紅藍(lán)光對(duì)瀕危植物香果樹(shù)幼苗生長(zhǎng)及內(nèi)源激素的影響

毛小濤，郭連金，薛蘋(píng)蘋(píng)，王阿微，鐘文君

（1.上饒師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，江西上饒 334001；2.上饒農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究院，江西上饒 334001）

香果樹(shù)（Emmenopterys henryi）為茜草科香果樹(shù)屬高大落葉喬木，我國(guó)特有單種屬植物，我國(guó)二級(jí)保護(hù)植物[1]。該樹(shù)種主要分布在江西、福建、湖南、湖北、四川、安徽和浙江南部等地海拔400～1 400 m 山區(qū)濕潤(rùn)肥沃的山坡和谷地，是我國(guó)亞熱帶中山或低山地區(qū)落葉闊葉林或常綠落葉混交林中的伴生樹(shù)種，長(zhǎng)江流域廣泛分布的特有樹(shù)種[2-3]。香果樹(shù)樹(shù)姿優(yōu)美，花大艷麗，為優(yōu)良的園林觀(guān)賞植物，同時(shí)也是研究茜草科系統(tǒng)發(fā)育重要植物[2,4-5]；香果樹(shù)還有重要的藥用價(jià)值，其根和樹(shù)皮可入藥，能治療惡心、嘔吐、擦傷和跌打損傷等[6]；香果樹(shù)分離出來(lái)吲哚生物堿，對(duì)肺癌、肝癌及結(jié)腸癌細(xì)胞具有一定的毒活性和抗炎活性[7-8]。近年來(lái)，由于香果樹(shù)原生境遭到破壞、過(guò)度開(kāi)發(fā)及其更新能力弱等原因?qū)е孪愎麡?shù)種群不斷衰退[1]。香果樹(shù)種群更新過(guò)程中，在野生環(huán)境下幼樹(shù)成長(zhǎng)為大樹(shù)的比例嚴(yán)重不足，種群呈衰退趨勢(shì)[9]。香果樹(shù)幼樹(shù)多分布在郁閉的大樹(shù)下，林下光照情況對(duì)其具有重要影響，研究表明中低強(qiáng)度的光強(qiáng)對(duì)香果樹(shù)幼苗生長(zhǎng)最為有利，香果樹(shù)幼苗具有喜陰的特點(diǎn)[10-11]。除光強(qiáng)外，不同光譜也會(huì)影響香果樹(shù)莖葉的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響香果樹(shù)種群的多樣性分化[12]。一些學(xué)者分別從生境中光照強(qiáng)度、遮陰情況、光系統(tǒng)Ⅱ等方面開(kāi)展了研究[10,13-14]。

植物激素是植物體內(nèi)調(diào)節(jié)自身生理代謝的活性物質(zhì)，主要包括生長(zhǎng)激素、細(xì)胞分裂素、赤霉素、脫落酸、乙烯、油菜素內(nèi)酯、可溶性糖等，它們對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、抗逆、光系統(tǒng)調(diào)節(jié)、干物質(zhì)累積運(yùn)輸、延緩衰老等方面具有重要作用[15]。植物體內(nèi)生長(zhǎng)素、赤霉素、脫落酸等激素的分布對(duì)藍(lán)光或紅光的光形態(tài)建成有非常密切的相關(guān)性，尤其光照對(duì)植物體內(nèi)激素變化的影響，研究發(fā)現(xiàn)高光強(qiáng)能顯著提高高山杜鵑芽?jī)?nèi)的赤霉素、生長(zhǎng)素等，有利于高山杜鵑的開(kāi)花[16]；外源的赤霉素能夠促進(jìn)植物葉綠素的合成，提高植物光合速率，進(jìn)而調(diào)節(jié)光合產(chǎn)物的比例和分布[17]；紅光和遠(yuǎn)紅光處理大豆幼苗，發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)顯著影響大豆組織中生長(zhǎng)素和赤霉素的比值[18]。然而對(duì)紅光和藍(lán)光光照下香果樹(shù)幼苗激素變化及生物量變化的研究較少。筆者針對(duì)不同光照下香果樹(shù)幼苗的光合變化、生長(zhǎng)情況及不同激素變化情況進(jìn)行研究，旨在探明香果樹(shù)幼苗對(duì)不同光質(zhì)需求特征，以及光質(zhì)變化影響香果樹(shù)幼苗生長(zhǎng)的機(jī)制，為香果樹(shù)繁殖和種群復(fù)壯提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在江西上饒師范學(xué)院上饒農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究院光照培養(yǎng)間進(jìn)行。供試香果樹(shù)種子采自福建武夷山國(guó)家公園，于2021 年3 月進(jìn)行幼苗培養(yǎng)，培養(yǎng)基質(zhì)配比為m(蛭石)∶m(營(yíng)養(yǎng)土)=1∶1，在溫室培養(yǎng)5 個(gè)月后，將其移至光照系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行不同光質(zhì)處理，保證水分供給。設(shè)3 個(gè)處理，對(duì)照（日光燈CK）、紅光（R）、紅光+藍(lán)光（各60%，RB），處理30 d，30 d后進(jìn)行光合特性、激素含量及生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定。紅藍(lán)光源由深圳澳德森有限公司研制開(kāi)發(fā)。

1.2 研究方法

1.2.1 光合參數(shù)測(cè)定

利用Li-6400XT 便攜式光合儀(Li-Cor,USA)測(cè)定香果樹(shù)葉片的氣體交換參數(shù)，上午10:00 開(kāi)始測(cè)定。每個(gè)處理選取3 株，每株取從上往下選第3 片完全展開(kāi)功能葉進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定參數(shù)包括：凈光合速率(rp,n，μmol·m-2·s-1)，蒸騰速率(rT，mmol·m-2·s-1)，氣孔導(dǎo)度(Gs，mmol·m-2·s-1)，胞間CO2濃度(φic，μmol·mol-1)，水分利用率(Cu,w，mmol·mol-1)=rp,n/rT等。

1.2.2 激素含量測(cè)定

不同光照處理后，每個(gè)處理取3 個(gè)頂芽，用去離子水清洗干凈后，迅速放入液氮中，置于-80 ℃冰箱保存，用于吲哚乙酸（IAA）、細(xì)胞分裂素cZ（cZ）、細(xì)胞分裂素tZ（tZ）、赤霉素（GA）、脫落酸（ABA）、可溶性糖（Soluble sugars,SS）等測(cè)定。2021 年9 月28日，樣品由青島科創(chuàng)質(zhì)量檢測(cè)有限公司通過(guò)試劑盒進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3 生長(zhǎng)數(shù)據(jù)測(cè)定

不同光照處理后，每個(gè)處理取5 株幼苗，用去離子水清洗干凈，分別用于測(cè)定根、莖、葉鮮重，測(cè)定鮮重后置于105 ℃烘箱殺青30 min，在65 ℃烘干48 h直至恒重，分別稱(chēng)取根、莖、葉干重，并計(jì)算不同處理的莖葉比和根莖比。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，單因素方差分析（one-way ANOVA），LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（p＜0.05）。使用Prism軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光照對(duì)香果樹(shù)幼苗光合特性的影響

由圖1 可知，不同光照處理中，紅光光照強(qiáng)度最強(qiáng)，紅藍(lán)光次之，日光燈處理光照最弱（圖1A）；與對(duì)照相比，紅光和紅藍(lán)光處理顯著增加了香果樹(shù)幼苗凈光合速率，其中紅藍(lán)光處理香果樹(shù)幼苗凈光合速率最高，達(dá)到4.9 μmol·(m-2·s-1)，比對(duì)照高出1.3 倍（圖1B）；紅光處理的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率與對(duì)照相比沒(méi)有顯著變化，其中紅藍(lán)光處理的蒸騰速率平均比對(duì)照增加了84.6%，兩者差異不顯著（圖1C、圖1D）；可能是不同光照處理的光照強(qiáng)度不同，在溫室環(huán)境下對(duì)香果樹(shù)幼苗的氣孔導(dǎo)度及蒸騰沒(méi)有顯著影響。

圖1 不同光照對(duì)香果樹(shù)幼苗光合特性的影響

2.2 不同光照對(duì)香果樹(shù)幼苗激素的影響

由圖2 可知，與對(duì)照相比，紅光顯著增加了香果樹(shù)幼苗頂芽GA、cZ 及SS 含量，分別增加了12.7%、4.9%和17.0%（圖2B、圖2C、圖2F）；與對(duì)照相比，紅藍(lán)光處理顯著增加了香果樹(shù)幼苗頂芽IAA、GA 及tZ，分別增加了17.7%、3.9%和23.3%（圖2A、圖2B、圖2D）；與對(duì)照相比，紅光和紅藍(lán)光處理沒(méi)有顯著增加香果樹(shù)幼苗頂芽ABA 的含量（圖2E）。表明紅光和紅藍(lán)光處理影響了香果樹(shù)幼苗頂芽中IAA、GA、cZ、tZ及SS的含量變化。

圖2 不同光照對(duì)香果樹(shù)幼苗激素含量的影響

2.3 不同光照對(duì)香果樹(shù)幼苗生長(zhǎng)特性的影響

由圖3 可知，與對(duì)照相比，紅光處理顯著增加了香果樹(shù)幼苗葉片鮮重和干重，分別增加了58.0%和83.6%（圖3E、圖3F），并顯著降低了香果樹(shù)幼苗的莖鮮重、莖干重及莖葉比，降幅達(dá)到31.0%、39.0%、52.2%（圖3C、圖3D、圖3G）；與對(duì)照相比，紅藍(lán)光處理顯著增加了香果樹(shù)幼苗根鮮重、葉片鮮重和葉片干重，分別增加了67.3%、104.0%、55.3%（圖3A、圖3E、圖3F），并顯著降低了莖干重和莖葉比，分別降低了21.6%和49.7%（圖3D、圖3G）；而紅光和紅藍(lán)光處理對(duì)香果樹(shù)幼苗根干重和根莖比沒(méi)有顯著影響（圖3B、圖3H）。表明紅光和紅藍(lán)光處理能顯著促進(jìn)香果樹(shù)幼苗的葉片和根系生長(zhǎng)。

圖3 不同光照對(duì)香果樹(shù)幼苗生長(zhǎng)特性的影響

3 討論與結(jié)論

光合作用是植物物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的基礎(chǔ)，也是生物固碳的主要途徑，受到光照、溫度、水分等因素的影響，決定了植物干物質(zhì)積累和生長(zhǎng)發(fā)育[12]。其中，不同光質(zhì)影響植物器官生長(zhǎng)、形態(tài)建成、激素含量變化等，進(jìn)而調(diào)控植物的生長(zhǎng)和環(huán)境的適應(yīng)性[18]。不同的光照對(duì)香果樹(shù)幼苗的生存起到關(guān)鍵作用，包括香果樹(shù)種子萌發(fā)、幼樹(shù)生長(zhǎng)都需要特定的光照條件[11,19]。本文通過(guò)不同光照處理香果樹(shù)幼苗，發(fā)現(xiàn)紅光和紅藍(lán)光處理顯著增加了香果樹(shù)幼苗的光合速率，分別增加了73.3%和129.1%，表明在香果樹(shù)幼苗培育過(guò)程中增加紅光和紅藍(lán)光能夠促進(jìn)香果樹(shù)幼苗的光合作用。葉片的光合能力直接決定了植物生產(chǎn)力的高低，光合作用增強(qiáng)表明對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力增強(qiáng)[20]。結(jié)果表明，紅光及紅藍(lán)光對(duì)增加香果樹(shù)幼苗的適應(yīng)性有顯著促進(jìn)作用。

植物激素作為調(diào)節(jié)植物自身生理代謝的活性物質(zhì)，主要包括生長(zhǎng)激素、細(xì)胞分裂素、赤霉素、脫落酸及可溶性糖等，在植物適應(yīng)環(huán)境過(guò)程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，并且植物形態(tài)發(fā)生的光依賴(lài)也受到植物激素的調(diào)控[15,17]。植物激素還在光合作用的直接和間接的調(diào)節(jié)中起著核心作用[21]。為了進(jìn)一步探討紅光和紅藍(lán)光對(duì)香果樹(shù)幼苗生長(zhǎng)激素的影響，本文對(duì)不同光照處理的香果樹(shù)幼苗頂芽的激素情況進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)紅光顯著增加了香果樹(shù)幼苗頂芽GA、cZ 及SS 含量，分別增加了12.7%、4.9%和17.0%；紅藍(lán)光顯著增加了香果樹(shù)幼苗頂芽IAA、GA 及tZ，分別增加了17.7%、3.9%和23.3%；紅光和紅藍(lán)光處理對(duì)香果樹(shù)幼苗頂芽ABA 的含量沒(méi)有顯著增加。表明紅光和紅藍(lán)光顯著影響了香果樹(shù)幼苗頂芽中IAA、GA、cZ、tZ及SS的含量變化。結(jié)果與紅光通過(guò)提高大豆葉片中IAA和GA水平，進(jìn)而提高其系統(tǒng)的同化速率和電子產(chǎn)量的結(jié)果相同[18]。

不同光照除了對(duì)植物光合作用、激素含量影響外，對(duì)植物的生長(zhǎng)情況也有顯著影響。研究發(fā)現(xiàn)香果樹(shù)對(duì)光照具有較好的生理調(diào)節(jié)機(jī)制，幼苗具有喜光性，有效輻射強(qiáng)度保持在自然光強(qiáng)60%以上時(shí)對(duì)香果樹(shù)幼苗最有利[22]；高的光強(qiáng)對(duì)香果樹(shù)幼苗生長(zhǎng)不利，中低光強(qiáng)對(duì)香果樹(shù)幼苗生長(zhǎng)較好[10]。本文對(duì)紅光和紅藍(lán)光處理的香果樹(shù)幼苗的根、莖、葉的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)紅光處理香果樹(shù)幼苗葉片鮮重和干重分別增加了58.0%和83.6%，香果樹(shù)幼苗的莖鮮重、莖干重及莖葉比，減少了31.0%、39.0%、52.2%；紅藍(lán)光處理香果樹(shù)幼苗根鮮重、葉片鮮重和葉片干重分別增加了67.3%、104.0%、55.3%，降低了香果樹(shù)幼苗莖干重和莖葉比21.6%和49.7%。紅光和紅藍(lán)光處理能顯著促進(jìn)香果樹(shù)幼苗的葉片和根系生長(zhǎng)，促進(jìn)了香果樹(shù)幼苗的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，對(duì)今后香果樹(shù)幼苗培育是非常有利的，表明不同光質(zhì)通過(guò)影響香果樹(shù)體內(nèi)生長(zhǎng)激素的改變，進(jìn)一步調(diào)節(jié)其植物光合產(chǎn)物分配。結(jié)果與郭連金[12]等發(fā)現(xiàn)野外林窗下香果樹(shù)生長(zhǎng)速度最快、生物量最大，內(nèi)源激素的改變和生物量有顯著的相關(guān)性研究結(jié)果相似[23]。表明紅光和紅藍(lán)光有助于提高香果樹(shù)的光合能力、生長(zhǎng)激素含量，并增加葉片和根系的競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)促進(jìn)香果樹(shù)幼苗的更新有重要意義。本文僅研究了不同光照下當(dāng)年香果樹(shù)幼苗的生長(zhǎng)情況，對(duì)多年生長(zhǎng)的香果樹(shù)而言，還需要開(kāi)展長(zhǎng)期研究，為香果樹(shù)的保護(hù)更新提供理論支撐。

綜上所述，紅光和紅藍(lán)光（60%）能夠促進(jìn)香果樹(shù)幼苗光合速率的增加，提高香果樹(shù)幼苗GA 和tZ 的含量，進(jìn)而促進(jìn)香果樹(shù)幼苗葉片和根系生物量的增加，表明紅光和紅藍(lán)光對(duì)香果樹(shù)幼苗生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，特別是紅藍(lán)光能顯著促進(jìn)香果樹(shù)幼苗葉片和根系的生長(zhǎng)，60%紅光+60%藍(lán)光可作為香果樹(shù)幼苗培養(yǎng)最有利光源使用。