不同生長調節(jié)物質對西瓜幼苗生長發(fā)育的影響

賈云鶴，王喜慶，閆 聞，付永凱，尤海波，葉萬軍，谷 維，劉思宇，許春梅，王 禹，劉 琦，趙 丹，李 巖

（1.黑龍江省農業(yè)科學院園藝分院 哈爾濱 150069； 2.黑龍江省農業(yè)科學院植物保護研究所 哈爾濱 150080）

近年來，黑龍江省西瓜種植面積穩(wěn)定在3.33 萬hm2左右，西瓜已經成為黑龍江省促進農民增收、促進農村發(fā)展的重要經濟作物[1]。為提高經濟效益，很多農戶都進行西瓜搶早栽培。為了保證溫度需要，育苗多在設施（溫室、大棚、小拱棚）中采用多層覆蓋方式進行。設施環(huán)境的光照較弱，溫度不穩(wěn)定，晝夜溫差較小，濕度較大，容易導致幼苗徒長、抗性減弱[2]。此外，集約化育苗常以多孔連體式穴盤為容器，以人工混配輕型基質替代土壤，具有節(jié)種、節(jié)能、省工，適于規(guī)模化、標準化生產，便于機械化操作等優(yōu)點，但在實際生產過程中存在幼苗密度大、植株間相互蔭蔽等問題，也容易形成徒長苗[3]。

幼苗徒長指下胚軸的伸長，許多植物內源激素都與其有關，如生長素（IAA）、赤霉素類（GAs）、細胞分裂素類（CTKs）、脫落酸（ABA）、乙烯（ETH）和油菜素甾醇類（BRs）等[4]。植物激素對植物株型的影響以及作用機理是極其復雜的，植物體內源激素之間是相互作用的，彼此之間或協同或拮抗共同作用于植物體，使之有一定的表型[5]。溫度、光照等環(huán)境因素通過調節(jié)植物內源激素的合成來控制植物幼苗下胚軸的伸長。植物生長調節(jié)劑可以通過調節(jié)植物內源激素的合成控制植物幼苗徒長。矮壯素（CCC）是一種GAs 生物合成抑制劑，其主要抑制GAs 合成途徑第一步驟中牛兒焦磷酸向內根-貝殼杉烯類物質的轉化。烯效唑（S3307）通過抑制GAs生物合成過程中由貝殼杉烯到貝殼杉烯酸三步氧化作用的氧化酶（細胞色素P450 酶）的活性，從而降低GAs 前體原料的形成，抑制內源GAs 的合成[6]；此外，烯效唑（S3307）還可通過影響吲哚乙酸氧化酶活性，氧化游離IAA，降低內源IAA 水平，從而延緩植物伸長生長[7]。多效唑可以抑制植物內源激素GAs 和IAA 的合成。

設施內（尤其是農民自建設施）光照、溫濕度等環(huán)境條件不容易控制，利用生長調節(jié)劑不失為一種控制徒長、培育壯苗、提高抗性的有效手段，并且已經在很多作物上獲得成功。李瑞霞等[8]研究表明，播種前用稀釋100 倍的春語微生物菌劑和0.2 mL·L-1矮壯素溶液以澆透底水的方式處理的絲瓜幼苗株高矮化顯著，莖粗增加明顯，根冠比和壯苗指數也顯著升高[8]。陳光平等[9]研究表明，矮壯素（國光）對拉比番茄幼苗的徒長抑制作用顯著。聶萌恩等[10]研究表明，適宜濃度的多效唑處理可有效提高谷子葉片葉綠素、可溶性蛋白和可溶性糖含量，有效降低谷子株高。筆者比較了8 種生長調節(jié)劑對西瓜幼苗生長發(fā)育的影響，為控制西瓜幼苗徒長、培育西瓜壯苗提供了可選藥劑及方法，為黑龍江省西瓜產業(yè)的健康發(fā)展提供了理論依據和科技支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用西瓜品種為‘8424’（由新疆農業(yè)科學院哈密瓜研究中心選育，新疆明鑫科鴻農業(yè)科技有限責任公司總經銷）。試驗用藥劑包括：矮壯素（四川國光農化股份有限公司，50%水劑），多效唑（四川國光農化股份有限公司，15%可濕性粉劑），葉綠體轉化素（臺灣植友農業(yè)技術有限公司，粉劑），葉綠體轉化素（植倍豐山東生物科技有限公司，粉劑），氨基寡糖素（江蘇克勝集團股份有限公司，5%水劑），烯效唑（江蘇劍牌農化股份有限公司，5%可濕性粉劑），盈控（河南農恩生物科技有限公司，水劑），乙烯利（上海華誼集團華原化工有限公司彭浦化工廠，40%水劑）。

1.2 方法

試驗于2019 年5 月在黑龍江省農業(yè)科學院園藝分院日光溫室內進行。共9 個處理，采用隨機區(qū)組設計。CK：清水對照；處理1：葉綠體轉化素（植友，稀釋1 000 倍），處理2：烯效唑（50 mg·L-1），處理3：氨基寡糖素（200 mg·L-1），處理4：多效唑（200 mg·L-1），處理5：矮壯素（4 000 mg·L-1，處理6：盈控（稀釋500 倍），處理7：葉綠體轉化素（植倍豐，稀釋1 000 倍），處理8：乙烯利（400 mg·L-1）。每個處理3 次重復，每個重復用種量為64 粒。2019 年5 月6 日浸種催芽，每種藥劑按照所需濃度配制成1 000 mL 的藥液，浸泡種子12 h，5 月7 日將種子徹底沖洗干凈后播種于溫室32 孔穴盤中（規(guī)格：上口徑60 mm，下口徑28 mm，深度53 mm，單個穴容積110 mL，外形540 mm×280 mm），每個穴盤播2 粒。穴盤擺放在溫室縱墻（遮陰且溫度較高）下面，以營造適合西瓜幼苗徒長的條件，其他栽培管理按照常規(guī)進行。

5 月12 日（子葉期），游標卡尺測定下胚軸高度、粗度；電子天平測量根鮮質量；調查發(fā)芽率。測定方法為：將苗從土中輕輕挖出，洗凈根部，用吸水紙擦干，剪下根部，測量根鮮質量；根莖交界處到莖子葉交界處的距離為下胚軸高度，子葉節(jié)下1 cm處的直徑為下胚軸粗度。

赤霉素（GA）含量測定方法：每重復選取生長一致的植株6 株。取下胚軸中段，切成1～2 cm 的小段；取主根上段，切成1～2 cm 的小段。6 株的根和下胚軸分別混樣，混后的取樣量為0.5～1.0 g。采用ZCI BIO 公司的Plant GA ELISA kit 試劑盒測定根系和下胚軸中的赤霉素（GA）含量（方法出自青島科創(chuàng)公司）。

細胞超微結構觀察方法：取中段下胚軸，切成1 mm×2 mm 的小塊，4 ℃下用2.5%戊二醛前固定，1%四氧化鋨后固定，以0.1 mol·L-1磷酸緩沖液（pH 7.2）漂洗，梯度乙醇脫水，Spurr’s 樹脂浸透、包埋，用Ultracute 型超薄切片機（澳大利亞Reichart-Jung公司）切片，超薄切片經醋酸雙氧鈾和檸檬酸鉛雙染色后，于JEM-1200EX 型透射電鏡下觀察細胞超微結構、拍照。

5 月30 日（成苗期），將苗從土中輕輕挖出，洗凈根部，用吸水紙擦干，用游標卡尺測定株高（根莖交界處到心葉距離）、莖粗（子葉節(jié)下部1 cm 處的直徑），用電子秤測量全株干質量（將苗放入燒杯中，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘至恒重，然后稱干質量）。每重復隨機取樣6 株，數據取6 株平均數。壯苗指數=莖粗×全株干質量/株高[11]。

1.3 數據分析

采用Microsoft Excel 2007 統計數據，SPSS 16.0進行方差分析，Duncan’s 新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同藥劑處理對西瓜幼苗徒長的抑制效果

由表1 可以看出，在子葉期，處理1、2、4、7 的下胚軸高度顯著低于對照，防徒長效果明顯，處理3、5 的下胚軸高度顯著低于對照，防徒長效果較好；8 個處理的下胚軸高度比對照降低8.82%～60.1%。處理1、2、4、7 的防徒長效果最強，但發(fā)芽率一般，分別為28.63%、42.90%、41.37%、35.70%、都不到50%。處理3、處理5 的防徒長效果比處理1、2、4、7稍差，但發(fā)芽率明顯升高，分別為57.13%和58.63%。處理6 和對照都徒長，發(fā)芽率最高，分別為65.67%和71.40%，處理8 徒長，發(fā)芽率最低，為21.40%。藥劑處理使發(fā)芽率和對照相比降低8.0%～70.0%，其中，處理5、3 發(fā)芽率比對照降低20%左右。綜上，處理5、3 的防徒長效果較好，發(fā)芽率下降幅度較小。

表1 不同藥劑處理對西瓜子葉期幼苗生長發(fā)育的影響

8 個處理的西瓜幼苗下胚軸粗度都高于對照，比對照提高5.8%～23.2%，其中處理3、6 的下胚軸粗度顯著高于對照。8 個處理的西瓜幼苗的根鮮質量都顯著高于對照，比對照提高8.5%～26.4%。

2.2 不同藥劑處理對西瓜幼苗生長發(fā)育的影響

由表2 可以看出，在成苗期，除處理8 外，其他處理株高都顯著高于對照，處理3 和處理6 的莖粗和對照相比達到顯著差異，處理3 的全株干質量和對照相比達到顯著差異，除了處理8，各處理的壯苗指數和對照相比達到顯著差異。

表2 不同藥劑處理種子對西瓜幼苗成苗期生長發(fā)育的影響

8 個處理的株高都低于對照，比對照降低5.97%～29.10%；8 個處理的莖粗都高于對照，比對照提高4.25%～20.75%，其中處理3 和處理6 的莖粗值最大，分別比對照高17.45%和20.75%；處理3的全株干質量值最大，比對照提高5.97%，和對照相比其他處理的全株干質量增減幅度為-8.40%～5.97%；8 個處理的壯苗指數都高于對照，比對照提高15.05%～55.38%，其中處理3 的壯苗指數最高。

2.3 不同藥劑處理對西瓜幼苗不同部位GA 含量的影響

由表3 可以看出，8 個處理的西瓜幼苗下胚軸GA 含量都低于對照，比對照降低10.3%～50.2%，其中處理1、2、3、4、5、7 的下胚軸GA 含量都顯著低于對照。8 個處理的西瓜幼苗根系GA 含量都高于對照，比對照提高15.3%～131.12%，其中處理1～7 的根系GA 含量都顯著高于對照。

2.4 不同藥劑處理對西瓜幼苗下胚軸細胞超微結構的影響

從圖1 可以看出，對照西瓜幼苗下胚軸細胞的中央大液泡完整透明，細胞器分布在細胞壁周圍，細胞壁較薄，葉綠體片層明顯，葉綠體中無淀粉粒出現，葉綠體呈長橢圓形，線粒體分散在細胞各處（見圖1-a）。藥劑處理的西瓜幼苗下胚軸細胞中出現很多小液泡，細胞質致密，葉綠體增多，細胞器分布在細胞中間，細胞壁較厚。細胞中葉綠體數目增多，葉綠體變形嚴重，葉綠體中出現很多淀粉粒，中央大液泡縮小，有小液泡圍繞在大液泡周圍，線粒體聚集在葉綠體周圍（圖1）。

表3 不同藥劑處理西瓜幼苗下胚軸和根系的GA 含量

圖1 藥劑處理西瓜幼苗下胚軸細胞超微結構

3 討論與結論

利用植物生長調節(jié)劑防控幼苗徒長是一種簡單而有效的方法，目前已在蔬菜幼苗培育過程中得到了廣泛應用。另外生長調節(jié)劑還能夠控制植株內部核酸、氨基酸等物質的生成，對植株生長歷程中的每個部分進行管控，實現讓植株莖干部分變粗、節(jié)間距離減少、葉綠素含量增加、葉子更加翠綠、根部生長更好、抵抗能力變強等功能[12-13]。生產上常用的植物生長調節(jié)劑主要包括矮壯素、烯效唑、多效唑等，處理方法主要包括浸種、種子包衣、葉面噴施、土壤或基質混合處理等[3]。筆者研究了8種生長調節(jié)物質對西瓜種子萌發(fā)及子葉期、成苗期生長發(fā)育的影響。

和對照相比，8 個處理的發(fā)芽率都有所下降，說明8 種生長調節(jié)劑都對西瓜種子萌發(fā)產生了抑制作用，這與前人在黃瓜上的研究結果吻合[14]。在西瓜幼苗的子葉期，8 個處理的根鮮質量都高于對照，下胚軸粗度都高于對照，下胚軸高度都低于對照，說明藥劑處理抑制了下胚軸伸長，促進了下胚軸的增粗，促進了根系的生長，為培育壯苗（成苗期）打下了基礎。

赤霉素（GA）是生長促進物質，它的功能主要體現在一些表型突變體上，這些突變體中GAs 生物合成或信號轉導發(fā)生增強或減弱時，會呈現相應的長或短下胚軸表型[15]。以赤霉素（GA）缺陷型突變體為材料研究其對下胚軸伸長的調控，發(fā)現無論在黑暗還是光照條件下，赤霉素（GA）均是通過改變下胚軸細胞伸長的程度，來實現對下胚軸伸長的調控[16]。在西瓜幼苗的子葉期，藥劑處理的西瓜幼苗根中的GA 含量和根鮮質量呈正比，下胚軸中GA含量和下胚軸高度也呈正比，說明藥劑處理通過促進根和下胚軸中GA 合成促進了根和下胚軸的生長，這與前人研究結果相符[14]。

在西瓜幼苗的子葉期，未經藥劑處理的西瓜幼苗下胚軸細胞壁較薄，細胞質致密度低，細胞內具較大中央液泡，利于細胞滲透吸水，促使細胞伸長生長，從而促使下胚軸徒長。經由藥劑處理后的西瓜下胚軸細胞細胞壁加厚，細胞質致密度較高，中央液泡較小，這可能是導致西瓜苗矮化的主要原因，并與前人在黃瓜上的研究吻合[17-18]。藥劑處理西瓜苗下胚軸細胞內葉綠體內淀粉粒清晰可見，含量明顯增，葉綠體變形嚴重呈圓形或不規(guī)則性；而未經藥劑處理（徒長）的對照西瓜苗中綠體內基粒片層清晰堆疊，無淀粉粒，葉綠體呈長橢圓形或紡錘形。藥劑處理的西瓜幼苗下胚軸細胞內線粒體增多，線粒體聚集，小液泡增多。淀粉粒的增加說明光合產物向淀粉方向積累，降低了對細胞伸長方向的能量供應；而線粒體聚集、小液泡增多說明其提供了能量經由小液泡將光合產物分泌到細胞壁周圍，從而促進了細胞壁物質合成和加厚，而細胞壁加厚也會阻礙細胞伸長，這與前人對黃瓜細胞超微結構的研究吻合[19]。

在成苗期，和對照相比，8 種生長調節(jié)劑都降低了西瓜幼苗的株高，增加了莖粗，但處理3、5、7、8的全株干質量高于對照，處理1、2、4、6 的全株干質量卻低于對照，說明有的生長調節(jié)劑抑制了西瓜幼苗的生長發(fā)育。處理3、5、7 的壯苗指數都顯著高于對照，說明這3 種藥劑促進了西瓜幼苗的生長發(fā)育。處理1 和處理7 為2 種葉綠體轉化素，有效成分分別是含量為10% CaO（植友）和FeO（植倍豐）。鈣元素有穩(wěn)定植物細胞質、細胞壁、防止細胞中營養(yǎng)物質外滲、提高植物抗性等作用；鐵元素是葉綠素、各種抗氧化酶的重要組分、并且參與植物的呼吸、固氮作用。從試驗結果可以看出含有鐵元素的處理7 的壯苗效果更好，這可能與鐵元素促進光和作用、促進營養(yǎng)物質積累有關。處理3 為氨基寡糖素，該物質有抑制病原菌生長、激發(fā)植物產生對抗逆境的保護酶、保護蛋白等作用。處理3 的壯苗指數和干物質含量（干質量）都明顯高于對照及其他處理，原因可能是對逆境的耐受能力提高導致的營養(yǎng)物質積累。處理5 為矮壯素，矮壯素主要是通過抑制赤霉素的生物合成控制徒長。前人研究結果表明矮壯素可以提高植物的壯苗指數，但不能促進干物質積累[8，20]。本研究中矮壯素對西瓜的干物質積累起到了一定促進作用，但和對照相比差異不顯著，可能是作物不同、處理方法不同導致的不同結果。

綜上，氨基寡糖素、葉綠體轉化素（植倍豐）、矮壯素可以作為防止幼苗徒長、培育壯苗的備選藥劑，根據不同情況有選擇地在西瓜育苗中推廣應用。