盆栽萬壽菊農(nóng)藝性狀對不同光周期的響應(yīng)分析

摘要：為了探究不同光周期對萬壽菊全生育期各農(nóng)藝性狀的影響程度，分析各農(nóng)藝性狀指標(biāo)與光周期的關(guān)系，確定萬壽菊生長的適宜光周期以增產(chǎn)避害，本試驗(yàn)在溫室中采用LED光源模擬三種光周期環(huán)境（光照16 h／黑暗8h，Long- day，LD處理；光照12 h／黑暗12 h，Natural-day，ND處理；光照8 h／黑暗16 h，Short-day，SD處理），以盆栽萬壽菊為對象，研究不同光周期對不同生長時期（二葉期到五葉期即V2期至V5期、頂花可見期和花期）萬壽菊農(nóng)藝性狀和色素含量等生理指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，與SD相比，LD、ND處理均推遲萬壽菊的開花時間，但其營養(yǎng)生長充分且旺盛，側(cè)芽數(shù)量較多，生產(chǎn)切花的潛力提高。隨著光周期延長，LD、ND處理單花直徑、鮮重、干重以及舌狀花瓣數(shù)量均顯著高于SD，葉黃素含量則為LD＞SD＞ND。綜上看出，萬壽菊為兼性短日照植物，SD光周期下雖提前開花，但因其對光周期敏感性較低，各農(nóng)藝性狀表現(xiàn)欠佳；LD處理能顯著提高萬壽菊營養(yǎng)生長水平，并增加花朵產(chǎn)量和品質(zhì)。本研究結(jié)果可對萬壽菊光周期因素的適應(yīng)性提高及溫室萬壽菊切花生產(chǎn)潛力的發(fā)掘等方面提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：光周期；盆栽萬壽菊：農(nóng)藝性狀：葉黃素；發(fā)光二極管

中圖分類號：S682.11 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2024）10-0064-08

萬壽菊（Tagets erecta L．）是菊科一年生植物，花朵大而鮮艷，葉黃素含量豐富，是一種表現(xiàn)突出的裝飾環(huán)境花卉及經(jīng)濟(jì)作物，遍布世界各地，品種多種多樣。觀賞花卉植物的商業(yè)化生產(chǎn)在全球都很重要，從2015年到2018年，年銷售額≥10萬美元的美國切花生產(chǎn)商數(shù)量增加20%，2018年報告的生產(chǎn)商批發(fā)價值為3.74億美元。中國、美國和巴基斯坦等國家對切花的需求逐年增長。近年來萬壽菊作為提取葉黃素的經(jīng)濟(jì)作物已在甘肅省各地市大規(guī)模推廣種植。萬壽菊還被用作食物中的調(diào)味品、受歡迎的植物染料及有效的植物驅(qū)避劑，如滅蚊劑、殺蟲劑等。

萬壽菊被歸類為短日照植物或兼性長日照植物，對于高緯地區(qū)的種植者來說，還需要進(jìn)一步的研究來量化溫室栽培條件下光周期對其切花生長和發(fā)育的影響。由于溫室玻璃導(dǎo)致入射輻射被反射和來自溫室上部其他結(jié)構(gòu)的遮蔽，溫室植物春季和秋季栽培中會發(fā)生光照積累或光周期不足。光周期對植物生長發(fā)育的影響已是一個經(jīng)典的研究課題，尤其是在溫室栽培方面。研究者已經(jīng)關(guān)注了萬壽菊對光周期的反應(yīng)，并對其影響開花時間、花期延長等內(nèi)容做了應(yīng)用研究。

LED光源以其光效高、發(fā)熱低、體積小、壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)，在植物補(bǔ)光應(yīng)用中已成為主要照明燈具。為此，本試驗(yàn)在溫室中選用LED燈管作為光源模擬不同光周期環(huán)境，依據(jù)劃定的容易區(qū)分的萬壽菊生長發(fā)育時期，于其他環(huán)境因素相對一致的生長條件下測量和分析萬壽菊農(nóng)藝性狀和生理指標(biāo)，研明萬壽菊農(nóng)藝性狀對光周期反應(yīng)的具體敏感程度，以期為提高北方地區(qū)萬壽菊種植中的育苗適應(yīng)性以及溫室盆栽切花生產(chǎn)潛能的發(fā)掘提供新的技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

萬壽菊“色素1號”種子，由內(nèi)蒙古赤峰卉源園藝有限公司提供，千粒重為5.095 g，發(fā)芽率為（85.3±4．0）%[（25±0．5）℃下雙層濾紙法在培養(yǎng)皿中測定]。

盆栽試驗(yàn)用盆為方形塑料盆，容量8 L，盆高22 cm，上方邊長20 cm，下方邊長18.5 cm。盆栽用土為荒地表層土、河沙、基質(zhì)三者混合土壤（土：河沙：基質(zhì)= 25：25：1），曬干并混合均勻后過0.8 mm篩，每盆裝土5 kg（預(yù)試獲得數(shù)據(jù)）?；|(zhì)購于山東商道生物科技有限公司，荒地表層土來源于隴南師范學(xué)院梁山校區(qū)荒地0-20 cm表層土，河沙購于成縣拋沙鎮(zhèn)小飛沙場并用自來水洗凈后曬干。

1.2 光周期條件設(shè)置

在隴南師范學(xué)院玻璃溫室內(nèi)設(shè)置3個完全遮光（遮陽網(wǎng)在外、全遮光布在內(nèi)的雙層遮光）的獨(dú)立房間，房間之間懸掛遮光布遮擋（圖1）。萬壽菊從播種開始，均用全光譜白光LED燈管作為唯一光源（型號為賽瑞特H-T20，鹽城市賽瑞特半導(dǎo)體照明有限公司產(chǎn)品，單根54 w，外部規(guī)格為1 200mm×75 mmx50mm，光譜380-760 nm），并配置微電腦控制開關(guān)（型號為KG316T，上海佰樂電子計碼有限公司產(chǎn)品）。設(shè)置3種固定的光周期條件，分別是長光周期（LD，光照16 h／黑暗8h）、中光周期（ND，光照12 h／黑暗12 h）和短光周期（SD，光照8 h／黑暗16 h）。人工調(diào)節(jié)LED燈管始終距萬壽菊植株頂端約30 cm左右，植株頂部的光照強(qiáng)度≈3 500 lx（圖1）。

1.3 盆栽萬壽菊生長時期劃分

根據(jù)萬壽菊的生長特點(diǎn)結(jié)合測量時能夠便利，按照萬壽菊羽狀復(fù)葉完全展開的對數(shù)及花苞可見形態(tài)人為劃定為V2、V3、V4、V5和VT共5個生長時期（以下簡稱V2期、V3期、V4期、V5期和VT期），其中V2表示第2對羽狀復(fù)葉（真葉）完全展開的時期，V3至V5分別表示萬壽菊第3對至第5對真葉完全展開的時期，V2至V5是營養(yǎng)生長時期，VT為頂部花苞可見時期即開始進(jìn)入生殖生長。

1.4 盆栽萬壽菊種植管理

萬壽菊種子用蒸餾水浸泡8h后，于2022年3月8日單粒播在32穴育苗盤內(nèi)，并完全使用基質(zhì)作為發(fā)芽和幼苗生長的載體。期間，分別放置在設(shè)定好光周期的房間內(nèi)，保證水分充足，待長至第2對真葉完全展開（4月8日）時移栽到方形塑料盆中，每盆一株。每個光周期處理種植16盆作為重復(fù)（圖1）。

移栽后使用統(tǒng)一大小量杯，每隔1周，所有處理萬壽菊每盆統(tǒng)一澆400 mL自來水。第3對真葉完全展開后，每隔2周，所有處理每盆澆灌0.63g/L霍格蘭營養(yǎng)液（規(guī)格：143 g/瓶，無鈣鹽，福州飛凈生物科技有限公司產(chǎn)品）200 mL。

在整個試驗(yàn)過程中，用溫濕度記錄儀（精創(chuàng)GSP-8A，江蘇省精創(chuàng)電氣股份有限公司產(chǎn)品）記錄水平一致的3個光周期房間內(nèi)溫度和濕度，平均溫度為（23.0±7.32）℃，相對濕度（RH）為73.5%±18 .91%。

1.5 農(nóng)藝性狀調(diào)查

株高：直尺測量萬壽菊根莖交界處至新葉或頂花的距離。小葉數(shù)：V2至V4期對應(yīng)的完全展開羽狀復(fù)葉上的小葉數(shù)量。主莖高：直尺測量子葉至完全展開真葉間的主莖高度，從子葉到第1對、第2對、第3對、第4對完全展開真葉之間的莖高分別記為D1、D2、D3和D4（圖2F）。上述指標(biāo)每個處理測量9個重復(fù)。VT期莖粗：V4至V5期中段萬壽菊莖稈直徑，用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量：計數(shù)VT期側(cè)芽或側(cè)枝數(shù)量，7個重復(fù)?；ǘ渲睆剑哼x擇開花時間一致的花朵，用直尺測其直徑，3個重復(fù)，取平均值。舌狀花瓣數(shù)量：單花解剖后粘貼到A4紙上，統(tǒng)計出舌狀花瓣數(shù)量?；ǘ漉r重與干重：采萬壽菊鮮花直接稱重記錄鮮重，3個重復(fù)，后置于105℃烘箱中殺青30min再60℃下烘至恒重，稱取花朵干重，并避光保存至-20℃冰箱中備用。

1.6 生理指標(biāo)測定

葉片葉綠素、總類胡蘿卜素（ToC）含量測定采用Lichtenthaler（1987）的方法，并略做修改。于V2至V5期在完全展開的羽狀復(fù)葉上面中部隨機(jī)剪取一塊葉片組織，稱取0.100 0 g，加一小勺石英砂研磨2min，加入5 mL丙酮裂解2 min，形成均勻的團(tuán)塊（葉片組織研磨和裂解均在冰浴和弱光條件下進(jìn)行）。取出混合物1 mL，加入蒸餾水5 mL，將該樣品以2 500 r/min轉(zhuǎn)速離心10min，分離上清液，用可見分光光度計[9230G型，登科普瑞（北京）科技有限公司]在663、645 nm和470 nm處讀取其吸光度值。按照Lichtenthaler（1987）的公式，計算樣品中葉綠素a（Cha）、b（Chb）和總類胡蘿卜素含量。

Cha=[ 12.7（A663） -2.69（A645）]×m/0.1;

Chb=[22.9（A645） -4.68（A663）]×m/0.1;

ToC=[1 000A470 -2.270Cha-81.4Chb/227]×m/0.1。

式中，m為萬壽菊葉片鮮重。

干花葉黃素含量測定：由甘肅數(shù)字本草檢驗(yàn)中心有限公司按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法（NY/T 2008-2011），使用高效液相色譜儀（Waters e2695，USA），在甲醇：水：乙腈=9：7：84流動相、色譜柱C18、柱溫30說的、波長445 nm處并配以葉黃素對照品（98%，批號：ST0958020）條件下進(jìn)行葉黃素含量分析測定，3個重復(fù)。

1.7 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理使用Microsoft Excel 2010，數(shù)據(jù)分析和作圖等使用IBM SPSS Statistics 24.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 光周期對萬壽菊植株營養(yǎng)生長的影響

由圖2A可見，V2至V4期，不同光周期處理對萬壽菊株高影響差異不顯著，但V5期，隨著光周期延長，SD、ND、LD處理間株高差異均達(dá)到顯著水平，即光周期顯著影響V5期后株高。

由圖2B可知，V2期萬壽菊第2對真葉小葉數(shù)，過短的光周期（SD）使其小葉數(shù)顯著減少，LD較SD處理顯著增加，而ND介于兩者之間，差異均不顯著；V3期，SD處理小葉數(shù)較ND、LD顯著減少，ND、LD間差異不顯著；V4和V5期，ND處理小葉數(shù)最多，顯著大于SD和LD處理，SD處理下小葉數(shù)不同程度減少。

測量萬壽菊D1至D4的主莖高，測量部位見圖2F。由圖2C可知，D2、D3主莖高，ND光周期下居中，SD處理顯著高于LD；D4主莖高，ND、LD處理顯著高于SD，說明V4期后長光周期對萬壽菊整株營養(yǎng)生長的增加趨勢開始顯現(xiàn)?？梢姡庵芷谔幚沓跗诩碫2期（D2）、V3期（D3），過短的光周期（SD）會致光照積累不足，植株徒長比較明顯。

VT期，萬壽菊開始從營養(yǎng)生長階段轉(zhuǎn)為既有營養(yǎng)生長又有生殖生長階段，最頂部花苞明顯可見（圖2E）。由圖2D可知，VT期株高，SD光周期下最低，顯著低于ND和LD，后兩者間差異不顯著。VT期莖粗隨著光周期延長顯著增粗。VT期側(cè)芽數(shù)，SD處理顯著最少，ND和LD處理較多但二組之間差異不顯著?？梢?，VT期過短的光周期使得萬壽菊株高較低、莖稈較細(xì)，影響側(cè)芽分化而致數(shù)量最少，且營養(yǎng)生長不足或不充分：長光周期處理（LD）萬壽菊莖稈粗壯，在與ND側(cè)芽數(shù)量和株高差異不顯著情況下營養(yǎng)生長相對旺盛。

2.2 光周期對萬壽菊進(jìn)入各生育時期時間的影響

如表1所示，SD光周期處理下，萬壽菊從播種至V2期至V5期，再到頂花苞可見時共經(jīng)歷63d，即萬壽菊第5對真葉完全展開時，與LD相比頂花可見時間提前7d。而ND與LD處理萬壽菊從播種至V2期再至V5期所經(jīng)歷時間基本一致，分別需58、57 d，但V5至VT期所需時間LD比ND多7d。分析看出，萬壽菊一對真葉完全展開的平均時間約為7.5 d。

可見，隨著光周期延長，短光周期萬壽菊在第5對真葉完全展開時就可看到花苞（V5≈VT），而ND處理仍有葉片包裹即V5期不能看見花苞，LD處理有更多葉片包裹，其看見頂花苞的時間比SD、ND均多7d。

2.3 光周期對萬壽菊花朵及品質(zhì)的影響

萬壽菊花朵進(jìn)入盛開階段時，不同光周期對其鮮花性狀有不同程度的影響（表2）。SD光周期對單花直徑、單花鮮重干重以及舌狀花瓣數(shù)量有顯著不利影響，而ND和LD光周期對各個花朵指標(biāo)的影響差異不顯著（表2和圖3A、3C）。分析干花葉黃素含量發(fā)現(xiàn)，含量最高的是LD處理，SD次之，ND最低，各處理間差異均達(dá)顯著水平。

2.4 光周期對萬壽菊生長期間生理指標(biāo)的影響

V2期，SD處理萬壽菊葉片總類胡蘿卜素含量最低，顯著低于ND和LD處理。V3期和V5期，隨著光周期延長，葉片總類胡蘿卜素含量顯著增高。V4期，光周期對葉片總類胡蘿卜素含量影響不顯著。V2至V5期，不同光周期對葉片總類胡蘿卜素含量的影響趨勢有一定的規(guī)律，即SD和ND處理下，含量先是V2期較高、V3期最低，接著從V4期開始又逐步升高，LD處理下這一趨勢不太明顯（圖3D）。

2.5 光周期與萬壽菊農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

用SPSS 24.0軟件分析光周期與各時期萬壽菊農(nóng)藝性狀間及24個農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性，結(jié)果（表3）發(fā)現(xiàn)，與光周期關(guān)系比較緊密（相關(guān)系數(shù)絕對值≥0.5）的指標(biāo)中，極顯著正相關(guān)的指標(biāo)為V2期小葉數(shù)、V3期小葉數(shù)、V5期株高、D4莖高、V3期ToC、V5期ToC和VT期株高、VT期莖粗、側(cè)芽數(shù)、單花直徑、舌狀花瓣數(shù)、單花干重（相關(guān)系數(shù)分別為：0.518**、0. 621**、0. 891**、0. 833**、0.912**、0.940**和0.652**、0.889**、0.782**、0.860**、0.857**、0.854**），顯著正相關(guān)的指標(biāo)為單花鮮重（0．783*）和V4期小葉數(shù)（0．482*），極顯著負(fù)相關(guān)的指標(biāo)為D3莖高（-0.510**）?？梢钥闯?，在固定光周期條件下，延長光周期對“色素一號”萬壽菊生長發(fā)育過程中的各個農(nóng)藝性狀均有顯著提升作用。

3 討論與結(jié)論

萬壽菊是原產(chǎn)于墨西哥或美洲低緯度地區(qū)的植物。隨著我國北方高緯度地區(qū)的推廣種植，萬壽菊對光周期的敏感程度因?yàn)槠贩N馴化和新品種選育等因素，正在發(fā)生一些變化。本試驗(yàn)中，光周期8 - 16 h/d處理下，萬壽菊均能先后（SD和ND處理比LD提前約7d）正常產(chǎn)生花苞并開花。該結(jié)論就能體現(xiàn)出上述變化，也與Craig等的結(jié)論相類似，即非洲萬壽菊在SD處理下兩個重復(fù)中的植株比其它處理提早開花10 - 20d，說明萬壽菊對光周期的反應(yīng)敏感性較低。嚴(yán)格的短日照植物，在中或長光周期條件下，要么不能正常開花，要么開花極顯著延遲。因此，基于萬壽菊品種這方面的實(shí)際表現(xiàn)，特定品種的萬壽菊被確定為兼性中日照植物。

萬壽菊幼苗階段（V2期之前）和營養(yǎng)生長階段（VT期之前）難以直接觀察到花的發(fā)育，這不利于種植者直接判斷引進(jìn)的萬壽菊品種對當(dāng)?shù)毓庵芷陧憫?yīng)的具體程度。因此在幼苗早期生長階段，選擇適合判斷萬壽菊光周期敏感性的農(nóng)藝性狀或指標(biāo)就顯得尤為重要。本研究清晰表明，萬壽菊對光周期的敏感反應(yīng)在V2期就有部分表型開始顯現(xiàn)。這一結(jié)果與曾麗等的報道相似，即萬壽菊花芽分化期（非光周期因素）開始于二葉一心至三葉一心期，且花芽分化進(jìn)程與植株外部形態(tài)具有緊密相關(guān)性。因此得出，萬壽菊對光周期反應(yīng)敏感的關(guān)鍵時期為V2期到V3期，種植者早期判斷的敏感性農(nóng)藝性狀為第2對、第3對真葉上小葉數(shù)顯著較少，D2主莖高顯著增加，側(cè)芽數(shù)顯著增多（圖2）。

萬壽菊對光周期反應(yīng)的敏感性較低，但在特定的農(nóng)藝性狀上卻表現(xiàn)出重要的應(yīng)用前景。一方面，在溫室切花生產(chǎn)中，選擇ND和LD光周期處理條件，可以顯著提高側(cè)芽數(shù)量和產(chǎn)量（圖2D、圖3B）；另一方面，選擇一種光周期可調(diào)節(jié)的育苗拱棚，采用SD/LD處理萬壽菊關(guān)鍵敏感時期中的一段時間，然后移栽到田間進(jìn)行色素萬壽菊種植。這樣既能節(jié)約能源，又可以提前（SD）或推遲（LD）萬壽菊開花時間，用以規(guī)避萬壽菊生長時期出現(xiàn)的不利環(huán)境因素對其產(chǎn)量的影響，比如某些季節(jié)性病害、早春或秋季低溫及持續(xù)降雨等。萬壽菊種植者可根據(jù)上述結(jié)論結(jié)合當(dāng)?shù)胤N植經(jīng)驗(yàn)，做出相應(yīng)的光周期條件選擇，以培育合適的萬壽菊移栽用苗。

不同光周期對萬壽菊葉片中總類胡蘿卜素含量的影響總趨勢有一定變化規(guī)律：SD和ND處理下，含量先是在V2期表現(xiàn)較高，V3期至最低，接著從V4期開始又逐步提高：LD處理下，這一趨勢不太明顯（圖3D）。類胡蘿卜素合成常處于動態(tài)變化過程中以適應(yīng)環(huán)境的變化，從而保證光合作用的正常進(jìn)行。本研究發(fā)現(xiàn)，LD光周期處理下干花葉黃素含量最高，ND含量最低，SD居中，各處理間差異均達(dá)到顯著水平。類胡蘿卜素轉(zhuǎn)錄調(diào)控同樣存在于花的發(fā)育過程中，然而目前從花瓣中鑒定的能夠直接調(diào)節(jié)類胡蘿卜素代謝相關(guān)基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子還非常少，對模式植物擬南芥的研究中發(fā)現(xiàn)，miR156b與類胡蘿卜素的積累密切相關(guān)，組成型表達(dá)miR156b后擬南芥的葉黃素、β-胡蘿卜素含量明顯提高。關(guān)于萬壽菊中總類胡蘿卜素從葉片至花瓣的轉(zhuǎn)運(yùn)、積累和存儲機(jī)制還需要更深入的研究來確定。

綜上看出，與SD（光照8 h／黑暗16 h）相比，LD（光照16 h／黑暗8h）、ND（光照12 h／黑暗12h）處理均推遲萬壽菊的開花時間，但其營養(yǎng)生長充分且旺盛，側(cè)芽數(shù)量較多，生產(chǎn)切花的潛力提高。隨著光周期延長，LD、ND處理單花直徑、鮮重和干重以及舌狀花瓣數(shù)量均顯著高于SD，葉黃素含量則為LD＞SD＞ND。萬壽菊為兼性短日照植物，SD光周期下雖提前開花，但因其對光周期敏感性較低，各農(nóng)藝性狀表現(xiàn)欠佳：LD處理能顯著提高萬壽菊營養(yǎng)生長水平，并增加花朵產(chǎn)量和品質(zhì)。本研究結(jié)果可對萬壽菊光周期因素的適應(yīng)性提高及溫室萬壽菊切花生產(chǎn)潛力的發(fā)掘等方面提供技術(shù)參考。

基金項目：甘肅省青年科技基金計劃項目“不同光周期對萬壽菊農(nóng)藝性狀的敏感性鑒定”（2IJR7RK913）；隴南市科技計劃項目 （2023S· QKJ-30，2023-S·QKJ-33）