李啟程，余學(xué)軍

（浙江農(nóng)林大學(xué) 省部共建亞熱帶森林培育國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311300）

毛竹Phyllostachys edulis為禾本科Gramineae竹亞科Bambusoideae剛竹屬Phyllostachys竹種，用途廣泛，是一種可持續(xù)發(fā)展的重要資源。培育毛竹壯苗是提高實(shí)際造林成活率的重要前提[1]。目前，毛竹實(shí)生苗因成本低、便于引種等優(yōu)勢，已在生產(chǎn)上廣泛利用。油菜素內(nèi)酯(brassinosteroid，BR)是一種類似于動物甾醇類激素的天然產(chǎn)物，在極低濃度下就可以對植物的生長及發(fā)育起到顯著的調(diào)節(jié)改善作用，被認(rèn)為是繼生長素、赤霉素、細(xì)胞分裂素、脫落酸、乙烯之后的第六大植物生長調(diào)節(jié)劑。MITCHELL等[2]首次從油菜Brassica napus花粉中提取油菜素內(nèi)酯, 發(fā)現(xiàn)其極高的生物活性, 能引起菜豆Phaseolus vulgaris節(jié)間伸長、彎曲、裂開等生長反應(yīng)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)：油菜素內(nèi)酯參與多種植物生理生長的過程，對植物的生長發(fā)育、光合特性、抗逆性、細(xì)胞發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量等方面有重要的調(diào)節(jié)功能[3?5]。目前，關(guān)于外源油菜素內(nèi)酯對毛竹生理特性影響鮮有報(bào)道。本研究以毛竹實(shí)生苗為材料，噴施不同質(zhì)量濃度的油菜素內(nèi)酯溶液，研究外源油菜素內(nèi)酯對毛竹實(shí)生苗生理特性的影響，以期為培育毛竹壯苗提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

選取廣西壯族自治區(qū)桂林市靈川縣境內(nèi)開花后的毛竹種子。試驗(yàn)地位于浙江省杭州市臨安區(qū)浙江農(nóng)林大學(xué)智能實(shí)驗(yàn)樓溫室大棚 (30°23′N，119°72′E)，年均白晝氣溫/夜間氣溫為 (23.0±2.0) ℃/(17.0±2.0) ℃，相對濕度為45%～70%。浸種24 h后置于恒溫培養(yǎng)箱中的塑料培養(yǎng)盒內(nèi)等其露白發(fā)芽至芽長度超過種子長度后，選取長勢一致的種子移至加有1/2強(qiáng)度的Yoshida營養(yǎng)液中培養(yǎng)[6]。待苗長至三葉期后開始葉面噴施 0、0.050 0、0.010 0、0.005 0、0.001 0、0.000 5 mg·L?1的油菜素內(nèi)酯溶液，代號為 ck、E1、E2、E3、E4、E5。每處理重復(fù)30株，隔15 d處理1次。噴施均以植株葉片上下表面滴水為標(biāo)準(zhǔn)。于2018年3月初開始處理持續(xù)至8月底，于9月初采樣測定各處理下毛竹實(shí)生苗各項(xiàng)生理生化指標(biāo)。

1.2 測定分析方法

1.2.1 植株光合參數(shù)測定 在上午8:30?11:30進(jìn)行測定，每個處理選取長勢一致的毛竹實(shí)生苗，測定植株上部第3片的光合指標(biāo)，單片葉子重復(fù)6次取平均值。儀器采用LI-COR 6 800光合儀，測定時(shí)儀器的相對濕度為 60%，二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)為 400 μmol·mol?1，光強(qiáng)設(shè)定為 800 μmol·m?2·s?1。測定指標(biāo)包括凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)和蒸騰速率。

1.2.2 植株生物量測定 于9月10日測定光合參數(shù)后，選取各處理長勢一致的毛竹實(shí)生苗各8株，將苗拉直后量取頂部至基部的長度，即為株高；用吸水紙擦干根部營養(yǎng)液，拉直后量取整株實(shí)生苗根系長度，即為根長；將測完株高和根長的毛竹實(shí)生苗快速洗凈擦干后，沿基部把毛竹實(shí)生苗地上與地下部分切開，放入105 ℃烘箱中殺青30 min，后將烘箱溫度調(diào)整至70 ℃，將樣品烘干至恒量，測定其地上與地下部分干質(zhì)量。同期選取各處理長勢一致的毛竹實(shí)生苗葉片各3片，取植株上部第3片葉，參考葉形紙稱重法測定葉面積。

1.2.3 植株生理指標(biāo)測定 于9月10日選取各處理長勢一致的毛竹實(shí)生苗各8株，摘取植株上部第3片葉，采用乙醇提取法測定葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)[7]。同時(shí)各處理選取長勢一致的毛竹實(shí)生苗各8株，摘取植株上部第3片葉，洗凈并去除葉脈剪碎后，倒入液氮快速研磨成粉末狀，放入50 mL離心管于?80 ℃環(huán)境下保存待測：毛竹實(shí)生苗葉片過氧化氫酶(CAT)采用紫外分光光度法進(jìn)行測定[8]；過氧化物酶(POD)采用愈創(chuàng)木酚法進(jìn)行測定[9]；超氧化物岐化酶(SOD)采用南京建成生物工程研究所的試劑盒進(jìn)行測定，可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)參考考馬斯亮藍(lán)法測定，可溶性糖和淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)參考蒽酮比色法[10?11]。上述測定指標(biāo)均重復(fù)3次以上。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及圖表繪制。運(yùn)用SPSS軟件中單因素方差分析法對處理間的數(shù)據(jù)做單因素方差分析、多重比較及差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯處理對毛竹實(shí)生苗生長性狀的影響

由表1可知：隨油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度降低，毛竹實(shí)生苗株高、根長和葉面積均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度在0.001 0 mg·L?1時(shí)毛竹實(shí)生苗株高達(dá)最高(P＜0.05)，較ck提高了11.0%，0.005 0 mg·L?1處理較 ck提高了 9.2%。0.001 0 mg·L?1處理較 ck，其根長增加了 13.4%，0.005 0 和 0.000 5 mg·L?1處理根長也均高于 ck，但低于 0.001 0 mg·L?1處理。除 0.050 0 mg·L?1處理外，其余4組處理較ck均能顯著增加毛竹實(shí)生苗葉面積(P＜0.05)，其中0.005 0 mg·L?1處理較ck效果最為顯著；通過葉面噴施油菜素內(nèi)酯，各處理與ck相比，0.010 0、0.005 0和0.001 0 mg·L?13種處理能顯著增加毛竹實(shí)生苗全株總干質(zhì)量(P＜0.05)，其中以0.005 0和0.001 0 mg·L?1處理為最佳，分別比 ck增加了25.3%和26.8%。植株地上與地下部分干質(zhì)量均隨油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度降低呈先上升后下降的趨勢，且相較ck均有不同程度提升，其中0.005 0 mg·L?1較ck對植株地上部分干質(zhì)量增加尤為顯著(P＜0.05)，0.001 0 mg·L?1處理較ck對植株地下部分干質(zhì)量提升尤為顯著(P＜0.05)。外源油菜素內(nèi)酯處理各組與ck相比，均能在不同程度上降低毛竹實(shí)生苗的根冠比，說明毛竹實(shí)生苗地上部分營養(yǎng)生長較旺盛，生物量大。

表1 不同質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯處理毛竹實(shí)生苗生長指標(biāo)Table 1 Effect of different concentration BR on growth index of Ph. edulis seedlings

2.2 不同質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯處理對毛竹實(shí)生苗光合特性的影響

由表2可知：各處理與ck相比均能顯著增加毛竹實(shí)生苗葉綠素a的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但以0.005 0 mg·L?1處理葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)增幅最大，比ck高11.6%。除0.010 0 mg·L?1處理葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不顯著外，其余處理較ck均差異顯著(P＜0.05)，但0.005 0和0.001 0 mg·L?1處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于其他處理。5種質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯處理間總?cè)~綠素和類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異均不顯著，但相較于ck，差異均達(dá)到顯著水平(P＜0.05)。當(dāng)質(zhì)量濃度為0.005 0 mg·L?1時(shí)，總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于其他處理，其次是0.001 0 mg·L?1；而0.001 0 mg·L?1處理下類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于其他處理。由此表明：外源油菜素內(nèi)酯處理可以提高毛竹實(shí)生苗光合色素水平，增強(qiáng)植株的光能利用率，從而提高植株光合能力。

表2 不同質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯處理毛竹實(shí)生苗光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2 Effect of different concentration BR on photosynthetic pigment content of Ph. edulis seedlings

由表3可知：隨著油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度的降低，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)和蒸騰速率均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。相較于其他處理，0.005 0和0.001 0 mg·L?1處理對凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)和蒸騰速率的影響較ck差異最為顯著(P＜0.05)：0.005 0 mg·L?1處理分別提升 26.7%、59.9%、14.1%和 28.9%；0.001 0 mg·L?1處理分別提升 22.7%、50.8%、16.1%和21.9%。說明外源油菜素內(nèi)酯對毛竹實(shí)生苗光合能力具有促進(jìn)作用，且隨著油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度的改變促進(jìn)的效果發(fā)生變化。

表3 不同質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯處理毛竹實(shí)生苗光合參數(shù)Table 3 Effect of different concentration BR on photosynthetic parameters of Ph. edulis seedlings

2.3 不同質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯處理對毛竹實(shí)生苗可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖和淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由表4可知：相較于ck，其他4種質(zhì)量濃度處理的毛竹實(shí)生苗葉片的可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均達(dá)到差異顯著水平(P＜0.05)，隨著噴施質(zhì)量濃度的降低，可溶性蛋白質(zhì)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，且在0.005 0和0.001 0 mg·L?1處理下達(dá)到最大值。葉面噴施條件下，除0.010 0和0.001 0 mg·L?1差異不顯著外，其他處理與ck相比可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)均達(dá)到顯著水平(P＜0.05)，其中0.050 0與0.000 5 mg·L?1處理之間差異不顯著，而0.005 0 mg·L?1處理后較ck增幅最大(P＜0.05)，增加了10.9%。隨著油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度的降低，毛竹實(shí)生苗淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)也呈先上升后下降的趨勢，0.005 0和0.001 0 mg·L?1處理較ck差異達(dá)顯著水平(P＜0.05)，分別增加17.3%和16.9%。說明外源油菜素內(nèi)酯溶液可以調(diào)節(jié)毛竹實(shí)生苗體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，有利于植株正常生長發(fā)育。

表4 不同質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯處理毛竹實(shí)生苗可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖和淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 4 Effect of different concentration BR on soluble protein,soluble sugar and amylum content of Ph. edulis seedlings

2.4 不同質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯處理對毛竹實(shí)生苗抗氧化酶活性的影響

由表5可知：超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性隨油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度降低呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)質(zhì)量濃度在0.001 0～0.005 0 mg·L?1時(shí)，植株超氧化物歧化酶活性達(dá)到最大值，其中0.005 0 mg·L?1處理相較于ck增幅最大，提高了6.7%；過氧化氫酶活性則在0.005 0和0.001 0 mg·L?1處理下達(dá)到最大值。毛竹實(shí)生苗葉片的過氧化物酶活性，隨油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度的降低呈升高趨勢，當(dāng)質(zhì)量濃度在0.000 5 mg·L?1時(shí)，植株過氧化物酶活性相較ck差異達(dá)顯著水平(P＜0.05)，依次是0.005 0和0.001 0 mg·L?1。這些結(jié)果表明：毛竹實(shí)生苗葉片的抗氧化酶活性受外源油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度影響，適宜質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯可以提高抗氧化酶活性，增強(qiáng)植株抗逆性。

表5 不同質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯處理毛竹實(shí)生苗抗氧化酶活性Table 5 Effect of different concentration BR on antioxidant enzyme activities of bamboo seedlings

3 討論與結(jié)論

植物營養(yǎng)生長是指根、莖、葉等營養(yǎng)器官的生長，通過分析植物器官表型可以判斷植物的生長情況。油菜素內(nèi)酯能在植物各個生長發(fā)育階段起到促進(jìn)生長的作用，能有效提升植物株高、根長及干物質(zhì)的積累[12]。有研究表明：油菜素內(nèi)酯對小米Setaria italica[13]、玉米Zea mays[14]、黃瓜Cucumis sativus[15]和甘草Glycyrrhiza uralensis[16]等植物均有促進(jìn)生長的作用。本研究中，葉面噴施不同質(zhì)量濃度的油菜素內(nèi)酯，能不同程度地影響毛竹實(shí)生苗的生長發(fā)育，其中以0.001 0～0.005 0 mg·L?1質(zhì)量濃度為最佳。當(dāng)油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度為0.05 0 0～0.010 0 mg·L?1時(shí)，毛竹實(shí)生苗地上部分生長雖然沒有出現(xiàn)生長抑制的現(xiàn)象，但該質(zhì)量濃度處理后根系長度有小于對照的趨勢，可能的原因是持續(xù)高質(zhì)量濃度的油菜素內(nèi)酯處理能夠調(diào)控根系內(nèi)部乙烯合成，造成根尖頂端優(yōu)勢喪失，進(jìn)而抑制根系伸長[17]。0.001 0 mg·L?1油菜素內(nèi)酯對毛竹實(shí)生苗根系生長具有促進(jìn)效果，即較低質(zhì)量濃度處理能促進(jìn)毛竹實(shí)生苗根系生長，這與鄧茜等[18]在小麥Triticum aestivum中的研究結(jié)果相似，推測油菜素內(nèi)酯對根系細(xì)胞的伸長或許與生長素類似具有雙重效應(yīng)。生長素濃度高低會分別啟動不同的信號傳輸途徑來調(diào)節(jié)植物生長，即低濃度促進(jìn)生長，高濃度抑制生長[19?20]。在本研究條件下，適宜質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯處理有效增加了毛竹實(shí)生苗的株高，促進(jìn)了葉片生長。這與前人在煙草Nicotiana tabacum[21]和狐米草Spartina patens[22]上得到的研究結(jié)果相類似，說明植物生長可能與油菜素內(nèi)酯直接促進(jìn)細(xì)胞生長和分裂的效應(yīng)有關(guān)[23?24]。

植物利用光合作用將光能轉(zhuǎn)化為自身生命活動所需的有機(jī)化合物，因此，光合作用的強(qiáng)度能反應(yīng)植物的生活力[25]。隨著油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度降低，毛竹實(shí)生苗凈光合速率、氣孔導(dǎo)度及胞間二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，且在0.001 0～0.005 0 mg·L?1達(dá)到最大值，推斷適宜質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯可以通過調(diào)節(jié)氣孔，吸收外界二氧化碳向羧化部位擴(kuò)散，從而增強(qiáng)毛竹實(shí)生苗光合能力。這與油菜素內(nèi)酯在高粱Sorghum bicolor[26]和甘藍(lán)型油菜[27]上的研究結(jié)果相似。而YU等[28]發(fā)現(xiàn)：油菜素內(nèi)酯處理后黃瓜幼苗氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率提高，但胞間二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)卻無顯著變化，認(rèn)為氣孔因素和非氣孔因素有可能都是提升黃瓜幼苗光合能力的原因，這與本研究的結(jié)果有所不同。王金平等[29]研究發(fā)現(xiàn)：油菜素內(nèi)酯對樟樹Cinnamomum camphora葉綠素含量積累和光合能力均有促進(jìn)作用。郝建軍等[30]認(rèn)為：油菜素內(nèi)酯處理能提高玉米葉綠素含量，提升光合速率，但油菜素內(nèi)酯對光合能力的提升并不是直接活化光合系統(tǒng)，可能是通過某種較長時(shí)間的生化反應(yīng)過程來實(shí)現(xiàn)的。BRAUN等[31]研究表明：油菜素內(nèi)酯可以通過提高植物體內(nèi)葉綠素含量，促進(jìn)植物進(jìn)行光合作用。在本研究中，毛竹實(shí)生苗葉片的總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與凈光合速率均在0.001 0～0.005 0 mg·L?1達(dá)到最大值，這可能是外源油菜素內(nèi)酯能影響聚光色素復(fù)合體上的蛋白表達(dá)或者調(diào)節(jié)葉綠素合成降解的關(guān)鍵酶來促進(jìn)光合色素合成[32]，提高植物光合固碳效率，促進(jìn)植物光合作用[33]。該結(jié)果與油菜素內(nèi)酯在櫻桃番茄Lycopersicum esculentumvar.cerasiforme[34]和油用牡丹‘鳳丹’Paeonia ostii‘Fengdan’[35]上的結(jié)果相似，但不同物種之間生物學(xué)特性存在一定差異，這使得其對不同質(zhì)量濃度油菜素內(nèi)酯的敏感程度不同。除對照組外，各組毛竹實(shí)生苗之間地上與地下部分干質(zhì)量差異并不大，但當(dāng)油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度在0.001 0～0.005 0 mg·L?1時(shí)，毛竹實(shí)生苗全株干質(zhì)量較其他處理組有明顯的提升。說明隨著光合能力的增強(qiáng)，油菜素內(nèi)酯能促進(jìn)植株干物質(zhì)的積累[36]，從而促進(jìn)毛竹實(shí)生苗生長發(fā)育。

有研究認(rèn)為：外源油菜素內(nèi)酯處理可誘導(dǎo)合成可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，提高超氧化物歧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶等3種抗氧化酶的活性，從而減輕膜脂過氧化對細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷，增強(qiáng)植物的抗逆性[37]?？傮w而言，在0.001 0～0.005 0 mg·L?1的油菜素內(nèi)酯處理下，抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均保持在較高水平，說明噴施適宜質(zhì)量濃度的油菜素內(nèi)酯，可能促進(jìn)植物體內(nèi)抗氧化酶的合成或調(diào)解相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯，進(jìn)而激活抗氧化系統(tǒng)[38]，調(diào)節(jié)相關(guān)代謝酶水平，維持植物體正常生理代謝，抑制膜脂過氧化，保持植株細(xì)胞膜正常結(jié)構(gòu)，同時(shí)維持細(xì)胞滲透平衡，增強(qiáng)細(xì)胞的保水功能[39]。這一結(jié)果與前人在水稻Oryza sativa[40]、番茄Solanum lycopersicum[41]、裸燕麥Avena nuda[42]上的研究結(jié)果相似。植株抗氧化水平的提高，可為生長提供有利條件，利于毛竹實(shí)生苗營養(yǎng)生長。本研究結(jié)果表明：當(dāng)質(zhì)量濃度為0.001 0～0.005 0 mg·L?1時(shí), 油菜素內(nèi)酯持續(xù)處理能夠促進(jìn)毛竹實(shí)生苗體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成，提高抗氧化酶活性，增強(qiáng)實(shí)生苗抗逆境能力；還能顯著提升植株光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，提高其光合能力，促進(jìn)干物質(zhì)的積累，增加生物量，達(dá)到促進(jìn)毛竹實(shí)生苗營養(yǎng)生長的效果。