 cm之間. 用木棒在基質(zhì)中扎合適深度的孔，將插穗放入孔中，壓實周圍的基質(zhì). 扦插完成后澆透水使基質(zhì)和插穗充分接觸.

1.2 實驗方法

選用生根劑IAA（吲哚乙酸）處理，設(shè)置4個濃度分別為0.01%，0.05%，0.1%，0.2%，放置于不同溫度的培養(yǎng)箱中，分別為20 ℃恒溫、25 ℃恒溫、30 ℃/20 ℃變溫. 扦插之前用不同濃度的IAA浸泡插穗基部5~6 s. 每個處理設(shè)3個重復(fù)，每個重復(fù)扦插5根枝條. 利用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨xMini-PAM（Walz，Germany）測定葉綠素?zé)晒鈪?shù)，測定在浙江理工大學(xué)的培養(yǎng)箱內(nèi)生長超過3個月的日本莢蒾扦插苗葉片.每次測定前葉片均經(jīng)過暗適應(yīng)30 min［5］. 記錄葉片經(jīng)過暗適應(yīng)后的最小熒光值（Fo）、最大熒光值（Fm）、光系統(tǒng)II最大量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、電子傳遞速率（ETR）、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）和非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度IAA對日本莢蒾葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

圖1為不同濃度IAA處理后，日本莢蒾葉片表現(xiàn)出的在不同光強下葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化曲線. 圖1

（a）顯示在低光強下（PAR在0~200 μmol·m-2·s-1之間），不同激素處理下的電子傳遞速率差異不明顯，當(dāng)PAR值超過200 μmol·m-2·s-1時，隨著光強的增加，出現(xiàn)不同程度的差異. 光強越高，差異越明顯. 激素濃度為0.1%的日本莢蒾葉片的ETR增加速率顯著高于其他3種激素濃度處理的日本莢蒾葉片，4種處理下的日本莢蒾葉片的ETR均在PAR在達到500 μmol·m-2·s-1左右受到抑制開始平緩下降，最后趨于平衡.

從圖1（b）中可以看出4種激素處理后的日本莢蒾的qP隨著光強的增加迅速下降然后趨于平緩，其中激素濃度為0.1%的日本莢蒾葉片的光化學(xué)淬滅系數(shù)明顯高于其他3種濃度；圖1（c）顯示4種激素處理的日本莢蒾葉片的非光化學(xué)淬滅（NPQ）均隨著光照強度的增加不斷增加，但是激素濃度為0.01%的日本莢蒾葉片在PAR大于200 μmol·m-2·s-1后上升更為明顯，其值顯著高于其他幾種激素處理的日本莢蒾葉片.

2.2 不同溫度對日本莢蒾葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

圖2為經(jīng)過不同溫度培養(yǎng)以后，日本莢蒾葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)隨光強變化的曲線. 圖2（a）顯示在低光強下（PAR在0~100 μmol·m-2·s-1之間），不同溫度之間的非循環(huán)電子傳遞速率（ETR）沒有明顯差異，但在高光強下（PAR在100~500 μmol·m-2·s-1之間），溫度為20 ℃的日本莢蒾葉片的ETR不斷升高，反映了20 ℃下培養(yǎng)的日本莢蒾具有較強的光合潛力. 當(dāng)PAR超過500 μmol·m-2·s-1后ETR基本保持平衡.

圖2（b）顯示qP隨著光強的增加而降低，20 ℃培養(yǎng)下的qP下降幅度明顯低于另外兩種，另外兩種下降趨勢基本保持一致；圖2（c）顯示非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）出現(xiàn)較為明顯的差異，其中25 ℃下培養(yǎng)的日本莢蒾葉片的NPQ增幅最大，變溫條件下的NPQ增幅最小，表明其用于光合作用的光能高于其他兩種處理.

圖1 不同激素濃度條件下日本莢蒾葉綠素?zé)晒鈪?shù)的比較

3 討論

植物光合作用受生長的環(huán)境條件，如水分、溫度、光照強度等影響［6］. 環(huán)境條件通過改變植物內(nèi)部生理生化活動從而影響光合作用的進行. 葉綠素?zé)晒庾鳛檠芯恐参锷項l件變化的重要指標，廣泛應(yīng)用于植物生理生化檢測的諸多方面. 葉綠素?zé)晒鉁y定具有簡單快速高效等特點，已廣泛應(yīng)用于評估水果果實成熟度、確定水果最佳采收期等方面，并且可以對果實發(fā)育中總酚、總黃酮等成分含量的變化進行非破壞性研究［7-9］. 不僅如此，葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)還具有監(jiān)測病蟲害及環(huán)境脅迫影響方面的功能［10-11］，并被科研工作者廣泛應(yīng)用.

本實驗將葉綠素?zé)晒庾鳛樘结槍?jīng)過不同處理的日本莢蒾的生理生化等特性進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相同溫度條件下，經(jīng)過0.1%激素處理的日本莢蒾的ETR、qP高于其他3種激素處理的日本莢蒾，但是在低光照條件下不同激素處理的日本莢蒾光抑制能力并無顯著變化；在高光強下0.1%激素處理的日本莢蒾比其他3種具有更高的ETR、qP值. 非循環(huán)電子傳遞速率（ETR）反應(yīng)了實際光強下的表觀電子效率［12］. 光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）是PSII天線色素吸收的光能用于光化學(xué)電子傳遞的份額，代表PSII反應(yīng)中心開放的比率［13］. 實驗結(jié)果表明0.1%激素處理的日本莢蒾PSII反應(yīng)中心原初電子受體QA庫相對較大，使PSII反應(yīng)中心開放的比列增大，這必然相應(yīng)地降低不能穩(wěn)定電荷分離和不能參與光合電子傳遞的PSII反應(yīng)中心關(guān)閉的比例，從而使光線色素所捕獲的光能以更高比例用于推動光合電子傳遞，促進電子傳遞能力的提高，這將有助于為光合碳同化提供更多的能量（ATP）和還原力（NADPH），形成更多的光合成產(chǎn)物［14］. 非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）反映了植物將多余光能轉(zhuǎn)化為熱的能力，對植物光合起到自我保護的作用［15］. 在強光下都顯示了較高的非化學(xué)淬滅，說明阻礙了植物更高效地利用所捕獲的光能及更有效地用于光合作用，使日本莢蒾在強光條件下能更好地避免強光對系統(tǒng)的損傷，光合生理運轉(zhuǎn)受抑制，這符合植物光合機構(gòu)的自我保護機制.

在相同的激素條件下，恒溫20 ℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)的日本莢蒾，其非循環(huán)電子傳遞效率明顯高于其他處理條件的日本莢蒾，反映葉片具有較高的光合潛力；其光化學(xué)淬滅系數(shù)不斷降低但相對緩慢，說明隨著光照強度的增加，進行光合作用的電子逐漸減少，PSⅡ反應(yīng)中心受體QA可能逐漸呈現(xiàn)為還原態(tài)，其反應(yīng)中心開放部分比例也隨著光照強度的增加而下降，從而關(guān)閉部分比例相應(yīng)提高了，呈現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)的PSⅡ反應(yīng)中心則很難進行穩(wěn)定的電荷分離，因此不能參與光合電子的線性傳遞. 隨著光照強度的增加，葉片的非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ增大. 在相同條件下，NPQ越高，qP越低，植物捕獲的光能用于光合作用的效率降低，表明葉片以熱耗散方式釋放的能量增加，用于光合作用的能量減少.

圖2 不同溫度條件下日本莢蒾葉綠素?zé)晒鈪?shù)的比較

4 結(jié)論

本文以植物體內(nèi)葉綠素?zé)晒庾鳛樘烊惶结槪瑏頇z測不同激素處理和培養(yǎng)溫度下的日本莢蒾扦插苗葉片的光合熒光特性，并考察日本莢蒾扦插苗的活性. 本文的實驗研究表明，在恒溫20 ℃，0.1%激素處理條件下，日本莢蒾植株具有較好的光合生理功能，適宜生長，這也與海邊晝夜溫差較小、海島植物生長在相對恒溫環(huán)境的習(xí)性相符合. 這些結(jié)果可為日本莢蒾的栽培及生長條件的選擇提供理論依據(jù)，同時也可為植物最佳扦插條件的快速無損判斷提供新思路和新方法.

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Abstract:Cutting propagation is one of the important vegetative breeding methods of plants, but it is difficult to quickly determine its optimal cutting conditions. The chlorophyll fluorescence parameters of V.japonicum were studied by chlorophyll fluorescence spectrometry at different IAA concentrations and different temperature conditions. The results showed that the non-cyclic electron transport rate and non-photochemical quenching coefficient of V.japonicum increased with the increase of light intensity, and finally remained stable. The photochemical quenching coefficient decreased with the increase of light intensity, and finally stabilized. At different temperatures and IAA concentration, the chlorophyll fluorescence parameters were different. Therefore, the conclusion was reached that the best cutting conditions of V.japonicum were 20 ℃, that IAA hormone concentration was 0.1%, and that chlorophyll fluorescence technique could be used as a technology to determine the best cutting conditions.

Key words:Viburnum japonicum; cuttings; chlorophyll fluorescence; temperature; IAA; ETR; qP

The Rapid Determination of Optimum Cutting Conditions of Viburnum japonicum by Chlorophyll Fluorescence Technique

CHEN Xianzhi1, WANG Baodang1, DIAO Shuo2, HU Wei2, ZHANG Xinyue2, ZHANG Jialei2, LU Hongfei2
(1. Linhai Municipal Bureau of Agriculture and Forestry, Taizhou 318000; 2. College of Life Sciences, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

Q945.51

A

1008-2794（2017）04-00100-04

2017-05-20

呂洪飛，教授，博士，研究方向：植物學(xué)、食品科學(xué)和食品工程，E-mail：luhongfei0164@163.com.