IAA对幼苗期夏橡生长及光合特性的影响

石海燕，张志刚，李宏，杨建军，李斌，史开奇，杨璐

(1.新疆大学 生态与环境学院，绿洲生态教育部重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830017；2.新疆林科院 造林治沙研究所，新疆 乌鲁木齐 830000；3.伊犁州林木良种繁育试验中心，新疆 察布查尔 835311；4.新疆林果树种选育与栽培重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830000；5.新疆林木资源与利用国家林草局重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830000)

夏橡(Quercussessilis)又名长柄栎、夏栎，为壳斗科栎属落叶乔木.幼苗期夏橡生长缓慢，在生长季中存在“封顶”现象，即该树种的季节生长呈现间断性，在生长季内顶芽生长有明显的停滞期，导致幼苗年生长量较低，育苗周期长，影响大面积推广，该现象在多数栎属季节生长中均有发生[1].前人做了大量工作研究夏橡的育苗与栽培技术[2]，包括在幼苗期追加水肥，打破其封顶现象[3]，喷施钙液使苗木直立生长[4]以及外源喷施赤霉素(GA)促进夏橡生长[5]，但利用吲哚乙酸(IAA)促进幼苗期夏橡打破封顶，促进生长及影响其光合特性的研究较为少见.

IAA是人工合成、具有天然植物激素活性的有机物质，能对植株根、茎、叶起到不同的生长促进作用[6-9].近年来，国内外利用IAA来调控植株生长发育的研究越来越多，主要集中于促进植株生长，解除种子休眠[10]，扦插[11]及改善作物光合性能等[12].如IAA处理对喜马拉雅紫茉莉的生长及降香黄檀苗木株高、基径及相对生长总量均具有促进作用[13-14]，同时IAA处理对于盐胁迫下的水稻种子萌发、胚根数量等具有显著影响.关于IAA对栎属的研究包括：利用IAA进行栓皮栎、娜塔栎离体扦插[15-16]，对栓皮栎进行无性系组培繁殖等[17].前人研究表明IAA对于植株生长具有显著促进效果，但在栎属中多应用于扦插、组培等，关于促进栎属乔木顶芽萌发生长的研究较少.本文针对幼苗期夏橡生长缓慢现象，以1年生夏橡幼苗为试验材料，探究人工叶面喷施不同质量浓度IAA时，幼苗期夏橡生长指标及光合作用响应特征，以期筛选出IAA促进幼苗期夏橡生长的适宜质量浓度，进而打破幼苗期夏橡封顶现象，为缩短夏橡出苗周期、快速推广提供理论基础.

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于新疆伊犁州林木良种繁育试验中心，位于天山西北部伊犁河南岸，海拔660 m，地势平坦，属典型的温带大陆性半干旱气候，当地热量丰富，光照充足，年均降水量203 mm，年均气温6.7～9.9 ℃，7月均温22.7 ℃，极端高温38 ℃，相对空气湿度60%，地下水位较高，土壤类型为沙壤土和盐化潮土，肥力中上等，适宜多种树木生长[18].

1.2 试验布设

1.2.1 试验苗木选择

在新疆伊犁州林木良种繁育试验中心夏橡繁育大棚内选择1年生夏橡播种苗木(大号营养袋播种实生苗木)，在大棚内挑选生长良好、无病虫害、苗相一致且顶芽未生长，即封顶夏橡苗木.在户外田地铺设地布，将所有苗木放置后进行充分灌溉，养护3～5 d备用.

1.2.2 IAA配置

配置质量浓度分别为20、40、60、80、100、120 mg/L的IAA溶液，且现用现配.同时设置对照组，共计7个处理，每个处理喷施10株、重复1次，共计使用幼苗期夏橡140株.

1.2.3 IAA喷施时间

第1次喷施时间为2021年5月24日，即为试验初始，所有苗木均为顶端封顶状态；当夏橡幼苗第2次封顶率达到总数50%时，于2021年6月12日进行第2次喷施；当夏橡幼苗第3次封顶率达到总数的50%时，于2021年7月31日进行第3次喷施.喷施选择在20:00至21:00时间段内进行，如遇夜晚降雨天气，可在次日10:00前进行补施.每次确保每株夏橡每个叶片均受到喷施，喷施程度以叶面形成水滴开始滴落为准，每个处理均同步进行.

1.2.4 田间管理

试验期间苗木灌溉采取统一管理且保证每株苗木灌溉水充足，灌溉时采用苗木基部滴灌，每间隔2 d检测1次营养袋内基质含水量.利用肥料罐进行统一滴灌施肥，肥料选取绿聚能复合肥料(N+P2O5+K2O≥46%)，每周2次，单次施肥量为0.26 kg，保证植株生长所需营养.

1.2.5 测定项目与方法

1.2.5.1 夏橡生长状态判断

当夏橡顶端不再产生嫩叶，无新叶片生长时，即认定为植株进入封顶状态，封顶状态下夏橡幼苗顶端逐渐形成芽孢，解除封顶时，芽孢缓慢膨大，即重复萌发时植株生长状态.通过观察植株茎秆颜色判断木质化程度，结合节间判断夏橡不同生长阶段.

1.2.5.2 株高、基径、新梢生长量测定

用卷尺(精确到0.1 cm)测量基部到植株最高点的长度(株高)；用游标卡尺测量近地面茎部最粗处(基径)；每2 d用卷尺测量从试验开始新萌发的枝条长度(新梢生长量)；每日北京时间10:00观察并记录每株夏橡生长状态的变化.

株高增长量=(试验结束时株高-试验开始时株高)/试验开始时株高，

(1)

基径增长量=(试验结束时基径-试验开始时基径)/试验开始时基径.

(2)

1.2.5.3 光合指标测定

于2021年6月12日第2次喷施不同质量浓度的IAA，IAA喷施3 d后进行光合指标测量.测量周期为6月16日至6月24日(喷施IAA后4～12 d)，每间隔1 d测量1次，共5次，测定时间为北京时间11:00至13:00，设置测定光强为1 000 μmol/(m2·s).2021年6月19日进行光合日变化测定，8:00至20:00每隔2 h测定1次，共7次.测定随机选取每个处理中生长健康的2～3株幼苗，取中上部功能叶3片，每片测量5次，以平均值为测定结果.光合指标为净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)以及空气中二氧化碳浓度(Ca),并利用公式(3)(4)计算气孔限制值(Ls)及叶片瞬时水分利用效率(WUE).

Ls=1-Ci/Ca,

(3)

WUE=Pn/Tr.

(4)

1.3 数据处理

试验数据采用Excel2016进行处理，Origin2018作图，采用SPSS24.0软件进行统计学检验，选取最小显著性差异 (least significant difference，LSD)法及沃勒-邓肯对比分析在喷施IAA后幼苗期夏橡叶片光合指标的差异性(α=0.05).

2 结果与分析

2.1 IAA处理下幼苗期夏橡生长特征

2.1.1 幼苗期夏橡解除封顶率

在幼苗期夏橡5月至9月整个生长过程中，根据其生长状况的不同，可以分为不同生长阶段，如表1所示.由表1可以看出，经过IAA处理后夏橡解除封顶率及封顶率的差异.第1次喷施IAA后，对照组和处理组解除封顶率均为100%，在经过一段时间生长之后，各处理植株陆续第2次封顶，其中对照组封顶率最高，为95%，质量浓度为80 mg/L处理组封顶率最低，为70%；第2次喷施IAA后，各处理出现第2次解除封顶现象，其中120 mg/L处理组解除封顶率达到100%，质量浓度为60、80 mg/L处理组解除封顶率最低，为85%；植株出现第3次封顶现象，封顶率最高的是100 mg/L处理组，达到95%，而封顶率最低的是60 mg/L处理组，为75%；此时再次喷施IAA，其中40 mg/L处理组第3次解除封顶率最高，达到85%，对照组解除封顶率最低，为40%；各处理表现第4次封顶状态，其中20 mg/L处理组封顶率达到40%，100 mg/L处理组封顶率最低，为15%，60、100 mg/L处理组第4次解除封顶率均为5%.

表1 IAA处理下幼苗期夏橡解除封顶率及封顶率Tab.1 Rate of uncapping and capping of Quercus sessilis at seedling stage under IAA treatment

2.1.2 株高、基径及新梢生长量变化规律

IAA处理后，幼苗期夏橡新梢生长量均值分析(图1a)表明：经过IAA处理的植株新梢生长量均高于对照组，其中以质量浓度120 mg/L处理组表现为新梢生长量最大，达到35.91 cm，其次为100 mg/L处理组，新梢生长量达33.63 cm.方差分析表明，各处理间新梢生长量无显著性差异(P>0.05).经过IAA处理的植株3次生长高度逐渐增加，而对照组则以第1次生长和第2次生长量较大，第3次生长量较小.

IAA处理后，幼苗期夏橡株高和基径的相对增长量分析(图1b)表明：对照组株高和基径的相对增长量为54.33%和63.01%，经过IAA处理的植株株高和基径增长量基本保持相同变化趋势，其中以120 mg/L处理组和100 mg/L处理组表现最为突出，株高增长量分别达到103.96%和80.13%，基径增长量达到95.79%和94.40%，与对照组有显著性差异(P<0.05).

a.生长量；b.相对增长量.图1 IAA处理下植株生长量变化Fig.1 Changes in plant growth under IAA treatment

2.2 IAA处理下光合日变化特性

经过IAA处理后，幼苗期夏橡Pn日变化如表2所示，日变化趋势如图2a所示.结果表明，对照组幼苗期夏橡Pn日变化表现为午间有所降低的双峰曲线类型，存在“光合午休”现象，而经过IAA处理的夏橡Pn双峰不明显或者呈现单峰.在同样的自然条件下，夏橡植株上午的光合能力高于下午，上午峰值均出现在12:00，其中最大值为质量浓度20 mg/L处理组，达到14.43 μmol/(m2·s)，最低值为80 mg/L处理组，为11.45 μmol/(m2·s)，且各处理间Pn无显著性差异(P>0.05)，后逐渐下降；其中20、40 mg/L处理组在16:00时出现全天内第2个峰值，再次上升到7.72 μmol/(m2·s)和8.83 μmol/(m2·s)；对照组在18:00时出现全天内第2个峰值，再次上升到9.03 μmol/(m2·s)，同一时段内各处理之间无显著性差异(P>0.05)；60、80、100、120 mg/L处理组的幼苗期夏橡Pn日变化呈现“∧”型的单峰曲线，在12:00达到全天最高峰后持续下降，并降低至观测段内Pn最低值.从喷施IAA后夏橡Pn日变化趋势分析可以得出，IAA的喷施会影响植株的Pn峰值以及峰值出现的时间，随着喷施质量浓度的逐渐升高，夏橡下午的峰值提前并逐渐消失.

表2 IAA处理下植株的净光合速率(Pn)日变化Tab.2 Daily changes in net photosynthetic rate (Pn) of plants under IAA treatment

蒸腾作用是植物吸收和运输水分的重要途径，直接影响光合作用所需的水分.经过不同质量浓度的IAA处理后，幼苗期夏橡Tr日变化如表3所示，日变化趋势如图2b所示.经过IAA处理后Tr平均值升高，14:00至18:00内Tr值较为稳定，此时蒸腾作用大，导致散失水分多，气孔关闭导致Gs下降，从而影响Pn下降.对照组及40、60 mg/L处理组Tr变化呈现单峰，峰值分别出现在18：00和14:00，而20 mg/L的IAA处理组植株Tr变为双峰且峰值提前至12:00和16:00，经过较高质量浓度的IAA(80、100、120 mg/L)处理的植株Tr值变化为双峰，且峰值出现在14:00和18:00.对照组与20、120 mg/L的IAA处理组植株在8:00至10:00时Tr值小幅下降，其余处理组略有上升；对照组在14:00时达到峰值5.91 mmol/(m2·s)，质量浓度为20 mg/L处理组的Tr值3.86 mmol/(m2·s)最小，两者具有显著性差异(P<0.05)，16:00时下降后缓慢上升至6.44 mmol/(m2·s)，与80、120 mg/L处理组有显著性差异(P<0.05)；20 mg/L处理组在12:00时达到峰值，与各处理间均无显著差异(P>0.05).

表3 IAA处理下植株的蒸腾速率(Tr)日变化Tab.3 Daily changes in transpiration rates (Tr) of plants under IAA treatment

a.光合速率;b.蒸腾速率；c.气孔导度;d.胞间二氧化碳浓度;e.气孔限制值;f.水分利用效率.图2 IAA处理下植株的光合日变化特性Fig.2 Daily photosynthetic characteristics of plants under IAA treatment

经不同质量浓度的IAA处理后，幼苗期夏橡Gs、Ci及Ls日变化如表4～6所示，日变化趋势如图2c-e所示.气孔是植物体与外界进行气体交换的重要途径，Gs值的变化则反映气孔行为.结果显示，除8:00至10:00外，各时间段内Pn、Gs以及Ci的变化趋势大致相同，对照组Ci值先降低后升高，最低值出现在16:00，在16:00前空气阻力增大，气孔限制值增大(Ls增大，Ci减小)，由于气孔限制造成光合抑制.在16:00后，Pn减小，但是Ls减小，Ci增大，则说明是非气孔限制导致的光合抑制.经过IAA处理的植株则以14:00为界，分别表现出气孔限制和非气孔限制.

表4 IAA处理下植株的气孔导度(Gs)日变化Tab.4 Daily changes in stomatal conductance (Gs) of plants under IAA treatment

表5 IAA处理下植株的胞间二氧化碳浓度(Ci)日变化Tab.5 Daily changes in intercellular carbon dioxide concentration (Ci) of plants under IAA treatment

表6 IAA处理下植株的气孔限制值(Ls)日变化Tab.6 Daily changes in stomatal limitation (Ls) of plants under IAA treatment

植物WUE是评价植物水分生产力的重要指标，根据WUE=Pn/Tr，叶片的WUE大小主要取决于Pn和Tr.经过不同质量浓度的IAA处理后，幼苗期夏橡WUE日变化如表7所示，日变化趋势如图2f所示.各处理间WUE变化趋势基本相同，表现为先升高后降低，在10:00时达到最大值，对照组与80、120 mg/L处理组有显著性差异(P<0.05)，下午14:00至20:00时WUE趋于平缓，变化幅度较小.经过IAA处理的植株几乎均表现为Pn和Tr增大，WUE降低，表明喷施激素后，植株的Pn及Tr均增加，但对Tr的促进作用强于对Pn的作用.

表7 IAA处理下植株的水分利用效率(WUE)日变化Tab.7 Daily changes in water use efficiency (WUE) of plants under IAA treatment

2.3 IAA处理下光合动态变化研究

不同质量浓度IAA处理幼苗期夏橡3 d后光合指标动态变化趋势如图3a-f所示.Pn动态变化趋势(图3a)表明：对照组Pn逐渐下降，除质量浓度为80 mg/L处理组外，在喷施IAA 8 d内(6月12日至6月20日)均保持较高水平，第10天时Pn下降，第12天时再次上升，该处理组在10 d内与对照组一致，但在第12天时上升，且均高于对照组.说明IAA的喷施对延缓Pn下降具有一定作用，且以60 mg/L处理组为最高.对照组平均Pn值为9.94 μmol/(m2·s)，20、40、60、100 mg/L处理组的植株在6月16日至6月20日测量中Pn值基本处于稳定状态，甚至略有上升，分别稳定在10.95、11.76、13.09、12.33 μmol/(m2·s)左右，但在6月22日的测量中急速下降，6月24日缓慢回升，其中60 mg/L处理组与对照组有显著性差异(P<0.05)；经过80 mg/L的IAA处理的植株在6月16日至6月22日的测量中Pn值变化趋势与对照组一致，但Pn值略高于对照组，变化区间为12.08～9.61 μmol/(m2·s)，24日Pn值缓慢上升，平均Pn值为10.64 μmol/(m2·s)；120 mg/L处理组植株在该生长周期内Pn值呈现“W”型波动变化，峰值出现在6月16日，Pn值为13.34 μmol/(m2·s)，最低值出现在6月22日，为9.47 μmol/(m2·s)，但在该生长周期中，Pn值始终高于对照组.

a.光合速率;b.蒸腾速率；c.气孔导度;d.胞间二氧化碳浓度;e.气孔限制值;f.水分利用效率.图3 IAA处理下植株生长周期内光合动态变化Fig.3 Changes in photosynthetic dynamics during the growth cycle of plants under IAA treatment

Tr动态变化趋势(图3b)显示：在该生长阶段内，植株的Tr值基本表现为下降趋势，但处理组植株Tr值均高于对照组，且与Pn变化趋势基本一致.对照组在6月18日小幅度上涨，后逐渐降低，于6月24日取得Tr最小值，平均Tr值为3.09 mmol/(m2·s)；20 mg/L处理组在该生长阶段表现为“上升—下降—上升—下降”的趋势，但变化幅度较小，平均Tr值为3.77 mmol/(m2·s)；40、80、100 mg/L处理组的植株除6月18日有小幅上涨外，基本呈下降趋势，平均Tr值分别为3.97、3.69、3.86 mmol/(m2·s)；质量浓度为60 mg/L处理组在该生长阶段中Tr值呈降低趋势，平均值为4.35 mmol/(m2·s)，与对照组有显著性差异；120 mg/L处理组在6月16日至6月22日呈下降趋势，6月24日小幅上涨，平均值为4.34 mmol/(m2·s)，与对照组有显著性差异(P<0.05).

Gs、Ci及Ls动态变化趋势(图3c-e)显示:Ci与Gs变化趋势基本一致，均表现为“上升—下降—上升—下降”，且在6月18日和6月22日出现峰值，但对照组及经过低质量浓度IAA(20、40、60 mg/L)处理的植株，6月22日Ci值均高于6月18日Ci值，而经过高质量浓度IAA处理的植株，后期Ci值明显降低，呈现下降趋势；在喷施激素3 d后，Ls与Gs变化趋势正相反，表现为“下降—上升—下降—上升”，在6月18日和6月22日出现最低值，对照组及经过低质量浓度IAA(20、40 mg/L)处理的植株，6月22日Ls值均低于6月18日Ls值，而随着喷施IAA质量浓度的升高，后期Ls值明显升高.根据指标变化规律，发现在喷施IAA前期Pn及Tr降低时，空气阻力增大，气孔限制值增大(Ls增大，Ci减小)，是由于气孔限制造成光合抑制，而后期生长过程中Pn和Ls减小，Ci增大，此时是非气孔限制导致光合抑制.

WUE动态变化趋势(图3f)显示：对照组基本呈现逐渐上升的趋势，6月22日为最大值，经过低质量浓度IAA(20、40、60 mg/L)处理的植株WUE与Ls变化趋势一致，表现为“下降—上升—下降—上升”，在6月18日和6月22日出现较低值，而随着喷施IAA质量浓度的升高，在该生长阶段内，WUE值呈逐渐上升趋势.说明外源喷施较低质量浓度的IAA会降低植株的WUE，而随着喷施IAA质量浓度的升高，则会提高WUE.

3 讨论

外源喷施IAA会影响植株内部激素含量平衡，从而影响植株生长状态及光合特性，不同质量浓度IAA对植株的调控作用具有差异[19-20].幼苗期夏橡是否打破封顶继续生长、植株生长量以及基径等都是IAA作用的直观体现.结果表明，100、120 mg/L处理组均可显著增加夏橡的新梢增长量及基径和株高相对增长量.周紫晶等[21]发现经过100 mg/L的IAA处理后，马尾松幼苗基径增长量达到最大，株高也有较大增长，与本文研究结果一致.在进行3次激素喷施后，植株的每次生长高度均在增加，说明IAA持续影响植株生长.

光合作用是影响植物生长过程中重要的基础代谢之一，同时制约着生态系统生物生产力[22-23].植物的光合作用会受到外界环境等多方面的影响[24]，同时植物也会通过生理生态反应来对一个地区产生适应性.前人研究发现经过IAA处理后叶片光合能力显著提升，且IAA处理对光合作用的提升能力高于其他外源激素作用[25].在整个光合效率日变化进程中，经过IAA处理的夏橡幼苗日平均Pn、Tr、Gs、Ci值均高于对照组，Ls与WUE基本低于对照组.结合Pn日变化与Ls、Ci的关系，可知无论是否喷施IAA，在上午Pn降低主要是受到气孔因素的影响(Ls增大，Ci减小)，下午出现Pn降低主要是受到非气孔因素的影响(Ls减小，Ci增大)，即可能是外界光强减弱，IAA的喷施会影响植株对于外界光强的敏感度，提前进入非气孔限制状态.从WUE日变化特征来看，IAA的喷施对Tr的促进作用强于对Pn的促进作用，因此植株在喷施IAA后要保证充足的水分.Pn是衡量植物光合作用的重要指标，对照组夏橡Pn日变化呈现双峰曲线，这与罗英等[26]的研究结果一致，但秋季成年夏橡的日变化呈现单峰曲线[27]，与本研究有所不同，考虑是由于秋季气温较低，且幼苗与成年树木之间具有差异性所导致的，同时IAA的喷施同样会改变植株Pn日变化单双峰[28].尽管20、40 mg/L处理组并未引起夏橡生长指标的显著差异，但下午峰值的出现提前；而60、80、100、120 mg/L处理组处理的夏橡Pn日变化呈单峰曲线，在12:00达到全天最高峰，说明随着IAA处理质量浓度的增加，“光合午休”现象逐渐消失.Gs表征植物气孔开放程度，其大小影响植物与外界气体交换，同时调控光合作用[29]，对照组夏橡Gs日变化为双峰曲线，经过20 mg/L的IAA处理后下午峰值提前，其他处理呈单峰曲线.Ci也是衡量植物光合作用的重要指标，反映植物对CO2的利用效率[19].除8:00至10:00外，各时间段内Pn、Gs以及Ci的变化趋势大致相同，对照组在16:00前Pn降低主要受气孔因素影响，16:00后，则是非气孔限制导致的光合抑制.经过IAA处理的植株则以14:00为界，分别表现出气孔限制和非气孔限制.

第2次喷施IAA后，夏橡光合特性的动态变化影响着夏橡在生长周期内的生长.对照组Pn逐渐下降，而经过激素处理的植株在10 d内Pn一直保持较高水平，说明IAA的喷施对延缓Pn下降具有一定作用，光合速率持续期会影响植株的光合生产力，从而提高植株有机物的积累[30]；各处理Gs变化趋势一致，处理组均高于对照组，以60 mg/L处理组最高，与Ci值变化趋势一致，但随着处理质量浓度的升高，观测后期Ci值逐渐降低，在IAA处理前期，Pn及Tr降低时，Ls增大，Ci减小，在IAA处理后期，Pn降低伴随着Ci升高，Ls减小，Pn与Gs呈非线性关系变化，则IAA处理前期主要受气孔限制，而后期主要是非气孔因素占据主导地位，刘丹等[31]也得出了类似结论.经过激素处理的Ci值低于对照组，说明IAA的喷施减弱了植株的呼吸作用，从而促进植株有机质累积；Tr值整体呈现下降趋势，但经过IAA处理后Tr较对照组升高.外源喷施较低质量浓度的IAA会降低植株的WUE，而随着喷施IAA质量浓度的升高，则会提高WUE，喷施IAA后应保证植株水分充足.

4 结论与展望

本文以1年生夏橡幼苗为研究对象，喷施不同质量浓度外源IAA，观察植株封顶情况、株高、基径及新梢增长量等生长指标、光合日变化指标及喷施IAA后一段时间内光合指标周期性变化，以探究IAA对夏橡幼苗生长的促进作用，筛选促进夏橡幼苗生长的最佳IAA质量浓度.研究结果表明：1)喷施IAA提高了夏橡光合特性日变化指标Gs、Tr以及Ci，进而提高了植株的Pn，低质量浓度IAA处理下幼苗期夏橡Pn下午峰值提前，高质量浓度处理后光合“午休”现象消失；2)IAA处理对于延缓Pn下降有一定作用，以质量浓度为60 mg/L的IAA处理时Pn最大；IAA处理前期主要受气孔限制，后期以非气孔限制为主；3)促进幼苗期夏橡生长效果最显著的IAA质量浓度为100～120 mg/L.

不同外源植物生长调节剂会对夏橡幼苗生长带来不同的影响，在后期研究中，应继续尝试多种植物生长调节剂喷施处理，以期找到更有利于幼苗期夏橡生长的生长调节剂，为夏橡植株的推广种植提供可能.