UV-B辐射对野菊表皮毛发育的影响1)

王雨萌 杨娇娇 刘育麟 杨欣 王凤鹭 陈甲豪 姚亮亮 周蕴薇

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

植物的表皮毛是起防御作用的器官，包括具有分泌功能的腺毛和非腺毛[1-2]。当植物受到外界胁迫时，通过增加表皮毛进行自我保护和植物间的信号传递，其中通过增加非腺毛进行物理防御，如防晒、抗寒、抗旱等；通过增加腺毛释放大量挥发物到空气中来改变自身的气味进行化学防御，并通过挥发物和其他植物之间进行信号传递[3]。UV-B辐射是植物形态特征改变的诱因之一，植物叶片对环境胁迫较为敏感。UV-B辐射穿透到叶肉组织的影响原因，包含叶表皮毛的结构和密度、蜡质层的厚度、表皮细胞层的厚度，进而叶片的解剖结构也会受到相应影响。研究发现,UV-B辐射除伤害效应外，还可增强植物体对UV-B辐射的适应，陈梦[4]通过研究紫外线诱导圆锥铁线莲发现，圆锥铁线莲在UV-B辐射下UVR8初始信号通路被激活，进一步激活JA和SA信号通路，进而调节碳氮转化来降低紫外线胁迫下活性氧的水平，起到协调保护作用，增强了植物的胁迫耐受性；李元等[5]通过研究UV-B辐射增强对植物病原菌互作体系的影响发现，UV-B辐射增强诱导植物形成形态结构和生理生化防御,改变植物的抗病性,进而影响植物病害的发生；石新新[6]发现，高粱随着UV-B辐射剂量的升高花青素含量显著升高，叶片褐化损伤加重，植株节间缩短矮化，鲜质量和干质量显著降低，叶绿素和类胡萝卜素含量显著减少等；高文杰等[7]发现，适当UV-B辐射对神农香菊表皮毛密度有增加作用且表皮毛形态发生改变等，皆揭示了植物内部或外部特征结构改变与UV-B胁迫密切的相关作用。

野菊(Dendrathemaindicum)为菊科菊属多年生草本[8]，是重要的药用和观赏植物，野菊全草含挥发油、蒙花苷、木犀草素甙、矢车菊甙、菊黄质、多糖等化合物[9]。提高野菊挥发油和芳香物质具有重要的经济价值，而目前野菊的相关研究多集中在引种栽培、育种[10]、药理[11-12]、化学成分[13-14]等方面,关于野菊表皮毛发育的研究较少，仅焦宏彬等[8]研究水杨酸处理对野菊表皮毛及樟脑类物质含量的响应。通过此次研究，掌握野菊表皮毛发育的过程，探究野菊表皮毛不同发育阶段在耐高辐射方面的响应，为在增加野菊腺毛，从而增加野菊的挥发物质、提高精油的含量方面的研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

野菊种子来源于东北林业大学园林学院。采用穴盘播种，植株长至10 cm左右上盆，置于温室中培养至植株健壮且整齐一致时进行试验。

1.2 试验设计

观察野菊叶片每级的生长时间并记录，通过石蜡切片观察野菊的顶芽发育，能观察到的叶片发育时间从A～G为22 d(图1)，根据野菊的顶芽发育图(图2)和可观叶片发育时间推测顶芽发育为12 d(表1)，所以试验设计处理分别为12、33、54 d。

表1 野菊叶片不同发育时期及叶龄

UV-B辐射处理：将长势基本一致的野菊100盆,每天(09:00-17:00)暴露于UV-B辐射下，辐射由两台UV-B—313EL 40W/12M紫外灯管提供，放置1 m×3 m地方(保证第5片叶子接受到辐射)，290～310 nm光谱区域的剂量。对比试验为无UV-B辐射。

叶表皮毛密度测定：将野菊叶片不同发育阶段按生长时间划分为A、B、C、D、E、F、G 7个阶段(图1)，UV-B处理12、33、54 d，分别取10盆长势基本一致的野菊，摘取5组C—G的叶子(A和B阶段的叶子由于太小，观察不到，此处忽略)，用超景深显微镜(莱卡DVM6)观察，在每个叶片正、背面的叶基、叶中、叶尖共取20个视野(图3)，每个视野约2.0 mm×1.5 mm，对腺毛和非腺毛进行拍照，进行表皮毛密度统计。

图1 叶片不同发育时期

1.3 数据处理和统计方法

试验数据采用SPSS 17软件进行分析，显著性水平P<0.05；采用Excel 2007软件绘图制表。

图2 野菊顶芽发育图

图3 叶片视野选取

2 结果与分析

2.1UV-B处理对野菊不同发育阶段腺毛形态的影响

由图4可以看出，CK组非腺毛两臂平直，UV-B胁迫下非腺毛都出现不同程度的扭曲，12 d胁迫时扭曲较轻，54 d非腺毛出现严重扭曲，说明UV-B处理破坏非腺毛形态的生长；不同等级叶片的非腺毛形态上没有较大的差异。

由图5可以看出，CK组不同阶段腺毛形态都较小且干扁，UV-B处理组腺毛整体较CK大且饱满；同一阶段的腺毛54 d时腺毛最为饱满，12 d组E(叶龄25 d)阶段、33 d组D(叶龄21 d)阶段和54 d组C(叶龄18 d)阶段的腺毛形态达到CK组G(叶龄33 d)阶段，说明UV-B处理促进野菊腺毛的发育，缩短成熟时间。

图4 UV-B处理对野菊叶表不同发育阶段非腺毛形态的影响(200×)

箭头标记腺毛的位置

2.2UV-B处理对野菊不同发育阶段表皮毛密度和比例关系的影响

由表2可以看出，野菊叶片不同发育阶段，叶表腺毛密度总体小于叶背；每级叶片随着UV-B胁迫时间的增加，叶表和叶背腺毛密度呈上升趋势，都大于CK，说明UV-B处理可以增加野菊叶片发育阶段腺毛的密度；CK组随着叶龄的增加每级腺毛密度趋于相同，叶表UV-B处理组随着叶龄的增加腺毛密度整体呈先上升后下降趋势，叶背UV-B处理组随着叶龄的增加腺毛密度呈上升趋势，说明随着大龄叶表面积的增加，非腺毛密度减小，使叶表受UV-B辐射有所损伤，使腺毛密度减少。

随着叶片面积增大，CK组和UV-B处理组的叶表和叶背非腺毛的密度呈减少趋势；每级叶片随着UV-B胁迫时间的增加，叶表和叶背每级非腺毛密度呈上升趋势，说明UV-B处理可以增加野菊叶片发育阶段非腺毛的密度。

叶片的不同发育阶段表皮毛的密度比例(非腺毛密度/腺毛密度)，随着叶龄时间和叶表面积的增加呈递减趋势，说明UV-B处理使野菊叶片发育阶段表皮毛密度比例降低；叶背表皮毛比例大于叶表，其递减幅度也明显大于叶表，说明叶背本身腺毛多于叶表，UV-B处理增加幅度较小，叶表则增加明显。

表2 UV-B处理对野菊不同发育阶段表皮毛密度和比例的影响

发育阶段叶 背非腺毛密度/个·mm-2CK12d33d54d腺毛密度/个·mm-2CK12d33d54d表皮毛密度比例CK12d33d54dC(55.47±3.96)Ad (80.20±2.05)Ac (115.40±3.49)Ab(159.8±1.47)Aa(7.83±1.29)Bd(15.27±0.84)Cc(20.93±0.66)Bb(46.17±1.29)Ca7.105.255.603.46D(43.30±3.27)Cc(75.67±1.15)ABb(107.20±3.27)Ba(115.4±8.52)Ca(8.17±2.97)Bd(15.90±1.30)Cc(23.60±2.27)Bb(54.67±3.90)Ba5.304.764.502.11E(51.67±7.95)Bd(71.30±1.35)Bc(106.10±2.72)Bb(124.0±1.50)Ba(11.03±3.44)Ac(19.67±1.33)Bb(25.57±4.30)Ab(57.03±4.06)Ba4.703.624.202.18F(50.87±9.97)Bd(64.37±3.30)BCc(96.17±1.94)Cb(123.0±0.71)Ba(11.77±3.55)Ac(20.70±3.34)Bb(25.47±2.26)Ab(88.20±2.23)Aa4.303.113.801.39G(33.37±3.75)Cd(57.13±2.70)Cc(92.50±2.26)Cb(123.1±2.00)Ba(12.73±2.67)Aa(26.07±0.46)Ab(25.90±2.95)Ab(93.40±3.89)Aa2.602.193.601.32

注：表中数据为平均值±标准差;同列数据后不同大写字母表示同一处理不同发育阶段间差异显著(P<0.05);同行数据后不同小写字母表示同一发育阶段不同处理间差异显著(P<0.05)。

3 结束语

表皮毛密度的诱导性具有生态意义[15]和经济意义,因为表皮毛的密度可以对食草动物种群产生负面影响[16]，所以增加植物的表皮毛密度，对减少农药的使用具有积极意义；且腺毛是植物积累次生代谢物质的重要场所[17]，增加腺毛密度从而提高植物的药用价值和芳香物质的提取，具有较大的经济价值。UV-B是植物生长发育中必不可少的非生物因素之一，许多研究表明，增强UV-B辐射会显著影响植物的生长[20]，近年来常被用来研究对芳香植物表皮毛的密度及分泌物的影响，结果表明，一定剂量的UV-B辐射处理有助于表皮毛的生长和提高植物分泌物的含量。野菊是重要的药用和芳香植物，野菊全草含挥发油、蒙花苷、木犀草素甙等化合物[9]。提高野菊挥发油和芳香物质有重要的经济价值，焦宏彬等[8]发现，用水杨酸处理野菊叶片不能起到增加野菊叶片头状腺毛密度的作用，但能够增加腺毛分泌物中樟脑类物质相对总含量。

本研究结果表明，用UV-B处理野菊，随着处理时间的增长，野菊叶片不同发育时期的腺毛形态都比CK成熟早，在UV-B处理54d组C(叶龄18d)时期的腺毛成熟度达到CK组G(叶龄33 d)时期的状态，说明UV-B可以促进野菊腺毛的成熟，这与Daphne et al.[21]的研究结果相同；非腺毛UV-B处理组形态上都发生不同程度的扭曲，说明UV-B虽然可以促进腺毛的成熟，但对非腺毛的生长发育有一定的伤害，这与高文杰等[7]的研究结果一致；叶片不同发育时期叶表和叶背腺毛密度随着UV-B处理时间的增加呈先上升后下降趋势，非腺毛整体呈上升趋势，说明一定时间的UV-B处理有助于表皮毛密度的增加，能够在一定程度上说明，适当的UV-B辐射处理能够使野菊增加腺毛密度，从而增加其芳香物质的含量，并且使幼叶的腺毛成熟加快，生产上可以通过适当增加UV-B辐射来提高野菊精油等芳香物质的提取产量，但UV-B辐射处理，对增加野菊腺毛分泌物含量及种类的具体影响机制仍需进一步研究。