几种化合物对吊兰根系生长及超微结构的影响

陈蔚燕,张健玮,师进生

(青岛农业大学 化学与药学院,山东 青岛 266109)

目前关于调节剂的相关研究及其作用主要集中于以下几个方面:1)粮食作物,像调节剂对小麦、玉米、水稻等的促进作用,有学者用三十烷醇溶液对花生种子出苗进行了研究,有学者用3-(2-吡啶基)丙醇(784-1)溶液对植物根的形成进行了研究[1];2)经济作物,像大豆、棉花、土豆等,有学者用4-羟基香豆素衍生物对大豆的调剂活性进行了研究[2];3)蔬果,很多学者对蔬菜种子、苹果、葡萄等均进行了大量的实验,像丝瓜种子用1.0 mg·kg－1的三十烷醇处理后,其种子的萌发具有较为明显的促进作用,像用GA和6-BA同时处理黄瓜可以促进果实生长[3];4)林木和花卉方面,文献[4-6]分别对玫瑰、吊兰、甜叶菊、万寿菊等花卉进行了调节剂的作用研究,结果表明调节剂在某些花卉中的影响较为显著,然而目前对于花卉苗木最常用的调节剂一直只停留在赤霉素、细胞分裂素和乙烯等常见的调节剂。

为了研发新型植物生长调节剂,本课题组申请了系列植物生长调节剂专利(已获国家发明专利)[7-10]。前期研究发现,该系列专利化合物在种子发芽、生根方面有明显优势,喷施苹果、小麦、生姜等作物后,可提高产量、改善外观和提高品质等[11-14]。

针对目前吊兰已有植物生长调节剂[15-17]、营养液[18-19]和混肥[20-21]的相关研究报道,本研究将本课题组的发明专利产品应用于吊兰上,研究这几种化合物对吊兰根系生长、根系活力和根尖超微结构的影响,为其在吊兰等花卉植物的水培培养和根外施肥的应用中提供数据和理论依据。

1 实验部分

1.1 实验材料及处理

实验材料:吊兰(Chlorophytum comosum(Thunb.)Baker.、金边吊兰)

供试药剂:5%肉桂酰胺水剂(RGXA)、5%肉桂酰胺季铵盐(RGJA)、5%萘酐酰胺水剂(NAXA)和5%萘酐季铵盐(NAJA),以上是青岛科技大学农用化学品研究所专利产品,分子式见图1。将上述4种药剂分别稀释成两个浓度,500倍液(用－1表示)和1 000倍液(用－2表示),用其对金边吊兰进行溶液培养,同时以清水处理为对照(CK)。

图1 RGXA、RGJA、NAXA和NAJA 4种化合物的分子式Fig.1 Molecular formulas of RGXA,RGJA,NAXA and NAJA four compounds

试验于2020年5.1至6.30在青岛农业大学植物光照培养室进行。将吊兰分株后,选取大小、长势基本一致的幼苗进行溶液培养。各培养瓶装入各不同的培养液150 m L,使实验吊兰的根部埋于液面下,定期(每3 d)更换培养液。培养室温度25～28℃,光照强度30 000 lux。每个浓度的培养液均重复5组,培养时间到后进行下面的测定和分析。

1.2 测定项目及方法

根系鲜重和干重测定:把吊兰根部完全清洗干净,用吸水纸吸干水分,切下根部称量鲜重,每组称量3次,取平均值。

根系活力测定:依据文献[13]TTC法。

根系膜透性测定:取样品根部用去离子水洗净后放入试管中,加入20 m L去离子水,使样品根部充分浸没在溶液中,震荡后静置3 h后测溶液电导率。将测量完电导率的试管放入大烧杯中在电热套上加热煮沸30 min后静置,待溶液冷却后再测量其电导率,重复进行3次,取平均值。用公式(细胞膜透性＝沸前电导率/沸后电导率)来计算根系细胞膜透。

根尖超微结构分析:植物培养结束后,用蒸馏水彻底冲洗,通过双试剂固定、脱水、包埋、干燥箱、冷冻、切片、双染,在透射电子显微镜下观察根尖超微结构变化[22]。

1.3 数据统计及分析

试验数据经Excel 2003和Origin7.5进行 处理,数据差异性分析采取SPSS软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同药剂处理对吊兰根重的影响

不同药剂处理对吊兰根重的影响见图2。

图2 不同化合物对吊兰根重的影响Fig.2 Effect of different compounds on root weight of Chlorophytum

从图2可以看出,实验所用的药剂中,RGXA-1和RGXA-2对吊兰的鲜重和干重上均显著高于CK,较其他化合物优势也很大,其中RGXA-1处理的吊兰根部鲜重较CK提高了17.1%,RGXA-2处理的吊兰根部鲜重较CK提高了6.9%,说明在用RGXA进行刺激吊兰根部时,有助于吊兰根部的生长。

2.2 不同药剂处理对吊兰根系活力的影响

土壤环境中的水分和离子通过植物的根系进入植物体参与植物生长代谢的整个过程,本工作所用的不同药剂在分别稀释2个不同的倍数后对吊兰根系活力的影响见图3。

图3 同化合物对吊兰根系活力的影响Fig.3 Effect of the same compound on root activity of Chlorophytum

从图3可以看出,除了NAXA-1和RGJA-2的根系活力低于CK外,其他的供试试剂根系活力均较CK高,说明本研究所用的RGXA、NAJA两种药剂对吊兰根部进行刺激时,均有助于提高吊兰根部的活力。NAXA和RGJA两种制剂虽然在实验浓度不同时出现不同的现象,但NAXA-1和RGJA-2对吊兰根部也有一定的促进作用。

2.3 不同药剂处理对吊兰根系膜透性的影响

不同药剂处理对吊兰根系膜透性的影响见图4。从图4看出,NAXA-1处理的吊兰根系膜透性低于CK,其他的处理与清水处理的结果没有很大的区别,说明这些新化合物对于吊兰根系膜透性没有太大的影响,没有显著性差异。

图4 不同化合物对吊兰根系膜透性的影响Fig.4 Effects of different compounds on root membrane permeability of Chlorophytum

2.4 不同药剂处理对吊兰根尖超微结构的影响

由于根的所有功能都和根的显微结构有一定的关系,对根显微结构的观察可以了解植物的生理需求,强壮的根系可为蓬勃茂盛的株冠提供基础,只有了解根系的发育才能更加全面的理解植物地上部的生长发育现象。通过以上表观现象呈现的数据,可知实验所用的不同药剂对吊兰根部具有一定的刺激作用,植物的的根系,特别是根中的通气组织和根尖的细胞组织的变化,可以将各药剂对植物分子水平上的作用体现出来,因此针对吊兰根系根尖组织的微观结构变化进行了电镜研究,见图5。从图5可以看出,RGXA-1核RGXA-2处理的吊兰根尖的细胞核较CK处理的细胞核硕大,且边缘细腻,RGXA-1和RGXA-2处理的吊兰根尖的内部组织较CK处理的内部组织清晰明显,NAXA-1的内生组织出现模糊,与其对根系活力的作用相呼应,结合上述数据可见,本工作作用的化合物RGXA对吊兰的根尖具有非常明显的促进作用。

图5 不同化合物对吊兰根尖细胞显微结构的影响Fig.5 Effect of different compounds on the root tip microstructure of Chlorophytum

3 结 论

通过5%(RGXA)、5%(RGJA)、5%(NAXA)、5%(NAJA)这4种制剂分别在500倍液和1 000倍液对吊兰处理后,发现RGXA-1处理的吊兰根部鲜重较CK提高了17.1%,RGXA-2处理的吊兰根部鲜重较CK提高了6.9%,可见500倍的稀释浓度比1 000倍液处理的根重较高,RGXA、NAXA-2、RGJA-1的根系活力显著高于CK,说明在用这些化合物进行刺激吊兰根部时,有助于吊兰根部的活力,同时可以看出,同一种制剂在不同的稀释倍数时也呈现出不同的刺激根部的效果。根据高分辨透射图分析根尖微观结构的变化时,发现RGXA化合物在刺激吊兰根尖的微组织时引起吊兰根部的干鲜重的变化和根系活力的变化非常明显,分析其原因可能是因为RGXA使得根系内部气孔开度增大,刺激了根部生长素的产生,加快了生长素信号的传递,NAXA-1的刺激使得根系膜透性降低,也是该浓度下的处理使根部内生组织的的破坏所导致的。因此本工作所得到的数据可以为吊兰类花卉、水培类植物、观赏类植物等的培育提供一定的方法和数据支持。