不同植物生长调剂对八宝景天株型和生理特性的影响

李浩铭， 李青丰*， 曲 艳， 白云飞， 董 斌， 王梓凡

(1.内蒙古农业大学, 草原与资源环境学院/“农业部饲草栽培、加工与高效利用重点实验室”和“草地资源教育部重点实验室”，内蒙古 呼和浩特 010011; 2.中国农业大学， 草业科学与技术学院， 北京 1001933; 3.中国农业科学院草原研究所,内蒙古 呼和浩特, 010011)

随着社会进步、科技发展，人们日常追求不再止于物质层面，更注重精神层面的享受。因此城市生活中的绿化工程则成为重要的关注点。而观赏植物是绿化工程中的关键材料。八宝景天(Hylotelephiumerythrostictum)是景天科八宝属的多年生草本植物[1]。八宝景天叶片肉质饱满，花期长且花色艳丽，加之根系发达，对环境的适应范围广，具有耐干旱、土壤贫瘠等优势[2-3]。故常广泛应用于园林绿化及城市绿化[4]，以及生态修复等方面[5-6]。作为城市绿化草，一般栽种于道路边，常会受到汽车尾气等特殊环境的影响。因此近些年关于八宝景天抗逆性的研究日益增多，如刘紫娟等[7]、赵雪琦等[8]对不同胁迫条件下的八宝景天生理特性进行了研究。也有学者对八宝景天的抗逆性特征做出过阐释[9]。光合作用作为植物的重要功能可制造大量的干物质，为很多植物体内的生化反应提供所需的基础物质[10]。其中净光合速率是表征植物光合反应的关键指标，可用来反映光合生物学特性;气孔导度大小能够影响植物与外界气体的交换程度[11]，且对光合反应具有调控功能[12-13];蒸腾作用与胞间CO2浓度能够直接影响参与光合作用的水分及反映植物对CO2的利用能力。植物的生理指标可反映其抵抗外界逆境条件的能力。

植物生长调节剂广泛应用于调节植物的生长发育状况[14]。植物生长调节剂是一种经过人工合成的，且具有与内源激素相同功效甚至更有效的人工合成类激素[15]。在实际管护中，绿化草需要具备抗逆性强、长势旺盛等优势条件，适时喷洒植物生长调节剂可减少修剪次数，节约人力物力[16]。每种植物生长调节剂的作用效果均不单一，可对植物的株型、叶性状、根系发育、抗逆及吸收利用外部资源等多方面生长发育指标进行调控。而现如今，大量关于植物生长调节剂调控机制的研究大部分针对于农作物[17]，对于观赏植物的研究大部分止于对株型的影响[18]，对光合生理特性的研究更是少之又少。

因此本试验以市面上常见的5种商品植物生长调节剂细胞分裂素(CTK)、赤霉素(GA)、矮壮素(CCC)、多效唑(PP333)及座果精(Pol)作处理，对八宝景天于现蕾期开始叶面喷施，于植物盛花期进行株型及光合生理指标测定。以期探究不同的植物生长调节剂对八宝景天株型、光合生理指标的影响情况，根据实际生产管护所需，筛选最优的植物生长调节剂。旨在为提高八宝景天的光合作用及抗逆性理论提供基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于40°48′N，111°42′E，地处内蒙古呼和浩特市。属西北大陆性气候，且一年四季气候变化鲜明。年均温约6.5℃，年均降水量达400 mm左右。太阳辐射能源丰富，年日照时数约为 2 800～3 100 h[19]。

1.2 试验材料

试验材料为内蒙古农业大学绿化部门购置的商品幼苗，八宝景天扦插苗带土移入新校区内绿化地内，株行距约30 cm，试验采用地势平坦且受光均匀的八宝景天(以下简称为八宝)群体作为研究对象。

1.3 试验设计与方法

试验采用单因素多水平的设计，参照曲艳等[20]选用的5种商品植物生长调节剂及最佳配置方法，细胞分裂素(Cytokinin，CTK，5 mL稀释在4 L清水，产自潍坊秦达农化有限公司)，矮状素(Chlormequat chloride，CCC，10 g稀释在3 L清水，产自沈阳经济开发区亚美花肥土厂)，多效唑(Paclobutrazol，PP333，3 g稀释在3 L清水，产自四川省兰月科技有限公司)，赤霉素(Gibberellin，GA，3 mL稀释在3 L清水，产自山东百士威农药有限公司)和授粉座果精(以下简称为座果精Pollination fruit essence，Pol，3 g稀释在4L清水，产自山东海岱绿洲生物工程有限公司)。以不作处理(CK)做为对照试验。以上实验每小区面积为9 m2(3.0 m×3.0 m)，共3次重复，小区间设置0.5 m保护间隔。在植物抽薹现蕾期开始对植物叶面喷施，每隔约10 d选取晴朗无风的下午对各小区八宝群体叶面均匀喷施生长调节剂或清水(CK)每次喷施至叶面的液体开始滴落为止，开花期截止，共计喷施4次。

1.4 指标采集与测定

1.4.1植物株型测定(每个试验区随机取9株植物测定) 株高(cm)：卷尺测定植株自然高度；

冠幅(cm)：卷尺沿南北与东西垂直测量取平均；

基径(mm)：游标卡尺测量植物基部直径；

枝径(mm)：游标卡尺测量每株植物的任意3个枝的基径，取平均。

1.4.2叶绿素含量测定 本试验利用手持仪SPAD-502 Plus测定八宝叶片的SPAD值，此方法可以简单便捷的实操测定，且不会破坏试验材料。SPAD值可很大程度上表征叶绿素含量。按照植物主茎的上中下部叶片均匀取样，并于植物盛花期测定。每个处理3个重复，每个重复取5株测定，共计15个重复。

1.4.3光合参数测定方法 在植物盛花期采用LI-6400光合仪，选择晴朗无云的上午9:00—11:00间，对每个处理样地内随机5片健康叶(相同部位)进行净光合速率(Net photosynthetic rate，Pn，μmol·m-2·s-1)、气孔导度(Stomatal conductance，Gs，μmol·s-1)、胞间CO2浓度(Intercellular CO2concentration，Ci，μmol·s-1)、蒸腾速率(Transpiration rate，Tr，μmol·s-1)测定，设定3次重复。其中测定采用红蓝光叶室，叶室内CO2浓度设定为 500 μmol·mol-1，叶温控制为25℃，光合有效辐射为 1 500 μmol· m-2· s-1。

1.4.4生理指标测定方法 生理指标同样在植物的盛花期测定，取植物相同部位的新鲜叶片，冲洗干净后放入冰盒中作为待测样品，每个处理设定3次重复。丙二醛(Malondialdehyde，MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸比色法[21]，过氧化物酶活性(Peroxidase，POD)含量测定采用愈创木酚法[22]，过氧化氢酶活性(Catalase，CAT)紫外吸收法[23]，超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)含量测定采用氮蓝四唑法[24]。

1.5 统计方法与计算

1.5.1光合生理指标无量纲化 为消除不同指标间数据间性质与计数单位差异，可将数据无量纲化表示。本研究利用直线型无量纲方法中的标准差标准化法将八宝景天各光合生理指标无量纲化，对照组的响应指数规定为1，并同其他处理指标进行无量纲化。方便做相关分析及隶属函数排序等计算。

1.5.2光合生理响应指数公式的构建[25]由于不同指标对植物生长调节剂的响应不同，无法用某一指标来单独衡量八宝的光合生理指标对植物生长调节剂的响应。采用响应指数分别计算不同植物生长调节剂下八宝景天光合生理指标的总响应程度。

式中，RIChl为叶绿素响应指数，ch U为上部叶片的SPAD值，ch M为中部叶片的SPAD值，ch L为下部叶片的SPAD值；RIPho为光合作用响应指数，Pn为净光合速率，Gs为气孔导度，Ci为胞间CO2浓度，Tr为蒸腾速率；RIPhy为植物生理响应指数，SOD为超氧化物歧化酶活性，POD为过氧化物酶活性，CAT为过氧化氢酶活性，MDA为丙二醛含量。

1.5.3模糊隶属函数计算[26]

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)
R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)；

式中，若光合生理指标与响应指数呈正相关，则隶属函数以R(Xi)计算；若光合生理指标与响应指数呈负相关，则隶属函数以R(X′i)计算；其中Xi指第i个指标，Xmax为指标中最大值，Xmin为指标中最小值。

1.6 数据处理

采用Excel 2016对数据进行整理，对数据标准化、响应指数与模糊隶属函数计算；采用SAS 9.0进行指标间方差分析与相关性分析；最后采用Sigmaplot 14.0作图。

2 结果与分析

2.1 植物生长调节剂对八宝株型的影响

如表1所示，不同的植物生长调节剂对八宝景天的生长指标存在一定的差异性。与对照相比，GA处理下八宝景天的株高显著高于对照(P<0.05)，其余几个处理对株高的影响并不显著；对于冠幅来说，5种植物生长调节剂相对对照CK而言均出现了不同程度的抑制作用，但效果并不明显；CTK处理下的植物基径明显高于CK组(P<0.05)；而CCC与PP333处理下的枝径明显高于对照CK(P<0.05)。

表1 不同植物生长调节剂对八宝景天株型的影响Table 1 Effect of different plant growth regulator on the plant type of Hylotelephium erythrostictum

2.2 植物生长调节剂对八宝光合生理特性的影响

2.2.1植物生长调节剂对八宝叶绿素含量的影响 如图1所示，5种植物生长调节剂对八宝SPAD值的影响差异不止在植物生长调节剂种类上，还体现在叶片部位上。上部叶片中，CTK处理下八宝叶片SPAD值最高，Pol次之，二者均高于CK；中部叶片中5种植物生长调节剂下叶片SPAD值均小于CK；下部叶片中，PP333处理的叶片SPAD值最高。从叶片部位来看，几种处理下的SPAD值均表现为：上部叶>中部叶>下部叶。

图1 植物生长调节剂对八宝SPAD值的影响Fig.1 Effect of plant growth regulator on the Value of Hylotelephium erythrostictum SPAD注：不同大写字母代表植物生长调节剂种类间的差异显著(P<0.05)；小写字母代表叶片部位的差异性显著(P<0.05)Note:Different uppercase letters represent significant differences between plant growth regulator species at the 0.05 level;lowercase letters represent significant differences in leaf parts at the 0.05 level

2.2.2植物生长调节剂对八宝光合特性的影响 如图2所示，植物生长调节剂对八宝净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均呈现成显著性的差异(P<0.05)。图2A显示，5种植物生长调节剂处理下八宝净光合速率均明显高于CK(P<0.05)。其中Pol处理最高，其次为PP333与CCC处理；图2B/2D显示，八宝气孔导度与蒸腾速率在植物生长调节剂作用下的变化趋势一致。Pol处理下八宝气孔导度最高，CCC与PP333次之，三者均高于CK，而CTK处理最低；图2C显示，5种植物生长调节剂下的植物胞间CO2浓度均明显低于CK(P<0.05)，其中CTK处理胞间CO2浓度明显高于其他4种植物生长调节剂(P<0.05)。

图2 植物生长调节剂对八宝光合特性的影响Fig.2 Effects of exogenous plant hormones on the photosynthesis properties of Hylotelephium erythrostictum

2.2.3植物生长调节剂对八宝抗氧化特性的影响 如图3所示，5种植物生长调节剂对八宝的超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性均呈现显著的影响(P<0.05)。Pol处理下的SOD活性最高，CTK次之。而GA处理下POD活性最低，且明显低于CK；5种植物生长调节剂处理下的POD活性均明显低于CK处理(P<0.05)，其中PP333处理相对其他的植物生长调节剂种类来说POD活性最高；CTK处理下的CAT活性最高，GA次之，二者明显高于CK对照(P<0.05)，其余3种植物生长调节剂CAT活性均明显低于CK；5种植物生长调节剂处理下的MDA含量相对与CK均呈现显著差异(P<0.05)。

图3 植物生长调节剂对八宝抗氧化特性的影响Fig.3 Effect of plant growth regulators on antioxidant properties of Hylotelephium erythrostictum

2.3 八宝光合生理特性对植物生长调节剂响应比较

根据对八宝的叶绿素含量、光合特性及生理指标整体进行响应指数的计算，表明(表2)八宝的光合生理指数对植物生长调节剂的响应程度存在差异。从叶绿素含量上看，CCC与GA处理下的的响应指数RI Chl为负数，故二者对八宝叶绿素含量存在负效应。其余3种植物生长调节剂处理下的的响应指数RI Chl为正数，存在正效应，其中CTK对叶绿素的正效应最大，PP333处理的响应指数变异性最大。而光合特性对5种植物生长调节剂的响应指数均为正数，可见5种植物生长调节剂可有效的提高八宝光合特性。其中Pol，PP333与CCC对光合特性的正效应明显高于其余两种植物生长调节剂；八宝抗氧化特性对PP333与GA处理的响应程度为负效应，其余3种植物生长调节剂为正效应。

表2 植物生长调节剂对光合生理指标响应指数的影响Table 2 Effect of exogenous plant hormones on photosynthesis physiological index response index

2.4 八宝生理指标相关性及综合分析

对八宝的光合生理指标进行Person相关分析(规定总相应指数RI=1)。结果显示，POD，MDA与RI间呈显著的正相关关系，而SOD，CAT，Pn，Ci与RI间呈负相关关系。

表3 八宝生理指标相关性分析Table 3 Correlation Analysis of physiological indexes of Hylotelephium erythrostictum

经过5种植物生长调节剂对八宝作用，不同处理的8项光合生理指标进行综合评价，隶属函数情况见表4。光合生理指标的排序具体显示为：CCC>CK>Pol>CTK>PP333>GA。

表4 植物生长调节剂下八宝生理特性综合评价Table 4 Comprehensive evaluation of physiological characteristics of Hylotelephium erythrostictum under plant growth regulator

3 讨论

植物生长调节剂在近些年常被用来调节植物的生理和生态功能，如光合作用、叶绿素含量、生理特性差异；而后会体现在植物形态、结构功能上的差异性[27]。植物生长调节剂可通过改变植物内源激素平衡，而引起植物内部光合生理状况发生更改。不同的植物生长调节剂对植物的调控情况也有所不同。本试验结果显示，植物生长调节剂对植株型的影响具有一定的差异性，5种植物生长调节剂对植物的株高均具促进作用，而对冠幅则出现了抑制作用，可见植物在喷施植物生长调节剂后对株型具有一定的自我调节能力。

叶绿素含量、光合特性及生理指标对5种植物生长调节剂均呈现出差异响应。叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度与蒸腾速率是植物进行光合作用的重要指标。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素[28]，试验显示八宝叶上部的叶绿素含量大于叶中部，叶基部最低。这一结果与苏娜等[29]、陈琴等[30]、郑玉红等[31]人的研究相一致。形成这一现象的原因可能是植物的上部分叶片受光照时间长且阳光充分，根据负反馈原则，光合作用越强，则叶片的叶绿素含量越高[31]。另一方面，上部分的叶片的是新生叶，而基部叶片多数为老叶，叶龄高的叶绿素含量比新生叶低。净光合速率可直接表征光合作用能力的强弱，Pol处理下植物的净光合速率最高，PP333与CCC次之，三者的光合能力均较强。且Pol,CCC与PP333处理下气孔导度较大，更有利于光合作用的发生。CCC，PP333与GA作用下的八宝景天叶片胞间CO2浓度均明显低于其他处理，也有利于光合作用的发生。综上，Pol，CCC与PP333是通过扩大气孔开放程度来提高光合作用能力，其中后二者亦可通过降低胞间CO2浓度去提高光合能力。几种植物生长调节剂对光合作用的作用机理有所差异。而GA处理虽胞间CO2浓度较低，但其余三个光合指标均低，整体上看GA处理的光合能力较差。园林植物光合作用有释放氧气、降温增湿[32]等功能，在Pol，CCC与PP333处理下，八宝光合作用增强，对城市自然环境起到改善作用。

过氧化物酶、过氧化氢酶与超氧化物歧化酶是植物体内三大重要保护酶。植物体在正常情况下，三种酶活性不高，但当植物遭受环境胁迫时，三种酶活性会出现增高趋势，以便及时消除对代谢过程中产生的对植物体有毒害的过氧化物、过氧化氢[16]。但是，当三种酶含量较对照组低，则说明植物体内代谢的有害物质低。相反，若植物体内三种酶含量高于对照组，可见植物生长调节剂对植物体会产生一定的毒害影响。丙二醛作为脂质氧化物，是判断植物受胁迫程度的重要指标，其含量越高，表明植物受到损伤程度越大[33]。试验结果显示，CTK与Pol处理下的超氧化物歧化酶及丙二醛含量均明显高于对照组，CTK处理下的过氧化氢酶明显高于CK，而CCC处理下的植物四种生理指标均不大于CK。可见CTK与Pol能够提高代谢中产生毒害产物的速度，并且加快膜脂质氧化的速度，进而刺激植物体内保护酶活性升高。而CCC处理下植物内体的保护酶活性及丙二醛含量则与对照组相近，甚至低于对照组，可见在CCC处理下八宝体内有毒害的物质相较于其他几种处理下的含量降低。由此可知，CCC处理下八宝景天的抗逆性提高，能更好的面对多种复杂的环境，且老化程度降低。

通过单一指标说明植物生长调节剂对八宝生理特性的影响明显不足，故利用响应指数整体研究八宝生理特性对几种植物生长调节剂的响应。八宝的光合特性对Pol，PP333与CCC的响应指数明显高于其余两种植物生长调节剂，且响应指数均为正值，可见三种植物生长调节剂对八宝的光合作用能力具有较强的促进作用。同理CCC处理对八宝的生理特性呈现明显促进作用，可增强植物的抗逆境能力及抗衰老能力。在5种植物生长调节剂的作用下，结合植物的光合作用能力与生理指标，将所有指标进行无量纲化后进行模糊隶属函数的综合评价，展示出5种植物生长调节剂对八宝光合生理指标的改善程度，显示仅CCC处理后的隶属函数值高于CK。可见CCC处理下八宝景天的光合作用及抵抗外界环境胁迫能力、抗衰老程度等综合优势达到最大。本研究从植物的内部生理学机理阐述了5种植物生长调节剂对八宝景天的影响差异。为八宝景天的优化栽培提供理论支撑。同时为后续对八宝景天提高繁殖能力做基础铺垫。

4 结论

通过对八宝景天株型和生理特性对不同植物生长调节剂的响应研究，发现不同植物生长调节剂对植株的株型及生理特性呈现出不同作用，在八宝景天株高上，赤霉素处理下表现出促进作用；而在八宝景天冠幅上，各个处理均呈现不同程度抑制作用；在座果精，矮壮素与多效唑处理下气孔导度较大，更有利于光合作用的发生；矮壮素处理条件下八宝景天的光合作用及抵抗外界环境胁迫能力、抗衰老程度等综合优势达到最大，使其观赏效果最好。综合上述结论，在城市绿化应用中，对八宝景天观赏植物应喷施矮壮素，使其生理状态达至最佳。