UV-B輻射對(duì)野菊表皮毛發(fā)育的影響1)

王雨萌 楊嬌嬌 劉育麟 楊欣 王鳳鷺 陳甲豪 姚亮亮 周蘊(yùn)薇

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

植物的表皮毛是起防御作用的器官，包括具有分泌功能的腺毛和非腺毛[1-2]。當(dāng)植物受到外界脅迫時(shí)，通過(guò)增加表皮毛進(jìn)行自我保護(hù)和植物間的信號(hào)傳遞，其中通過(guò)增加非腺毛進(jìn)行物理防御，如防曬、抗寒、抗旱等；通過(guò)增加腺毛釋放大量揮發(fā)物到空氣中來(lái)改變自身的氣味進(jìn)行化學(xué)防御，并通過(guò)揮發(fā)物和其他植物之間進(jìn)行信號(hào)傳遞[3]。UV-B輻射是植物形態(tài)特征改變的誘因之一，植物葉片對(duì)環(huán)境脅迫較為敏感。UV-B輻射穿透到葉肉組織的影響原因，包含葉表皮毛的結(jié)構(gòu)和密度、蠟質(zhì)層的厚度、表皮細(xì)胞層的厚度，進(jìn)而葉片的解剖結(jié)構(gòu)也會(huì)受到相應(yīng)影響。研究發(fā)現(xiàn),UV-B輻射除傷害效應(yīng)外，還可增強(qiáng)植物體對(duì)UV-B輻射的適應(yīng)，陳夢(mèng)[4]通過(guò)研究紫外線誘導(dǎo)圓錐鐵線蓮發(fā)現(xiàn)，圓錐鐵線蓮在UV-B輻射下UVR8初始信號(hào)通路被激活，進(jìn)一步激活JA和SA信號(hào)通路，進(jìn)而調(diào)節(jié)碳氮轉(zhuǎn)化來(lái)降低紫外線脅迫下活性氧的水平，起到協(xié)調(diào)保護(hù)作用，增強(qiáng)了植物的脅迫耐受性；李元等[5]通過(guò)研究UV-B輻射增強(qiáng)對(duì)植物病原菌互作體系的影響發(fā)現(xiàn)，UV-B輻射增強(qiáng)誘導(dǎo)植物形成形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化防御,改變植物的抗病性,進(jìn)而影響植物病害的發(fā)生；石新新[6]發(fā)現(xiàn)，高粱隨著UV-B輻射劑量的升高花青素含量顯著升高，葉片褐化損傷加重，植株節(jié)間縮短矮化，鮮質(zhì)量和干質(zhì)量顯著降低，葉綠素和類胡蘿卜素含量顯著減少等；高文杰等[7]發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)UV-B輻射對(duì)神農(nóng)香菊表皮毛密度有增加作用且表皮毛形態(tài)發(fā)生改變等，皆揭示了植物內(nèi)部或外部特征結(jié)構(gòu)改變與UV-B脅迫密切的相關(guān)作用。

野菊(Dendrathemaindicum)為菊科菊屬多年生草本[8]，是重要的藥用和觀賞植物，野菊全草含揮發(fā)油、蒙花苷、木犀草素甙、矢車菊甙、菊黃質(zhì)、多糖等化合物[9]。提高野菊揮發(fā)油和芳香物質(zhì)具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而目前野菊的相關(guān)研究多集中在引種栽培、育種[10]、藥理[11-12]、化學(xué)成分[13-14]等方面,關(guān)于野菊表皮毛發(fā)育的研究較少，僅焦宏彬等[8]研究水楊酸處理對(duì)野菊表皮毛及樟腦類物質(zhì)含量的響應(yīng)。通過(guò)此次研究，掌握野菊表皮毛發(fā)育的過(guò)程，探究野菊表皮毛不同發(fā)育階段在耐高輻射方面的響應(yīng)，為在增加野菊腺毛，從而增加野菊的揮發(fā)物質(zhì)、提高精油的含量方面的研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

野菊種子來(lái)源于東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院。采用穴盤播種，植株長(zhǎng)至10 cm左右上盆，置于溫室中培養(yǎng)至植株健壯且整齊一致時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

觀察野菊葉片每級(jí)的生長(zhǎng)時(shí)間并記錄，通過(guò)石蠟切片觀察野菊的頂芽發(fā)育，能觀察到的葉片發(fā)育時(shí)間從A～G為22 d(圖1)，根據(jù)野菊的頂芽發(fā)育圖(圖2)和可觀葉片發(fā)育時(shí)間推測(cè)頂芽發(fā)育為12 d(表1)，所以試驗(yàn)設(shè)計(jì)處理分別為12、33、54 d。

表1 野菊葉片不同發(fā)育時(shí)期及葉齡

UV-B輻射處理：將長(zhǎng)勢(shì)基本一致的野菊100盆,每天(09:00-17:00)暴露于UV-B輻射下，輻射由兩臺(tái)UV-B—313EL 40W/12M紫外燈管提供，放置1 m×3 m地方(保證第5片葉子接受到輻射)，290～310 nm光譜區(qū)域的劑量。對(duì)比試驗(yàn)為無(wú)UV-B輻射。

葉表皮毛密度測(cè)定：將野菊葉片不同發(fā)育階段按生長(zhǎng)時(shí)間劃分為A、B、C、D、E、F、G 7個(gè)階段(圖1)，UV-B處理12、33、54 d，分別取10盆長(zhǎng)勢(shì)基本一致的野菊，摘取5組C—G的葉子(A和B階段的葉子由于太小，觀察不到，此處忽略)，用超景深顯微鏡(萊卡DVM6)觀察，在每個(gè)葉片正、背面的葉基、葉中、葉尖共取20個(gè)視野(圖3)，每個(gè)視野約2.0 mm×1.5 mm，對(duì)腺毛和非腺毛進(jìn)行拍照，進(jìn)行表皮毛密度統(tǒng)計(jì)。

圖1 葉片不同發(fā)育時(shí)期

1.3 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 17軟件進(jìn)行分析，顯著性水平P<0.05；采用Excel 2007軟件繪圖制表。

圖2 野菊頂芽發(fā)育圖

圖3 葉片視野選取

2 結(jié)果與分析

2.1UV-B處理對(duì)野菊不同發(fā)育階段腺毛形態(tài)的影響

由圖4可以看出，CK組非腺毛兩臂平直，UV-B脅迫下非腺毛都出現(xiàn)不同程度的扭曲，12 d脅迫時(shí)扭曲較輕，54 d非腺毛出現(xiàn)嚴(yán)重扭曲，說(shuō)明UV-B處理破壞非腺毛形態(tài)的生長(zhǎng)；不同等級(jí)葉片的非腺毛形態(tài)上沒(méi)有較大的差異。

由圖5可以看出，CK組不同階段腺毛形態(tài)都較小且干扁，UV-B處理組腺毛整體較CK大且飽滿；同一階段的腺毛54 d時(shí)腺毛最為飽滿，12 d組E(葉齡25 d)階段、33 d組D(葉齡21 d)階段和54 d組C(葉齡18 d)階段的腺毛形態(tài)達(dá)到CK組G(葉齡33 d)階段，說(shuō)明UV-B處理促進(jìn)野菊腺毛的發(fā)育，縮短成熟時(shí)間。

圖4 UV-B處理對(duì)野菊葉表不同發(fā)育階段非腺毛形態(tài)的影響(200×)

箭頭標(biāo)記腺毛的位置

2.2UV-B處理對(duì)野菊不同發(fā)育階段表皮毛密度和比例關(guān)系的影響

由表2可以看出，野菊葉片不同發(fā)育階段，葉表腺毛密度總體小于葉背；每級(jí)葉片隨著UV-B脅迫時(shí)間的增加，葉表和葉背腺毛密度呈上升趨勢(shì)，都大于CK，說(shuō)明UV-B處理可以增加野菊葉片發(fā)育階段腺毛的密度；CK組隨著葉齡的增加每級(jí)腺毛密度趨于相同，葉表UV-B處理組隨著葉齡的增加腺毛密度整體呈先上升后下降趨勢(shì)，葉背UV-B處理組隨著葉齡的增加腺毛密度呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明隨著大齡葉表面積的增加，非腺毛密度減小，使葉表受UV-B輻射有所損傷，使腺毛密度減少。

隨著葉片面積增大，CK組和UV-B處理組的葉表和葉背非腺毛的密度呈減少趨勢(shì)；每級(jí)葉片隨著UV-B脅迫時(shí)間的增加，葉表和葉背每級(jí)非腺毛密度呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明UV-B處理可以增加野菊葉片發(fā)育階段非腺毛的密度。

葉片的不同發(fā)育階段表皮毛的密度比例(非腺毛密度/腺毛密度)，隨著葉齡時(shí)間和葉表面積的增加呈遞減趨勢(shì)，說(shuō)明UV-B處理使野菊葉片發(fā)育階段表皮毛密度比例降低；葉背表皮毛比例大于葉表，其遞減幅度也明顯大于葉表，說(shuō)明葉背本身腺毛多于葉表，UV-B處理增加幅度較小，葉表則增加明顯。

表2 UV-B處理對(duì)野菊不同發(fā)育階段表皮毛密度和比例的影響

發(fā)育階段葉 背非腺毛密度/個(gè)·mm-2CK12d33d54d腺毛密度/個(gè)·mm-2CK12d33d54d表皮毛密度比例CK12d33d54dC(55.47±3.96)Ad (80.20±2.05)Ac (115.40±3.49)Ab(159.8±1.47)Aa(7.83±1.29)Bd(15.27±0.84)Cc(20.93±0.66)Bb(46.17±1.29)Ca7.105.255.603.46D(43.30±3.27)Cc(75.67±1.15)ABb(107.20±3.27)Ba(115.4±8.52)Ca(8.17±2.97)Bd(15.90±1.30)Cc(23.60±2.27)Bb(54.67±3.90)Ba5.304.764.502.11E(51.67±7.95)Bd(71.30±1.35)Bc(106.10±2.72)Bb(124.0±1.50)Ba(11.03±3.44)Ac(19.67±1.33)Bb(25.57±4.30)Ab(57.03±4.06)Ba4.703.624.202.18F(50.87±9.97)Bd(64.37±3.30)BCc(96.17±1.94)Cb(123.0±0.71)Ba(11.77±3.55)Ac(20.70±3.34)Bb(25.47±2.26)Ab(88.20±2.23)Aa4.303.113.801.39G(33.37±3.75)Cd(57.13±2.70)Cc(92.50±2.26)Cb(123.1±2.00)Ba(12.73±2.67)Aa(26.07±0.46)Ab(25.90±2.95)Ab(93.40±3.89)Aa2.602.193.601.32

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差;同列數(shù)據(jù)后不同大寫字母表示同一處理不同發(fā)育階段間差異顯著(P<0.05);同行數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一發(fā)育階段不同處理間差異顯著(P<0.05)。

3 結(jié)束語(yǔ)

表皮毛密度的誘導(dǎo)性具有生態(tài)意義[15]和經(jīng)濟(jì)意義,因?yàn)楸砥っ拿芏瓤梢詫?duì)食草動(dòng)物種群產(chǎn)生負(fù)面影響[16]，所以增加植物的表皮毛密度，對(duì)減少農(nóng)藥的使用具有積極意義；且腺毛是植物積累次生代謝物質(zhì)的重要場(chǎng)所[17]，增加腺毛密度從而提高植物的藥用價(jià)值和芳香物質(zhì)的提取，具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。UV-B是植物生長(zhǎng)發(fā)育中必不可少的非生物因素之一，許多研究表明，增強(qiáng)UV-B輻射會(huì)顯著影響植物的生長(zhǎng)[20]，近年來(lái)常被用來(lái)研究對(duì)芳香植物表皮毛的密度及分泌物的影響，結(jié)果表明，一定劑量的UV-B輻射處理有助于表皮毛的生長(zhǎng)和提高植物分泌物的含量。野菊是重要的藥用和芳香植物，野菊全草含揮發(fā)油、蒙花苷、木犀草素甙等化合物[9]。提高野菊揮發(fā)油和芳香物質(zhì)有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，焦宏彬等[8]發(fā)現(xiàn)，用水楊酸處理野菊葉片不能起到增加野菊葉片頭狀腺毛密度的作用，但能夠增加腺毛分泌物中樟腦類物質(zhì)相對(duì)總含量。

本研究結(jié)果表明，用UV-B處理野菊，隨著處理時(shí)間的增長(zhǎng)，野菊葉片不同發(fā)育時(shí)期的腺毛形態(tài)都比CK成熟早，在UV-B處理54d組C(葉齡18d)時(shí)期的腺毛成熟度達(dá)到CK組G(葉齡33 d)時(shí)期的狀態(tài)，說(shuō)明UV-B可以促進(jìn)野菊腺毛的成熟，這與Daphne et al.[21]的研究結(jié)果相同；非腺毛UV-B處理組形態(tài)上都發(fā)生不同程度的扭曲，說(shuō)明UV-B雖然可以促進(jìn)腺毛的成熟，但對(duì)非腺毛的生長(zhǎng)發(fā)育有一定的傷害，這與高文杰等[7]的研究結(jié)果一致；葉片不同發(fā)育時(shí)期葉表和葉背腺毛密度隨著UV-B處理時(shí)間的增加呈先上升后下降趨勢(shì)，非腺毛整體呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明一定時(shí)間的UV-B處理有助于表皮毛密度的增加，能夠在一定程度上說(shuō)明，適當(dāng)?shù)腢V-B輻射處理能夠使野菊增加腺毛密度，從而增加其芳香物質(zhì)的含量，并且使幼葉的腺毛成熟加快，生產(chǎn)上可以通過(guò)適當(dāng)增加UV-B輻射來(lái)提高野菊精油等芳香物質(zhì)的提取產(chǎn)量，但UV-B輻射處理，對(duì)增加野菊腺毛分泌物含量及種類的具體影響機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。