外源5-ALA与CaCl2对露地栽培芍药生理及观赏品质的影响

徐 萌，张 玉，李 伟*

(1 青岛农业大学 园林与林学院，山东青岛 266109; 2 乳山市林业局，山东乳山 265400)

芍药(Paeonialactiflora)，是芍药科芍药属多年生宿根草本植物，享有“天下第一娇”的美称，是中国传统名花，花大色艳、品种繁多、花型丰富，具有极高的观赏价值，常以片植、花境、花坛、盆栽等形式广泛应用于园林绿化[1-2]，也是作为切花的良好材料，市场前景广阔。芍药在中国的栽培历史悠久，但其在栽植过程中由于受到夏季高温胁迫，植物的蛋白稳定性、质膜流动性和酶反应速率等受到影响，活性氧等有害物质大量积累，从而抑制光合作用和有机物质的积累，进而导致叶片萎蔫，甚至造成植株死亡[3-4]，与此同时芍药则通过调节自身形态与生理的变化来应对逆境胁迫[5]。

钙作为植物生长所需的大量元素之一，在维持细胞壁和细胞膜结构等方面具有重要作用[6-7]。例如，10 mmol·L-1的Ca2+处理可显著缓解盐胁迫对黄瓜的伤害，增强其耐盐性[8]；采前喷钙能明显提高芍药的株高和茎粗以及花茎的机械强度、净光合速率(Pn)和水分利用效率[9-10]。而对于钙提高植物耐热性的作用机理，还未有明确答案。有观点认为高温逆境条件下外源Ca2+可明显提高抗氧化酶系统的活性，降低细胞渗透势，防止膜质过氧化，保持细胞膜的完整性，从而提高作物的耐热性[11-12]。研究证明10 mmol·L-1的CaCl2能提高花生[13]、辣椒[14]等植物的耐热性。

近年来，5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid，5-ALA)作为一种新型植物生长调节物质，经常被用于提高植物对多种逆境[15]如高温[16]和干旱[17-18]等的抗性。不同浓度的5-ALA处理能够通过提高叶片叶绿素含量、Pn、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)等指标来改善植株光合性能[19-21]，也可以通过喷施5-ALA提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和过氧化物酶(POD)等抗氧化酶的活性，降低超氧阴离子

目前，国内外关于芍药耐热性方面的研究较少，且关于外源物质对芍药耐热性的影响研究鲜有报道。因此，本试验以地栽芍药品种‘大富贵’为试材，通过叶面喷施的方法来研究CaCl2和5-ALA对高温胁迫下芍药的生理生化指标及其观赏品质的影响，以期为缓解芍药夏季高温伤害提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料及处理

供试材料为5年生早花芍药品种‘大富贵’(Paeonialactiflora‘Dafugui’)，供试化学试剂5-ALA由日本COSMO公司提供，CaCl2由上海国药集团生产，均为分析纯。

试验于青岛农业大学牡丹芍药园大田中进行，常规管理。选取生长一致、株型紧凑、生长势强、无病虫害的植株，分成3组，每组9株，进行相应的叶面喷施处理。一组喷洒清水为对照(CK)，一组喷洒100 mg·L-15-ALA (添加0.01% Triton作展着剂)，另一组喷洒4% CaCl2。各处理于晴天傍晚时进行叶面喷施(5-ALA见光易分解)。从芍药出芽开始，至芍药叶枯为止，期间共喷施处理9次，每14 d喷洒一次。每处理20株，各处理重复3次。

试验处理时间为2021年4月22日至7月12日。其中，4月22日至30日的平均日温16 ℃；5月份平均日温20 ℃，温度在25 ℃以上有1 d；6月份平均日温24 ℃，平均夜温19 ℃，温度在25 ℃以上有10 d；7月1日至12日，日平均日温26 ℃，平均夜温23 ℃，温度在25 ℃以上有7 d。试验期间温度在25 ℃以上的天数有18 d。本试验从4月份芍药形成功能叶开始到7月份叶片衰老趋于落叶结束，每隔20 d左右选择晴天进行各项指标的测定。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 观赏性状自5月18日植株开始结蕾至7月初实验结束，观测各处理组芍药的花期(d)、最大花径(cm)及最大花朵鲜重(g)，每指标测定不少于3株，每株不少于6朵花。

1.2.2 光合气体交换参数从4月芍药形成功能叶之后开始到花谢，每隔20 d左右选择晴朗无风的天气于早晨9:30-11:30期间，选取充分受光、叶位一致的芍药叶片用光合仪CIRAS-3测定Pn、Tr、Gs和细胞间隙二氧化碳浓度(Ci)等光合气体交换参数，选取6棵生长状态基本一致的芍药植株，每株测定3片叶，重复3次。测定光合参数的同时对芍药叶片采样，液氮处理后超低温冰箱保存，用于活性氧、叶绿素含量及抗氧化酶活性等生理生化指标的测定。

1.2.3 抗氧化及生理生化指标测定选取充分受光、叶位一致的叶片采样，液氮处理后超低温冰箱保存，用于膜脂质过氧化等生理生化指标的测定。SOD、

1.2.4 叶绿素含量芍药叶片叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)及总叶绿素(Chl)含量用95%乙醇提取法提取，分光光度计测定663和645 nm处吸光度值A663和A645，依据以下公式计算叶绿素a(Chla)和叶绿素b(Chlb)含量。

Chl a(mg·L-1)=(12.72A663-2.59A645)

Chl b(mg·L-1)=(22.88A645-4.67A663)

1.3 数据处理

采用Excel 2010软件对数据进行处理和绘图，采用DPS 7.5和SPSS 11.5统计分析软件对数据进行差异显著性检验(LSD法，α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 5-ALA和CaCl2处理对芍药观赏性状的影响

表1和图1显示，从5月18日开始结蕾至7月初花朵凋落，各处理组芍药的花期、最大花径及最大花朵鲜重都表现为5-ALA组>CaCl2组>对照组，且各组之间均差异显著(P<0.05)。其中，CaCl2和5-ALA处理组芍药的花期比对照分别显著延长了3和6 d、最大花径分别显著增加了19.5%和37.8%，而最大花朵鲜重比对照分别显著提高了10.5%和25.5%。同时，由图1可知，4月22日，芍药已经现蕾，植株株型紧凑，叶片呈现鲜绿色，但花蕾数量明显表现为5-ALA组>CaCl2组>对照组；5月12日，5-ALA组的芍药已经开花，且开放的花朵已经完全展开，CaCl2组的植株也有少量花朵，但花朵开放程度和花径都小于5-ALA组，而对照组植株还未开花；6月2日，三组芍药均已进入盛花期，花朵数量并无差异，且5-ALA组和CaCl2组植株的花茎坚挺，而对照组植株的花茎明显柔弱，呈倒伏现象；6月22日，三组芍药均已进入末花期，对照组和CaCl2组植株的花朵已经萎蔫，花瓣开始脱落，而5-ALA组植株的花朵仍然呈开放状态，没有花瓣衰落的现象，花期明显长于对照组和CaCl2组；7月12日，对照组和CaCl2组的芍药开始进入休眠期，植株已经受到高温胁迫，叶片出现焦叶现象，而5-ALA组植株耐高温能力更好，叶片维持绿色。

表1 外源5-ALA和CaCl2处理下芍药观赏性状的变化Table 1 The physiological indexes of P. lactiflora influenced by exogenous CaCl2 and 5-ALA treatments

2.2 外源5-ALA和CaCl2处理对芍药叶绿素含量的影响

在4～7月份期间，各处理组芍药叶片叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量总体上均呈现相似的逐渐下降趋势，且在6月2日以后降幅增大，大多达到显著水平；CaCl2处理组和5-ALA处理组均不同程度地高于同期对照组，并基本表现为5-ALA组>CaCl2组>对照组。其中，芍药叶片叶绿素a含量在同期处理组与对照组之间无显著差异；CaCl2处理组各时期的叶绿素b含量均比对照组显著增加，增幅在10.53%～45.16%之间，5-ALA处理组的叶绿素b含量在6月2日～7月12日也显著高于同期对照组，但始终与同期的CaCl2处理组无显著差异；5-ALA和CaCl2处理组的总叶绿素含量均显著高于同期对照，增幅分别为4.58%～17.53%和4.15%～15.46%(图2)。可见，外源5-ALA和CaCl2处理均显著提高芍药叶片总叶绿素含量和叶绿素b含量。

2.3 5-ALA和CaCl2处理对芍药叶片光合气体交换参数的影响

从4月到7月份，各处理组的芍药叶片光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)及气孔导度(Gs)和胞间二氧化碳浓度(Ci)均呈现出相似的季节性变化规律，Pn和Gs值均先上升后下降并在6月2日达到峰值，Tr值逐渐升高，而Ci先下降后上升并在6月2日出现最低值，且在同一时期内各处理之间多存在显著差异；同期处理间相比较，芍药叶片Pn、Tr和Gs均表现为5-ALA组>CaCl2组>对照组，而叶片Ci则表现为相反的趋势(5-ALA组

总体而言，外源CaCl2和5-ALA显著提高了芍药叶片Pn、Tr和Gs，显著降低了其Ci，且5-ALA比CaCl2作用效果更明显。另外，方差分析结果表明，外源化学试剂处理与生长时间的交互作用对各处理组的光合气体交换参数的变化也有显著影响。

2.4 5-ALA和CaCl2处理对芍药叶片抗逆生理指标的影响

表2同时显示，从4月至7月，各处理组和对照组叶片的SOD、CAT和POD的活性均呈现先上升后下降的趋势，并均在6月2日达到最大值，且各时期之间大多存在显著性差异；与同期对照相比，除了4月22日5-ALA处理组的SOD活性显著降低外，CaCl2和5-ALA处理组的SOD、CAT和POD活性都不同程度增加，增幅大多达到显著水平，且5-ALA处理组增加的幅度更大。其中，CaCl2处理组和5-ALA处理组的SOD活性分别比对照组提高了0.99%～25.26%和-5.35%～84.21%，它们的CAT活性分别比对照组提高了0.19%～3.45%和2.12%～11.51%，POD活性分别比对照组提高了0.13%～2.49%和1.53%～8.32%。

表2 5-ALA和CaCl2处理下芍药叶片生理生化指标的变化Table 2 Changes of physiological and biochemical indexes in leaves of P. lactiflora treated with exogenous CaCl2 and 5-ALA

3 讨 论

3.1 CaCl2和5-ALA对芍药观赏性状的处理效应

关于通过外源Ca2+处理改善鲜花品质、延长切花瓶插期已有较多研究。如采用4 g·L-1CaCl2处理康乃馨可使其瓶插寿命延长3.5 d[24]；2%的CaCl2溶液有利于月季切花后期吸水，使其瓶插寿命延长近3 d，并能增加切花鲜重[25]；采前喷施4%的CaCl2可以明显提高芍药盆栽苗的茎秆品质[11]，200 mmol·L-1纳米碳酸钙处理可以促进芍药花茎中PlCIPK基因的表达，进而影响芍药花茎的强度[26]。目前，对于5-ALA处理改善花卉观赏品质的研究则鲜有报道，研究发现外源5-ALA除了缓解逆境对植物的伤害作用，还可增加作物的产量、促进花青素合成和改善果实外观品质[27]等；叶面喷施20 mg·L-15-ALA能够提高玉米幼苗的株高、叶面积和鲜(干)重[28]，50 mg/L的5-ALA处理可提高羊草的株高和鲜重，促进糖、蛋白和氮磷钾等物质积累[22]；而采收前10～20 d对苹果喷施100～300 mg·L-15-ALA可以提高苹果叶片光合性能，改善果实的品质[27]。本研究发现，采用CaCl2和5-ALA处理后，可以显著改善芍药的生长发育状况，显著延长栽培芍药的花期，且5-ALA处理的效果优于CaCl2，因此，有望将5-ALA用于改善园林花卉的观赏品质及切花生产。

3.2 CaCl2和5-ALA对芍药光合气体交换参数的处理效应

夏季的高温导致芍药茎叶萎蔫、叶色枯黄，使其观赏效果和次年的生长发育受到影响[29]。研究发现，随着自然高温时间的持续，不同芍药品种叶片叶绿素含量呈下降趋势[30]；高温也可引起芍药休眠，叶片气孔关闭及Pn、Gs、Tr、水分利用效率(WUE)和Ci的降低，进而导致芍药植株光合能力的下降[31]。而高温环境下Pn降低的主要原因是光合作用相关酶活性的降低及光合器官损伤[32]；不同形态的Ca2+均可抑制高温逆境下番茄叶片中叶绿素a和类胡萝卜素含量的下降，显著提高Pn，不同程度提高Tr和Gs[33-34]；叶面喷施CaCl2溶液可提高皖贝母叶片叶绿素、类胡萝卜素含量和Pn，减轻高温胁迫对皖贝母叶片的伤害[12]。作为合成叶绿素、亚铁血红素、维生素B12等四吡咯环色素必不可少的物质，5-ALA在代谢中占有重要的地位[35-36]，其中亚铁血红素则是光合、呼吸电子传递链以及多种氧化还原酶的辅基[36-37]，外源5-ALA施用有助于提高逆境条件下植物的Pn[38-39]，能显著增加裸燕麦叶绿素a含量、叶绿素a/b、类胡萝卜素含量[40]，100 mg/L 5-ALA能够促进葡萄叶片叶绿素含量及Pn、Tr、Gs和Ci的增加[41]。可见，外源CaCl2和5-ALA处理在提高逆境条件下植物光合能力方面具有普遍性，本研究也证明了这一点，CaCl2和5-ALA处理组芍药叶片的叶绿素a、叶绿素b及叶绿素含量均高于对照组，与此同时芍药叶片的Pn、Gs和Tr都有不同程度提高，且5-ALA处理效果优于CaCl2。

3.3 CaCl2和5-ALA对芍药叶片抗逆生理生化指标的处理效应

综上所述，外源CaCl2和5-ALA可提高夏季高温胁迫下芍药叶片的叶绿素含量，增加叶片净光合速率、蒸腾速率和气孔导度，降低胞间CO2浓度，增强抗氧化酶活性，降低超氧阴离子产生速率和MDA含量，从而显著延长芍药花期和增加其花朵直径和鲜重等观赏品质。说明CaCl2和5-ALA可以通过提高芍药叶片叶绿素含量和抗氧化能力来增强植株光合作用能力和降低膜脂过氧化水平，从而缓解夏季高温胁迫对芍药造成的伤害，促进植物生长发育，延长芍药的花期。有关CaCl2和5-ALA在缓解高温胁迫对芍药伤害的过程中是否存在互作以及高温胁迫下芍药的适应性机制等方面有待进一步深入研究。