矮壯素浸種對黃瓜幼苗下胚軸伸長及細胞亞顯微結構的影響

高曉旭 段 穎 張志剛 董春娟 尚慶茂

矮壯素浸種對黃瓜幼苗下胚軸伸長及細胞亞顯微結構的影響

高曉旭 段 穎 張志剛 董春娟 尚慶茂*

（農業部園藝作物生物學與種質創制重點實驗室，中國農業科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

為了明確矮壯素（CCC）浸種對黃瓜幼苗下胚軸伸長的影響，以3 000 mg·L-1矮壯素對黃瓜品種中農203進行浸種處理，測定黃瓜幼苗下胚軸生長的形態指標，并采用透射電子顯微鏡觀察下胚軸薄壁細胞亞顯微結構的變化。結果表明：矮壯素浸種處理能顯著降低黃瓜幼苗下胚軸的長度，促進干物質積累。與對照相比，矮壯素浸種處理使黃瓜幼苗下胚軸薄壁細胞的細胞壁明顯加厚，液泡數目增加，體積變小，葉綠體形態和結構發生改變，基粒含量和淀粉粒數量增加。

矮壯素；浸種；下胚軸；徒長；亞顯微結構

黃瓜是我國主栽蔬菜種類之一，種植面積廣泛，且多以育苗移栽為主。黃瓜幼苗在育苗過程中極易受到低溫、弱光影響，幼苗特別是下胚軸伸長過快，導致徒長，增加了幼苗受到機械損傷和病害侵染的幾率，定植后成活率低，不利于早熟豐產，嚴重影響黃瓜栽培的產量和經濟效益（明村豪 等，2011）。通過控制溫度、水分等物理調控技術抑制黃瓜幼苗徒長的效果不是很理想，為此，人們采用烯效唑、多效唑等植物生長調節劑來抑制幼苗徒長，提高育苗質量。研究表明，烯效唑較適合應用于促進小麥、水稻等單子葉作物的分蘗和分節（李煜昶和成俊然，1993），且能延緩開花時間；多效唑若施用濃度不當極易造成黃瓜幼苗定植后難以恢復生長，顯著影響前期產量和總產量，因此不宜應用于黃瓜育苗（劉鳴韜和陳瑞富，1996；甘小虎 等，2012）。矮壯素（chlorocholine chloride，CCC）是一種常用的植物生長抑制劑，能抑制莖部亞頂端分生組織細胞分裂和生長，而不影響頂端分生組織分化，因此對花芽和果實形態影響不大（傅華龍 等，2008）。此外，矮壯素還具有毒性低、效果持久等優點，較適合應用于抑制黃瓜幼苗徒長（甘小虎等，2012；王蒞 等，2013）。

矮壯素在黃瓜幼苗上的施用方法主要有葉面噴施法和浸種法。研究發現，葉面噴施法在操作上不易施用均勻，幼苗長勢不齊，不利于育苗管理（盧育華和龐金安，1997）。此外，當矮壯素濃度過高時，容易導致黃瓜幼苗葉片褪綠、灼傷，造成不必要的損失（隋艷暉 等，2009）。采用矮壯素浸種的方法，處理濃度均一，且操作簡單，可望適時有效控制幼苗徒長（孟煥文和程智慧，1998；高曉旭 等，2011）。

目前人們對矮壯素的研究主要集中在其對赤霉素合成途徑的影響及生理效應上，而對矮壯素抑制幼苗下胚軸伸長的亞顯微結構方面的研究尚未展開。本試驗以黃瓜品種中農203為試材，研究矮壯素浸種后黃瓜幼苗下胚軸伸長速率及細胞亞顯微結構的變化，旨在進一步明確矮壯素抑制黃瓜幼苗下胚軸伸長的機制。

1 材料與方法

1.1 供試材料和試驗設計

試驗于2011年2～4月在中國農業科學院蔬菜花卉研究所溫室內進行。以黃瓜（Cucumis sativus L．）品種中農203為試驗材料，種子由本所黃瓜育

種課題組提供。矮壯素為96%可濕性粉劑，購自上海通微生物技術有限公司。選取飽滿、整齊一致的種子用5% NaClO表面消毒15 min，蒸餾水沖洗5遍。以去離子水浸種為對照，以3 000 mg·L-1的矮壯素室溫浸種10 h為處理，該浸種處理下黃瓜幼苗生長的壯苗指數較好（高曉旭 等，2011）。浸種后種子用去離子水沖淋3遍，播種于72孔穴盤內。育苗基質由草炭、蛭石和珍珠巖以3 V∶1 V∶1 V混合。幼苗在日光溫室中培養，自然光周期，平均溫度（25±3）℃ / （18±3）℃（晝/夜），相對濕度（65±1 0）%，各處理采用完全隨機區組排列。

1.2 測定方法

1.2.1 幼苗下胚軸形態指標測定 子葉平展時（播后14 d），隨機選取對照和處理幼苗，用直尺測量幼苗下胚軸長度，并稱量干、鮮質量。根系體積由掃描儀掃描后，用杭州萬深檢測科技有限公司生產的LA-S 型系列植物圖像分析系統分析測定，并計算下胚軸干物質密度，每處理3次重復。

1.2.2 電鏡樣品的制備及細胞亞顯微結構觀察 取子葉平展時的幼苗（播后14 d），用刀片在下胚軸中段切取1 mm×2 mm 小塊，浸入2.5%戊二醛溶液（pH 7.4）中24 h進行前固定，浸入1%四氧化鋨溶液4 h進行后固定，以0.1 mol·L-1磷酸緩沖液（pH 7.2）漂洗，采用不同濃度梯度的乙醇進行逐級脫水，Spurr’s樹脂浸透、包埋，Ultracute型超薄切片機（澳大利亞Reichart-Jung公司）切片，經醋酸雙氧鈾和檸檬酸鉛雙染色后，于JEM-1200 EX型透射電鏡（日本JEOL公司）下觀察下胚軸細胞亞顯微結構，并進行拍照。

1.3 試驗數據統計分析

數 據 采 用 Excel和 DPS（Data Processing System）軟件進行統計和分析。

2 結果與分析

2.1 矮壯素浸種對黃瓜幼苗下胚軸伸長生長的影響

由圖1可知，矮壯素浸種后黃瓜幼苗葉片顏色明顯加深，植株較矮小，下胚軸伸長速度較慢。由表1可知，矮壯素浸種后黃瓜幼苗下胚軸長度縮短了37.70%、絕對生長速率降低了37.73%，與對照的差異均達顯著水平。同時，下胚軸干物質密度較對照顯著增加20.31%，含水量則顯著降低了0.36個百分點。說明矮壯素浸種處理抑制了黃瓜幼苗下胚軸伸長生長，同時促進了干物質積累。

圖1 矮壯素浸種對黃瓜幼苗下胚軸伸長的影響

表1 矮壯素浸種對黃瓜幼苗下胚軸伸長的影響

2.2 矮壯素浸種對黃瓜幼苗下胚軸細胞亞顯微結構的影響

透射電鏡下觀察未經矮壯素浸種的黃瓜幼苗下胚軸細胞結構如圖2-a、b、c所示，細胞質膜平整光滑，原生質致密程度低（圖2-a），細胞具較大的中央液泡，細胞器清晰可見（圖2-b），細胞壁薄且均勻，次生加厚不明顯（圖2-c）。矮壯素浸種后，黃瓜幼苗下胚軸細胞的亞顯微結構如圖2-d、e、f所示。與對照相比，經矮壯素處理的幼苗下胚軸細胞質致密程度較高，中央液泡較小，且具有較豐富的小液泡（圖2-d，e），細胞壁厚度顯著增加，具有明顯的次生加厚特征（圖2-e，f）。

進一步觀察矮壯素浸種對黃瓜幼苗下胚軸細胞內線粒體、質體等細胞器的影響，如圖3-a所示，未經矮壯素浸種的黃瓜下胚軸細胞內細胞器分布較均勻，形態多為橢圓形或圓形，較為規則，矮壯素浸種后黃瓜幼苗下胚軸細胞器形態變得不規則，質體內富含淀粉粒，線粒體數目增多，一些大小不均、透明度較大的囊泡聚集在線粒體、葉綠體和細胞壁附近（圖3-b箭頭所示），也有多個較大的小液泡聚集分布在致密度極高的細胞質中，小液泡數目明顯增多（圖3-b，c）。與對照相比，大液泡內鹽離子豐富，電子密度較高（圖3-d）。

圖2 矮壯素浸種對黃瓜幼苗下胚軸細胞結構的影響

處理與對照的黃瓜幼苗下胚軸細胞內葉綠體在基質、基粒片層結構以及淀粉粒數目之間的差異如圖4所示，對照細胞內葉綠體呈規則的透鏡形或橢圓形，葉綠體內基粒片層排列疏松，數量較少，基質豐富（圖4-a），葉綠體內淀粉粒數量明顯較少（圖4-a，b）；矮壯素浸種后，幼苗下胚軸細胞內葉綠體形態發生變化，邊緣不規則，葉綠體內基粒片層堆疊，排列緊密（圖4-c），基粒和淀粉粒數量都

顯著增加（圖4-c，d）。

圖3 矮壯素浸種對黃瓜幼苗下胚軸細胞器的影響

圖4 矮壯素浸種對黃瓜幼苗下胚軸細胞葉綠體結構的影響

3 結論與討論

矮壯素是一種常用的植物生長抑制劑，通過抑制赤霉素合成的第一步（由牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸向內根-貝殼杉烯類物質轉化）降低植株內源赤霉素水平，能有效抑制幼苗徒長，促進植株矮壯，提高光合效率，增強抗逆性（趙瑞 等，2000；郭永芳 等, 2010）。研究表明，矮壯素的效果受施用方法、使用濃度、幼苗發育階段和環境因子的綜合影響（隋艷暉 等，2009），本試驗采用3 000 mg·L-1矮壯素對黃瓜進行浸種處理，并對幼苗下胚軸伸長進行了生長指標測定。試驗結果表明，矮壯素浸種處理后黃瓜幼苗葉片顏色加深，干物質積累增加，下胚軸的伸長生長速度減緩。因此，矮壯素浸種是一種有效抑制黃瓜幼苗下胚軸徒長的方法，對幼苗傷害小，可操作性強，極具農業生產應用價值。

幼苗下胚軸細胞膨壓及細胞壁的延展性是幼苗伸長生長的主要影響因子（Cosgrove，1999）。細胞膨壓由中央大液泡維持，當細胞進行伸長生長時，細胞膨壓升高，隨后細胞壁對細胞膨壓的變化做出響應，細胞壁pH酸化并松弛，纖維素微纖絲合成速率加快，促進新細胞初生壁的形成（Cosgrove，2005）。研究表明，植物下胚軸細胞壁的延展性與細胞壁厚度顯著負相關，細胞壁越厚，其可塑性就越低，越不利于細胞伸長（Wu et al.，2005）。本試驗結果表明，未經矮壯素浸種處理的黃瓜幼苗下胚軸細胞內具較大中央液泡，細胞壁較薄，有利于細胞膨壓維持和細胞壁的延展，促使細胞伸長生長，因此植物下胚軸干物質積累速率較慢，組織含水量大，容易導致下胚軸徒長；矮壯素浸種處理后，黃瓜幼苗下胚軸中央液泡較小，細胞壁加厚顯著，不利于細胞膨壓的維持和細胞壁的延展，下胚軸細胞的伸長生長受到抑制，幼苗不容易發生徒長。

矮壯素不但具有抑制幼苗下胚軸伸長的作用，還能促進光合色素合成，提高Rubisco羧化酶活性和植物進行光合作用的能力（王惠群 等，2007；郭永芳 等，2010）。本試驗比較了對照與矮壯素浸種處理的黃瓜幼苗下胚軸細胞內葉綠體的亞顯微結構，結果顯示：對照中葉綠體基粒類囊體數目較少

且排列疏松，淀粉粒數量少，表明同化產物積累較少，這可能是由于光合產物主要用于供應細胞快速伸長生長所導致。矮壯素浸種處理后，細胞葉綠體邊緣不規則，葉綠體表面積增加；葉綠體內基粒片層堆疊，排列緊密，基粒類囊體數目顯著增加，由于細胞壁可塑性降低，細胞縱向伸長受到抑制，光合產物傾向于同化物方向積累，因此葉綠體內淀粉粒數量顯著多于對照組。

綜上所述，矮壯素浸種能夠有效抑制黃瓜幼苗下胚軸伸長，通過對幼苗下胚軸進行生長指標測定和細胞亞顯微結構的研究，認為矮壯素浸種對黃瓜幼苗下胚軸伸長的影響主要表現在以下幾方面：① 黃瓜幼苗下胚軸細胞細胞壁厚度增加，可塑性降低，限制了細胞伸長生長；② 中央大液泡由數個小液泡和囊泡取代，細胞膨壓降低，不利于細胞伸長生長；③ 細胞內葉綠體形態和結構發生變化，淀粉粒數量增加。以上幾種影響相互關聯，最終降低了黃瓜幼苗下胚軸伸長生長速度，有效抑制了黃瓜幼苗下胚軸的伸長。

傅華龍，何天久，吳巧玉．2008．植物生長調節劑的研究與應用．生物加工過程，6（4）：7-12．

甘小虎，何從亮，閻慶久，胡靜．2012．矮壯素、多效唑對高溫季節黃瓜育苗的影響．蔬菜，（7）：64-66．

高曉旭，張志剛，董春娟，尚慶茂．2011．晝夜溫度對黃瓜矮壯素浸種效果的影響．中國蔬菜，（18）：41-46．

郭永芳，林多，陳寧，楊延杰．2010．BR與CCC對夏秋季穴盤番茄苗質的影響．中國農學通報，26（2）：105-108．

李煜昶，成俊然．1993．新植物生長調節劑烯效唑的研究．農藥，32（6）：11-12．

劉鳴韜，陳瑞富．1996．幾種植物生長調節劑處理黃瓜種子對幼苗的影響．河南農業科學，（6）：34-37．

盧育華，龐金安．1997．幼苗密度、多效唑濃度及處理時間對番茄幼苗質量的影響．華北農學報，12（2）：131-135．

孟煥文，程智慧．1998．矮壯素浸種對黃瓜幼苗生長的影響．陜西農業科學，（4）：25-27．

明村豪，蔣芳玲，胡宏敏，周學超，詹鋒華，吳震．2011．幼苗徒長程度對黃瓜植株生長發育及產量品質的影響．中國蔬菜，（4）：29-34．

隋艷暉，張劍，張志國．2009．比久和矮壯素對矮牽牛穴盤苗生長的控制作用．中國農學通報，25（23）：343-346．

王惠群，蕭浪濤，李合松，吳成春，康朵蘭，楊艷麗．2007．矮壯素對馬鈴薯中薯3號光合特征和磷素營養的影響．植物營養與肥料學報，13（6）：1143-1147．

王蒞，王艷婕，朱鑫．2013．矮壯素對黃瓜及茄果類蔬菜穴盤育苗的影響．長江蔬菜，（10）：26-29．

趙瑞，馬健，李飛．2000．黃瓜穴盤育苗株型調控研究．長江蔬菜，（12）：33-36．

Cosgrove D J．1999．Enzymes and other agents that enhance cell wall extensibility．Annual Review of Plant Biology，50（1）：391-417．

Cosgrove D J．2005．Growth of the plant cell wall．Nature Reviews Molecular Cell Biology，6（11）：850-861．

Wu Y，Jeong B R，Fry S C，Boyer J S．2005．Change in XET activities，cell wall extensibility and hypocotyl elongation of soybean seedlings at low water potential．Planta，220（4）：593-601．

Effects of Soaking Seeds with Chlorocholine Chloride on Cucumber Seedling Hypocotyl Stretch and Submicroscopic Structure of Its Cortical Cell

GAO Xiao-xu，DUAN Ying，ZHANG Zhi-gang，DONG Chun-juan，SHANG Qing-mao*

（KeyLaboratoryofHorticulturalCropsGeneticImprovement，MinistryofAgriculture，InstituteofVegetablesandFlowers，ChineseAcademyofAgriculturalSciences，Beijing 100081，China）

In order to investigate the effect of chlorocholine chloride （CCC） on cucumber seedling hypocotyl strench，seeds of cucumber （Cucumis sativus L．）variety‘Zhongnong 203’were soaked with 3 000 mg·L-1CCC to test the morphological index of cucumber seedling hypocotyl growth．And transmission electron microscope was adopted to observe the changes in the submicroscopic structure of its hypocotyl cortical cell．The results showed that the length of hypocotyl was reduced and dry matter accumulation was promoted by CCC treatment．Compared with the contrast，cell wall of cucumber seedling hypocotyl cortical cell was obviously thickened，the number of vacuoles was increased，and the volume became smaller．The chloroplast morphology and structure were altered．The grana content and number of starch bodies were increased．

Chlorocholine chloride；Soaking seed；Hypocotyl；Excessive growth；Submicroscopic structure

高曉旭，碩士研究生，專業方向：蔬菜苗期發育調控，E-mail∶gezi126@126.com

*通訊作者（Corresponding author）：尚慶茂，研究員，博士生導師，專業方向：蔬菜苗期發育調控，E-mail∶ shangqingmao@caas.cn

2013-09-22；接受日期：2013-12-23

公益性行業（農業）科研專項（201303014），現代農業產業技術體系建設專項（CARS-25）