UV-B輻射對野菊表皮毛發育的影響1)

王雨萌 楊嬌嬌 劉育麟 楊欣 王鳳鷺 陳甲豪 姚亮亮 周蘊薇

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

植物的表皮毛是起防御作用的器官，包括具有分泌功能的腺毛和非腺毛[1-2]。當植物受到外界脅迫時，通過增加表皮毛進行自我保護和植物間的信號傳遞，其中通過增加非腺毛進行物理防御，如防曬、抗寒、抗旱等；通過增加腺毛釋放大量揮發物到空氣中來改變自身的氣味進行化學防御，并通過揮發物和其他植物之間進行信號傳遞[3]。UV-B輻射是植物形態特征改變的誘因之一，植物葉片對環境脅迫較為敏感。UV-B輻射穿透到葉肉組織的影響原因，包含葉表皮毛的結構和密度、蠟質層的厚度、表皮細胞層的厚度，進而葉片的解剖結構也會受到相應影響。研究發現,UV-B輻射除傷害效應外，還可增強植物體對UV-B輻射的適應，陳夢[4]通過研究紫外線誘導圓錐鐵線蓮發現，圓錐鐵線蓮在UV-B輻射下UVR8初始信號通路被激活，進一步激活JA和SA信號通路，進而調節碳氮轉化來降低紫外線脅迫下活性氧的水平，起到協調保護作用，增強了植物的脅迫耐受性；李元等[5]通過研究UV-B輻射增強對植物病原菌互作體系的影響發現，UV-B輻射增強誘導植物形成形態結構和生理生化防御,改變植物的抗病性,進而影響植物病害的發生；石新新[6]發現，高粱隨著UV-B輻射劑量的升高花青素含量顯著升高，葉片褐化損傷加重，植株節間縮短矮化，鮮質量和干質量顯著降低，葉綠素和類胡蘿卜素含量顯著減少等；高文杰等[7]發現，適當UV-B輻射對神農香菊表皮毛密度有增加作用且表皮毛形態發生改變等，皆揭示了植物內部或外部特征結構改變與UV-B脅迫密切的相關作用。

野菊(Dendrathemaindicum)為菊科菊屬多年生草本[8]，是重要的藥用和觀賞植物，野菊全草含揮發油、蒙花苷、木犀草素甙、矢車菊甙、菊黃質、多糖等化合物[9]。提高野菊揮發油和芳香物質具有重要的經濟價值，而目前野菊的相關研究多集中在引種栽培、育種[10]、藥理[11-12]、化學成分[13-14]等方面,關于野菊表皮毛發育的研究較少，僅焦宏彬等[8]研究水楊酸處理對野菊表皮毛及樟腦類物質含量的響應。通過此次研究，掌握野菊表皮毛發育的過程，探究野菊表皮毛不同發育階段在耐高輻射方面的響應，為在增加野菊腺毛，從而增加野菊的揮發物質、提高精油的含量方面的研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

野菊種子來源于東北林業大學園林學院。采用穴盤播種，植株長至10 cm左右上盆，置于溫室中培養至植株健壯且整齊一致時進行試驗。

1.2 試驗設計

觀察野菊葉片每級的生長時間并記錄，通過石蠟切片觀察野菊的頂芽發育，能觀察到的葉片發育時間從A～G為22 d(圖1)，根據野菊的頂芽發育圖(圖2)和可觀葉片發育時間推測頂芽發育為12 d(表1)，所以試驗設計處理分別為12、33、54 d。

表1 野菊葉片不同發育時期及葉齡

UV-B輻射處理：將長勢基本一致的野菊100盆,每天(09:00-17:00)暴露于UV-B輻射下，輻射由兩臺UV-B—313EL 40W/12M紫外燈管提供，放置1 m×3 m地方(保證第5片葉子接受到輻射)，290～310 nm光譜區域的劑量。對比試驗為無UV-B輻射。

葉表皮毛密度測定：將野菊葉片不同發育階段按生長時間劃分為A、B、C、D、E、F、G 7個階段(圖1)，UV-B處理12、33、54 d，分別取10盆長勢基本一致的野菊，摘取5組C—G的葉子(A和B階段的葉子由于太小，觀察不到，此處忽略)，用超景深顯微鏡(萊卡DVM6)觀察，在每個葉片正、背面的葉基、葉中、葉尖共取20個視野(圖3)，每個視野約2.0 mm×1.5 mm，對腺毛和非腺毛進行拍照，進行表皮毛密度統計。

圖1 葉片不同發育時期

1.3 數據處理和統計方法

試驗數據采用SPSS 17軟件進行分析，顯著性水平P<0.05；采用Excel 2007軟件繪圖制表。

圖2 野菊頂芽發育圖

圖3 葉片視野選取

2 結果與分析

2.1UV-B處理對野菊不同發育階段腺毛形態的影響

由圖4可以看出，CK組非腺毛兩臂平直，UV-B脅迫下非腺毛都出現不同程度的扭曲，12 d脅迫時扭曲較輕，54 d非腺毛出現嚴重扭曲，說明UV-B處理破壞非腺毛形態的生長；不同等級葉片的非腺毛形態上沒有較大的差異。

由圖5可以看出，CK組不同階段腺毛形態都較小且干扁，UV-B處理組腺毛整體較CK大且飽滿；同一階段的腺毛54 d時腺毛最為飽滿，12 d組E(葉齡25 d)階段、33 d組D(葉齡21 d)階段和54 d組C(葉齡18 d)階段的腺毛形態達到CK組G(葉齡33 d)階段，說明UV-B處理促進野菊腺毛的發育，縮短成熟時間。

圖4 UV-B處理對野菊葉表不同發育階段非腺毛形態的影響(200×)

箭頭標記腺毛的位置

2.2UV-B處理對野菊不同發育階段表皮毛密度和比例關系的影響

由表2可以看出，野菊葉片不同發育階段，葉表腺毛密度總體小于葉背；每級葉片隨著UV-B脅迫時間的增加，葉表和葉背腺毛密度呈上升趨勢，都大于CK，說明UV-B處理可以增加野菊葉片發育階段腺毛的密度；CK組隨著葉齡的增加每級腺毛密度趨于相同，葉表UV-B處理組隨著葉齡的增加腺毛密度整體呈先上升后下降趨勢，葉背UV-B處理組隨著葉齡的增加腺毛密度呈上升趨勢，說明隨著大齡葉表面積的增加，非腺毛密度減小，使葉表受UV-B輻射有所損傷，使腺毛密度減少。

隨著葉片面積增大，CK組和UV-B處理組的葉表和葉背非腺毛的密度呈減少趨勢；每級葉片隨著UV-B脅迫時間的增加，葉表和葉背每級非腺毛密度呈上升趨勢，說明UV-B處理可以增加野菊葉片發育階段非腺毛的密度。

葉片的不同發育階段表皮毛的密度比例(非腺毛密度/腺毛密度)，隨著葉齡時間和葉表面積的增加呈遞減趨勢，說明UV-B處理使野菊葉片發育階段表皮毛密度比例降低；葉背表皮毛比例大于葉表，其遞減幅度也明顯大于葉表，說明葉背本身腺毛多于葉表，UV-B處理增加幅度較小，葉表則增加明顯。

表2 UV-B處理對野菊不同發育階段表皮毛密度和比例的影響

發育階段葉 背非腺毛密度/個·mm-2CK12d33d54d腺毛密度/個·mm-2CK12d33d54d表皮毛密度比例CK12d33d54dC(55.47±3.96)Ad (80.20±2.05)Ac (115.40±3.49)Ab(159.8±1.47)Aa(7.83±1.29)Bd(15.27±0.84)Cc(20.93±0.66)Bb(46.17±1.29)Ca7.105.255.603.46D(43.30±3.27)Cc(75.67±1.15)ABb(107.20±3.27)Ba(115.4±8.52)Ca(8.17±2.97)Bd(15.90±1.30)Cc(23.60±2.27)Bb(54.67±3.90)Ba5.304.764.502.11E(51.67±7.95)Bd(71.30±1.35)Bc(106.10±2.72)Bb(124.0±1.50)Ba(11.03±3.44)Ac(19.67±1.33)Bb(25.57±4.30)Ab(57.03±4.06)Ba4.703.624.202.18F(50.87±9.97)Bd(64.37±3.30)BCc(96.17±1.94)Cb(123.0±0.71)Ba(11.77±3.55)Ac(20.70±3.34)Bb(25.47±2.26)Ab(88.20±2.23)Aa4.303.113.801.39G(33.37±3.75)Cd(57.13±2.70)Cc(92.50±2.26)Cb(123.1±2.00)Ba(12.73±2.67)Aa(26.07±0.46)Ab(25.90±2.95)Ab(93.40±3.89)Aa2.602.193.601.32

注：表中數據為平均值±標準差;同列數據后不同大寫字母表示同一處理不同發育階段間差異顯著(P<0.05);同行數據后不同小寫字母表示同一發育階段不同處理間差異顯著(P<0.05)。

3 結束語

表皮毛密度的誘導性具有生態意義[15]和經濟意義,因為表皮毛的密度可以對食草動物種群產生負面影響[16]，所以增加植物的表皮毛密度，對減少農藥的使用具有積極意義；且腺毛是植物積累次生代謝物質的重要場所[17]，增加腺毛密度從而提高植物的藥用價值和芳香物質的提取，具有較大的經濟價值。UV-B是植物生長發育中必不可少的非生物因素之一，許多研究表明，增強UV-B輻射會顯著影響植物的生長[20]，近年來常被用來研究對芳香植物表皮毛的密度及分泌物的影響，結果表明，一定劑量的UV-B輻射處理有助于表皮毛的生長和提高植物分泌物的含量。野菊是重要的藥用和芳香植物，野菊全草含揮發油、蒙花苷、木犀草素甙等化合物[9]。提高野菊揮發油和芳香物質有重要的經濟價值，焦宏彬等[8]發現，用水楊酸處理野菊葉片不能起到增加野菊葉片頭狀腺毛密度的作用，但能夠增加腺毛分泌物中樟腦類物質相對總含量。

本研究結果表明，用UV-B處理野菊，隨著處理時間的增長，野菊葉片不同發育時期的腺毛形態都比CK成熟早，在UV-B處理54d組C(葉齡18d)時期的腺毛成熟度達到CK組G(葉齡33 d)時期的狀態，說明UV-B可以促進野菊腺毛的成熟，這與Daphne et al.[21]的研究結果相同；非腺毛UV-B處理組形態上都發生不同程度的扭曲，說明UV-B雖然可以促進腺毛的成熟，但對非腺毛的生長發育有一定的傷害，這與高文杰等[7]的研究結果一致；葉片不同發育時期葉表和葉背腺毛密度隨著UV-B處理時間的增加呈先上升后下降趨勢，非腺毛整體呈上升趨勢，說明一定時間的UV-B處理有助于表皮毛密度的增加，能夠在一定程度上說明，適當的UV-B輻射處理能夠使野菊增加腺毛密度，從而增加其芳香物質的含量，并且使幼葉的腺毛成熟加快，生產上可以通過適當增加UV-B輻射來提高野菊精油等芳香物質的提取產量，但UV-B輻射處理，對增加野菊腺毛分泌物含量及種類的具體影響機制仍需進一步研究。