矮壮素对金莲花幼苗生长及生理生化的影响

张 庆,李佳秋,李保会,李永东,张 芹

(1 河北农业大学园林与旅游学院,河北 保定,071000;2 河北农业大学林学院;3 河北省塞罕坝机械林场)

金莲花(Trolliuschinensis)叶形秀丽,花色金黄,是一种集药用与观赏价值于一体的园林植物,目前已形成规模化栽培生产。在实际生产中,由于施肥量的大幅增加和种植密度的提高,金莲花在生长过程中会出现旺长现象,易引起植株倒伏,影响了其营养生长和生殖生长,从而导致品质和产量的下降,也严重影响了其观赏价值。因此调控植株高度已成为金莲花栽培的重要一环,选育矮壮品种是控制金莲花株高的重要措施,但需要时间较长;在缺乏矮壮品种时采用化学调控技术是控制株高的快速有效途径[1～4]。矮壮素(CCC)是一种经济、高效、低毒的植物生长调节剂,且多由叶片进入植株体内进行调控[5]。大量研究表明[6],CCC除能矮化植株,使茎秆加粗、叶色加深等,还有助于根系生长,通过提高叶绿素质量分数,增强光合作用,从而加快植株的养分积累,而且对花芽和形态影响不大[7]。目前,CCC在金莲花上的应用未见报道,本次试验以2月龄金莲花幼苗为材料,分析不同质量浓度CCC处理对金莲花矮化及生长发育的影响,探明其对金莲花的调控机理,以期为金莲花矮化栽培提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本次试验于2020年11月—2021年10月在河北农业大学园林苗圃智能温室进行,种子采自承德塞罕坝成熟的野生金莲花,试材为2月龄生长健壮、长势一致的金莲花幼苗,栽培基质为草炭土和珍珠岩按V(草炭土)∶V(珍珠岩)=3∶1比例混合。供试药剂为矮壮素50%水剂(青岛农博士生物科技有限公司生产)。

1.2 试验设计

预试验于2020年11月—2021年2月进行,在预试验的基础上,CCC质量浓度梯度设置为100,200,300,400,500,600 mg/L,分别对应C100,C200,C300,C400,C500,C600处理,以清水处理为对照(CK),共7个处理。为加强CCC对植株的矮化效果,对金莲花幼苗进行2次药剂喷施,第1次处理时间为2021年6月18日,第2次处理时间为2021年6月30日。使用手持压力式细雾喷雾器对植株进行叶面喷施处理,并在各处理之间设置隔离,施药剂量以完全喷施叶面、叶背且不下滴为准,处理时间均在17:00左右进行,避免强光对试验造成影响。试验采用单因素随机区组设计,每区组处理35株,3次重复,各处理保持一致的环境条件及水肥管理。处理完毕后,每隔10 d对各处理进行指标测定,共测4次。

1.3 指标测定

1.3.1形态指标的测定 各处理随机挑选5株测定株高、叶长和叶宽,同时观察幼苗生长情况。

1.3.2叶片光合色素质量分数的测定 采用便携式叶绿素测定仪(SPAD-502 PLUS,日本柯尼卡美能达公司生产)测定,5次重复。

1.3.3叶片保护酶活性的测定 SOD活性测定采用NBT还原法,POD活性测定采用愈创木酚法[10],各处理3次重复。

1.3.4叶片渗透调节物质质量分数的测定 可溶性蛋白质量分数测定采用考马斯亮蓝法,可溶性糖质量分数测定采用蒽酮比色法[11],3次重复。

1.3.5叶绿素荧光参数的测定 采用捷克PSI(PHOTON SYSTEMS INSTRUMENTS)公司生产的FP100便携式荧光仪于8:00～10:00进行测定,测定时各处理选择7株健康、长势均一的幼苗,选取健康无病虫害叶片进行测定,叶片于测定前暗适应30 min,参照刘兴[12]的方法进行测定。

1.3.6光合参数的测定 处理40天时,采用美国 LI-COR 公司生产的 Li-6400便携式光合测定仪于晴朗无风天气9:00～11:00测定,每次测定重复株数5株。

1.4 数据处理

用SPSS 26.0软件对数据进行单因素方差分析,Excel 2010进行数据统计、绘图及隶属函数分析。

如果指标与质量浓度呈正相关,则计算公式为:X(U)=(X-Xmix)/(Xmax-Xmin);如果某一指标与质量浓度呈负相关,则计算公式为:X(U)=1-(X-Xmix)/(Xmax-Xmin)。

式中X(U)为某一指标的隶属函数值,X为某一指标的测定值,Xmax和Xmin分别为试验材料某一指标测定值的最大值和最小值。

2 结果与分析

2.1 CCC对金莲花幼苗形态指标的影响

2.1.1对金莲花幼苗存活率和生长状况的影响 所有喷施CCC的处理均能促进金莲花幼苗健壮生长,植株存活率均为100%。C100～C500处理下,随着处理时间的延长和CCC处理质量浓度的增加,金莲花的叶色逐渐加深,植株生长旺盛;C600处理下的金莲花植株虽能正常生长,但叶片出现黄色不规则斑点,且随着处理时间的延长不会消失。

2.1.2对株高的影响 随着CCC处理质量浓度的增加和处理时间的延长,抑制效果逐渐明显,株高增长渐趋平缓,喷施CCC的各处理与CK株高的差异显著增大(图1);在整个试验处理期间,CK株高始终高于喷施CCC各处理的。处理后的第40天时,喷施CCC的各处理均与CK达到显著水平(P<0.05),且以C500处理金莲花幼苗株高矮化效果最好,矮化了23.19%。C600处理叶片后期出现黄色斑点,生长状况不佳,故不作比较。

图1 CCC处理对金莲花幼苗株高的影响注:不同小写字母表示0.05的显著水平,下同。

2.1.3对叶长、叶宽的影响 喷施CCC的各处理均能在一定程度上抑制金莲花幼苗的平均叶长和叶宽,随着处理时间的延长,喷施CCC的各处理与CK的差异逐渐加大。处理后的第40天时,喷施CCC的各处理均与CK达到显著水平(P<0.05),C500处理的叶长和叶宽减小效果最明显,叶长缩短了26.09%,叶宽减小了28.51%(表1,表2)。

表1 CCC处理对金莲花幼苗叶长的影响 cm

表2 CCC处理对金莲花幼苗叶宽的影响 cm

2.2 CCC对金莲花幼苗生理生化指标的影响

2.2.1对叶绿素质量分数的影响 适宜质量浓度的CCC(100～500 mg/L范围内)可以提高金莲花叶绿素质量分数,但高质量浓度的C600处理则会降低叶绿素质量浓度(图2)。随着处理时间的延长,CCC对金莲花幼苗的作用效果逐渐减弱,呈现出不同的变化趋势,处理后的第30天时喷施CCC的各处理SPAD值达到最大,分别比CK提高了4.51%,3.30%,5.93%,9.51%,14.31%,6.48%。随着处理时间延长,在处理第40天时喷施CCC的各处理SPAD值均略有下降,除C500处理与CK相比提高了12.73%,差异显著(P<0.05)外,其他喷施CCC的各处理均与CK差异不显著。从整个处理过程来看,C500处理的SPAD值始终显著高于CK(图2)。

图2 CCC处理对金莲花幼苗SPAD的影响

2.2.2对超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性的影响 叶面喷施CCC能有效提高SOD和POD活性。同一处理时间下,金莲花幼苗叶片SOD和POD活性随处理CCC质量浓度的增加呈先上升后下降(仍高于CK)的变化趋势。而随着处理时间的延长,金莲花幼苗叶片SOD和POD活性也呈先上升后下降的变化趋势(图3,图4)。处理后的第30天时,喷施CCC的各处理SOD活性达到峰值,分别比CK提高了3.69%,10.09%,13.46%,18.15%,25.48%,14.24%;除C100处理外,其他喷施CCC的各处理均与CK差异显著(P<0.05)。处理后的第30天时,POD活性也达到峰值,分别比CK提高了15.59%,23.30%,31.71%,39.99%,54.91%,33.98%;除C100,C200处理外,其他喷施CCC的各处理均与CK差异显著(P<0.05)。

图3 CCC处理对金莲花幼苗SOD活性的影响 图4 CCC处理对金莲花幼苗POD活性的影响

2.2.3对可溶性糖质量分数和可溶性蛋白质量分数的影响 叶面喷施CCC能增加金莲花的可溶性糖质量分数和可溶性蛋白质量分数。同一处理时间下,金莲花幼苗叶片可溶性糖质量分数和可溶性蛋白质量分数随处理质量浓度的增加呈先上升后下降(始终高于对照)的变化趋势;而随着处理时间的延长,金莲花幼苗叶片可溶性糖质量分数和可溶性蛋白质量分数也呈先上升后下降的变化趋势(图5,图6)。处理后的第30天时,喷施CCC的各处理可溶性糖质量分数达到最大值;C500处理与CK差异显著(P<0.05),增加了47.21%,其他喷施CCC的各处理均与CK差异不显著。处理后的第30天时,可溶性蛋白质量分数也达到最大值,喷施CCC的各处理分别比CK增加了11.72%,22.57%,24.95%,31.28%,38.08%,34.10%;除C100处理与CK差异不显著外,其他喷施CCC的各处理均与CK差异显著(P<0.05)。

图5 CCC处理对金莲花幼苗可溶性糖质量分数的影响 图6 CCC处理对金莲花幼苗可溶性蛋白质量分数的影响

2.3 CCC对金莲花幼苗叶绿素荧光参数的影响

2.3.1对Fv/Fm的影响 叶面喷施CCC能提高Fv/Fm值。同一处理时间下,金莲花幼苗叶片Fv/Fm随处理质量浓度的增加基本呈先上升后下降(始终高于对照)的变化趋势(图7);随着处理时间的延长,金莲花幼苗叶片Fv/Fm随处理质量浓度也呈先上升后下降的变化趋势。处理后的第30天时,喷施CCC的各处理Fv/Fm达到最大值, C400,C500,C600处理与CK差异显著(P<0.05),分别比CK增加了9.57%,11.51%,8.32%,其他喷施CCC的各处理均与CK差异不显著。

图7 CCC处理对金莲花幼苗Fv/Fm的影响 图8 CC处理对金莲花幼苗Fv/Fo的影响

2.3.2对Fv/Fo的影响 叶面喷施CCC能提高Fv/Fo值。同一处理时间下,金莲花幼苗叶片Fv/Fo随处理质量浓度的增加基本呈先上升后下降(始终高于对照)的变化趋势;随着处理时间的延长,金莲花幼苗叶片Fv/Fo随处理质量浓度也呈先上升后下降的变化趋势(图8)。处理后的第30天时,喷施CCC的各处理Fv/Fo达到最大值,C400,C500处理与CK差异显著(P<0.05),分别增加了46.58%,58.53%。其他喷施CCC的各处理均与CK差异不显著。

2.3.3对PSⅡ比活性参数(ABS/RC)的影响 叶面喷施CCC能提高ABS/RC值。同一处理时间下,金莲花幼苗叶片ABS/RC随处理质量浓度的增加基本呈先上升后下降的变化趋势(图9),但在前20 d和处理后的第40天时喷施CCC的各处理和CK没有显著差异。处理后的第30天时,喷施CCC的各处理ABS/RC达到最大值,C500处理比CK显著提高了16.30%(P<0.05),其他喷施CCC的各处理均与CK差异不显著。

图9 CCC处理对金莲花幼苗ABS/RC的影响 图10 CCC处理对金莲花幼苗ETo/RC的影响

2.3.4对PSⅡ比活性参数(ETo/RC)的影响 叶面喷施CCC能提高ETo/RC值。同一处理时间下,金莲花幼苗叶片ETo/RC随处理质量浓度的增加基本呈先上升后下降的变化趋势(图10);随着处理时间的延长,金莲花幼苗叶片ETo/RC也呈先上升后下降的变化趋势。处理后的第30天时,喷施CCC的各处理ETo/RC达到最大值,C500处理比CK显著提高了22.35%(P<0.05),其他喷施CCC的各处理均与CK差异不显著。

2.4 CCC对金莲花幼苗光合参数的影响

CCC处理下,金莲花幼苗叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)的变化趋势均随处理质量浓度的增加呈先上升后下降的变化趋势,胞间CO2的量分数则呈先下降后上升的变化趋势(表3)。其中,C500处理的Pn,Gs和Tr显著高于CK(P<0.05),分别增加了74.14%,126.55%,37.99%;Ci显著低于CK(P<0.05),减小了17.03%。在高质量浓度处理下,如C600处理Gs较C500处理有所下降,Ci上升,导致Pn下降。

表3 CCC处理下金莲花幼苗光合参数的变化

2.5 隶属函数分析

运用隶属函数方法对各指标进行综合评价,在CCC处理下,隶属值从高到低的排列顺序为C500,C400,C600,C300,C200,C100,CK,表明500 mg/L CCC对金莲花幼苗的矮化和相关的生长和生理表现效果最佳(表4)。

表4 不同CCC处理下金莲花生理生化指标的隶属分析结果

3 结 论

本次研究结果表明,CCC在有效降低金莲花幼苗株高的同时,还能缓解叶绿素降解,提高SOD,POD活性和渗透调节物质质量分数,且Fv/Fm,Fv/Fo,ABS/RC和ETo/RC显著提高,即叶片PSⅡ反应中心的开放程度增大、活性增加,提高了PSⅡ运转效率及用于电子传递的能量,增强了光合色素把所吸收捕获的光能转化为化学能的效率,提高植物抵抗光抑制能力,保障光合作用的高效进行,从而有利于提高金莲花幼苗的抗逆能力。因此,在栽培生产中,可通过叶面喷施500 mg/L CCC作为实现金莲花矮化的栽培措施。