植物生長調節(jié)劑對青錢柳光合積累及黃酮合成的影響

關鍵詞：青錢柳；植物生長調節(jié)劑；葉綠素含量；光合積累；黃酮

青錢柳Cyclocaryapaliurus為胡桃科Juglandaceae青錢柳屬Cyclocarya的單種屬植物，是一種兼具生態(tài)效益與經濟效益的重要樹種[1]。青錢柳葉片味道甘甜，含有黃酮、三萜、多糖等多種活性成分，能夠增強人體免疫力，減輕“三高”（高血壓、高血糖、高血脂）對人體的危害，具有較高的食用及藥用價值[2-3]。青錢柳具有速生特性，普遍存在樹高徒長、側枝萌發(fā)率低等問題，導致采摘難度增加和成本上升，同時葉片產量不高，這些因素限制了我國青錢柳產業(yè)的規(guī)?；l(fā)展[4]。采用人工矮化技術進行生長調控是解決上述問題的有效方法。

植物生長調節(jié)劑是人工合成的（或從微生物中提取的）一類植物激素，通過模擬或調節(jié)植物內源激素，能夠有效削弱植株頂端優(yōu)勢，促進側枝萌發(fā)，進而達到矮化植株、增加分枝密度等目的[5-6]。蘇宇霞等[7]發(fā)現施用多效唑1500mg/L、矮壯素500mg/L及縮節(jié)胺1000mg/L，能夠有效抑制無花果樹體及葉片的營養(yǎng)生長。張鈺晗等[8]發(fā)現噴施三碘苯甲酸能夠顯著抑制‘骨里紅’梅花的苗高增長并增加新梢生長量，但會對其光合作用產生不同程度的抑制。管婧等[9]對姜黃品種‘桂熱1號’噴施0.1mg/L蕓苔素內酯葉面肥后，發(fā)現姜黃總黃酮含量顯著提高，相比對照處理提高了128.99%。在農業(yè)生產上，植物生長調節(jié)劑在多種經濟林（如蘋果[10]，油茶[11]等）的矮化栽培中已得到廣泛應用，是實現青錢柳矮化的理想途徑。

在此背景下，深入研究植物生長調節(jié)劑對青錢柳光合積累過程的影響尤為重要。光合積累不僅關乎植物的生長發(fā)育和干物質積累[12]，還直接影響目標活性成分（如黃酮）的合成與累積[13]。探究植物生長調節(jié)劑對青錢柳光合積累的影響，不僅可評估矮化效果，還可揭示其在促進植株矮化的同時能否保持或增加葉片中有效成分的含量。另外，研究植物生長調節(jié)劑對黃酮合成關鍵酶苯丙氨酸解氨酶（phenylalaninammonia-lyase，PAL）和查爾酮合成酶（chalconesynthase，CHS）活性的調節(jié)作用，可以進一步揭示其對青錢柳次生代謝通路的深層影響機制。謝寅峰等[14]發(fā)現在培養(yǎng)基中添加適量的烯效唑能夠顯著提高青錢柳試管苗的葉綠素與可溶性糖含量，郭楠等[15]發(fā)現對青錢柳幼苗噴施適宜濃度的多效唑葉面肥，不僅提高了可溶性糖含量，還提高了PAL活性，促進了有效成分黃酮的合成。然而，關于植物生長調節(jié)劑處理下青錢柳光合積累及黃酮合成相關指標變化規(guī)律的研究鮮見報道。

本研究選取3種常用植物生長調節(jié)劑（矮壯素、三碘苯甲酸、蕓苔素內酯），分別設置4個濃度水平，研究其對1年生青錢柳幼苗光合積累和黃酮合成的影響，旨在揭示青錢柳幼苗在植物生長調節(jié)劑作用下的生理響應機制，為建立青錢柳矮化經濟林高效培育技術體系提供參考。

1材料與方法

1.1研究地概況

試驗地位于福建省福州市福建農林大學林學院試驗田（119°13′42″E，26°05′15″N）。試驗區(qū)域屬亞熱帶季風氣候，地勢平坦，無霜期326d，年平均日照時長1700～1980h，年平均降水量900～2100mm，年均相對濕度約77%。試驗期間最低氣溫17℃，最高氣溫38℃，平均氣溫24℃[16]，適宜青錢柳幼苗生長。在試驗田內專用的金屬苗床擺放育苗盆，苗床上方安裝有遮光率為50%的遮陽網。

1.2試驗材料

1年生青錢柳幼苗來源于江西省九江市青錢柳種植基地。育苗盆規(guī)格為24cm×20cm×27cm，培養(yǎng)基質主要原料為珍珠巖、黃土和泥炭土的混合物（體積比1∶1∶2），基質pH值為4.56，電導率為0.077S/m，全氮含量為0.921g/kg，全磷含量為0.463g/kg。

1.3試驗設計

2022年4月中旬，將青錢柳幼苗移栽至育苗盆內，為保證幼苗生長條件和初始指標的一致性，緩苗3個月，緩苗和試驗期間保證良好的通風和光照條件，每2天澆水1次。選用矮壯素溶液、三碘苯甲酸溶液、蕓苔素內酯溶液作為葉面肥進行噴施（表1），以清水（CK）作為對照處理，共設置13個處理。每個處理設置3次重復，每個重復處理10株青錢柳幼苗。噴施植物生長調節(jié)劑溶液時以葉面布滿水珠而不滴水為宜，每10d噴1次，共噴施3次。在試驗期間統(tǒng)一進行正常的栽培管理，保證所有青錢柳幼苗生長條件一致，于2022年12月中旬結束試驗。

1.4指標測量

1.4.1葉綠素含量測定

2022年12月中旬，選取每株幼苗中間位置的3片葉，使用便攜式葉綠素測定儀（SPAD-502PLUS，KonicaMinoltaHoldingsInc，日本）測定葉綠素相對含量（SPAD值），取平均值作為此株幼苗的葉綠素相對含量。

1.4.2能量積累指標測定

采集每株幼苗的成熟功能葉，用混合采樣法將每個重復中幼苗的葉片混合為1個樣品，共采集樣品39份。將樣品帶回實驗室清洗、保存。可溶性糖含量（solublesugarcontent，SSC）和可溶性淀粉（starchcontent，SC）含量均采用蒽酮比色法測定，非結構性碳水化合物（non-structuralcarbohydratecontent，NSC）含量為SSC與SC的總含量[17]，每個樣品重復測定3次，取平均值。

1.4.3生物量指標測定

2022年12月中旬，在每個重復中挑選3株長勢基本一致且無病蟲害的幼苗進行收獲，將根、莖和葉附著的雜質清理干凈并分裝于塑封袋中，帶回實驗室用去離子水清洗，再使用濾紙吸干表面水分。置于105℃烘箱中殺青30min，在65℃條件下烘干至恒定質量。使用電子天平（精度0.0001g）稱量并記錄根、莖、葉、枝的生物量，計算光合與非光合組織生物量的比值（即葉與根、莖、枝生物量的比值）。

1.4.4葉片總黃酮含量測定

精確稱取葉片粉末樣品0.3g，加入70%乙醇20mL，搖勻封口，在50℃條件下超聲波（300W，33kHz）輔助提取60min，用微孔濾膜過濾掉殘渣，取上清液置于4℃冰箱待用?？傸S酮含量采用比色法測定[18]。

1.4.5葉片黃酮合成酶活性測定

精確稱取葉片粉末樣品0.5g，研磨至勻漿，加入9mL緩沖液，在4℃、1000r/min條件下離心20min，取上清液置于4℃冰箱待用。PAL和CHS活性分別使用植物苯丙氨酸解氨酶ELISA檢測試劑盒（CB10016-Pt，科艾博生物，上海）、植物查爾酮合成酶ELISA檢測試劑盒（CB10144-Pt，科艾博生物，上海）測定，每處理均設置3次重復。

1.5數據處理

采用R4.3.2軟件進行ANOVA方差分析、LSD多重比較以及主成分分析，通過KMO和Bartlett球形檢驗確保主成分分析結果的有效性，采用Origin2022軟件繪圖。

2結果與分析

2.1植物生長調節(jié)劑對幼苗葉綠素含量的影響

由圖1可知，在苗期噴施植物生長調節(jié)劑會對青錢柳幼苗葉片葉綠素含量產生一定的影響。矮壯素處理中，葉綠素含量在C1處理下達到最高，且顯著高于CK處理，葉綠素含量比CK處理增加了35.5%；三碘苯甲酸處理中，葉綠素含量隨三碘苯甲酸溶液質量濃度增加呈現上升趨勢，在T4處理下達到最高，相較于CK處理增加了24.5%；蕓苔素內酯處理中，幼苗葉綠素含量均高于CK處理，但處理間差異均不顯著。

總體上，3種植物生長調節(jié)劑均提高了青錢柳幼苗葉片的葉綠素含量，其中矮壯素對葉綠素含量的促進效果最為顯著。

2.2植物生長調節(jié)劑對幼苗能量積累指標的影響

由圖2可知，幼苗葉片SSC含量隨著矮壯素和三碘苯甲酸質量濃度的增加呈現下降趨勢，但矮壯素處理下幼苗葉片SSC含量均低于CK處理，在三碘苯甲酸處理下葉片SSC含量均高于CK處理。蕓苔素內酯處理的幼苗葉片SSC含量僅B3處理顯著高于CK處理。在所有處理中，T1處理的幼苗葉片SSC含量最高，相較于CK處理增加了71.6%；C4處理含量最低，相較于CK處理減少了67.5%。

由圖3可知，矮壯素處理的幼苗葉片SC含量隨著矮壯素質量濃度的增加呈現下降趨勢，且均顯著低于CK處理。三碘苯甲酸處理的幼苗葉片SC含量均顯著高于CK處理，在T3處理達到最大。蕓苔素內酯處理中除B2處理的葉片SC含量顯著低于CK處理，其他處理與CK處理無顯著差異。所有處理中，T3處理的幼苗葉片SC含量最高，相較于CK處理增加了21.7%。

由圖4可知，矮壯素處理和三碘苯甲酸處理的幼苗葉片NSC含量隨著噴施溶液質量濃度增加呈現下降趨勢，矮壯素處理的幼苗葉片NSC含量均顯著低于CK處理，而三碘苯甲酸處理的幼苗葉片NSC含量均顯著高于CK處理。蕓苔素內酯處理的幼苗葉片NSC含量隨溶液質量濃度的增加呈現波動趨勢，在B3處理達最大，顯著高于CK處理。在所有處理中，T1處理的幼苗葉片NSC含量最高，相較于CK處理增加了29.1%；C4處理的幼苗葉片NSC含量最低，相較于CK處理減少了66.1%。

總體上，噴施適當質量濃度的三碘苯甲酸和蕓苔素內酯會促進青錢柳幼苗的能量積累，相較于蕓苔素內酯處理下能量指標的波動現象，三碘苯甲酸對能量積累的促進效果更加穩(wěn)定，不同質量濃度矮壯素溶液對青錢柳幼苗的能量積累均起到了抑制作用。

2.3植物生長調節(jié)劑對幼苗光合與非光合組織生物量分配的影響

從圖5可以看出，矮壯素處理的幼苗光合與非光合組織生物量比值僅在C3處理下顯著高于CK處理，比CK處理提高了97.6%；隨噴施溶液質量濃度上升，三碘苯甲酸處理的幼苗光合與非光合組織生物量比值呈現拋物線趨勢，僅在T2處理下顯著高于CK處理，相較于CK處理提高了157%；隨噴施溶液質量濃度上升，蕓苔素內酯處理的幼苗光合與非光合組織生物量比值呈現先增后減的趨勢，在B3處理下達到最高，相較于CK處理提高了148.3%。

總體上，3種植物生長調節(jié)劑不同程度地影響了青錢柳幼苗的光合與非光合組織生物量分配，進而影響了其光合效率。相較于矮壯素，三碘苯甲酸（50、100、150mg/L）和蕓苔素內酯（0.05、0.10、0.15mg/L），在提高幼苗光合與非光合組織生物量比值方面的效果更加顯著且穩(wěn)定。

2.4植物生長調節(jié)劑對幼苗葉片總黃酮含量的影響

由圖6可知，3種植物生長調節(jié)劑均能提高幼苗葉片的黃酮含量。矮壯素處理的幼苗葉片總黃酮含量隨矮壯素質量濃度上升呈現先增后減的趨勢，且均顯著高于CK處理，在C3處理達到最高，相較于CK處理提高了33.2%；三碘苯甲酸和蕓苔素內酯處理的幼苗葉片總黃酮含量隨噴施溶液質量濃度上升呈現波動趨勢，分別在T2和B4處理下達到最高，相較于CK處理分別增加了34.9%和30.3%。

總體上，3種植物生長調節(jié)劑均在一定程度上提高了青錢柳幼苗葉片中的總黃酮含量，盡管影響存在差異，但整體來看3種植物生長調節(jié)劑對葉片總黃酮含量的提升效果相近。

2.5植物生長調節(jié)劑對幼苗PAL和CHS活性的影響

由圖7可知，除T3處理外，所有植物生長調節(jié)劑處理的幼苗葉片PAL活性均顯著高于CK處理。矮壯素處理的幼苗葉片PAL活性隨著濃度的增加呈先增后減的趨勢，在C3處理達到最高，相較于CK處理增加172.3%；三碘苯甲酸和蕓苔素內酯處理的幼苗葉片PAL活性隨濃度上升呈現遞增和波動趨勢，分別在T4和B2處理達到最高，相較于CK處理分別增加125.2%和93.3%。

如圖8所示，3種植物生長調節(jié)劑處理的幼苗葉片CHS活性均顯著高于CK處理。矮壯素處理中C1處理幼苗CHS活性最高，相較于CK處理增加230.1%。三碘苯甲酸處理的幼苗葉片CHS活性隨著噴施溶液質量濃度的增加呈現先增后減的趨勢，在T2處理達最大值，相較于CK處理提高了194.1%。蕓苔素內酯處理的幼苗葉片CHS活性隨著噴施溶液質量濃度的增加呈現遞增趨勢，在B4處理達最大值，相較于CK處理提高了310.3%。在所有處理中，B4處理的幼苗葉片CHS活性顯著高于其他處理。

總體上，3種植物生長調節(jié)劑均在一定程度上提高了青錢柳幼苗葉片的PAL和CHS活性，進而促進了黃酮的合成。矮壯素處理提升PAL活性的效果最為顯著，蕓苔素內酯處理提升CHS活性的效果最為顯著。

2.6植物生長調節(jié)劑對幼苗光合積累和黃酮合成影響的綜合評價

對葉綠素含量、SSC含量、SC含量、NSC含量、光合與非光合組織生物量比值、總黃酮含量，PAL活性及CHS活性這8個指標進行主成分分析和KMO、Bartlett球形檢驗。結果表明，指標間存在強相關性（表2），第1主成分的方差解釋率達92.499%，特征根為12.025，可以用單一主成分解釋。

利用主成分1載荷系數和特征根計算綜合得分系數（表3）。按照綜合得分系數由高到低排序，各處理依次為T3、C1、B1、T4、T1、C2、T2、C3、B2、C4、B3、CK、B4。T3處理（150mg/L三碘苯甲酸溶液）促進青錢柳幼苗光合積累和黃酮合成的效果最好，其次是C1處理（500mg/L矮壯素溶液）、B1處理（0.05mg/L蕓苔素內酯溶液）?？傮w來看，不同濃度的三碘苯甲酸處理對于幼苗的光合積累和黃酮合成有較強的正面影響。

3討論與結論

光合作用是植物生長發(fā)育的基礎，葉綠素作為光合作用中的關鍵色素，其含量直接影響到光能的吸收和轉化效率[19-20]。本研究結果表明，C1處理（500mg/L矮壯素溶液）顯著提升了青錢柳幼苗葉片的葉綠素含量。這一結果與馬亞男等[21]關于番茄的研究結果相一致。葉綠素含量的提高增強了植物對光能的利用效率，加快了光合作用進程，也為植物提供了更加充足的同化物基礎，從而促進了初級代謝產物的合成[22]。然而，初級代謝產物（如SSC、SC）的合成與葉綠素含量的提高并不呈現線性關系[23]。本研究中，矮壯素處理雖然促進了葉綠素積累，但是不利于碳水化合物的形成，這與徐志勇等[24]的研究結果相一致，即矮壯素通過抑制赤霉素合成，影響了植物的能量積累。矮壯素抑制赤霉素合成，打破了植物體內的激素平衡，進而誘導植物資源向細胞伸長和分生組織活動重新分配，用于碳水化合物積累的養(yǎng)分和能量減少[21]。相反，三碘苯甲酸T1和T3處理下碳水化合物的含量顯著增加。特別是T1處理下SSC和NSC含量的提升，這與Li等[25]報道的三碘苯甲酸阻斷了糖的代謝并促進糖分積累的結果相一致。同時，施用三碘苯甲酸可能激發(fā)植物的逆境響應機制，通過積累SSC來提高細胞的滲透壓，增強其對逆境的適應性。施用不同濃度的蕓苔素內酯對青錢柳幼苗能量積累的影響呈現波動趨勢。在蕓苔素內酯較低質量濃度的B1處理條件下，幼苗的糖分積累得以促進，這與Jiang等[26]關于黃瓜糖分累積的研究結果相一致。當蕓苔素內酯質量濃度增加至B2處理水平時，幼苗的能量積累受到抑制。然而在更高質量濃度（B3、B4處理）的蕓苔素內酯處理情況下，幼苗的能量積累再次被促進。這可能是因為在較高的質量濃度范圍內，蕓苔素內酯重新激發(fā)了相關的代謝過程，導致碳水化合物含量上升，形成了新的平衡點。

本研究中探討了不同濃度的植物生長調節(jié)劑對青錢柳幼苗光合與非光合組織生物量比值及黃酮合成的影響。結果顯示，除C4處理外，3種植物生長調節(jié)劑均在一定程度上提升了青錢柳幼苗光合與非光合組織生物量的比值，中間水平的植物生長調節(jié)劑溶液提升該比值的效果更加明顯，這表明可以通過精確調控生長調節(jié)劑濃度來優(yōu)化植物生長資源的分配，促進光合組織發(fā)展，進而提升光合效率與生長潛力[27-28]。

施用3種植物生長調節(jié)劑均提高了青錢柳葉片的總黃酮含量，其中T2處理（100mg/L三碘苯甲酸溶液）的效果最為顯著，這與劉小銳等[29]關于羅布麻的研究結果相一致。同時，PAL和CHS這2種黃酮合成關鍵酶的活性得到顯著增強。黃酮類化合物的合成與苯丙烷類合成途徑緊密相關，PAL是苯丙烷類合成途徑第一步反應的關鍵酶和限速酶，CHS是黃酮合成途徑中的另一個關鍵酶，參與查爾酮的生成，進而促進各種黃酮類化合物的進一步合成[30]。這2種酶的活性增強直接促進了黃酮的生物合成，為本研究中施用生長調節(jié)劑使幼苗總黃酮含量上升的現象提供了合理的解釋。此外，不同植物生長調節(jié)劑及不同濃度處理下，PAL和CHS活性的變化趨勢不同，如在C3處理下PAL活性達到最高，在B4處理下CHS活性顯著高于其他處理。這種差異性表明，每種植物生長調節(jié)劑及其特定濃度可能通過不同的分子機制作用于黃酮合成途徑的特定階段，從而影響最終的黃酮產量以及植物的防御響應[31]。綜合來看，可以推斷植物生長調節(jié)劑通過激活PAL和CHS等關鍵酶，促進了黃酮合成途徑中前體物質的轉化與下游黃酮化合物的積累。

主成分分析結果揭示了一系列生理生化指標間的高度相關性，說明所選指標與青錢柳幼苗光合積累與黃酮合成過程緊密關聯，且單個主成分解釋了大部分變異（92.499%）。結果顯示，T3處理（150mg/L三碘苯甲酸溶液）對青錢柳幼苗的光合作用和黃酮合成具有最顯著的促進作用，這與Qi等[32]的研究結果相似，即三碘苯甲酸通過抑制生長素的極性運輸，使更多能量被用于糖分積累與次生代謝產物的合成，同時促進側根的形成，增強了植物吸收水和養(yǎng)分的能力，進而提升了干物質積累量和總黃酮含量。矮壯素處理提高了青錢柳幼苗葉片的葉綠素與黃酮含量，提升葉綠素含量的效果非常顯著，但其會抑制青錢柳幼苗的能量積累，在生產中可根據需求使用。B1處理（0.05mg/L蕓苔素內酯溶液）雖然對青錢柳幼苗光合積累及黃酮合成顯示出一定的促進效果，但是其綜合效果不如三碘苯甲酸和矮壯素顯著。作為一種新型植物生長調節(jié)物質，蕓苔素內酯可以調節(jié)植物體內多種內源激素的平衡，提高植物細胞內的葉綠素含量和CO2固定速率，進而提高植物的光合作用效率，并影響次生代謝產物的合成[33]。然而，本研究中蕓苔素內酯在促進青錢柳幼苗光合積累及黃酮合成方面未表現出穩(wěn)定的正面效應，可能是由于青錢柳對蕓苔素內酯的響應模式不同于其他植物，其他濃度處理與施用方法等的效果有待進一步研究。

矮壯素、三碘苯甲酸和蕓苔素內酯對青錢柳幼苗光合積累及黃酮合成均有一定的調控作用，且大多為促進作用，其中150mg/L三碘苯甲酸溶液的促進效果最好，其次為500mg/L矮壯素溶液和0.05mg/L蕓苔素內酯溶液。綜合來看，不同質量濃度的三碘苯甲酸溶液均對青錢柳幼苗的光合積累和黃酮合成產生了較為明顯的正面影響，更適合應用于青錢柳的矮化栽培。本研究中僅使用3種植物生長調節(jié)劑的4種質量濃度梯度進行試驗，試驗設計存在不足，如低于500mg/L的矮壯素溶液或高于200mg/L的三碘苯甲酸溶液的處理效果有待進一步研究，后續(xù)研究中應增加植物生長調節(jié)劑施用種類，同時通過更精細的梯度試驗確定適宜青錢柳幼苗的最佳質量濃度，綜合研究其對葉綠素含量、碳水化合物代謝以及其他藥用成分（如三萜和多糖等）合成的促進作用。