多效唑对大丽花叶片光合特性和超微结构的影响

2014-11-08冯立娟苑兆和尹燕雷招雪晴

草业学报 2014年4期

冯立娟，苑兆和，尹燕雷，招雪晴

(1.山东省果树研究所，山东泰安 271000；2.南京林业大学森林资源与环境学院，江苏南京 210037)

大丽花(Dahliapinnata)是菊科大丽花属多年生宿根草本花卉，原产于墨西哥和危地马拉地带，花姿优美、花型多样、色彩绚丽、花期长、品种繁多，是全世界栽培最广的观赏植物之一[1]。生产中适于盆栽且花色丰富、花型美观、花期不同的矮生型品种较少，而中生和高生型品种易出现倒伏现象，严重影响其观赏价值[2]。植物生长延缓剂多效唑能使植株矮化，根系发达，茎干增粗，防止徒长和倒伏，增强抗性[3-5]，在核桃(Juglansregia)[6]、水仙(Narcissustazetta)[7]和甜瓜(Cucumismelo)[8]等作物上的应用已有相关报道，在大丽花植株矮化方面的研究较少。因此，运用外源生长调节剂增强大丽花植株抗逆性对大丽花露地栽培具有重要的现实意义。

植物生长发育与其光合能力密切相关，光合能力强，开花数量多、质量高、花期长，观赏价值高[9]。叶绿体是光合作用的场所，其大小、多少、基粒数、基粒厚度、基粒片层数等都会对光合作用有一定的影响[10-11]。多效唑处理能提高植物生长发育各时期叶片叶绿素含量和光合能力，显著影响植物光合作用和超微结构，普遍用于提高植物生产率[12]。因此，研究多效唑对大丽花叶片光合特性和超微结构的影响，对探讨其光合作用机理具有重要意义。目前，有关大丽花抗旱机理[13]、组培快繁[14]、花青苷合成代谢[15]和病虫害防治[16-17]等方面的研究已被进行过有益的探索，但多效唑对大丽花生长发育、光合特性和超微结构的影响尚未见报道。因此，本研究以不同浓度多效唑处理大丽花植株，明确其对大丽花生长发育、光合特性和超微结构的影响，从而确定其是否对大丽花植株生长具有调节作用，筛选出较理想的药剂浓度值，并为生产中大丽花植株抗倒伏、观赏价值提高提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与处理

试验于2010-2012年在山东省果树研究所观赏园艺室进行，试材为高生型大丽花品种‘陇上雄鹰’。4月份开始对贮藏的大丽花块根进行分根、催芽、扦插，扦插苗生根后选生长健壮，株高一致(10 cm左右)的幼苗定植于直径为30 cm的塑料盆内，盆土配制为园土∶沙∶草炭∶羊粪=5∶3∶2∶1，常规管理。

待幼苗长至株高20 cm时，根灌1次，每株约1000 mL。采用单因素随机试验设计，多效唑浓度梯度分别为：25，50，75，100，125 mg/L，共5个处理，每处理3个重复，以清水为对照。多效唑是四川国光农化有限公司生产的质量分数为15%可湿性粉剂。处理后每隔7 d(从第1 次处理算)进行1次叶绿素和光合参数的测定，直至花谢；30 d 后进行形态指标的调查和超微结构的观测。每个处理设15 次(株)重复。

1.2 相关指标的测定

形态指标采用常规测量和计数法；叶片光合参数采用英国PP-Systems公司生产的TPS-1型便携式光合作用测定系统测定；叶绿素含量测定采用丙酮法，按照邹琦[18]的方法测定。各重复3次。

超微结构观察：在叶片中部主脉两侧切取1～2 mm2的叶片组织小块，用4% 戊二醛前固定，pH 7.2 磷酸缓冲液冲洗，1% 锇酸后固定，梯度乙醇-丙醇脱水，Epon-812 环氧树脂包埋，LKB-5型超薄切片机切片，后经醋酸双氧铀、柠檬酸铅双重染色，JGE-1200 EX 型透射电镜观察、测量并照相。每处理观测20～40 个视野，取平均值。

1.3 数据分析

采用DPS 7.05 软件进行统计分析，数据显著性差异运用Duncan’s 新复极差法进行多重比较(P<0.05)，Excel 软件作图。

2 结果与分析

2.1 多效唑对大丽花生长发育指标的影响

不同浓度多效唑处理对大丽花生长发育指标的影响如表1所示。不同多效唑处理的大丽花叶长、叶宽、叶柄长和株高均随着处理浓度的增加先降低后略有升高，均极显著低于对照。不同浓度多效唑处理的花径随处理浓度的增加先升高后降低，均极显著高于对照。75 mg/L多效唑处理的花径最大，为19.8 cm。

表1 多效唑对大丽花生长发育指标的影响

注：表中大写字母表示0.01水平极显著，小写字母表示0.05水平显著。下同。Note: The capital letter means significantly different at 0.01 level, the small letter means significantly different at 0.05 level. The same below.

2.2 多效唑对大丽花叶片叶绿素含量的影响

如图1所示，不同浓度多效唑处理条件下，大丽花叶片中叶绿素含量随着天数的增加均呈现先升高后降低的变化趋势，在24 d左右时出现峰值，与对照变化趋势一致。不同浓度多效唑处理的叶绿素含量均高于对照，以75 mg/L处理的叶绿素含量最高，为3.03 mg/g。

2.3 多效唑对大丽花叶片光合特性的影响

不同浓度多效唑处理对大丽花叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和细胞间CO2浓度的影响如图2所示。不同浓度多效唑处理条件下，大丽花叶片中净光合速率随着天数的增加先升高后降低，在24 d时出现峰值，与对照变化趋势一致。不同浓度多效唑处理大丽花叶片净光合速率均高于对照水平，以75 mg/L多效唑处理的净光合速率最高，为19.8 μmol/(m2·s)。

不同浓度多效唑处理条件下，大丽花叶片中蒸腾速率均随着天数的增加呈升→降→升→降的变化趋势，分别在12和24 d左右出现峰值，与对照变化趋势一致。

图1 多效唑对大丽花叶绿素含量的影响

不同浓度多效唑处理条件下，大丽花叶片中气孔导度随着天数的增加也呈升→降→升→降的变化趋势，分别在6和30 d左右出现峰值，与对照变化趋势一致。

大丽花叶片中细胞间CO2浓度随着天数的增加呈现不同的变化趋势，总体在300～430 μmol/mol范围内变化。对照、50和100 mg/L处理条件下，叶片中细胞间CO2浓度随着天数的增加呈现降→升→降→升→降的变化趋势，出现峰值的时间不同。25，75和125 mg/L处理条件下，叶片中细胞间CO2浓度呈现降→升→降的变化趋势，出现峰值的时间不同。

图2 多效唑对大丽花叶片光合特性的影响

2.4 多效唑对大丽花叶片超微结构的影响

透射电镜观察表明(表2)，大丽花叶片栅栏组织内每细胞叶绿体数为19.73～24.88 个。不同浓度多效唑处理的叶绿体数与对照差异不显著，75 mg/L处理的叶绿体数与100和125 mg/L处理差异极显著。75 mg/L处理的叶绿体大小高于对照，其他多效唑浓度处理的叶绿体大小低于对照，与对照差异均不显著。在25，50和75 mg/L处理条件下，大丽花叶片基粒数和基粒片层数均高于对照，其他处理低于对照。25，50，75和100 mg/L处理的叶绿体基粒数和基粒片层数与对照差异不显著，125 mg/L处理的基粒片层数与对照差异极显著。以75 mg/L多效唑处理的叶绿体基粒数和基粒片层数最多，分别为29.90和14.80个，比对照增加18.42%和19.35%。可见，不同浓度多效唑处理均会导致大丽花叶片类囊体垛叠程度的增加，以75 mg/L多效唑处理表现尤其明显。

单个细胞内的淀粉数为15.55～18.88个，25和50 mg/L多效唑处理的淀粉数分别为18.71和18.75个，与对照差异不显著，淀粉粒稍小于对照。75 mg/L多效唑处理的淀粉数为18.88个，与对照差异不显著，淀粉粒长和宽分别为4.60和2.59 μm，比对照增加2.05%和14.44%。100 和125 mg/L多效唑处理的淀粉数少于对照，且淀粉粒明显变小，说明这两种处理条件下，合成和积累的碳水化合物明显减少。

不同浓度多效唑处理对大丽花叶片光合器官叶绿体超微结构的影响不同。在对照(图3-1)、25 mg/L(图3-2)，50 mg/L(图 3-3)和75 mg/L(图 3-4)多效唑处理条件下，叶绿体形状差异不明显，均是长椭圆形。叶绿体超微结构正常，基粒和基质类囊体排列整齐。叶绿体中含有大淀粉粒，平均1个叶绿体含1个淀粉粒。在100 mg/L(图3-5)和125 mg/L(图3-6)多效唑处理条件下，叶绿体形状由椭圆形变肿胀或成球状。

在对照(图4-1)、25 mg/L(图4-2)，50 mg/L(图4-3)和75 mg/L(图4-4)多效唑处理下生长的大丽花叶片中，大部分叶绿体有一个典型的膜结构，如叶绿体被膜是双层膜。在上述处理条件下，叶绿体膜和液泡膜清晰，连续不断。在100 mg/L(图4-5)多效唑处理条件下，一些细胞中叶绿体膜和液泡膜模糊不清。在125 mg/L(图4-6)多效唑处理条件下，叶绿体外膜、液泡膜和线粒体遭到破坏。

图3 多效唑处理对大丽花叶片叶绿体全貌的影响

图4 多效唑处理对大丽花叶片叶绿体膜和液泡膜的影响

在25 mg/L(图5-2)，50 mg/L(图5-3)和75 mg/L(图5-4)多效唑处理条件下，线粒体结构和膜正常，与对照(图5-1)差异不显著，细胞膜清晰，连续不断。在100 mg/L(图5-5)和125 mg/L(图5-6)多效唑处理条件下，线粒体结构不正常，部分线粒体膜断裂或破坏，细胞膜也遭到破坏。在125 mg/L多效唑处理条件下，线粒体结构受损程度较100 mg/L多效唑处理严重。

与对照(图6-1)相似，在25 mg/L(图6-2)，50 mg/L(图6-3)和75 mg/L(图6-4)多效唑处理条件下，叶绿体基质类囊体相互平行排列，堆积成堆，液泡膜和叶绿体膜结构正常且连续不断。随着多效唑处理浓度的增加，基粒和基粒片层数不断增多。在100 mg/L(图6-5)多效唑处理条件下，叶绿体膜、液泡膜、基粒、基粒片层和细胞膜遭到轻度破坏，并引起轻度质壁分离现象。在125 mg/L(图6-6)多效唑处理条件下，质壁分离现象较严重，液泡和叶绿体膜遭到严重破坏，基粒发育不完全，老的叶绿体遭到破坏，新的叶绿体发育不完全，从而使叶片中净光合速率降低。

图5 多效唑处理对大丽花叶片线粒体和细胞膜的影响

图6 多效唑处理对大丽花叶片基粒、基粒片层、液泡膜和叶绿体膜的影响

3 讨论

多效唑通过影响光合作用、内源激素合成、水分和矿质元素的吸收，达到控制株高、调整株型和调节花期等多种效果，从而调控植物生长发育[19-21]。本试验结果表明，根灌多效唑能有效抑制大丽花生长，对其株高和叶片有显著矮化作用，施用的浓度越高，矮化效果越明显，这是由于多效唑主要通过抑制赤霉素的生物合成，使植物内源赤霉素数量减少，植物体细胞伸长受抑，细胞长度变小，从而引起株高降低，节间缩小，叶片变短，植株矮化[22]。多效唑处理能促进大丽花花径增加，以75 mg/L多效唑处理的花径最大，较对照增加29.80%，这可能与多效唑促进干物质在花、茎和根器官中的积累有关[23]。

叶绿素是光合作用过程中最重要的光合色素，是植物进行光合作用的催化剂，其含量高低是反映植物光合能力的重要指标之一[24-25]。多效唑处理能显著提高叶片叶绿素含量，增强光合能力[26]。叶绿体结构与光合作用密切相关，叶绿体基粒数和基粒片层数越多，基粒片层排列越致密，光合能力越强[27-28]。本试验结果表明，适当浓度(25，50和75 mg/L)多效唑处理使大丽花叶片中叶绿素含量和净光合速率显著增加，以75 mg/L多效唑处理效果最佳，叶绿素含量和净光合速率较对照分别增加56.8%和29.8%。超微结构观察表明，适当浓度(25，50和75 mg/L)多效唑处理条件下，大丽花叶片细胞内叶绿体、线粒体结构完整，基粒数和基粒片层数随着处理浓度的增加而增加，叶绿体数和淀粉粒数多。这说明，一定浓度的多效唑处理有助于保护叶绿体膜，保持其结构的稳定性，从而维持大丽花叶片较高的光合速率[27]。

通常影响植物光合作用的因素可分为气孔因素和非气孔因素，前者指气孔导度下降时，细胞间CO2进入叶片受阻而使光合下降，后者指叶肉细胞的光合活性下降[29-30]。本试验结果表明，不同多效唑浓度处理条件下，随着处理天数的增加，当大丽花叶片净光合速率下降时，气孔导度降低，细胞间CO2浓度降低或升高，这说明，多效唑处理过程中，大丽花叶片净光合速率的降低是气孔因素和非气孔因素共同作用的结果，这与Frederick和Camberato[31]的研究结果一致。

适宜浓度的多效唑处理具有抑制大丽花植株生长，提高光合性能的作用，最终提高观赏价值。因此，生产中采取根灌多效唑控制大丽花株高的措施是可行的。75 mg/L多效唑处理使大丽花植株矮化、花径最大，叶绿体结构完整，叶绿素含量和净光合速率最高，是最佳的使用浓度。大丽花多效唑使用的最佳浓度低于高羊茅(Festucaarundinacea)[26,32]和金钱树(Zamioculcaszamiifolia)[33]，高于水仙(Narcissustazettavar.chinensis)[34]和康乃馨(Dianthuscaryophyllus)[35]，这可能与多效唑的生产厂家和不同作物对多效唑的反应敏感性不同有关。