外源5-ALA與CaCl2對露地栽培芍藥生理及觀賞品質的影響

徐 萌，張 玉，李 偉*

(1 青島農業大學 園林與林學院，山東青島 266109; 2 乳山市林業局，山東乳山 265400)

芍藥(Paeonialactiflora)，是芍藥科芍藥屬多年生宿根草本植物，享有“天下第一嬌”的美稱，是中國傳統名花，花大色艷、品種繁多、花型豐富，具有極高的觀賞價值，常以片植、花境、花壇、盆栽等形式廣泛應用于園林綠化[1-2]，也是作為切花的良好材料，市場前景廣闊。芍藥在中國的栽培歷史悠久，但其在栽植過程中由于受到夏季高溫脅迫，植物的蛋白穩定性、質膜流動性和酶反應速率等受到影響，活性氧等有害物質大量積累，從而抑制光合作用和有機物質的積累，進而導致葉片萎蔫，甚至造成植株死亡[3-4]，與此同時芍藥則通過調節自身形態與生理的變化來應對逆境脅迫[5]。

鈣作為植物生長所需的大量元素之一，在維持細胞壁和細胞膜結構等方面具有重要作用[6-7]。例如，10 mmol·L-1的Ca2+處理可顯著緩解鹽脅迫對黃瓜的傷害，增強其耐鹽性[8]；采前噴鈣能明顯提高芍藥的株高和莖粗以及花莖的機械強度、凈光合速率(Pn)和水分利用效率[9-10]。而對于鈣提高植物耐熱性的作用機理，還未有明確答案。有觀點認為高溫逆境條件下外源Ca2+可明顯提高抗氧化酶系統的活性，降低細胞滲透勢，防止膜質過氧化，保持細胞膜的完整性，從而提高作物的耐熱性[11-12]。研究證明10 mmol·L-1的CaCl2能提高花生[13]、辣椒[14]等植物的耐熱性。

近年來，5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid，5-ALA)作為一種新型植物生長調節物質，經常被用于提高植物對多種逆境[15]如高溫[16]和干旱[17-18]等的抗性。不同濃度的5-ALA處理能夠通過提高葉片葉綠素含量、Pn、蒸騰速率(Tr)和氣孔導度(Gs)等指標來改善植株光合性能[19-21]，也可以通過噴施5-ALA提高超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)和過氧化物酶(POD)等抗氧化酶的活性，降低超氧陰離子

目前，國內外關于芍藥耐熱性方面的研究較少，且關于外源物質對芍藥耐熱性的影響研究鮮有報道。因此，本試驗以地栽芍藥品種‘大富貴’為試材，通過葉面噴施的方法來研究CaCl2和5-ALA對高溫脅迫下芍藥的生理生化指標及其觀賞品質的影響，以期為緩解芍藥夏季高溫傷害提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料及處理

供試材料為5年生早花芍藥品種‘大富貴’(Paeonialactiflora‘Dafugui’)，供試化學試劑5-ALA由日本COSMO公司提供，CaCl2由上海國藥集團生產，均為分析純。

試驗于青島農業大學牡丹芍藥園大田中進行，常規管理。選取生長一致、株型緊湊、生長勢強、無病蟲害的植株，分成3組，每組9株，進行相應的葉面噴施處理。一組噴灑清水為對照(CK)，一組噴灑100 mg·L-15-ALA (添加0.01% Triton作展著劑)，另一組噴灑4% CaCl2。各處理于晴天傍晚時進行葉面噴施(5-ALA見光易分解)。從芍藥出芽開始，至芍藥葉枯為止，期間共噴施處理9次，每14 d噴灑一次。每處理20株，各處理重復3次。

試驗處理時間為2021年4月22日至7月12日。其中，4月22日至30日的平均日溫16 ℃；5月份平均日溫20 ℃，溫度在25 ℃以上有1 d；6月份平均日溫24 ℃，平均夜溫19 ℃，溫度在25 ℃以上有10 d；7月1日至12日，日平均日溫26 ℃，平均夜溫23 ℃，溫度在25 ℃以上有7 d。試驗期間溫度在25 ℃以上的天數有18 d。本試驗從4月份芍藥形成功能葉開始到7月份葉片衰老趨于落葉結束，每隔20 d左右選擇晴天進行各項指標的測定。

1.2 測定指標及方法

1.2.1 觀賞性狀自5月18日植株開始結蕾至7月初實驗結束，觀測各處理組芍藥的花期(d)、最大花徑(cm)及最大花朵鮮重(g)，每指標測定不少于3株，每株不少于6朵花。

1.2.2 光合氣體交換參數從4月芍藥形成功能葉之后開始到花謝，每隔20 d左右選擇晴朗無風的天氣于早晨9:30-11:30期間，選取充分受光、葉位一致的芍藥葉片用光合儀CIRAS-3測定Pn、Tr、Gs和細胞間隙二氧化碳濃度(Ci)等光合氣體交換參數，選取6棵生長狀態基本一致的芍藥植株，每株測定3片葉，重復3次。測定光合參數的同時對芍藥葉片采樣，液氮處理后超低溫冰箱保存，用于活性氧、葉綠素含量及抗氧化酶活性等生理生化指標的測定。

1.2.3 抗氧化及生理生化指標測定選取充分受光、葉位一致的葉片采樣，液氮處理后超低溫冰箱保存，用于膜脂質過氧化等生理生化指標的測定。SOD、

1.2.4 葉綠素含量芍藥葉片葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)及總葉綠素(Chl)含量用95%乙醇提取法提取，分光光度計測定663和645 nm處吸光度值A663和A645，依據以下公式計算葉綠素a(Chla)和葉綠素b(Chlb)含量。

Chl a(mg·L-1)=(12.72A663-2.59A645)

Chl b(mg·L-1)=(22.88A645-4.67A663)

1.3 數據處理

采用Excel 2010軟件對數據進行處理和繪圖，采用DPS 7.5和SPSS 11.5統計分析軟件對數據進行差異顯著性檢驗(LSD法，α=0.05)。

2 結果與分析

2.1 5-ALA和CaCl2處理對芍藥觀賞性狀的影響

表1和圖1顯示，從5月18日開始結蕾至7月初花朵凋落，各處理組芍藥的花期、最大花徑及最大花朵鮮重都表現為5-ALA組>CaCl2組>對照組，且各組之間均差異顯著(P<0.05)。其中，CaCl2和5-ALA處理組芍藥的花期比對照分別顯著延長了3和6 d、最大花徑分別顯著增加了19.5%和37.8%，而最大花朵鮮重比對照分別顯著提高了10.5%和25.5%。同時，由圖1可知，4月22日，芍藥已經現蕾，植株株型緊湊，葉片呈現鮮綠色，但花蕾數量明顯表現為5-ALA組>CaCl2組>對照組；5月12日，5-ALA組的芍藥已經開花，且開放的花朵已經完全展開，CaCl2組的植株也有少量花朵，但花朵開放程度和花徑都小于5-ALA組，而對照組植株還未開花；6月2日，三組芍藥均已進入盛花期，花朵數量并無差異，且5-ALA組和CaCl2組植株的花莖堅挺，而對照組植株的花莖明顯柔弱，呈倒伏現象；6月22日，三組芍藥均已進入末花期，對照組和CaCl2組植株的花朵已經萎蔫，花瓣開始脫落，而5-ALA組植株的花朵仍然呈開放狀態，沒有花瓣衰落的現象，花期明顯長于對照組和CaCl2組；7月12日，對照組和CaCl2組的芍藥開始進入休眠期，植株已經受到高溫脅迫，葉片出現焦葉現象，而5-ALA組植株耐高溫能力更好，葉片維持綠色。

表1 外源5-ALA和CaCl2處理下芍藥觀賞性狀的變化Table 1 The physiological indexes of P. lactiflora influenced by exogenous CaCl2 and 5-ALA treatments

2.2 外源5-ALA和CaCl2處理對芍藥葉綠素含量的影響

在4～7月份期間，各處理組芍藥葉片葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量總體上均呈現相似的逐漸下降趨勢，且在6月2日以后降幅增大，大多達到顯著水平；CaCl2處理組和5-ALA處理組均不同程度地高于同期對照組，并基本表現為5-ALA組>CaCl2組>對照組。其中，芍藥葉片葉綠素a含量在同期處理組與對照組之間無顯著差異；CaCl2處理組各時期的葉綠素b含量均比對照組顯著增加，增幅在10.53%～45.16%之間，5-ALA處理組的葉綠素b含量在6月2日～7月12日也顯著高于同期對照組，但始終與同期的CaCl2處理組無顯著差異；5-ALA和CaCl2處理組的總葉綠素含量均顯著高于同期對照，增幅分別為4.58%～17.53%和4.15%～15.46%(圖2)。可見，外源5-ALA和CaCl2處理均顯著提高芍藥葉片總葉綠素含量和葉綠素b含量。

2.3 5-ALA和CaCl2處理對芍藥葉片光合氣體交換參數的影響

從4月到7月份，各處理組的芍藥葉片光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)及氣孔導度(Gs)和胞間二氧化碳濃度(Ci)均呈現出相似的季節性變化規律，Pn和Gs值均先上升后下降并在6月2日達到峰值，Tr值逐漸升高，而Ci先下降后上升并在6月2日出現最低值，且在同一時期內各處理之間多存在顯著差異；同期處理間相比較，芍藥葉片Pn、Tr和Gs均表現為5-ALA組>CaCl2組>對照組，而葉片Ci則表現為相反的趨勢(5-ALA組

總體而言，外源CaCl2和5-ALA顯著提高了芍藥葉片Pn、Tr和Gs，顯著降低了其Ci，且5-ALA比CaCl2作用效果更明顯。另外，方差分析結果表明，外源化學試劑處理與生長時間的交互作用對各處理組的光合氣體交換參數的變化也有顯著影響。

2.4 5-ALA和CaCl2處理對芍藥葉片抗逆生理指標的影響

表2同時顯示，從4月至7月，各處理組和對照組葉片的SOD、CAT和POD的活性均呈現先上升后下降的趨勢，并均在6月2日達到最大值，且各時期之間大多存在顯著性差異；與同期對照相比，除了4月22日5-ALA處理組的SOD活性顯著降低外，CaCl2和5-ALA處理組的SOD、CAT和POD活性都不同程度增加，增幅大多達到顯著水平，且5-ALA處理組增加的幅度更大。其中，CaCl2處理組和5-ALA處理組的SOD活性分別比對照組提高了0.99%～25.26%和-5.35%～84.21%，它們的CAT活性分別比對照組提高了0.19%～3.45%和2.12%～11.51%，POD活性分別比對照組提高了0.13%～2.49%和1.53%～8.32%。

表2 5-ALA和CaCl2處理下芍藥葉片生理生化指標的變化Table 2 Changes of physiological and biochemical indexes in leaves of P. lactiflora treated with exogenous CaCl2 and 5-ALA

3 討 論

3.1 CaCl2和5-ALA對芍藥觀賞性狀的處理效應

關于通過外源Ca2+處理改善鮮花品質、延長切花瓶插期已有較多研究。如采用4 g·L-1CaCl2處理康乃馨可使其瓶插壽命延長3.5 d[24]；2%的CaCl2溶液有利于月季切花后期吸水，使其瓶插壽命延長近3 d，并能增加切花鮮重[25]；采前噴施4%的CaCl2可以明顯提高芍藥盆栽苗的莖稈品質[11]，200 mmol·L-1納米碳酸鈣處理可以促進芍藥花莖中PlCIPK基因的表達，進而影響芍藥花莖的強度[26]。目前，對于5-ALA處理改善花卉觀賞品質的研究則鮮有報道，研究發現外源5-ALA除了緩解逆境對植物的傷害作用，還可增加作物的產量、促進花青素合成和改善果實外觀品質[27]等；葉面噴施20 mg·L-15-ALA能夠提高玉米幼苗的株高、葉面積和鮮(干)重[28]，50 mg/L的5-ALA處理可提高羊草的株高和鮮重，促進糖、蛋白和氮磷鉀等物質積累[22]；而采收前10～20 d對蘋果噴施100～300 mg·L-15-ALA可以提高蘋果葉片光合性能，改善果實的品質[27]。本研究發現，采用CaCl2和5-ALA處理后，可以顯著改善芍藥的生長發育狀況，顯著延長栽培芍藥的花期，且5-ALA處理的效果優于CaCl2，因此，有望將5-ALA用于改善園林花卉的觀賞品質及切花生產。

3.2 CaCl2和5-ALA對芍藥光合氣體交換參數的處理效應

夏季的高溫導致芍藥莖葉萎蔫、葉色枯黃，使其觀賞效果和次年的生長發育受到影響[29]。研究發現，隨著自然高溫時間的持續，不同芍藥品種葉片葉綠素含量呈下降趨勢[30]；高溫也可引起芍藥休眠，葉片氣孔關閉及Pn、Gs、Tr、水分利用效率(WUE)和Ci的降低，進而導致芍藥植株光合能力的下降[31]。而高溫環境下Pn降低的主要原因是光合作用相關酶活性的降低及光合器官損傷[32]；不同形態的Ca2+均可抑制高溫逆境下番茄葉片中葉綠素a和類胡蘿卜素含量的下降，顯著提高Pn，不同程度提高Tr和Gs[33-34]；葉面噴施CaCl2溶液可提高皖貝母葉片葉綠素、類胡蘿卜素含量和Pn，減輕高溫脅迫對皖貝母葉片的傷害[12]。作為合成葉綠素、亞鐵血紅素、維生素B12等四吡咯環色素必不可少的物質，5-ALA在代謝中占有重要的地位[35-36]，其中亞鐵血紅素則是光合、呼吸電子傳遞鏈以及多種氧化還原酶的輔基[36-37]，外源5-ALA施用有助于提高逆境條件下植物的Pn[38-39]，能顯著增加裸燕麥葉綠素a含量、葉綠素a/b、類胡蘿卜素含量[40]，100 mg/L 5-ALA能夠促進葡萄葉片葉綠素含量及Pn、Tr、Gs和Ci的增加[41]。可見，外源CaCl2和5-ALA處理在提高逆境條件下植物光合能力方面具有普遍性，本研究也證明了這一點，CaCl2和5-ALA處理組芍藥葉片的葉綠素a、葉綠素b及葉綠素含量均高于對照組，與此同時芍藥葉片的Pn、Gs和Tr都有不同程度提高，且5-ALA處理效果優于CaCl2。

3.3 CaCl2和5-ALA對芍藥葉片抗逆生理生化指標的處理效應

綜上所述，外源CaCl2和5-ALA可提高夏季高溫脅迫下芍藥葉片的葉綠素含量，增加葉片凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度，降低胞間CO2濃度，增強抗氧化酶活性，降低超氧陰離子產生速率和MDA含量，從而顯著延長芍藥花期和增加其花朵直徑和鮮重等觀賞品質。說明CaCl2和5-ALA可以通過提高芍藥葉片葉綠素含量和抗氧化能力來增強植株光合作用能力和降低膜脂過氧化水平，從而緩解夏季高溫脅迫對芍藥造成的傷害，促進植物生長發育，延長芍藥的花期。有關CaCl2和5-ALA在緩解高溫脅迫對芍藥傷害的過程中是否存在互作以及高溫脅迫下芍藥的適應性機制等方面有待進一步深入研究。