不同植物生長調劑對八寶景天株型和生理特性的影響

李浩銘， 李青豐*， 曲 艷， 白云飛， 董 斌， 王梓凡

(1.內蒙古農業大學, 草原與資源環境學院/“農業部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室”和“草地資源教育部重點實驗室”，內蒙古 呼和浩特 010011; 2.中國農業大學， 草業科學與技術學院， 北京 1001933; 3.中國農業科學院草原研究所,內蒙古 呼和浩特, 010011)

隨著社會進步、科技發展，人們日常追求不再止于物質層面，更注重精神層面的享受。因此城市生活中的綠化工程則成為重要的關注點。而觀賞植物是綠化工程中的關鍵材料。八寶景天(Hylotelephiumerythrostictum)是景天科八寶屬的多年生草本植物[1]。八寶景天葉片肉質飽滿，花期長且花色艷麗，加之根系發達，對環境的適應范圍廣，具有耐干旱、土壤貧瘠等優勢[2-3]。故常廣泛應用于園林綠化及城市綠化[4]，以及生態修復等方面[5-6]。作為城市綠化草，一般栽種于道路邊，常會受到汽車尾氣等特殊環境的影響。因此近些年關于八寶景天抗逆性的研究日益增多，如劉紫娟等[7]、趙雪琦等[8]對不同脅迫條件下的八寶景天生理特性進行了研究。也有學者對八寶景天的抗逆性特征做出過闡釋[9]。光合作用作為植物的重要功能可制造大量的干物質，為很多植物體內的生化反應提供所需的基礎物質[10]。其中凈光合速率是表征植物光合反應的關鍵指標，可用來反映光合生物學特性;氣孔導度大小能夠影響植物與外界氣體的交換程度[11]，且對光合反應具有調控功能[12-13];蒸騰作用與胞間CO2濃度能夠直接影響參與光合作用的水分及反映植物對CO2的利用能力。植物的生理指標可反映其抵抗外界逆境條件的能力。

植物生長調節劑廣泛應用于調節植物的生長發育狀況[14]。植物生長調節劑是一種經過人工合成的，且具有與內源激素相同功效甚至更有效的人工合成類激素[15]。在實際管護中，綠化草需要具備抗逆性強、長勢旺盛等優勢條件，適時噴灑植物生長調節劑可減少修剪次數，節約人力物力[16]。每種植物生長調節劑的作用效果均不單一，可對植物的株型、葉性狀、根系發育、抗逆及吸收利用外部資源等多方面生長發育指標進行調控。而現如今，大量關于植物生長調節劑調控機制的研究大部分針對于農作物[17]，對于觀賞植物的研究大部分止于對株型的影響[18]，對光合生理特性的研究更是少之又少。

因此本試驗以市面上常見的5種商品植物生長調節劑細胞分裂素(CTK)、赤霉素(GA)、矮壯素(CCC)、多效唑(PP333)及座果精(Pol)作處理，對八寶景天于現蕾期開始葉面噴施，于植物盛花期進行株型及光合生理指標測定。以期探究不同的植物生長調節劑對八寶景天株型、光合生理指標的影響情況，根據實際生產管護所需，篩選最優的植物生長調節劑。旨在為提高八寶景天的光合作用及抗逆性理論提供基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于40°48′N，111°42′E，地處內蒙古呼和浩特市。屬西北大陸性氣候，且一年四季氣候變化鮮明。年均溫約6.5℃，年均降水量達400 mm左右。太陽輻射能源豐富，年日照時數約為 2 800～3 100 h[19]。

1.2 試驗材料

試驗材料為內蒙古農業大學綠化部門購置的商品幼苗，八寶景天扦插苗帶土移入新校區內綠化地內，株行距約30 cm，試驗采用地勢平坦且受光均勻的八寶景天(以下簡稱為八寶)群體作為研究對象。

1.3 試驗設計與方法

試驗采用單因素多水平的設計，參照曲艷等[20]選用的5種商品植物生長調節劑及最佳配置方法，細胞分裂素(Cytokinin，CTK，5 mL稀釋在4 L清水，產自濰坊秦達農化有限公司)，矮狀素(Chlormequat chloride，CCC，10 g稀釋在3 L清水，產自沈陽經濟開發區亞美花肥土廠)，多效唑(Paclobutrazol，PP333，3 g稀釋在3 L清水，產自四川省蘭月科技有限公司)，赤霉素(Gibberellin，GA，3 mL稀釋在3 L清水，產自山東百士威農藥有限公司)和授粉座果精(以下簡稱為座果精Pollination fruit essence，Pol，3 g稀釋在4L清水，產自山東海岱綠洲生物工程有限公司)。以不作處理(CK)做為對照試驗。以上實驗每小區面積為9 m2(3.0 m×3.0 m)，共3次重復，小區間設置0.5 m保護間隔。在植物抽薹現蕾期開始對植物葉面噴施，每隔約10 d選取晴朗無風的下午對各小區八寶群體葉面均勻噴施生長調節劑或清水(CK)每次噴施至葉面的液體開始滴落為止，開花期截止，共計噴施4次。

1.4 指標采集與測定

1.4.1植物株型測定(每個試驗區隨機取9株植物測定) 株高(cm)：卷尺測定植株自然高度；

冠幅(cm)：卷尺沿南北與東西垂直測量取平均；

基徑(mm)：游標卡尺測量植物基部直徑；

枝徑(mm)：游標卡尺測量每株植物的任意3個枝的基徑，取平均。

1.4.2葉綠素含量測定 本試驗利用手持儀SPAD-502 Plus測定八寶葉片的SPAD值，此方法可以簡單便捷的實操測定，且不會破壞試驗材料。SPAD值可很大程度上表征葉綠素含量。按照植物主莖的上中下部葉片均勻取樣，并于植物盛花期測定。每個處理3個重復，每個重復取5株測定，共計15個重復。

1.4.3光合參數測定方法 在植物盛花期采用LI-6400光合儀，選擇晴朗無云的上午9:00—11:00間，對每個處理樣地內隨機5片健康葉(相同部位)進行凈光合速率(Net photosynthetic rate，Pn，μmol·m-2·s-1)、氣孔導度(Stomatal conductance，Gs，μmol·s-1)、胞間CO2濃度(Intercellular CO2concentration，Ci，μmol·s-1)、蒸騰速率(Transpiration rate，Tr，μmol·s-1)測定，設定3次重復。其中測定采用紅藍光葉室，葉室內CO2濃度設定為 500 μmol·mol-1，葉溫控制為25℃，光合有效輻射為 1 500 μmol· m-2· s-1。

1.4.4生理指標測定方法 生理指標同樣在植物的盛花期測定，取植物相同部位的新鮮葉片，沖洗干凈后放入冰盒中作為待測樣品，每個處理設定3次重復。丙二醛(Malondialdehyde，MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸比色法[21]，過氧化物酶活性(Peroxidase，POD)含量測定采用愈創木酚法[22]，過氧化氫酶活性(Catalase，CAT)紫外吸收法[23]，超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)含量測定采用氮藍四唑法[24]。

1.5 統計方法與計算

1.5.1光合生理指標無量綱化 為消除不同指標間數據間性質與計數單位差異，可將數據無量綱化表示。本研究利用直線型無量綱方法中的標準差標準化法將八寶景天各光合生理指標無量綱化，對照組的響應指數規定為1，并同其他處理指標進行無量綱化。方便做相關分析及隸屬函數排序等計算。

1.5.2光合生理響應指數公式的構建[25]由于不同指標對植物生長調節劑的響應不同，無法用某一指標來單獨衡量八寶的光合生理指標對植物生長調節劑的響應。采用響應指數分別計算不同植物生長調節劑下八寶景天光合生理指標的總響應程度。

式中，RIChl為葉綠素響應指數，ch U為上部葉片的SPAD值，ch M為中部葉片的SPAD值，ch L為下部葉片的SPAD值；RIPho為光合作用響應指數，Pn為凈光合速率，Gs為氣孔導度，Ci為胞間CO2濃度，Tr為蒸騰速率；RIPhy為植物生理響應指數，SOD為超氧化物歧化酶活性，POD為過氧化物酶活性，CAT為過氧化氫酶活性，MDA為丙二醛含量。

1.5.3模糊隸屬函數計算[26]

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)
R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)；

式中，若光合生理指標與響應指數呈正相關，則隸屬函數以R(Xi)計算；若光合生理指標與響應指數呈負相關，則隸屬函數以R(X′i)計算；其中Xi指第i個指標，Xmax為指標中最大值，Xmin為指標中最小值。

1.6 數據處理

采用Excel 2016對數據進行整理，對數據標準化、響應指數與模糊隸屬函數計算；采用SAS 9.0進行指標間方差分析與相關性分析；最后采用Sigmaplot 14.0作圖。

2 結果與分析

2.1 植物生長調節劑對八寶株型的影響

如表1所示，不同的植物生長調節劑對八寶景天的生長指標存在一定的差異性。與對照相比，GA處理下八寶景天的株高顯著高于對照(P<0.05)，其余幾個處理對株高的影響并不顯著；對于冠幅來說，5種植物生長調節劑相對對照CK而言均出現了不同程度的抑制作用，但效果并不明顯；CTK處理下的植物基徑明顯高于CK組(P<0.05)；而CCC與PP333處理下的枝徑明顯高于對照CK(P<0.05)。

表1 不同植物生長調節劑對八寶景天株型的影響Table 1 Effect of different plant growth regulator on the plant type of Hylotelephium erythrostictum

2.2 植物生長調節劑對八寶光合生理特性的影響

2.2.1植物生長調節劑對八寶葉綠素含量的影響 如圖1所示，5種植物生長調節劑對八寶SPAD值的影響差異不止在植物生長調節劑種類上，還體現在葉片部位上。上部葉片中，CTK處理下八寶葉片SPAD值最高，Pol次之，二者均高于CK；中部葉片中5種植物生長調節劑下葉片SPAD值均小于CK；下部葉片中，PP333處理的葉片SPAD值最高。從葉片部位來看，幾種處理下的SPAD值均表現為：上部葉>中部葉>下部葉。

圖1 植物生長調節劑對八寶SPAD值的影響Fig.1 Effect of plant growth regulator on the Value of Hylotelephium erythrostictum SPAD注：不同大寫字母代表植物生長調節劑種類間的差異顯著(P<0.05)；小寫字母代表葉片部位的差異性顯著(P<0.05)Note:Different uppercase letters represent significant differences between plant growth regulator species at the 0.05 level;lowercase letters represent significant differences in leaf parts at the 0.05 level

2.2.2植物生長調節劑對八寶光合特性的影響 如圖2所示，植物生長調節劑對八寶凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率均呈現成顯著性的差異(P<0.05)。圖2A顯示，5種植物生長調節劑處理下八寶凈光合速率均明顯高于CK(P<0.05)。其中Pol處理最高，其次為PP333與CCC處理；圖2B/2D顯示，八寶氣孔導度與蒸騰速率在植物生長調節劑作用下的變化趨勢一致。Pol處理下八寶氣孔導度最高，CCC與PP333次之，三者均高于CK，而CTK處理最低；圖2C顯示，5種植物生長調節劑下的植物胞間CO2濃度均明顯低于CK(P<0.05)，其中CTK處理胞間CO2濃度明顯高于其他4種植物生長調節劑(P<0.05)。

圖2 植物生長調節劑對八寶光合特性的影響Fig.2 Effects of exogenous plant hormones on the photosynthesis properties of Hylotelephium erythrostictum

2.2.3植物生長調節劑對八寶抗氧化特性的影響 如圖3所示，5種植物生長調節劑對八寶的超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性均呈現顯著的影響(P<0.05)。Pol處理下的SOD活性最高，CTK次之。而GA處理下POD活性最低，且明顯低于CK；5種植物生長調節劑處理下的POD活性均明顯低于CK處理(P<0.05)，其中PP333處理相對其他的植物生長調節劑種類來說POD活性最高；CTK處理下的CAT活性最高，GA次之，二者明顯高于CK對照(P<0.05)，其余3種植物生長調節劑CAT活性均明顯低于CK；5種植物生長調節劑處理下的MDA含量相對與CK均呈現顯著差異(P<0.05)。

圖3 植物生長調節劑對八寶抗氧化特性的影響Fig.3 Effect of plant growth regulators on antioxidant properties of Hylotelephium erythrostictum

2.3 八寶光合生理特性對植物生長調節劑響應比較

根據對八寶的葉綠素含量、光合特性及生理指標整體進行響應指數的計算，表明(表2)八寶的光合生理指數對植物生長調節劑的響應程度存在差異。從葉綠素含量上看，CCC與GA處理下的的響應指數RI Chl為負數，故二者對八寶葉綠素含量存在負效應。其余3種植物生長調節劑處理下的的響應指數RI Chl為正數，存在正效應，其中CTK對葉綠素的正效應最大，PP333處理的響應指數變異性最大。而光合特性對5種植物生長調節劑的響應指數均為正數，可見5種植物生長調節劑可有效的提高八寶光合特性。其中Pol，PP333與CCC對光合特性的正效應明顯高于其余兩種植物生長調節劑；八寶抗氧化特性對PP333與GA處理的響應程度為負效應，其余3種植物生長調節劑為正效應。

表2 植物生長調節劑對光合生理指標響應指數的影響Table 2 Effect of exogenous plant hormones on photosynthesis physiological index response index

2.4 八寶生理指標相關性及綜合分析

對八寶的光合生理指標進行Person相關分析(規定總相應指數RI=1)。結果顯示，POD，MDA與RI間呈顯著的正相關關系，而SOD，CAT，Pn，Ci與RI間呈負相關關系。

表3 八寶生理指標相關性分析Table 3 Correlation Analysis of physiological indexes of Hylotelephium erythrostictum

經過5種植物生長調節劑對八寶作用，不同處理的8項光合生理指標進行綜合評價，隸屬函數情況見表4。光合生理指標的排序具體顯示為：CCC>CK>Pol>CTK>PP333>GA。

表4 植物生長調節劑下八寶生理特性綜合評價Table 4 Comprehensive evaluation of physiological characteristics of Hylotelephium erythrostictum under plant growth regulator

3 討論

植物生長調節劑在近些年常被用來調節植物的生理和生態功能，如光合作用、葉綠素含量、生理特性差異；而后會體現在植物形態、結構功能上的差異性[27]。植物生長調節劑可通過改變植物內源激素平衡，而引起植物內部光合生理狀況發生更改。不同的植物生長調節劑對植物的調控情況也有所不同。本試驗結果顯示，植物生長調節劑對植株型的影響具有一定的差異性，5種植物生長調節劑對植物的株高均具促進作用，而對冠幅則出現了抑制作用，可見植物在噴施植物生長調節劑后對株型具有一定的自我調節能力。

葉綠素含量、光合特性及生理指標對5種植物生長調節劑均呈現出差異響應。葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度與蒸騰速率是植物進行光合作用的重要指標。葉綠素是植物進行光合作用的主要色素[28]，試驗顯示八寶葉上部的葉綠素含量大于葉中部，葉基部最低。這一結果與蘇娜等[29]、陳琴等[30]、鄭玉紅等[31]人的研究相一致。形成這一現象的原因可能是植物的上部分葉片受光照時間長且陽光充分，根據負反饋原則，光合作用越強，則葉片的葉綠素含量越高[31]。另一方面，上部分的葉片的是新生葉，而基部葉片多數為老葉，葉齡高的葉綠素含量比新生葉低。凈光合速率可直接表征光合作用能力的強弱，Pol處理下植物的凈光合速率最高，PP333與CCC次之，三者的光合能力均較強。且Pol,CCC與PP333處理下氣孔導度較大，更有利于光合作用的發生。CCC，PP333與GA作用下的八寶景天葉片胞間CO2濃度均明顯低于其他處理，也有利于光合作用的發生。綜上，Pol，CCC與PP333是通過擴大氣孔開放程度來提高光合作用能力，其中后二者亦可通過降低胞間CO2濃度去提高光合能力。幾種植物生長調節劑對光合作用的作用機理有所差異。而GA處理雖胞間CO2濃度較低，但其余三個光合指標均低，整體上看GA處理的光合能力較差。園林植物光合作用有釋放氧氣、降溫增濕[32]等功能，在Pol，CCC與PP333處理下，八寶光合作用增強，對城市自然環境起到改善作用。

過氧化物酶、過氧化氫酶與超氧化物歧化酶是植物體內三大重要保護酶。植物體在正常情況下，三種酶活性不高，但當植物遭受環境脅迫時，三種酶活性會出現增高趨勢，以便及時消除對代謝過程中產生的對植物體有毒害的過氧化物、過氧化氫[16]。但是，當三種酶含量較對照組低，則說明植物體內代謝的有害物質低。相反，若植物體內三種酶含量高于對照組，可見植物生長調節劑對植物體會產生一定的毒害影響。丙二醛作為脂質氧化物，是判斷植物受脅迫程度的重要指標，其含量越高，表明植物受到損傷程度越大[33]。試驗結果顯示，CTK與Pol處理下的超氧化物歧化酶及丙二醛含量均明顯高于對照組，CTK處理下的過氧化氫酶明顯高于CK，而CCC處理下的植物四種生理指標均不大于CK。可見CTK與Pol能夠提高代謝中產生毒害產物的速度，并且加快膜脂質氧化的速度，進而刺激植物體內保護酶活性升高。而CCC處理下植物內體的保護酶活性及丙二醛含量則與對照組相近，甚至低于對照組，可見在CCC處理下八寶體內有毒害的物質相較于其他幾種處理下的含量降低。由此可知，CCC處理下八寶景天的抗逆性提高，能更好的面對多種復雜的環境，且老化程度降低。

通過單一指標說明植物生長調節劑對八寶生理特性的影響明顯不足，故利用響應指數整體研究八寶生理特性對幾種植物生長調節劑的響應。八寶的光合特性對Pol，PP333與CCC的響應指數明顯高于其余兩種植物生長調節劑，且響應指數均為正值，可見三種植物生長調節劑對八寶的光合作用能力具有較強的促進作用。同理CCC處理對八寶的生理特性呈現明顯促進作用，可增強植物的抗逆境能力及抗衰老能力。在5種植物生長調節劑的作用下，結合植物的光合作用能力與生理指標，將所有指標進行無量綱化后進行模糊隸屬函數的綜合評價，展示出5種植物生長調節劑對八寶光合生理指標的改善程度，顯示僅CCC處理后的隸屬函數值高于CK。可見CCC處理下八寶景天的光合作用及抵抗外界環境脅迫能力、抗衰老程度等綜合優勢達到最大。本研究從植物的內部生理學機理闡述了5種植物生長調節劑對八寶景天的影響差異。為八寶景天的優化栽培提供理論支撐。同時為后續對八寶景天提高繁殖能力做基礎鋪墊。

4 結論

通過對八寶景天株型和生理特性對不同植物生長調節劑的響應研究，發現不同植物生長調節劑對植株的株型及生理特性呈現出不同作用，在八寶景天株高上，赤霉素處理下表現出促進作用；而在八寶景天冠幅上，各個處理均呈現不同程度抑制作用；在座果精，矮壯素與多效唑處理下氣孔導度較大，更有利于光合作用的發生；矮壯素處理條件下八寶景天的光合作用及抵抗外界環境脅迫能力、抗衰老程度等綜合優勢達到最大，使其觀賞效果最好。綜合上述結論，在城市綠化應用中，對八寶景天觀賞植物應噴施矮壯素，使其生理狀態達至最佳。