矮壮素浸种对黄瓜幼苗下胚轴伸长及细胞亚显微结构的影响

高晓旭 段 颖 张志刚 董春娟 尚庆茂

矮壮素浸种对黄瓜幼苗下胚轴伸长及细胞亚显微结构的影响

高晓旭 段 颖 张志刚 董春娟 尚庆茂*

（农业部园艺作物生物学与种质创制重点实验室，中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

为了明确矮壮素（CCC）浸种对黄瓜幼苗下胚轴伸长的影响，以3 000 mg·L-1矮壮素对黄瓜品种中农203进行浸种处理，测定黄瓜幼苗下胚轴生长的形态指标，并采用透射电子显微镜观察下胚轴薄壁细胞亚显微结构的变化。结果表明：矮壮素浸种处理能显著降低黄瓜幼苗下胚轴的长度，促进干物质积累。与对照相比，矮壮素浸种处理使黄瓜幼苗下胚轴薄壁细胞的细胞壁明显加厚，液泡数目增加，体积变小，叶绿体形态和结构发生改变，基粒含量和淀粉粒数量增加。

矮壮素；浸种；下胚轴；徒长；亚显微结构

黄瓜是我国主栽蔬菜种类之一，种植面积广泛，且多以育苗移栽为主。黄瓜幼苗在育苗过程中极易受到低温、弱光影响，幼苗特别是下胚轴伸长过快，导致徒长，增加了幼苗受到机械损伤和病害侵染的几率，定植后成活率低，不利于早熟丰产，严重影响黄瓜栽培的产量和经济效益（明村豪 等，2011）。通过控制温度、水分等物理调控技术抑制黄瓜幼苗徒长的效果不是很理想，为此，人们采用烯效唑、多效唑等植物生长调节剂来抑制幼苗徒长，提高育苗质量。研究表明，烯效唑较适合应用于促进小麦、水稻等单子叶作物的分蘖和分节（李煜昶和成俊然，1993），且能延缓开花时间；多效唑若施用浓度不当极易造成黄瓜幼苗定植后难以恢复生长，显著影响前期产量和总产量，因此不宜应用于黄瓜育苗（刘鸣韬和陈瑞富，1996；甘小虎 等，2012）。矮壮素（chlorocholine chloride，CCC）是一种常用的植物生长抑制剂，能抑制茎部亚顶端分生组织细胞分裂和生长，而不影响顶端分生组织分化，因此对花芽和果实形态影响不大（傅华龙 等，2008）。此外，矮壮素还具有毒性低、效果持久等优点，较适合应用于抑制黄瓜幼苗徒长（甘小虎等，2012；王莅 等，2013）。

矮壮素在黄瓜幼苗上的施用方法主要有叶面喷施法和浸种法。研究发现，叶面喷施法在操作上不易施用均匀，幼苗长势不齐，不利于育苗管理（卢育华和庞金安，1997）。此外，当矮壮素浓度过高时，容易导致黄瓜幼苗叶片褪绿、灼伤，造成不必要的损失（隋艳晖 等，2009）。采用矮壮素浸种的方法，处理浓度均一，且操作简单，可望适时有效控制幼苗徒长（孟焕文和程智慧，1998；高晓旭 等，2011）。

目前人们对矮壮素的研究主要集中在其对赤霉素合成途径的影响及生理效应上，而对矮壮素抑制幼苗下胚轴伸长的亚显微结构方面的研究尚未展开。本试验以黄瓜品种中农203为试材，研究矮壮素浸种后黄瓜幼苗下胚轴伸长速率及细胞亚显微结构的变化，旨在进一步明确矮壮素抑制黄瓜幼苗下胚轴伸长的机制。

1 材料与方法

1.1 供试材料和试验设计

试验于2011年2～4月在中国农业科学院蔬菜花卉研究所温室内进行。以黄瓜（Cucumis sativus L．）品种中农203为试验材料，种子由本所黄瓜育

种课题组提供。矮壮素为96%可湿性粉剂，购自上海通微生物技术有限公司。选取饱满、整齐一致的种子用5% NaClO表面消毒15 min，蒸馏水冲洗5遍。以去离子水浸种为对照，以3 000 mg·L-1的矮壮素室温浸种10 h为处理，该浸种处理下黄瓜幼苗生长的壮苗指数较好（高晓旭 等，2011）。浸种后种子用去离子水冲淋3遍，播种于72孔穴盘内。育苗基质由草炭、蛭石和珍珠岩以3 V∶1 V∶1 V混合。幼苗在日光温室中培养，自然光周期，平均温度（25±3）℃ / （18±3）℃（昼/夜），相对湿度（65±1 0）%，各处理采用完全随机区组排列。

1.2 测定方法

1.2.1 幼苗下胚轴形态指标测定 子叶平展时（播后14 d），随机选取对照和处理幼苗，用直尺测量幼苗下胚轴长度，并称量干、鲜质量。根系体积由扫描仪扫描后，用杭州万深检测科技有限公司生产的LA-S 型系列植物图像分析系统分析测定，并计算下胚轴干物质密度，每处理3次重复。

1.2.2 电镜样品的制备及细胞亚显微结构观察 取子叶平展时的幼苗（播后14 d），用刀片在下胚轴中段切取1 mm×2 mm 小块，浸入2.5%戊二醛溶液（pH 7.4）中24 h进行前固定，浸入1%四氧化锇溶液4 h进行后固定，以0.1 mol·L-1磷酸缓冲液（pH 7.2）漂洗，采用不同浓度梯度的乙醇进行逐级脱水，Spurr’s树脂浸透、包埋，Ultracute型超薄切片机（澳大利亚Reichart-Jung公司）切片，经醋酸双氧铀和柠檬酸铅双染色后，于JEM-1200 EX型透射电镜（日本JEOL公司）下观察下胚轴细胞亚显微结构，并进行拍照。

1.3 试验数据统计分析

数 据 采 用 Excel和 DPS（Data Processing System）软件进行统计和分析。

2 结果与分析

2.1 矮壮素浸种对黄瓜幼苗下胚轴伸长生长的影响

由图1可知，矮壮素浸种后黄瓜幼苗叶片颜色明显加深，植株较矮小，下胚轴伸长速度较慢。由表1可知，矮壮素浸种后黄瓜幼苗下胚轴长度缩短了37.70%、绝对生长速率降低了37.73%，与对照的差异均达显著水平。同时，下胚轴干物质密度较对照显著增加20.31%，含水量则显著降低了0.36个百分点。说明矮壮素浸种处理抑制了黄瓜幼苗下胚轴伸长生长，同时促进了干物质积累。

图1 矮壮素浸种对黄瓜幼苗下胚轴伸长的影响

表1 矮壮素浸种对黄瓜幼苗下胚轴伸长的影响

2.2 矮壮素浸种对黄瓜幼苗下胚轴细胞亚显微结构的影响

透射电镜下观察未经矮壮素浸种的黄瓜幼苗下胚轴细胞结构如图2-a、b、c所示，细胞质膜平整光滑，原生质致密程度低（图2-a），细胞具较大的中央液泡，细胞器清晰可见（图2-b），细胞壁薄且均匀，次生加厚不明显（图2-c）。矮壮素浸种后，黄瓜幼苗下胚轴细胞的亚显微结构如图2-d、e、f所示。与对照相比，经矮壮素处理的幼苗下胚轴细胞质致密程度较高，中央液泡较小，且具有较丰富的小液泡（图2-d，e），细胞壁厚度显著增加，具有明显的次生加厚特征（图2-e，f）。

进一步观察矮壮素浸种对黄瓜幼苗下胚轴细胞内线粒体、质体等细胞器的影响，如图3-a所示，未经矮壮素浸种的黄瓜下胚轴细胞内细胞器分布较均匀，形态多为椭圆形或圆形，较为规则，矮壮素浸种后黄瓜幼苗下胚轴细胞器形态变得不规则，质体内富含淀粉粒，线粒体数目增多，一些大小不均、透明度较大的囊泡聚集在线粒体、叶绿体和细胞壁附近（图3-b箭头所示），也有多个较大的小液泡聚集分布在致密度极高的细胞质中，小液泡数目明显增多（图3-b，c）。与对照相比，大液泡内盐离子丰富，电子密度较高（图3-d）。

图2 矮壮素浸种对黄瓜幼苗下胚轴细胞结构的影响

处理与对照的黄瓜幼苗下胚轴细胞内叶绿体在基质、基粒片层结构以及淀粉粒数目之间的差异如图4所示，对照细胞内叶绿体呈规则的透镜形或椭圆形，叶绿体内基粒片层排列疏松，数量较少，基质丰富（图4-a），叶绿体内淀粉粒数量明显较少（图4-a，b）；矮壮素浸种后，幼苗下胚轴细胞内叶绿体形态发生变化，边缘不规则，叶绿体内基粒片层堆叠，排列紧密（图4-c），基粒和淀粉粒数量都

显著增加（图4-c，d）。

图3 矮壮素浸种对黄瓜幼苗下胚轴细胞器的影响

图4 矮壮素浸种对黄瓜幼苗下胚轴细胞叶绿体结构的影响

3 结论与讨论

矮壮素是一种常用的植物生长抑制剂，通过抑制赤霉素合成的第一步（由牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸向内根-贝壳杉烯类物质转化）降低植株内源赤霉素水平，能有效抑制幼苗徒长，促进植株矮壮，提高光合效率，增强抗逆性（赵瑞 等，2000；郭永芳 等, 2010）。研究表明，矮壮素的效果受施用方法、使用浓度、幼苗发育阶段和环境因子的综合影响（隋艳晖 等，2009），本试验采用3 000 mg·L-1矮壮素对黄瓜进行浸种处理，并对幼苗下胚轴伸长进行了生长指标测定。试验结果表明，矮壮素浸种处理后黄瓜幼苗叶片颜色加深，干物质积累增加，下胚轴的伸长生长速度减缓。因此，矮壮素浸种是一种有效抑制黄瓜幼苗下胚轴徒长的方法，对幼苗伤害小，可操作性强，极具农业生产应用价值。

幼苗下胚轴细胞膨压及细胞壁的延展性是幼苗伸长生长的主要影响因子（Cosgrove，1999）。细胞膨压由中央大液泡维持，当细胞进行伸长生长时，细胞膨压升高，随后细胞壁对细胞膨压的变化做出响应，细胞壁pH酸化并松弛，纤维素微纤丝合成速率加快，促进新细胞初生壁的形成（Cosgrove，2005）。研究表明，植物下胚轴细胞壁的延展性与细胞壁厚度显著负相关，细胞壁越厚，其可塑性就越低，越不利于细胞伸长（Wu et al.，2005）。本试验结果表明，未经矮壮素浸种处理的黄瓜幼苗下胚轴细胞内具较大中央液泡，细胞壁较薄，有利于细胞膨压维持和细胞壁的延展，促使细胞伸长生长，因此植物下胚轴干物质积累速率较慢，组织含水量大，容易导致下胚轴徒长；矮壮素浸种处理后，黄瓜幼苗下胚轴中央液泡较小，细胞壁加厚显著，不利于细胞膨压的维持和细胞壁的延展，下胚轴细胞的伸长生长受到抑制，幼苗不容易发生徒长。

矮壮素不但具有抑制幼苗下胚轴伸长的作用，还能促进光合色素合成，提高Rubisco羧化酶活性和植物进行光合作用的能力（王惠群 等，2007；郭永芳 等，2010）。本试验比较了对照与矮壮素浸种处理的黄瓜幼苗下胚轴细胞内叶绿体的亚显微结构，结果显示：对照中叶绿体基粒类囊体数目较少

且排列疏松，淀粉粒数量少，表明同化产物积累较少，这可能是由于光合产物主要用于供应细胞快速伸长生长所导致。矮壮素浸种处理后，细胞叶绿体边缘不规则，叶绿体表面积增加；叶绿体内基粒片层堆叠，排列紧密，基粒类囊体数目显著增加，由于细胞壁可塑性降低，细胞纵向伸长受到抑制，光合产物倾向于同化物方向积累，因此叶绿体内淀粉粒数量显著多于对照组。

综上所述，矮壮素浸种能够有效抑制黄瓜幼苗下胚轴伸长，通过对幼苗下胚轴进行生长指标测定和细胞亚显微结构的研究，认为矮壮素浸种对黄瓜幼苗下胚轴伸长的影响主要表现在以下几方面：① 黄瓜幼苗下胚轴细胞细胞壁厚度增加，可塑性降低，限制了细胞伸长生长；② 中央大液泡由数个小液泡和囊泡取代，细胞膨压降低，不利于细胞伸长生长；③ 细胞内叶绿体形态和结构发生变化，淀粉粒数量增加。以上几种影响相互关联，最终降低了黄瓜幼苗下胚轴伸长生长速度，有效抑制了黄瓜幼苗下胚轴的伸长。

傅华龙，何天久，吴巧玉．2008．植物生长调节剂的研究与应用．生物加工过程，6（4）：7-12．

甘小虎，何从亮，阎庆久，胡静．2012．矮壮素、多效唑对高温季节黄瓜育苗的影响．蔬菜，（7）：64-66．

高晓旭，张志刚，董春娟，尚庆茂．2011．昼夜温度对黄瓜矮壮素浸种效果的影响．中国蔬菜，（18）：41-46．

郭永芳，林多，陈宁，杨延杰．2010．BR与CCC对夏秋季穴盘番茄苗质的影响．中国农学通报，26（2）：105-108．

李煜昶，成俊然．1993．新植物生长调节剂烯效唑的研究．农药，32（6）：11-12．

刘鸣韬，陈瑞富．1996．几种植物生长调节剂处理黄瓜种子对幼苗的影响．河南农业科学，（6）：34-37．

卢育华，庞金安．1997．幼苗密度、多效唑浓度及处理时间对番茄幼苗质量的影响．华北农学报，12（2）：131-135．

孟焕文，程智慧．1998．矮壮素浸种对黄瓜幼苗生长的影响．陕西农业科学，（4）：25-27．

明村豪，蒋芳玲，胡宏敏，周学超，詹锋华，吴震．2011．幼苗徒长程度对黄瓜植株生长发育及产量品质的影响．中国蔬菜，（4）：29-34．

隋艳晖，张剑，张志国．2009．比久和矮壮素对矮牵牛穴盘苗生长的控制作用．中国农学通报，25（23）：343-346．

王惠群，萧浪涛，李合松，吴成春，康朵兰，杨艳丽．2007．矮壮素对马铃薯中薯3号光合特征和磷素营养的影响．植物营养与肥料学报，13（6）：1143-1147．

王莅，王艳婕，朱鑫．2013．矮壮素对黄瓜及茄果类蔬菜穴盘育苗的影响．长江蔬菜，（10）：26-29．

赵瑞，马健，李飞．2000．黄瓜穴盘育苗株型调控研究．长江蔬菜，（12）：33-36．

Cosgrove D J．1999．Enzymes and other agents that enhance cell wall extensibility．Annual Review of Plant Biology，50（1）：391-417．

Cosgrove D J．2005．Growth of the plant cell wall．Nature Reviews Molecular Cell Biology，6（11）：850-861．

Wu Y，Jeong B R，Fry S C，Boyer J S．2005．Change in XET activities，cell wall extensibility and hypocotyl elongation of soybean seedlings at low water potential．Planta，220（4）：593-601．

Effects of Soaking Seeds with Chlorocholine Chloride on Cucumber Seedling Hypocotyl Stretch and Submicroscopic Structure of Its Cortical Cell

GAO Xiao-xu，DUAN Ying，ZHANG Zhi-gang，DONG Chun-juan，SHANG Qing-mao*

（KeyLaboratoryofHorticulturalCropsGeneticImprovement，MinistryofAgriculture，InstituteofVegetablesandFlowers，ChineseAcademyofAgriculturalSciences，Beijing 100081，China）

In order to investigate the effect of chlorocholine chloride （CCC） on cucumber seedling hypocotyl strench，seeds of cucumber （Cucumis sativus L．）variety‘Zhongnong 203’were soaked with 3 000 mg·L-1CCC to test the morphological index of cucumber seedling hypocotyl growth．And transmission electron microscope was adopted to observe the changes in the submicroscopic structure of its hypocotyl cortical cell．The results showed that the length of hypocotyl was reduced and dry matter accumulation was promoted by CCC treatment．Compared with the contrast，cell wall of cucumber seedling hypocotyl cortical cell was obviously thickened，the number of vacuoles was increased，and the volume became smaller．The chloroplast morphology and structure were altered．The grana content and number of starch bodies were increased．

Chlorocholine chloride；Soaking seed；Hypocotyl；Excessive growth；Submicroscopic structure

高晓旭，硕士研究生，专业方向：蔬菜苗期发育调控，E-mail∶gezi126@126.com

*通讯作者（Corresponding author）：尚庆茂，研究员，博士生导师，专业方向：蔬菜苗期发育调控，E-mail∶ shangqingmao@caas.cn

2013-09-22；接受日期：2013-12-23

公益性行业（农业）科研专项（201303014），现代农业产业技术体系建设专项（CARS-25）