两品种叶片倒伏形态和生理特性的差异朱顶红

背景

环境住宿压力是众多因素的结果，其特征在于不确定性。然而，谷物作物中的几项与谷类作物相关的研究报告说朱顶红环境非常罕见。朱顶红是一种观赏价值高、种质资源丰富的园林花卉。在过去的栽培实践中，我们发现，花红色的“红狮”和花粉红色的“苹果花”的植物类型非常不同。“红狮”叶片直立，“苹果花”叶片倒伏，严重影响其观赏价值。本研究的目的是比较两个叶片倒伏和直立品种在形态和生理特性上的差异。本研究通过核型分析和表型形态学及生理特性的比较，探讨了两种植物类型之间的差异。

结果

核型分析表明，两个品种的染色体类型均为四倍体。结果表明，红狮叶片木质素含量较高，叶片维管束横截面结构较稳定，叶绿素含量较高。此外，在光反应过程中，传递到电子传递链（ETR）的能量明显减少。同样地，光系统Ⅱ的最大光合速率（Fv/Fm）、非光化学猝灭（NPQ）和有效量子产额的结果也与光化学有关(△F/Fm’)均表明，“红狮”的光合能力大于“苹果花”，受叶片倒伏的影响。叶片尺寸显著变小，叶片凹陷角、叶片宽度和叶尖角均显著低于苹果花，表现为叶片凹陷。这些因素的差异可能是导致两个品种表型差异的原因。

结论

研究结果表明，倒伏影响叶片的光合能力朱顶红揭示了一些可能与倒伏有关的指标，为培育和改良新品种奠定了理论基础。

朱顶红是所有物种的通用名称吗Hippeastrum草本植物。朱顶红原产于热带南美洲；其球茎花品质优良，种质资源丰富，在园林中应用广泛[1.]. 然而，在以往的栽培实践中，发现这两个品种的株型差异很大红狮（花色为红色）是叶片直立的品种，“苹果花”（花色为粉红色）是容易倒伏的品种。其叶片的倒伏特性决定了其观赏品质朱顶红减少，不利于其在园林行业的推广应用。

倒伏是植物生长和作物生产中一个重要的综合农艺性状。它影响农作物和蔬菜的产量、品质和机械收获效率，影响花卉的观赏品质和植物的种类[2.,3.]. 倒伏受多种因素的调控，如栽培方式、生长环境、营养条件、外源物质调控、内部生理结构、基因型差异等[4.,5.,6.,7.］．植物倒伏问题一直是研究的热点。研究人员利用水稻染色体片段代换系(栽培稻L.)鉴定了一个有效的茎秆强度数量性状位点(QTL)，为提高茎秆抗倒伏能力和提高产量提供了方法[8.］．人们发现，小麦(小麦L.）沉积性与解剖学特征显着相关，例如机械组织，低间的重量和杆壁的宽度[9］．向日葵(向日葵2种对倒伏敏感性不同的基因型的抗倒伏能力受作物种群密度、失效力矩和茎的功能的影响[10］．

植物倒伏性状受内外因素共同影响。从形态上看，植物的抗倒伏性与纤维力学性质、细胞壁组成、茎秆形态、根系形态和力学性质以及茎中维管束的面积、大小和数目等因素有关[11,12,13]. 生理上，植物抗倒伏性与木质素的组成和含量、细胞壁化学成分和硅含量、相关酶活性、茎含水量、碳水化合物积累等因素有关[3.,14,15］．研究人员使用多种分子生物学方法研究植物倒伏，包括GWAS分析和转录组测序的结合。在芸苔属植物显著鉴定了木质素调控基因，包括糖基水解酶（bnaaA01G00480D）和CYT1（bnaa04G222820D），以及编码转录因子SHINE1（ERF）和DAR6（LIM）的两个基因。木质素遗传调控的阐明提供了新的视角[16］．MicroRNA528在富氮条件下通过控制木质素的生物合成来影响玉米的抗性[17］．的突变OsCESA9保守部位在水稻中减少纤维素DP和结晶度，影响封闭性抵抗力[18］．抗倒伏的全基因组关联分析(GWAS) [19］．利用AFLP、SRAP和SSR分子标记鉴定出2个抗倒伏qtl [20.］．的prl5型水稻基因通过延缓叶片衰老和增加茎内碳水化合物积累提高抗倒伏能力[21]. 许多外部因素对倒伏有影响，包括疾病、风、雨、地形、氮肥、土壤类型、作物类型、耕作、品种、播种率和播种期[22]. 冬小麦喷施多效唑（PP333）或赤霉素（GA3）(小麦L.)能改变基部节间的物理强度和木质素及相关酶的积累[23］．植物生长调节剂Trinexapac-乙基（TE）增加黑麦草（多年生黑麦草延迟倒伏的种子产量[24］．建立的豌豆-燕麦间作制度可有效防止倒伏[25]. 施用适量氮肥和种植密度可减少油菜倒伏[26]. 此外，植物倒伏增加是由某些疾病和恶劣天气引起的。例如，纹枯病降低了水稻植株的抗折性，增加了抗倒伏性[27]. 强风使夏玉米在抽穗期前倒伏，影响产量[28]. 倒伏对产量和品质都有负面影响。光合作用是植物合成有机质的重要途径。Setter认为倒伏降低了水稻植株的光截获能力，损害了冠层光合作用和产量[29]. 叶绿素荧光可以作为光合作用研究的探针。PSⅡ的最大量子产率为Fv/Fm = (Fm-Fo）/Fm，反映植物潜在的最大光合能力。叶绿素荧光也可以用来测量光合作用、碳同化和电子转移的原始反应[30.,31,32］．

迄今为止，植物住宿的研究主要集中在秸秆的作物上，同时对观赏植物的住宿的研究是罕见的。叶片住宿机制研究朱顶红很少有报道。本研究从遗传学、形态学、生理学等方面比较了倒伏叶和直立叶两个品种的差异，为今后的改良奠定了理论基础朱顶红品种。

材料选择和治疗

材料选择

本研究中使用的实验材料包括各种各样的两种品种朱顶红基因型。'红狮'红色花卉品种的叶子是直立和直的，但“苹果花”粉红色花卉品种的叶子表现出留下休闲和下垂，两种品种的叶形态有很大差异。该研究材料由三岁的成熟植物组成，由北京园林园艺有限公司提供一家在中国农业科学院环境和可持续发展研究所经营的高科技农业公司（caas）。

材料处理

“红狮”和“苹果花”试验材料在10个盆栽中种植，并在东北农业大学园艺实验站的温室中培养。培养土由堆肥土、腐殖质土和砂按4:4:2均匀配制，pH值控制在5.5～6.5之间。培养条件要求温度控制在18-22℃ 摄氏度，通风良好，阳光充足，气候湿润。为了给实验材料提供最适宜的生长环境，将实验材料从栽培到实验结束，在东北农业大学园艺试验站温室栽培。

核型分析

选择两种品种的生长植物的顶端根部作为试验材料，通过原位荧光杂交（鱼）染色并观察染色体。具体的实验过程如下：

材料预处理

根尖切1.5 cm，转移到湿0.5 带穿孔盖的ml-EP管，并在填充10%的管中处理 N的atm_2.O用于2的气体 H

材料固定

预处理后，在EP管中加入90%冰乙酸，冰固定10 min。

物质离解

固定处理结束后，用蒸馏水冲洗三次，直至管内无明显冰醋酸气味。切除根尖生长点，置于1倍柠檬酸缓冲液中1%果胶酶和2%纤维素酶的酶解混合物中，37°C水浴中酶解54 min。

荧光前的制备原位杂交

将处理的材料用70％乙醇洗涤两次，用剖检的针切割根尖，并以5000rpm离心30秒。然后，弃去上清液，将离心管反转，干燥沉淀物。根据沉淀量，加入30-50μl冰醋酸，并将管的含量孔混合。将七个微升细胞悬浮液滴落到玻璃载玻片上以制备涂片。在相触摸显微镜下，筛选具有更好分流方向的涂片以原位杂交荧光。

荧光原位杂交

用于荧光原位杂交的载玻片置于UV交联剂(125 mJ/cm2)中进行交联。将预标记探针用2倍SSC和1倍TE稀释，并根据目标序列的拷贝数调整探针的稀释系数。以下所有步骤都必须在黑暗中进行。为鉴定载玻片上的细胞，加8 μl稀释后的样品，用盖玻片盖上。所有载样品的载玻片置于铝盒中，保持铝箔盒中的纸张湿润。将铝盒置于沸水中，玻片上的细胞在高于85℃的温度下变形并与探针杂交。将湿气箱置于55℃恒温箱中进行预热。杂交5min后，快速取出载玻片，置于预热的加湿器中，在55℃下反应过夜。

染色和检测

将反应玻片置于2×SSC中，滴加少量DAPI。然后，用盖玻片覆盖载玻片并在显微镜下观察。在中期选择分布相对均匀的染色体涂片，并将其保存在实验室中 − 80 °C超低温冰箱供日后使用。

染色体长度测量

选择清晰且分布均匀的染色体细胞进行显微摄影，使用Adobe photoshop2018进行染色体配对和长度测量。

对数据进行如下计算:

叶片形态指标的测定

叶片形态指标

在该测试中,测量设备(统治者和量角器)被用来计算技巧的角度和叶的宽度(测量叶片的宽度是5厘米的距离从叶)和下垂的角度为“红狮”和“苹果花”品种。

叶气孔特征

采集“红狮”和“苹果花”两个叶片样本，叶面积大小为0.5 cm*0.5 cm。用镊子将上下表皮分开，放在载玻片上压片;每个样本重复测量5次。利用尼康- e200mv生物显微镜，测定了两个品种在相同重复中的表皮细胞、气孔长度和气孔形态。

叶维管束横切结构

采用石蜡切片法评价其解剖结构朱顶红叶子。从2个不同表型的栽培品种中随机选择发育完全的叶片，从叶片中部切取0.5 cm*0.5 cm的片段。然后将材料放入福尔马林-醋酸-酒精混合物(FAA)中进行组织固定。固定后，节段进行了如上所述的一系列治疗[33]. 最后，在切片（8）上进行解剖学研究 用光学显微镜（BX61，日本奥林巴斯）观察叶片厚度（μm），并用数码相机拍摄图像。同时观察血管束和中静脉导管的大小。

叶片生理指标的测定

木质素含量

参照Syros方法稍加修改，木质素含量朱顶红叶是确定的[34］．取新鲜样品(0.5 g)称重入研钵中，加入95%乙醇研磨成匀浆，4500 rpm离心10分钟收集沉淀。球团用等体积的1:1 95%乙醇和正己烷溶液洗涤3次，收集沉淀并干燥。将干燥后的产品溶于0.5 ml 25%冰醋酸中，置于70°C水浴中静置30分钟。然后加入0.9 ml 2 mol/L NaOH终止反应。加入5毫升冰醋酸和0.1毫升7.5 mol/L盐酸羟胺。样品混合后，4500 rpm离心5 min，抽吸上清0.1 ml，用3.0 ml冰醋酸稀释。用酶标仪测定溶液在A280 nm处的吸光度，每个样品重复测定4次。

叶片相对含水量

相对含水量朱顶红用称重法测定叶片。采集叶片样品，测定叶片鲜重，用蒸馏水浸泡5分钟 h使样品充分饱和。随后将叶片表面水分擦掉，并立即测量饱和鲜叶重量。最后，将样品置于105℃的干燥箱中 °C持续15分钟 最小抗蓝处理。样品在恒温80℃的烘箱中干燥 12°C h、 测定干重。

叶片叶绿素含量

叶绿素含量测定参照乙醇-丙酮混合提取法。采集植物叶片样品，0.1 将每个样品的g称为5 ml EP管。然后，2 加入95%乙醇ml。每个样品的测量重复4次。72岁以后 在黑暗中治疗h，320 用移液管吸取μl提取物，并在微孔板读取器上测量吸光度。在665处测量吸光度 纳米，649 纳米和470 纳米。整个过程在黑暗环境中进行，以减少光照对叶绿素分解的影响。

叶叶绿素荧光

利用想象- pam (MAXI)系统(WALZ，德国)测定了叶绿素荧光参数马兜铃E这些植物首先被处理了20天 将样品置于荧光计的探针范围内，并适当设置仪器参数，以测量荧光强度后，在黑暗环境中的最小值朱顶红. 第一步是设置光测量参数，以便在确定所选样品AOI区域后，将值（Ft）调节在0.1–0.2的范围内。然后，在图像页面上选择实时视频选项，并更改LED以使红外图像样本清晰。第二步是为植物设定饱和脉冲光参数。适合本厂的饱和脉冲光频率为20s/次，强度为4000umol/m^2./s。第三步是设置光化光的参数。植物最佳荧光动力学曲线的最佳光强为86umol/m^2./s。此后，我们根据铭牌（红色增益）设置吸收率参数 = 1、红色强度 = 49，近红外强度 = 33). 应用设置后，打开朱顶红叶绿素荧光参数可以测量。

统计分析

我们进行了Wilcoxon检验来检验两个品种之间的差异朱顶红．P ≤ 0.05被认为具有统计学意义。所有统计检验均采用spss22.0forwindows（SPSS，美国）进行。所有图表均使用GraphPad Prism 7.0（GraphPad，美国）和Word 2016（Microsoft，美国）制作。使用Photoshop 2018（Adobe，美国）和Illustrator CS4（Adobe，美国）对所有图像进行了润色和标记。

两个栽培品种的核型分析Hippeasstrum rutilum.

的核染色体数目朱顶红在显微镜下观察，两个品种的染色体类型均为四倍体。细胞核内染色体数为44条。2个品种的核型公式为:2n = 4x = 44 = 18 m + 12sm + 14st。1.，表格1.). 染色体平均长度在2.902～5.988之间 μm，臂比在1.043～5.510之间。最长染色体与最短染色体的比值为2.06，有6对大于2:1的染色体臂，占总染色体的55.5%。根据茎叶皂苷的核型分析标准，可以确定茎叶皂苷的核型朱顶红是3B，核型不对称系数为68.51％。

两个玉米品种叶片形态差异的比较研究朱顶红

在生长期，两个品种的叶尖角、叶垂角和叶宽都有不同程度的变化朱顶红使用测量工具测量。结果表明，“苹果开花”，带下垂的叶子，比“红色狮子”呈现出比“红色狮子”，具有直立的叶子，叶尖角度，叶片凹凸角和叶宽（P< 0.05、表2.)．

两个小麦品种气孔分布特征的比较朱顶红

根据所获得的显微照片，对两个品种的表皮细胞的气孔进行了观察朱顶红由两个半月形的保卫细胞组成，没有辅助保卫细胞（图。2.b）。a，b）。'红色狮子'的上表皮细胞中的平均气孔密度计算为3.06，下表皮细胞的平均气孔密度为21.99。'Apple Blossom'的上表皮细胞的平均气孔密度为11.45，下表皮细胞的平均气孔密度为25.62。'红色狮子'表皮细胞中的平均气孔密度明显低于'Apple Blossom'（P < 0.05，图。2.C，D）。“红色狮子”表皮中气孔的平均长度为54.79μm，平均宽度为45.81μm。'Apple Blossom'中气孔的平均长度为58.92μm，平均宽度为48.62μm。两种品种气孔的纵横比非常低，范围为1.09至1.44。

两个玉米品种叶片横截面结构特征的比较朱顶红

在光学显微镜下观察了两个栽培品种叶片维管束截面的形态。“红狮”的维管束细胞壁近似六边形，“苹果花”的细胞壁近似圆形。与“红狮”相比，“红狮”的维管束细胞大小更规则、均匀。“红狮”维管束周围的细胞比“苹果花”维管束周围的细胞更大、更均匀。3.)．

两个品种叶片相对含水量和木质素含量的比较朱顶红

叶片直立的“红狮”叶片的木质素含量显著高于叶片倒伏的“苹果花”(P < 0.05，图。4.b). A).但叶片直立的“红狮”叶片相对含水量(RWC)显著低于叶片下垂的“苹果花”(P < 0.05，图。4.b)。b)。

两个品种的叶绿素含量比较朱顶红

的背影A.，Chl公司B和Car含量均显著高于苹果花(P< 0.05、表3.). 红狮叶片中总叶绿素含量与苹果花叶片中总叶绿素含量的比值约为2:1，红狮叶片中叶绿素a和叶绿素b的比值约为3:2，苹果花叶片中叶绿素a和叶绿素b的比值约为3:1。

两个品种的叶绿素荧光比较朱顶红

比较了两个不同表型品种的叶绿素荧光参数。叶片直立的‘红狮’光系统Ⅱ光化学的最大量子产率（Fv/Fm）显著大于叶片倒伏的‘苹果花’(P < 0.05，图。5.a） 是的。“红狮”的Fv/Fm值在0.80-0.84之间，“苹果花”的Fv/Fm值在0.80以下。光系统Ⅱ光化学的有效量子产率(△F/Fm’)和相对电子传递率(ETR)参数与植物的光合能力呈正相关，‘红狮’比‘苹花’(P < 0.05，图。5.B，D）。然而，具有与植物光合容量的负相关性的非细胞化学淬火（NPQ）参数在“苹果花”中显示出比在“红色狮子”（P < 0.05，图。5.c).从这些参数的结果可以得出，叶片直立的“红狮”的光合能力大于叶片倒伏的“苹果花”。

朱顶红具有复杂的遗传背景，核型多样，包括二倍体、三倍体和四倍体类型[35,36]. 核型变化引起的表型效应在中国菊花等植物中已有报道(菊花×鉴定拉马特.),拟南芥蒂利亚纳，还有土豆(Solanum Tuberosum.)原生质体再生的植物，罗汉果， 和金刚素孔化物质[37,38,39,40,41]. 在本研究中，我们首先对两个表型显著不同的品种进行了核型分析，发现这两个品种都是四倍体，核型没有差异。推测这两个品种的倒伏和直立性状的差异可能不是由于核型的差异。植物倒伏与多种因素有关[42,43,44]. 虽然核型变化对植物抗倒伏表型差异的影响已被排除，但植物抗倒伏可能与单条染色体上的某些基因有关，有待进一步研究[36,45］．然而，这种差异也可能是由其他因素造成的[44,46］．我们进一步观察和比较了两个品种的叶片形态和解剖结构。结果表明，叶片直立的“红狮”的叶尖角、叶宽、叶垂角等形态学指标值显著小于叶片倒伏的“苹花”。叶片形态特征与叶片倒伏特征密切相关[47,48]. 比较了两个品种中脉维管束的解剖结构。红狮的维管束结构比苹果花的维管束结构更为均匀。维管束细胞大小均匀，细胞壁形状规则，周围细胞密集。与“苹果花”的维管束细胞相比，“红狮”的维管束细胞壁厚，维管束中心空隙小。这些特征说明‘红狮’维管束细胞壁碳水化合物含量较高，说明‘红狮’维管束的稳定性较强。叶片下垂与维管束结构有重要关系[49,50,51,52]. 从叶片形态和解剖结构的差异可以看出，两个品种的直立和倒伏性状与叶片形态特征密切相关。红狮叶比苹果花叶窄，红狮叶尖角度比苹果花叶尖角度小。同时，通过比较两个品种叶片的相对含水量，发现‘红狮’叶片的相对含水量显著低于‘苹果花’。植物组织相对含水量反映了植物组织的水分状况和植物的持水能力，是植物抗旱的重要依据[53,54]. 干旱能促进植物组织中碳水化合物含量的增加，以应对干旱胁迫。碳水化合物是细胞壁和维管束的重要组成部分，提高植物叶片维持其结构的能力。叶片中的相对含水量增加了主脉承受重力的负担[55］．植物组织的相对含水量、维管束结构、叶片宽度和叶片角度均表明“红狮”品种具有一定的抗旱能力。这些因素可能表明红狮叶的抗旱性比苹果花叶强。这些叶片的生理形态特征可能是“红狮”应对干旱的策略[56,57]. 红狮叶的下垂角小于苹果花叶。将两个品种叶片木质素含量与叶片维管束水平刨削结构相结合，结果表明，红狮叶比苹果花叶具有更大的硬化能力和更高的碳水化合物含量。因此，对红狮和苹果花的内外形态特征和生理指标的综合分析表明，这些因子的差异与抗倒伏密切相关。许多研究证实，木质素含量是植物抗倒伏的重要生理指标[58,59,60,61］．将两种品种叶子的木质素含量与不同的表型进行比较，发现具有直立叶子的“红色狮子”的木质素含量显着高于“苹果花”，叶子住宿。这为探讨了探索品种不同表型之间的差异的机制提供了强有力的基础。Comprehensive analyses showed that compared to ‘Red Lion’, with upright leaves, ‘Apple Blossom’, with leaf lodging, exhibits a greater leaf width, greater leaf sag angle, and higher relative water content (RWC), while its vascular bundle cell structure shows low stability, and the content of lignin is low. These factors may weaken the anti-lodging ability of the leaves, thereby increasing the probability of ‘Apple Blossom’ lodging [3.,62,63］．倒伏会严重影响植株的产量和品质[64,65］．光合作用是植物中有机物积累的重要途径。住宿是否会影响植物到光合作用的能力，反过来影响植物质量和产量？我们确定了两种品种中叶绿素含量，叶气孔密度和叶绿素荧光参数的光合作用相关指标。叶绿素含量，FV / FM和其他指标显示，光合作用在“红色狮子”中比“苹果花”更高。然而，观察两种品种叶片中气孔的密度表明，“苹果花”的气孔密度大于“红狮”。植物气孔密度与植物呼吸和蒸腾有密度有密封性相关[66,67]，因此结果表明，与红狮相比，苹果花的呼吸增加是可能的。因此，很有可能是由于呼吸作用的增加和光合作用的减少，导致了有机物积累的减少，而有机物在植物体内的积累进一步影响了其产量和品质[68]. 研究表明，“苹果花”种子的发芽率明显低于“红狮”种子，这可能与叶片倒伏有关。

我们的研究结果表明，两种品种之间的形态结构，生理特性和光合作用具有显着差异朱顶红不同的表型。“红狮”叶片直立，木质素含量较高;“苹果花”叶片下垂，木质素含量较低。叶片直立的品种在形态结构上垂角较低，维管束结构较规则，细胞壁较厚。易发生倒伏的品种表现为下垂角度大，维管束结构不规则，细胞壁薄。比较了两个品种叶片的气孔结构、叶绿素含量和叶绿素荧光参数。结果表明，受倒伏的影响，‘苹果花’的光合作用显著高于‘红狮’，倒伏影响了‘苹果花’的光合能力。研究结果可为我国水稻品种改良和人工栽培提供理论和实践依据朱顶红．

本研究中使用和/或分析的数据集应通讯作者的合理要求提供。

我们感谢园艺部，东北农业大学，哈尔滨，中国的援助。

本研究得到了中国省哈尔滨东北农业大学园艺学院大学生创新创业教育基金项目（项目201910224035号）、中国黑龙江省自然科学基金项目（C2017015）的资助。经费被用于研究设计和资料的收集、分析、解释以及手稿的撰写。本次实验经费全部由中国哈尔滨东北农业大学园艺专业大学生创新创业培训项目基本研究基金资助。

隶属关系

1. 东北农业大学园艺与景观建筑学院，哈尔滨，150030

   史振杰，郑倩姣，孙晓阳，谢富春，赵健，张高云，赵伟，郭志新，Ariuka Ariunzul，秦东，沙沙特，陈亚军

2. Haripur大学农学系，Haripur, 22620，巴基斯坦

   沙赫法哈德

3. 巴基斯坦开伯尔-普赫图赫瓦斯瓦比大学农学系

   穆罕默德·阿纳南

贡献

所有作者都阅读并批准了手稿。Z.S.、Q.Z.、X.S.和C.Y.发起并设计了这项研究，F.X.、J.Z.、G.Z.、W.Z.、Z.G.、A.A.和S.S.进行了实验，S.F.、M.A.C.Y.D.Q.分析了数据并撰写了手稿，S.F.和C.Y.对手稿进行了修改和编辑，并就实验提供了建议。

相应的作者

对应到沙特和沙特或陈耀军．

道德认可和参与同意

在国际伦理标准指导下，对手稿中倒伏现象进行了研究。所有的研究方案都得到了东北农业大学的批准。

出版许可

不适用。

相互竞争的利益

该出版物没有已知的利益冲突，也没有对该工作的重大财政支持，可能会影响其结果。

出版商的注意

斯普林格自然保持中立，就管辖权的要求，在出版的地图和机构的联系。

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