不同光質(zhì)對(duì)矮生黃瓜形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

胡寶忠，孫 麗，孫莉莉，李鳳蘭

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150030）

黃瓜（Cucumissativus L.）是葫蘆科的重要蔬菜作物之一，具有性型多樣、節(jié)間長(zhǎng)度區(qū)別明顯等的傳特點(diǎn)。黃瓜品種按植株高矮可分為蔓生品種和矮生品種兩大類型，矮生黃瓜具有株型緊湊，能充分利用土地和光照資源，提高種植密度，節(jié)省人力、物力和財(cái)力等優(yōu)勢(shì)，在生產(chǎn)中具有一定的應(yīng)用前景。不同光質(zhì)對(duì)植物的形態(tài)及生理生化特性具有重要影響。江莎等關(guān)于不同光質(zhì)對(duì)草莓葉片解剖結(jié)構(gòu)的研究表明，藍(lán)膜降低葉片厚度和增加葉形狀比，黃膜降低柵欄組織厚度和柵欄細(xì)胞長(zhǎng)度[1]。Asgton等分別對(duì)娑羅雙屬（Shorea）和櫟屬（Quercus）各三個(gè)種的研究結(jié)果表明，遮陰減少葉片、角質(zhì)層和柵欄細(xì)胞的厚度[2]。Crystalarens對(duì)蕨類植物桫欏科（Cyatheaceae）的一個(gè)種（Cyathea caracasana）葉片對(duì)光環(huán)境反應(yīng)的研究中認(rèn)為，遮光比對(duì)照光照條件下葉片的解剖學(xué)特征如葉片厚、柵欄組織厚度、角質(zhì)層厚度及上表皮厚度均有所減小[3]。不同光質(zhì)對(duì)節(jié)間形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響鮮見報(bào)道。另外，光質(zhì)對(duì)其他植物如黃瓜、辣椒和番茄幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響[4]、草莓果實(shí)成熟過(guò)程中色素類物質(zhì)含量[5]及酚類和類黃酮物質(zhì)的含量變化[6]、橘橙的光合作用[7]都有影響。張達(dá)等研究大豆矮化突變體葉片解剖結(jié)構(gòu)及生理特性[8-9]，而關(guān)于其他植物矮生品種的研究未見報(bào)道。本試驗(yàn)以矮生黃瓜D0462為試材，蔓生黃瓜129為對(duì)照，采用白光（對(duì)照）、藍(lán)光和紅光不同光質(zhì)對(duì)其進(jìn)行處理，對(duì)不同光質(zhì)條件下的蔓生黃瓜129和矮生黃瓜D0462的葉片和節(jié)間解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，通過(guò)電鏡觀察葉綠體超微結(jié)構(gòu)，初步揭示不同光質(zhì)對(duì)矮生黃瓜矮化機(jī)理的影響。

1 材料與方法

1.1 時(shí)間和地點(diǎn)

田間試驗(yàn)在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行，室內(nèi)試驗(yàn)在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物教研室進(jìn)行。

1.2 材料

供試材料：正常株高的蔓生黃瓜（Cucumis sativus L.）129（對(duì)照），其平均株高為175㎝；矮生黃瓜D0462，其植株矮小，株高為蔓生黃瓜株高的1/3，均由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院黃瓜課題組提供。

1.3 光質(zhì)選擇

光質(zhì)處理采用上海偉康濾膜廠生產(chǎn)的白色、紅色和藍(lán)色濾膜（見表1），覆蓋在自制鐵架的外圍，白色濾膜作為對(duì)照。各種光源的光強(qiáng)用量子輻射光度計(jì)（LI-188B，LI-COR，American）在植株上方垂直距離（10 cm）的平面不同位置測(cè)定，測(cè)定5次，取平均值。相同光強(qiáng)通過(guò)在濾膜外加蓋無(wú)色地膜獲得。

表1 濾膜技術(shù)參數(shù)Tablle 1 Technology parameter of filter membrane

1.4 方法

試驗(yàn)于2010年3～6月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝實(shí)驗(yàn)站溫室內(nèi)進(jìn)行，選取飽滿的對(duì)照品種蔓生黃瓜129（以下簡(jiǎn)稱蔓生對(duì)照）和矮生黃瓜D0462（以下簡(jiǎn)稱矮生黃瓜）種子，浸泡3 h后置于25℃的恒溫培養(yǎng)箱中催芽，出芽后播種于8 cm×8 cm的營(yíng)養(yǎng)缽中，每缽播1粒種子，置于溫室中自制的白光（對(duì)照）、藍(lán)光和紅光鐵架內(nèi)培養(yǎng)，每個(gè)處理取蔓生對(duì)照和矮生黃瓜各120株幼苗，隨機(jī)區(qū)組排列。溫度白天25～30℃，夜間18～20℃，每2 d澆一次水。隨后取在白光（對(duì)照）、藍(lán)光和紅光條件下生長(zhǎng)且生長(zhǎng)時(shí)期為30 d的蔓生對(duì)照和矮生黃瓜的葉片和節(jié)間分別進(jìn)行取樣，同時(shí)用70%FAA固定液對(duì)葉片和節(jié)間的樣品進(jìn)行固定，制作過(guò)程3次重復(fù)。本試驗(yàn)借鑒李鳳蘭的研究方案[10]，采用常規(guī)石蠟切片法分別對(duì)葉片的橫切及節(jié)間的縱切進(jìn)行觀察，通過(guò)番紅-固綠染色法染色后封固。后用奧林巴斯（Olympus）BH-2型顯微鏡觀察并拍照，觀察比較在同一時(shí)期不同光質(zhì)條件下蔓生對(duì)照和矮生黃瓜葉片和節(jié)間的解剖結(jié)構(gòu)差異。對(duì)每個(gè)蔓生對(duì)照和矮生黃瓜品種的葉片葉厚、上下表皮厚、柵欄組織厚；節(jié)間細(xì)胞數(shù)/單位面積、細(xì)胞長(zhǎng)和寬分別進(jìn)行觀察和測(cè)量。

為了研究白光（對(duì)照）、藍(lán)光和紅光不同光質(zhì)對(duì)蔓生對(duì)照和矮生黃瓜葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響，采用透射電鏡的方法對(duì)葉綠體超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，不同光質(zhì)處理30 d后對(duì)葉片葉肉部位進(jìn)行取樣，并用戊二醛進(jìn)行前固定，后在JEOL-100S型透射電鏡下觀察并照相。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均通過(guò)Excel 2003和SPSS 17.0軟件進(jìn)行分析，并以單因素方差分析中的Duncan法對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)對(duì)矮生黃瓜葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響

葉片解剖結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)主要體現(xiàn)在葉片厚度、表皮細(xì)胞和葉肉細(xì)胞方面。

由表2可以看出，不同光質(zhì)處理對(duì)蔓生對(duì)照和矮生黃瓜葉厚的影響各異，即蔓生對(duì)照的葉厚經(jīng)不同光質(zhì)處理后均顯著小于白光對(duì)照（見圖1-1，2，3），而矮生黃瓜的葉厚經(jīng)不同光質(zhì)處理后均顯著大于白光對(duì)照（見圖1-4，5，6）。具體表現(xiàn)為：矮生黃瓜經(jīng)藍(lán)光處理后葉片比白光顯著變厚，且上、下表皮厚度顯著或極顯著增大。因此，在本試驗(yàn)中，不同光質(zhì)對(duì)蔓生對(duì)照的葉厚具有抑制作用，而對(duì)矮生黃瓜的葉厚則具有促進(jìn)作用；且矮生黃瓜葉片在藍(lán)光下顯著變厚可能是上下表皮顯著或極顯著變厚所致。

表2 不同光質(zhì)對(duì)蔓生對(duì)照和矮生黃瓜葉片解剖特征的影響Tablle 2 Effect of light quality on leaves anatomical characters of creeping cucumber and dwarf cucumber

圖1 不同光質(zhì)下黃瓜葉片的解剖結(jié)構(gòu)（150×）Fig.1 Anatomical structure of of cucumber leaves under different light quality(150×)

2.2 不同光質(zhì)對(duì)矮生黃瓜節(jié)間解剖結(jié)構(gòu)的影響

不同光質(zhì)對(duì)蔓生對(duì)照和矮生黃瓜節(jié)間解剖結(jié)構(gòu)的影響狀況如表3所示，不同光質(zhì)處理后，蔓生對(duì)照節(jié)間的單位面積細(xì)胞數(shù)極顯著小于白光對(duì)照（見圖2-1，2，3）。而矮生黃瓜的單位面積細(xì)胞數(shù)經(jīng)不同光質(zhì)處理后極顯著大于白光對(duì)照（見圖2-4，5，6）。具體表現(xiàn)為：蔓生對(duì)照單位面積細(xì)胞數(shù)經(jīng)紅光處理后急劇減少，達(dá)極顯著水平。在藍(lán)光條件下，矮生黃瓜單位面積細(xì)胞數(shù)極顯著增多，細(xì)胞長(zhǎng)極顯著減小，細(xì)胞寬顯著增大。綜上所述，在本試驗(yàn)中，不同光質(zhì)對(duì)蔓生對(duì)照的單位面積細(xì)胞數(shù)具有抑制作用，而對(duì)矮生黃瓜則具有促進(jìn)作用。并且不同光質(zhì)處理使矮生黃瓜節(jié)間矮化可能和單位面積細(xì)胞長(zhǎng)度的縮短及細(xì)胞寬度的增加有關(guān)聯(lián)。

表3 不同光質(zhì)對(duì)蔓生對(duì)照和矮生黃瓜節(jié)間解剖特征的影響Tablle3 Effect of light quality on internode anatomical characters of creeping cucumber and dwarf cucumber

圖2 不同光質(zhì)下黃瓜節(jié)間的解剖結(jié)構(gòu)（150×）Fig.2 Anatomical structure of cucumber internode under different light quality(150×)

2.3 不同光質(zhì)對(duì)矮生黃瓜葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響

不同光質(zhì)對(duì)蔓生對(duì)照和矮生黃瓜葉片葉綠體超微結(jié)構(gòu)影響狀況見表4。由表4可知，不同光質(zhì)處理對(duì)蔓生對(duì)照和矮生黃瓜葉肉細(xì)胞葉綠體數(shù)差異不顯著。不同光質(zhì)處理對(duì)蔓生對(duì)照葉綠體內(nèi)的淀粉粒數(shù)差異不顯著，而矮生黃瓜經(jīng)紅光處理后的淀粉粒數(shù)極顯著多于白光，且極顯著多于蔓生對(duì)照（見圖3-1，2，3）。對(duì)于葉綠體大小而言，矮生黃瓜葉綠體長(zhǎng)和寬經(jīng)藍(lán)光處理后均極顯著小于白光，且極顯著小于蔓生對(duì)照（見圖3-5，6，7）；而經(jīng)白光處理后，矮生黃瓜的葉綠體長(zhǎng)和寬極顯著大于蔓生對(duì)照（見圖3-4，6），因此，由本試驗(yàn)可知，可能是藍(lán)光抑制了矮生黃瓜葉綠體的生長(zhǎng)。

經(jīng)紅光處理后蔓生對(duì)照葉綠體內(nèi)的基粒數(shù)極顯著大于白光（見圖3-8，9），且極顯著大于矮生黃瓜（見圖3-9，10）。而經(jīng)藍(lán)光處理后，矮生黃瓜的基粒厚度和基粒片層數(shù)均極顯著小于白光。因此在本試驗(yàn)中，藍(lán)光對(duì)矮生黃瓜的基粒厚度和基粒片層數(shù)同樣具有明顯的抑制作用。對(duì)于片層厚度而言，蔓生對(duì)照藍(lán)光處理后顯著大于白光（見圖3-11，12）。藍(lán)光處理后矮生黃瓜的片層厚度顯著小于蔓生對(duì)照。

表4 不同光質(zhì)對(duì)蔓生對(duì)照和矮生黃瓜葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響Tablle 4 Effect of light quality on chloroplast ultrastructure of creeping cucumber and dwarf cucumber

圖3 不同光質(zhì)下黃瓜葉片葉綠體的超微結(jié)構(gòu)Fig.3 Chloroplast ultrastructure of cucumber leaves under different light quality

3 討論與結(jié)論

李芳蘭等研究表明，光質(zhì)是影響葉片形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)重要的因子。葉片解剖結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)主要體現(xiàn)在葉片厚度、表皮細(xì)胞、柵欄組織和海綿組織等方面[11]。本試驗(yàn)表明，藍(lán)光處理后矮生黃瓜葉片厚度顯著大于白光對(duì)照，因此矮生黃瓜葉片厚度的增加是對(duì)藍(lán)光透過(guò)量的適應(yīng)，這與Schuerger等發(fā)現(xiàn)的藍(lán)光透過(guò)量與葉片厚度呈正相關(guān)結(jié)論[12]一致。矮生黃瓜經(jīng)藍(lán)光處理后上、下表皮厚度顯著或極顯著增大，這與王東輝羊耳蒜（LiParis joponica）光質(zhì)適應(yīng)性的研究結(jié)果[13]一致，這種情況下會(huì)增強(qiáng)植物對(duì)光的適應(yīng)能力?？梢酝茢?，矮生黃瓜經(jīng)藍(lán)光處理后上、下表皮厚度顯著或極顯著增大，導(dǎo)致葉片厚度顯著增加，從而增強(qiáng)其對(duì)光的適應(yīng)能力。

杜洪濤等關(guān)于彩色甜椒幼苗的研究中發(fā)現(xiàn)藍(lán)光對(duì)莖的伸長(zhǎng)有矮化作用[14]。本試驗(yàn)表明，在藍(lán)光條件下，矮生黃瓜節(jié)間單位面積的細(xì)胞數(shù)極顯著多于白光，同時(shí)也極顯著多于蔓生對(duì)照。經(jīng)藍(lán)光處理后，矮生黃瓜單位面積細(xì)胞長(zhǎng)極顯著小于白光，且極顯著小于蔓生對(duì)照，單位面積細(xì)胞寬極顯著或顯著大于白光。在白光處理?xiàng)l件下，矮生黃瓜細(xì)胞寬顯著小于蔓生對(duì)照，細(xì)胞長(zhǎng)極顯著大于蔓生對(duì)照；矮生黃瓜經(jīng)白光處理后單位面積細(xì)胞數(shù)極顯著小于蔓生對(duì)照，葉片厚度顯著小于蔓生對(duì)照，與張達(dá)等關(guān)于矮化大豆突變體莖、葉的解剖學(xué)中的部分研究結(jié)果相一致[15]。可知，矮生黃瓜節(jié)間矮化可能跟其節(jié)間單位面積細(xì)胞長(zhǎng)度縮短及細(xì)胞寬度增加有關(guān)，且藍(lán)光對(duì)植物矮化的調(diào)節(jié)機(jī)制有影響，還有待研究。

本試驗(yàn)表明，紅光條件下矮生黃瓜淀粉粒數(shù)極顯著多于蔓生對(duì)照，與Bondada研究結(jié)果[16]一致，主要是由于紅光抑制光合產(chǎn)物從葉片中輸出，增加葉片淀粉積累，而淀粉粒過(guò)量積累不利于植物葉片光合作用進(jìn)行。藍(lán)光處理后，矮生黃瓜葉綠體長(zhǎng)和寬、基粒厚度和基粒片層數(shù)極顯著小于白光處理，與焦雨歆等結(jié)果一致[17]。可見，矮生黃瓜葉綠體淀粉粒數(shù)對(duì)紅光敏感，藍(lán)光對(duì)矮生黃瓜的葉綠體大小、基粒厚度和基粒片層數(shù)均具有明顯抑制作用。

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