歐李幼苗熒光參數(shù)對兩種植物生長調(diào)節(jié)劑的響應(yīng)

魏亞娟, 汪 季, 黨曉宏, 賀俊玲, 劉宗奇, 張 波, 解云虎,

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 沙漠治理學(xué)院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018; 2.內(nèi)蒙古鄂爾多斯市環(huán)境保護(hù)局, 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000;3.內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010; 4.杭錦旗農(nóng)業(yè)技太推廣中心, 內(nèi)蒙古 杭錦旗 017400)

歐李(Cerasushumilis)樹體低矮、根蘗發(fā)達(dá)、適應(yīng)性強(qiáng)，屬薔薇科櫻桃屬，是中國所特有野生果樹[1]。其分布范圍廣泛，主要分布于東北地區(qū)、華北地區(qū)和西北地區(qū)。歐李具有較高的藥用價值和經(jīng)濟(jì)價值且果實(shí)營養(yǎng)價值豐富。由于歐李在城市環(huán)境綠化、改良土壤結(jié)構(gòu)、保水固土和治理荒山等方面具有特殊效果和利用價值，已成為中國干旱地區(qū)和沙漠地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的優(yōu)良樹種[2]。此外，歐李屬于低耗水量植物，有利于節(jié)約水資源，對于蒸發(fā)量大于降水量的干旱(半干旱)地區(qū)是非常適用的經(jīng)濟(jì)植物[3]。但歐李生長環(huán)境惡劣，導(dǎo)致其植株矮小，影響其經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的發(fā)揮。

PP333，又名多效唑，是一種新型的、含氮雜環(huán)化合物，其農(nóng)業(yè)應(yīng)用價值在于它對作物生長的控制效應(yīng)，通過抑制植物體內(nèi)赤霉素的合成，從而降低赤霉素的含量，抑制植物莖頂端分生組織細(xì)胞分裂，使其節(jié)間變短，導(dǎo)致植株矮化[4]。同時提高植物葉綠素含量和光合作用、抗衰老和抗倒伏能力[5-6]，進(jìn)而改善作物品質(zhì)，提高產(chǎn)量。

GGR6，是生根粉的一種，是一種綠色無公害、非激素型植物生長調(diào)節(jié)劑。通過調(diào)節(jié)植物體內(nèi)內(nèi)源激素含量和酶的活性，促進(jìn)細(xì)胞分裂和生長，從而促進(jìn)植物生長發(fā)育和根的分蘗、增強(qiáng)植物抗逆能力和提高作物產(chǎn)量[7-8]。但目前鮮有關(guān)于PP333和GGR6對歐李幼苗進(jìn)行蘸根處理，進(jìn)而影響葉綠素?zé)晒鈪?shù)的研究報道。

因此，本文擬通過PP333和GGR6處理下歐李葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化特征，分析歐李對不同濃度PP333和GGR6溶液的光響應(yīng)趨勢，從而篩選出最適宜歐李生長發(fā)育的溶液類型及其濃度，以期為歐李幼苗的壯苗栽培技術(shù)提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市烏審旗的國營林場，該區(qū)域四季分明、氣溫年較差大，年平均最高氣溫15.6 ℃，年平均最低氣溫-9.9 ℃，屬于溫帶極端大陸性季風(fēng)氣候。由于該地區(qū)日照充足、蒸發(fā)強(qiáng)烈且降雨稀少，年均降雨量僅有315.5 mm，而且多集中于7—9月。土壤主要為風(fēng)沙土，植被以沙生植被為主。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料為生長較為均一、長勢良好的一年生歐李幼苗，試驗(yàn)所用的植物生長調(diào)節(jié)劑為PP333和GGR6。設(shè)計(jì)PP333和GGR6溶液濃度均為50，100，150和200 mg/L，兩者以蒸餾水為統(tǒng)一對照，分別表示為蒸餾水(CK),P50，P100，P150，P200和G50，G100，G150，G200，用不同溶液對歐李幼苗進(jìn)行蘸根(2 h)處理，于2016年4月底移栽于上底直徑24 cm、下底直徑16 cm、高為26 cm的花盆內(nèi)，盆內(nèi)裝有風(fēng)沙土。每盆栽植1株，9次重復(fù)，共81盆。按照當(dāng)?shù)亟?0 a的4—9月平均降水量補(bǔ)充水分，其他管護(hù)條件一致。

1.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定

試驗(yàn)在晴天無風(fēng)的上午8∶00—11∶00之間進(jìn)行，共測定9個處理，每個處理選擇6株長勢均一的幼苗，選取幼苗株高2/3處的成熟葉片進(jìn)行測定，共計(jì)測量54株。測定前，將被測量葉片進(jìn)行充分暗適應(yīng)處理20 min。然后采用PMA2 500葉綠素?zé)晒鈨x(德國產(chǎn))對歐李幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行測定。測量并計(jì)算其電子傳遞效率(ETR)、光化學(xué)猝滅(qP)、實(shí)際光化學(xué)量子效率(ΦPSⅡ)、非光化學(xué)猝滅(qN)和最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)以及其他熒光參數(shù)。其中，ETR，qP，qN的測量結(jié)果直接在電腦中保存。而Fv/Fm，ΦPSⅡ的計(jì)算公式如下：

Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm

(1)

式中：Fm——暗適應(yīng)下最大熒光產(chǎn)量；Fo——初始熒光；

ΦPSⅡ=(Fm＇-Fs)/Fm＇

(2)

式中：Fs——光照下的穩(wěn)定熒光；Fm＇——光照下的最大熒光。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Microsoft Excel 2007進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行單因素分析法(one-way ANOVA)對不同數(shù)據(jù)組間的差異比較，并應(yīng)用主成分分析法對數(shù)據(jù)進(jìn)行擇優(yōu)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度PP333和GGR6對歐李葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

2.1.1 不同濃度PP333和GGR6對ETR的影響 ETR表示電子傳遞效率，也可以表示PSⅡ電子傳遞速率。反映了在實(shí)際光強(qiáng)前提下，表觀電子傳遞速度的快慢[9]。如圖1所示，不同濃度處理歐李幼苗，葉片ETR均表現(xiàn)為不同程度增加的趨勢。最大值出現(xiàn)在G200處理下，其值為66.3；最小值為CK，其值為18.0。不同濃度PP333和GGR6溶液對歐李ETR的促進(jìn)作用較對照(CK)均顯著提高(p<0.05)，但同一濃度的PP333和GGR6對歐李ETR的促進(jìn)作用差異不顯著(p>0.05)。說明PP333和GGR6均能較大提高歐李光合電子傳遞效率和PSⅡ光合活性，且同一濃度的PP333和GGR6對歐李幼苗的促進(jìn)作用差異不明顯。

注：不同小寫字母表示不同濃度PP333和GGR6差異顯著(p<0.05)。下同。

圖1不同濃度PP333和GGR6對歐李ETR的影響

2.1.2 不同濃度PP333和GGR6對ΦPSⅡ的影響 ΦPSⅡ被用來暗示實(shí)際光化學(xué)量子效率，它是反映植物葉片光合電子傳遞速度的快慢[10]。如圖2所示，在PP333和GGR6的濃度為0～200 mg/L范圍內(nèi)，歐李葉片ΦPSⅡ隨PP333和GGR6的增大都呈現(xiàn)增大的趨勢。當(dāng)溶液濃度為50 mg/L時，PP333處理下歐李葉片ΦPSⅡ較GGR6處理增加16.2%。在150，200 mg/L的PP333和GGR6處理下，ΦPSⅡ值分別為0.479，0.584，0.537，0.481。GGR6較PP333差異顯著(p<0.05)。說明PP333和GGR6濃度越高，ΦPSⅡ效率越高，則表明植物進(jìn)行光合作用產(chǎn)生光合產(chǎn)物速度越快，越有利于植物進(jìn)行光合作用。

圖2 不同濃度PP333和GGR6對歐李ΦPSⅡ的影響

2.1.3 不同濃度PP333和GGR6對qN的影響qN為非光化學(xué)猝滅系數(shù)，它表示ΦPSⅡ中聚光色素吸收的光能以熱能的形式耗散掉的部分光能[11]，同時也反映了植物耗散過剩光能為熱的能力，即光保護(hù)能力[12]。如果中心色素吸收了過量的光能，卻未能及時耗散，可能會損傷光和機(jī)構(gòu)。如圖3所示，隨著PP333和GGR6濃度逐漸增大，歐李葉片qN呈現(xiàn)逐漸減小趨勢。同一濃度的PP333和GGR6處理下，濃度為50和100 mg/L時差異不顯著(p>0.05)，qN值分別為0.545，0.589，0.477，0.529；濃度為150和200 mg/L時差異顯著(p<0.05)，qN值分別為0.305，0.459，0.143，0.431。說明隨著溶液濃度逐漸增大，歐李葉片光合傳輸能力逐漸減弱，光能用于光化學(xué)反應(yīng)的比例下降，熱耗散減少，植物光保護(hù)能力增強(qiáng)。

圖3 不同濃度PP333和GGR6對歐李qN的影響

2.1.4 不同濃度PP333和GGR6對qP的影響qP表示光化學(xué)猝滅系數(shù)，反映了ΦPSⅡ中用于光化學(xué)電子傳遞的能量占聚光色素吸收光能的多少，qP反映了植物光合活性的高低[13]。同時，qP在一定程度上也反映了光ΦPSⅡ反應(yīng)中心的開放程度[14]。如圖4所示，在PP333和GGR6的濃度為50～200 mg/L范圍內(nèi)，歐李葉片qP隨著PP333和GGR6的增加均表現(xiàn)為增加的趨勢。各濃度GGR6較PP333的促進(jìn)作用明顯，PP333，GGR6對歐李qP的最大影響程度分別較CK增加299.9%(P150)和296.5%(G)。同一濃度PP333，GGR6處理下，濃度為50 mg/L差異顯著(p<0.05)，qP值為0.511，0.707，G150和G200之間差異顯著(p<0.05)，qP分別為0.830，0.912。說明在一定濃度范圍內(nèi)，隨著PP333和GGR6的濃度增大，歐李葉片光合活性越高，歐李抗逆能力增強(qiáng)。

圖4 不同濃度PP333和GGR6對歐李qP的影響

2.1.5 不同濃度PP333和GGR6對Fv/Fm的影響Fv/Fm表示最大光化學(xué)效率，它是檢測光抑制的可靠指標(biāo)[15]，反映了植物葉片ΦPSⅡ利用光能力的大小和最大原初光能捕獲效率的大小。該指標(biāo)不受生長條件和物種的限制。如圖5所示，在PP333和GGR6的濃度為50～200 mg/L范圍內(nèi)，隨著PP333和GGR6濃度不斷增大，F(xiàn)v/Fm也不斷增大。但PP333處理下Fv/Fm較GGR6增長較為緩慢。PP333和GGR6對Fv/Fm的影響程度分別較CK增加了0.59%，1.52%，2.49%，2.65%和1.47%，2.09%，2.43%，3.33%。同濃度的GGR6對歐李Fv/Fm的促進(jìn)作用整體比PP333略大，但是差異不顯著(p>0.05)。說明PP333和GGR6的溶液蘸根處理歐李幼苗，對葉片F(xiàn)v/Fm促進(jìn)作用不明顯，因而對歐李最大原初光能捕獲效率提升幅度較小。

圖5 不同濃度PP333和GGR6對歐李Fv/Fm的影響

2.2 不同濃度PP333和GGR6的主成分分析

對不同濃度PP333和GGR6處理下，對歐李葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)進(jìn)行主成分分析。由表1可知，選取的葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)為：ETR,ΦPSⅡ，qP，F(xiàn)v/Fm，qN，運(yùn)用SPSS 19.0對這5個指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。從表中可以看出，第1個主成分的累積貢獻(xiàn)率為91.04%，從而提供了91.04%的相關(guān)信息。其他4個主成分只提供了8.96%的相關(guān)信息。因此，只需要求出第1個主成分即可，并對第1個主成分進(jìn)行進(jìn)一步分析。

表1 PP333和GGR6處理下葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)的主成分分析

由表2得出：第1主成分：F=0.459 6X1+0.446 1X2+0.450 6X3+0.451 1X4-0.428 0X5

然后根據(jù)建立得F值、第1主成分和綜合主成分值進(jìn)行排序。由不同濃度PP333和GGR6處理下，對歐李葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)影響的主成分綜合評價結(jié)果(表3)可知：不同濃度PP333和GGR6處理下，葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)的綜合主成分順序：G200>P200>G150>P150>G100>P100>G50>P50>CK，濃度為G200時最大，濃度為CK時最小。

表2 不同濃度PP333和GGR6處理下葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)的主成分載荷

表3 不同濃度PP333和GGR6處理下下葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)的綜合評估

即本試驗(yàn)中，在PP333和GGR6的濃度為50～200 mg/L范圍內(nèi)，在GGR6的濃度為200 mg/L時，歐李的葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)最佳，最有利于歐李生長發(fā)育。

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

葉綠素?zé)晒鈪?shù)是描述植物光合作用的常見指標(biāo)，在探究植物光反應(yīng)中被普遍應(yīng)用[16]。本文通過不同濃度PP333和GGR6對歐李一年生幼苗蘸根處理后，歐李幼苗的葉綠素?zé)晒鈪?shù)均發(fā)生不同程度的變化。

在前人的研究中發(fā)現(xiàn)，施用PP333和GGR6能夠提高植物葉片葉綠素含量和增強(qiáng)光合作用，提高植物的抗逆性，提高作物產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)，在PP333和GGR6的濃度為50～200 mg/L范圍內(nèi)，當(dāng)PP333和GGR6濃度為200 mg/L時，歐李幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)最大。這與尹婷等[17]、游鴦[18]分別對無憂花、藤本月季的研究結(jié)果不同。其原因是不同植物種類對PP333和GGR6的敏感程度不同[19]。在PP333和GGR6濃度為50～200 mg/L內(nèi)，各葉綠熒光參數(shù)均顯著高于CK(除Fv/Fm外)(p<0.05)，說明適宜濃度的PP333和GGR6溶液對歐李幼苗作用顯著，這與王猛[20]對楊柴和董倩等[21]對黃連木研究結(jié)果不相同。該原因還不明確，需要在今后的試驗(yàn)中進(jìn)一步探討。

在PP333和GGR6濃度為50～200 mg/L范圍內(nèi)，通過不同濃度PP333，GGR6蘸根處理歐李幼苗，根據(jù)歐李ETR，ΦPSⅡ，qP和qN變化趨勢，得出200 mg/L的PP333，GGR6對ETR，ΦPSⅡ，qP和qN作用效果最顯著。其原因是PP333和GGR6溶液能夠促進(jìn)歐李體內(nèi)光合產(chǎn)物的運(yùn)輸。隨著濃度PP333和GGR6濃度增大，歐李幼苗光合色素分子對光能的吸收、轉(zhuǎn)換和傳遞速度加快。歐李葉片接受和傳遞光合電子的能力增強(qiáng)，光和潛力升高，光反應(yīng)的化學(xué)能量增加，聚光色素耗散的能量減少，光和機(jī)構(gòu)的過剩能量減少，光機(jī)構(gòu)得到保護(hù)，使PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度增大和原初光能轉(zhuǎn)換效率的增強(qiáng)，促進(jìn)了光合碳同化提供ATP和NADPH形式不穩(wěn)定化學(xué)能。使光合電子傳遞加快，促進(jìn)了歐李葉片光合碳同化作用，使更多的二氧化碳轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的化學(xué)能存儲在糖類化合物中，促進(jìn)了歐李的光合作用。該結(jié)果與李源等[22]對澳大利亞太陽扇葉片的研究結(jié)果一致。

在PP333和GGR6濃度為50～200 mg/L范圍內(nèi)，PP333的趨勢線變化較為平緩，變化范圍在0.702～0.721;GGR6的趨勢線呈上升趨勢變化，變化范圍在0.702～0.725之間。但變化范圍不大。該結(jié)果與于永暢等[23]對春蘭的結(jié)論不同。其原因是當(dāng)植物沒有受到外界脅迫時，F(xiàn)v/Fm變化范圍不明顯，主要由植物自身決定。當(dāng)植物受到外界環(huán)境脅迫時，其值會顯著下降[24]。該結(jié)果還說明了GGR6較PP333對歐李葉片F(xiàn)v/Fm促進(jìn)作用強(qiáng)，但PP333和GGR6的作用方式不同。其原因是在PSⅡ活性中心，GGR6能夠促進(jìn)光合作用原初反映過程和相關(guān)酶的活性，使歐李PSⅡ的原初光能轉(zhuǎn)化效率及PSⅡ潛在光合作用活力受到促進(jìn)。目的是促進(jìn)地上部分和地下部分分泌赤霉素、細(xì)胞分裂素，同時增加植株內(nèi)相關(guān)酶的活性，從而增加植物地上生物量和地下生物量和提高植物光合能力，而PP333的作用主要是抑制了內(nèi)源赤霉素、脫落酸和乙烯的合成，從而抑制植物分生組織細(xì)胞分裂使植株矮化。同時PP333促進(jìn)了植物葉片葉綠素含量和可溶性蛋白含量，提高歐李光合作用。該結(jié)論與劉志梅等[25]對金銀花的研究結(jié)果相似。也可能是由于歐李幼苗GGR6的敏感程度比PP333高。根據(jù)主成分分析可知，G200的作用效果最佳。

本文僅研究了50～200 mg/L的PP333和GGR6溶液條件下歐李葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化，得出200 mg/L的GGR6是歐李生長發(fā)育的最佳濃度。隨著溶液濃度繼續(xù)增加，是否存在更適合歐李光反應(yīng)的濃度還有待于進(jìn)一步研究。

3.2 結(jié) 論

葉綠素?zé)晒鈪?shù)可以估測植物潛在光合能力和間接地判斷歐李幼苗能否正常生長發(fā)育。本試驗(yàn)綜合分析表明，在PP333和GGR6溶液作用下，ETR，ΦPSⅡ，qP和Fv/Fm的趨勢線上升幅度較PP333陡峭；尤其是當(dāng)PP333的濃度為100 mg/L時，這些參數(shù)的趨勢線趨于平緩。而qN的趨勢線隨GGR6溶液濃度的上升，其下降幅度較PP333平緩。GGR6的濃度為200 mg/L時，歐李的葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)最佳，對歐李的促進(jìn)作用更大。說明GGR6溶液更有利于歐李葉片光反應(yīng)的進(jìn)行，更有利于歐李幼苗的生長發(fā)育。