王紅飛 尚慶茂（農(nóng)業(yè)部園藝作物生物學與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，環(huán)渤海灣地區(qū)設施蔬菜優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，北京100081）

蔬菜徒長苗的形態(tài)及生理特征研究進展

王紅飛 尚慶茂*
（農(nóng)業(yè)部園藝作物生物學與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，環(huán)渤海灣地區(qū)設施蔬菜優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，北京100081）

蔬菜集約化育苗以多孔連體式穴盤為容器，密度高，根系發(fā)育空間小，基質(zhì)緩沖能力弱，幼苗極易徒長。徒長苗形態(tài)及生理代謝迥異于正常苗，表現(xiàn)為下胚軸及節(jié)間顯著伸長，葉片開展度增大、葉片變薄，根冠比降低，組織含水量提高，對生物和非生物逆境的適應性減弱等。本文就蔬菜徒長苗的形態(tài)特征、開花習性、抗性表達、生理代謝及相關(guān)防控技術(shù)等進行了簡要綜述，旨在為蔬菜徒長苗的防控及相關(guān)技術(shù)的開發(fā)提供參考。

徒長苗；形態(tài)特征；開花習性；生理特征；環(huán)境因子

蔬菜集約化育苗以多孔連體式穴盤為容器，以人工混配輕型基質(zhì)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(chǎn)，便于機械化操作等優(yōu)點，但在實際生產(chǎn)過程中存在幼苗密度大、植株間相互蔭蔽等問題，容易形成徒長苗。此外，為滿足周年生產(chǎn)需要，蔬菜集約化育苗常在氣候不適宜的季節(jié)進行（尚慶茂，2011），夏季的陰雨高溫天氣、冬季的霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，這種弱光、高溫、高濕條件常會導致幼苗徒長，不利于壯苗的育成和優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)栽培（甘小虎 等，2012 a，2012 b）。

幼苗徒長已成為當前的研究熱點，國內(nèi)外眾多學者對幼苗徒長機制進行了研究，認為植物激素在幼苗徒長過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。IAA、GA是較早發(fā)現(xiàn)的兩類植物激素，植物體內(nèi)IAA、GA含量升高，幼苗株高顯著增加，除株高外的其他表型特征及幼苗體內(nèi)生理代謝等亦發(fā)生變化（Gray et al.， 1998；Koini et al.，2009；Sun et al.，2012；Procko et al.，2014；Song et al.，2015）。本文就蔬菜徒長苗的形態(tài)特征、開花習性、生理特征、環(huán)境因子與徒長苗的關(guān)系及幼苗徒長防控技術(shù)進行綜述，旨在為蔬菜徒長苗的制御及相關(guān)技術(shù)的開發(fā)提供參考。

1 蔬菜徒長苗的形態(tài)特征

1.1 表型特征

徒長是指蔬菜幼苗因生長條件不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的莖葉發(fā)育過旺的現(xiàn)象（單永輝，2006）。徒長苗主要是由于縱向生長加速引起的（梁鎮(zhèn)林，2000），株高顯著高于正常幼苗。徒長苗的株高變化主要是由下胚軸長度變化引起的（周學超，2010），下胚軸中段的長度顯著高于上段和下段（Xiao et al.，2014，2016）。此外，徒長苗的莖粗降低，株高/莖粗的比值升高（侯興亮 等，2002；王學文 等，2009；武曉玲 等，2014）；徒長苗的葉片顏色變淡，比葉面積增加，葉片厚度顯著降低（侯興亮 等，2002；王學文 等，2009；周學超，2010）；葉柄變長，促使葉片靠上生長，葉柄與胚軸夾角變大，呈現(xiàn)出偏下生長的特性（Zanten et al.，2009；Delker et al.，2014；Fankhauser & Batschauer，2016）。此外，徒長苗的根系吸收能力也受到影響，根系長度、側(cè)根數(shù)量顯著降低，根冠比、壯苗指數(shù)分別降至對照的66.67%和48.52%（武曉玲 等，2014；Prockoet al.，2014）。

1.2 細胞及亞細胞結(jié)構(gòu)特征

徒長苗根莖葉等器官的形態(tài)變化，主要是由這些器官的組成細胞變化引起的，徒長苗的下胚軸、葉片在細胞水平和亞細胞水平均發(fā)生顯著變化。徒長苗的下胚軸細胞長度顯著高于正常苗（Gendreau et al.，1997），且下胚軸中段細胞長度顯著高于上段和下段（Xiao et al.，2016）。徒長苗的下胚軸細胞呈矩形，表皮細胞表面較為平滑，細胞排列較為疏松，而正常幼苗的下胚軸細胞則為橢圓形，表皮細胞較小，呈多邊形，沿縱軸緊密排列（Qin et al.，2012）。徒長苗葉片柵欄組織和海綿組織厚度均有所降低，但柵欄組織降低幅度大，細胞變短，排列疏松，而正常苗柵欄組織細胞排列整齊，呈長柱形（王學文 等，2009；周學超，2010）。在亞細胞結(jié)構(gòu)水平，徒長苗下胚軸細胞中的葉綠體變長，基粒和基質(zhì)片層數(shù)量減少，線粒體數(shù)量增多，淀粉粒消失（胡宏敏，2012）；葉肉細胞液泡內(nèi)含物增多，葉綠體在細胞內(nèi)呈不規(guī)則分布，線粒體內(nèi)含物減少，部分線粒體出現(xiàn)膜破裂、空泡化和解體的現(xiàn)象（周學超，2010）。

2 蔬菜徒長苗的開花習性

蔬菜徒長苗營養(yǎng)生長旺盛，消耗了大量營養(yǎng)物質(zhì)，導致組織C/N比例發(fā)生變化，進而顯著影響開花結(jié)實進程（Casal，2013）。前人研究表明，徒長苗的開花時間提前，且開花時間與抽生葉片數(shù)呈顯著正相關(guān)（Botto & Smith，2002；Blázquez et al.，2003；Balasubramanian et al.，2006）。一般情況下，擬南芥（Col）正常苗于第17片蓮座葉片展開時進行抽薹開花，而徒長苗提前至第10片蓮座葉片展開時就抽薹開花了（Koini et al.，2009）。黃瓜徒長苗開花習性也發(fā)生變化，第1雌花節(jié)位顯著升高，開花時間較對照晚2～5 d（明村豪 等，2011）。擬南芥徒長苗與黃瓜徒長苗在開花習性方面的差異，可能是由于物種、生長條件不同造成的。

3 蔬菜徒長苗的生理特征

3.1 水分代謝

蔬菜徒長苗的根系長度、側(cè)根數(shù)量下降，根系活力受到抑制，由0.4 mg·g-1·h-1降低至0.2 mg·g-1·h-1，導致植物水分代謝及以水分代謝為載體的礦質(zhì)營養(yǎng)代謝能力降低（周艷虹 等，2004；周學超，2010）。與正常苗相比，徒長苗氣孔開度降低，導致蒸騰速率下降，水分流失受到抑制，組織含水量增加，為正常苗的103.88%（侯興亮 等，2002；王學文 等，2009）。

3.2 光合代謝

徒長苗的葉綠素和類胡蘿卜素含量顯著下降，捕光能力降低，細胞色素質(zhì)琨（PQ）、細胞色素蛋白（Cyt）和鐵氧還素（Fd）等電子傳遞鏈組分含量顯著下降，光反應受到抑制；此外，Rubisco羧化酶活性降低，導致葉肉細胞對CO2的利用能力下降，暗反應受影響，碳水化合物合成量降低，植株干物質(zhì)積累量減少（周艷虹 等，2004；王祥寧 等，2007；明村豪 等，2011）。

3.3 抗逆代謝

徒長苗葉面積、下胚軸長度顯著增加，細胞膨大，細胞壁厚度降低，導致植物組織韌性降低，對生物和非生物逆境的適應能力降低（Derbyshire et al.，2007；Irshad et al.，2008）。

3.3.1 非生物脅迫 蔬菜徒長苗可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白含量降低，滲透調(diào)節(jié)能力下降，不利于植物抵御高滲、低溫等非生物脅迫（徐磊 等，2009；明村豪 等，2011）。此外，徒長苗體內(nèi)花青素、芥子油甙、酚類物質(zhì)等次級代謝產(chǎn)物顯著降低（Izaguirre et al.，2006；Moreno et al.，2009；Xie et al.，2016）?；ㄇ嗨乜梢葬尫臜+，清除氧自由基，避免光抑制、膜脂過氧化等現(xiàn)象出現(xiàn)，從而保護膜系統(tǒng)的完整性，提高對高溫、低溫、干旱、強光等非生物脅迫的適應能力（Lorenc-Kuku?a et al.，2005；Albert et al.，2009）。

3.3.2 生物脅迫 徒長苗葉片及胚軸表面的凸起、絨毛、刺瘤等保護結(jié)構(gòu)密度降低。番茄徒長苗絨毛數(shù)量減少，導致大量螨類害蟲在植株上繁殖并刺吸植物莖葉，受害葉片前期產(chǎn)生黃褐斑，后期失綠脫落（Nihoul，1993；Roberts & Paul，2006）。

番茄灰霉菌和葡萄孢屬真菌等病原菌侵染植物組織后，能激發(fā)活性氧產(chǎn)生，而活性氧清除能力較差的徒長苗受到致病菌青睞，發(fā)病率顯著高于正常苗（Iriti et al.，2004；Segmüller et al.，2008；Zhang et al.，2013），黃瓜徒長苗的白粉病發(fā)病率約為正常苗的2.5倍（Wang et al.，2010）。芥子油甙和酚類物質(zhì)具有揮發(fā)性，一方面能趨避有害昆蟲，另一方面能吸引有害昆蟲的捕食者和寄生性天敵，以防蟲害發(fā)生（Roberts & Paul，2006；Xia et al.，2009；Wang & Wu，2013）。番茄徒長苗中綠原酸、蕓香苷等酚類物質(zhì)含量降低，導致植株受毛毛蟲啃食嚴重（Jansen & Stamp，1997）。

徒長苗體內(nèi)生長素（IAA）、赤霉素（GA）、茉莉酸（JA）、水楊酸（SA）等含量變化顯著（Feng et al.，2008；Ballaré，2011；Agrawal et al.，2012；Fu et al.，2012），與細胞膨大相關(guān)的IAA和GA含量顯著增加，與植物抗逆能力相關(guān)的JA、SA含量降低。GA能誘導JA信號傳導關(guān)鍵因子DELLA蛋白泛素化降解，導致JA信號轉(zhuǎn)導中斷，JA能促使PR蛋白的合成量提高，并介導受病原菌侵染和有害昆蟲啃食細胞的程序性死亡，從而提高植株抵御生物脅迫的能力（Hou et al.，2010；Ballaré et al.，2012；Campos et al.，2016）。

4 環(huán)境因子與蔬菜幼苗徒長

4.1 單一環(huán)境因子

光照強度與幼苗徒長程度呈負相關(guān)，光照越弱，徒長越嚴重。當光照強度降低至對照（1 100～1 300 μmol·m-2·s-1）的60%～70%時，黃瓜幼苗便開始徒長，徒長苗高度達到對照的1.10倍；光照強度繼續(xù)降至對照的30%～40%時，徒長苗高度為對照的1.23倍（明村豪 等，2011）。紅光與遠紅光對幼苗徒長的調(diào)控作用相反，紅光抑制，遠紅光促進，在R∶FR比值較低的條件下，幼苗徒長，下胚軸長度超出對照1倍（Hersch et al.，2014）。晝夜節(jié)律作為重要的光信號因子，對植物的生長發(fā)育起著重要調(diào)控作用，徒長苗下胚軸長度隨黑暗時間延長而增加，極夜條件下徒長苗下胚軸長度為極晝條件下的6倍（Niwa et al.，2009）。

作為影響植物生長發(fā)育的另一重要環(huán)境因子，溫度在一定范圍內(nèi)升高時，能促進植物下胚軸伸長，但當溫度超過植物適宜生長范圍后，反而抑制下胚軸伸長（Dafny-Yelin et al.，2008；Sun et al.，2012）。 在溫光適宜的范圍內(nèi)，水分充足有利于壯苗的培育，但水分含量過高時，容易造成幼苗徒長；水分含量過低，容易形成老化苗（王娟 等，2002）。

4.2 復合環(huán)境因子

溫、光、水作為植物賴以生存的環(huán)境條件，既能單獨發(fā)揮作用，又能協(xié)同調(diào)控植物生長（Franklin，2009）。在低溫條件下，光照強度在0～100 μmol·m-2·s-1范圍內(nèi)增加時，能顯著抑制幼苗下胚軸伸長；但當溫度升高至27 ℃，光照強度在0～1 μmol·m-2·s-1范圍內(nèi)變化時，則抑制下胚軸伸長，但光照強度在1～100 μmol· m-2·s-1范圍內(nèi)變化時，能促進下胚軸伸長（Johansson et al.，2014）。研究表明，基質(zhì)含水量過高，能引起蔬菜幼苗徒長，在弱光條件下徒長尤為嚴重（毛煒光 等，2007；徐磊 等，2009）。在調(diào)控幼苗生長的過程中，溫度和水分互作顯著，二者協(xié)同作用條件下，幼苗生長量增加，徒長明顯（Vile et al.，2012）。

5 蔬菜幼苗的徒長防控技術(shù)

近年來，國內(nèi)外眾多學者對蔬菜幼苗徒長機理進行了研究，并取得了長足進展，研究結(jié)果表明，光敏色素互作蛋白PIFs在幼苗徒長過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用（Casal，2013；Procko et al.，2014）。PIFs是一類bHLH轉(zhuǎn)錄因子，通過促進植物激素合成，引起幼苗徒長（Tao et al.，2008；Stavang et al.，2009；Franklin et al.，2011；Delker et al.，2014）。隨著下胚軸伸長機理逐漸明確，生產(chǎn)管理人員加強了蔬菜生長敏感期的環(huán)境管理，并針對調(diào)控下胚軸伸長的關(guān)鍵位點，研發(fā)了相應的延緩型植物生長調(diào)節(jié)劑，對幼苗徒長防控效果明顯（Heins et al.，2000；宮萬祥和丁克友，2007）。此外，許多行業(yè)專家試圖通過機械刺激防控蔬菜幼苗徒長，以替代植物生長調(diào)節(jié)劑在蔬菜生產(chǎn)中的地位，推動綠色、有機蔬菜的生產(chǎn)（Garner & Bjorkman，1996）。

5.1 環(huán)境管理

蔬菜幼苗生長早期對環(huán)境條件敏感，外界的弱光、高溫及高濕等環(huán)境條件極易引發(fā)幼苗的徒長，此時要加強對環(huán)境的管理。

光照強度是影響幼苗生長的重要因素，連續(xù)的陰雨及霧霾等障礙天氣的出現(xiàn)，常會導致幼苗徒長。生產(chǎn)過程中，一般采用透光率較好的無滴膜及增加后墻反光幕等方法，增加光照強度，防止幼苗徒長（楊艷春，2013）。此外，在溫室內(nèi)增加人工光源，可有效抑制下胚軸伸長，促進植株根系生長，提高幼苗的抗逆性（祝聰宇 等，2017）。

植物對溫度變化敏感，溫度稍高便可引起幼苗徒長，栽培管理過程中，要注意及時放風，以降低室內(nèi)溫度，夜間可適當升溫，減小晝夜溫差，可有效抑制幼苗徒長（Berghage，1998）。

秋冬季光照相對較弱，要嚴格把控澆水量和澆水時間，定植前澆透水，定植后和緩苗期澆小水（楊艷春，2013），以防止幼苗徒長。

5.2 植物生長調(diào)節(jié)劑

利用植物生長調(diào)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（王娟，2006）。生產(chǎn)上常用的植物生長調(diào)節(jié)劑主要包括矮壯素（chlorocholine chloride，CCC）、烯效唑（U-niconazole，S3307）、多效唑（paclobutrazol，PP333）、比久（B9）等，處理方法主要包括浸種、種子包衣、葉面噴施、土壤或基質(zhì)混合處理等（Berova & Zlatev，2000；黃少華 等，2006；張靜 等，2007；劉東冉 等，2008），其主要通過抑制內(nèi)源生長素（IAA）和赤霉素（GA）的合成，促進IAA和GA的降解，抑制幼苗徒長。

5.3 機械調(diào)節(jié)

機械刺激對幼苗生長具有重要調(diào)控作用，可降低部分蔬菜作物莖及葉柄的伸長，從而抑制幼苗徒長。目前常用的機械刺激包括：接觸刺激（brushing）、阻抑或阻壓（impedance）及振蕩處理等。

接觸刺激是一種有效的機械調(diào)節(jié)方式，少量刺激便可有效抑制幼苗徒長，頻率過高可誘發(fā)機械傷害。前人研究表明，接觸刺激可有效降低番茄、黃瓜等蔬菜幼苗的植株高度，一天中的處理時間和頻率對株高沒有顯著影響，但處理天數(shù)與之顯著相關(guān)，連續(xù)的接觸刺激處理可使番茄幼苗株高降低20%（Latimer，1991；Garner & Bjorkman，1996）。

阻抑或阻壓主要是通過丙烯醇薄片、聚酯薄膜、纖維玻璃等材料阻壓幼苗頂部，防止幼苗徒長，但這種處理方式會導致幼苗莖彎曲，不利于機械化移栽（Piszczek & Jerzy，1987）。

振蕩處理可有效控制番茄幼苗的生長，每天連續(xù)多次振蕩處理較連續(xù)振蕩處理效果更好，植株高度降低更多，但整體的處理效果不如接觸刺激（Latimer & Mitchell，1988）。

6 展望

幼苗徒長是蔬菜集約化育苗過程中的常見問題，目前防控上主要依賴植物生長調(diào)節(jié)劑，但在育苗過程中生長調(diào)節(jié)劑用量不容易把控，濃度過高易產(chǎn)生藥害，濃度過低則達不到防控效果，亟需研究與開發(fā)新的徒長防控技術(shù)及實用產(chǎn)品。為此，今后研究應著重分析不同環(huán)境信號對幼苗徒長的交互作用；深入了解細胞膨大與分裂調(diào)控機制及其在下胚軸伸長過程中的作用；利用轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學及代謝組學相結(jié)合的方法，探明環(huán)境因子調(diào)控下胚軸伸長的信號通路，分析不同環(huán)境信號的交叉調(diào)控位點及其生物學功能，這將是全面揭示幼苗徒長機制及廣譜防控技術(shù)開發(fā)的關(guān)鍵。

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Research Progress on Morphological and Physiological Characteristics of Vegetable Leggy Seedlings

WANG Hong-fei，SHANG Qing-mao*
（Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops，Institute of Vegetables and Flowers，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Collaborative Innovation Center of Protected Vegetable Surround Bohai Gulf Region，Beijing 100081，China）

Intensive vegetable seedlings culture usually took with porous conjoined plug as container，which had high density，less space for root system development and weak buffer capacity of rhizosphere. It was very easy for seedlings to over grown. The morphological and physiological metabolism of leggy seedlings were different from the normal ones，including elongated hypocotyl and internode，enlarged leaf angle，reduced leaf thickness and root to shoot ratio，increased moisture content in tissue，weakened adaptability to biotic and abiotic stress. This review summarized the morphological characteristics of vegetable leggy seedlings，flowering habit，resistance expression，physiological metabolism and related preventing techniques，etc.，aiming at providing reference for preventing leggy seedlings and developing related technology.

Leggy seedling；Morphological characteristic；Flowering habit；Physiological metabolism；Environmental factor

王紅飛，女，博士研究生，專業(yè)方向：蔬菜種苗發(fā)育調(diào)控與繁育技術(shù)，E-mail：wanghongfei0329@163.com

*通訊作者（Corresponding author），尚慶茂，男，研究員，博士生導師，專業(yè)方向：蔬菜栽培生理及分子生物學，E-mail：shangqingmao@ caas.cn

2017-03-21；接受日期：2017-05-26

國家自然科學基金項目（31172001），國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設專項（CARS-25），公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201303014），中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程項目（CAAS-ASTIPIVFCAAS）