調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆生理特性及籽粒發(fā)育的影響

王學(xué)東，劉 巖，于 洋，崔 琳

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

大豆是我國(guó)的重要糧食作物及經(jīng)濟(jì)作物，具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是人類及動(dòng)物攝取蛋白質(zhì)和脂肪的重要來源，在世界糧食作物構(gòu)成和國(guó)際油料作物生產(chǎn)中占有重要地位，在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食物消費(fèi)系統(tǒng)中起重要作用[1－2]。

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在農(nóng)作物中應(yīng)用廣泛，有一定增產(chǎn)效果。如三碘苯甲酸對(duì)大豆是一種敏感的特效激素，使大豆植株矮化，防止倒伏，增花保莢和促進(jìn)早熟等作用。是促進(jìn)農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，廣泛應(yīng)用的一種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。硝酸稀土能有效地促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高植物生理活性，改善品質(zhì)及提高產(chǎn)量，目前在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝方面得到廣泛使用[3]。DTA－6（2－N，N－二乙氨基乙基乙酸酯），是一類新型、廣譜性植物生長(zhǎng)促進(jìn)劑，具有高度安全性。有研究表明，它在低濃度（1～40 mg·kg－1）下對(duì)多種植物有調(diào)節(jié)、控制以及促進(jìn)生長(zhǎng)的作用，在作物上，可以促進(jìn)碳水化合物代謝和物質(zhì)積累，顯著提高產(chǎn)量，并能改善作物品質(zhì)[4]。這些調(diào)節(jié)劑使用方便，價(jià)格低廉，施用操作簡(jiǎn)單，適用于大面積作物噴施，使其產(chǎn)量和品質(zhì)得到較大提高。生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑不僅對(duì)大豆的生長(zhǎng)發(fā)育、成熟期和產(chǎn)量有直接作用，而且對(duì)大豆品質(zhì)有明顯影響[4]。同一品種大豆在噴施不同生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑時(shí)，品質(zhì)性狀和產(chǎn)量差異很大。目前，已有在植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆產(chǎn)量及籽粒發(fā)育影響方面的研究，但不同調(diào)節(jié)劑對(duì)籽粒品質(zhì)及生長(zhǎng)過程中的細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)的研究上較少[4－7]。

本試驗(yàn)是以同一大豆品種（東農(nóng)434）噴施不同生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，對(duì)其產(chǎn)量品質(zhì)及其顯微結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行研究。因此，了解不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆產(chǎn)量性狀、理化指標(biāo)和貯藏細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化的影響，可以提高大豆產(chǎn)量和質(zhì)量，也可以優(yōu)化栽培措施，為大面積推廣生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 大豆品種

東農(nóng)434（Glycine maxcv.Dongnong434）。

1.1.2 試驗(yàn)用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑

三碘苯甲酸（TIBA）、硝酸稀土（RE）、2－N，N－二乙氨基乙基乙酸酯（DTA－6）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站進(jìn)行。于2010年5月初播種，小區(qū)面積20 m2，行距0.7 m，行長(zhǎng)5 m，播種密度30～35株·m－2，處理與對(duì)照相間排列，各設(shè)3次重復(fù)。根據(jù)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑噴施的濃度和方法要求，在大豆初花期（R1）、盛花期（R2）和鼓粒始期（R5）對(duì)葉面進(jìn)行噴施，TIBA（在R1和R2噴施，濃度分別為100和 200 mg·kg－1）、RE(在 R1噴施，濃度為0.08%）、DTA－6（在R5噴施，濃度為12 g·hm－2）。生長(zhǎng)期常規(guī)田間管理，除草并防止病蟲害。

1.3 取樣與測(cè)定方法

1.3.1 取樣方法

噴施調(diào)節(jié)劑后分別在鼓粒期（R6）、生理成熟期（R7）、成熟期（R8）取樣。在植株1/2部節(jié)位，分別取處理、對(duì)照各約100粒（40個(gè)莢），其中90粒放入－80℃超低溫冰箱，用于生理指標(biāo)的檢測(cè)。另一部分切成1 cm3小塊用戊二醛溶液固定，用于電鏡樣品的制備及檢測(cè)。

1.3.2 生理指標(biāo)測(cè)定方法

可溶性蛋白采用國(guó)標(biāo)法（GB5511－1985）用FOSS蛋白儀進(jìn)行測(cè)定；脂肪含量采用索氏抽提法進(jìn)行測(cè)定；可溶性糖含量采用蒽酮法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 大豆成熟期測(cè)產(chǎn)

分別隨機(jī)取三種處理和對(duì)照植株各10株，分析產(chǎn)量性狀：底莢高度、結(jié)莢節(jié)數(shù)、株莢數(shù)、株粒數(shù)、株粒重、株高、百粒重等。數(shù)據(jù)分析采用SPSS 16.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，本試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

1.3.4 顯微結(jié)構(gòu)檢測(cè)

制備電鏡樣品。使用日本日立公司S－3400N型掃描電子顯微鏡和H－7650型透射電子顯微鏡進(jìn)行細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)觀察。用電子顯微鏡附帶的iTEM測(cè)量軟件進(jìn)行圖片的數(shù)據(jù)測(cè)量和Photoshop軟件進(jìn)行圖片處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆產(chǎn)量及性狀的影響

結(jié)果見表1。噴施調(diào)節(jié)劑后，和對(duì)照相比底莢高度和株高相對(duì)降低，說明這三種調(diào)節(jié)劑均能使大豆植株矮化，防止倒伏。其中DTA－6使底莢高度降低最明顯，RE使株高降低最明顯。但由表2可知，結(jié)莢節(jié)數(shù)、株粒數(shù)、株粒重、百粒重都有所提高。產(chǎn)量均有所增加，差異達(dá)顯著水平。噴施RE和DTA－6的處理樣與對(duì)照相比增產(chǎn)幅度較大，而噴施TIBA的處理樣雖有增產(chǎn)但增產(chǎn)幅度較小。

表1 不同調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆性狀的影響Table 1 Effect of different regulators on characteristics of soybean

表2 不同調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆產(chǎn)量影響的方差分析Table 2 Analysis of variance of different regulator on soybean yield

2.2 不同調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆生理特性的影響

2.2.1 不同調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆R6期和R8期蛋白質(zhì)含量的影響

如圖1所示，噴施調(diào)節(jié)劑后，和對(duì)照相比，大豆在發(fā)育R6期和R8期蛋白含量增長(zhǎng)，普遍高于對(duì)照。在R6期經(jīng)RE處理的大豆蛋白含量最高，高于對(duì)照3.2%，經(jīng)TIBA處理的大豆在R6期至R8期蛋白含量增長(zhǎng)較快，至R8期含量達(dá)到最高，高于對(duì)照3.8%。DTA－6對(duì)蛋白增加明顯不是很大。說明三碘苯甲酸和硝酸稀土對(duì)提高大豆蛋白含量增長(zhǎng)提供顯著效果。

圖1 不同調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆蛋白質(zhì)含量的影響Fig.1 Effect of different regulators on protein content of soybean

2.2.2 不同調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆R6期和R8期脂肪含量的影響

如圖2所示，在R6期至R8期經(jīng)RE處理的大豆脂肪含量最高，分別高于對(duì)照13.30%、12.35%，而經(jīng)TIBA處理的大豆在R6期脂肪含量略低于對(duì)照，說明TIBA在使大豆植株矮化，防止倒伏的同時(shí)，R6前期對(duì)脂肪含量增加略有抑制作用，但后期生長(zhǎng)較正常，在R8期達(dá)到25.08%略高于對(duì)照。DTA－6對(duì)脂肪增長(zhǎng)效果不明顯。

圖2 不同調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆脂肪含量的影響Fig.2 Effect of different regulators on fat content of soybean

2.2.3 不同調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆R6期和R8期可溶性糖含量的影響

圖3 不同調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆可溶性糖含量的影響Fig.3 Effect of different regulators on soluble sugar content of soybean

由圖3可知，在R6期用DTA－6處理大豆，籽粒中可溶性糖含量最高，高出對(duì)照4.28%，用TIBA和RE處理大豆，籽粒中可溶性糖含量也均高于對(duì)照3.0%和1.28%。但R8期時(shí)，用三種調(diào)節(jié)劑處理大豆，可溶性糖含量均高于對(duì)照，可能是葉片中可溶性糖含量較高向莢中輸送所致，其中用RE處理的最高，高于對(duì)照9.22%，用DTA－6處理的在生育后期可溶性糖含量增加較明顯。說明，RE和DTA－6可能在生育后期，促進(jìn)可溶性糖自身合成或淀粉粒降解為可溶性糖較快，而且能使大豆中可溶性糖含量增加明顯。TIBA也是在生育后期促進(jìn)可溶性糖含量增長(zhǎng)，和對(duì)照相比不明顯。

2.3 不同調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆R6期顯微結(jié)構(gòu)的影響

2.3.1 透射電子顯微鏡觀察結(jié)果

透射電鏡觀察結(jié)果見圖版Ⅰ，R6期噴施調(diào)節(jié)劑的處理樣淀粉粒數(shù)量、直徑均小于對(duì)照（見圖版Ⅰ－2，4，8），蛋白質(zhì)體和脂體數(shù)量增多（見圖版Ⅰ－1，3，5），直徑均大于對(duì)照。比對(duì)照發(fā)育更成熟，更接近R7時(shí)期。噴施RE的大豆籽粒細(xì)胞中蛋白和脂體較多（見圖版Ⅰ－5，6），噴施DTA－6的蛋白質(zhì)體形狀多數(shù)呈球狀，且蛋白和脂肪球大小不均一（見圖版Ⅰ－7，8），這與掃描電鏡的觀察結(jié)果一致。

2.3.2 掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果

結(jié)果見圖版Ⅱ。

由圖版Ⅱ可見，對(duì)照樣的籽粒，貯藏細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)體相對(duì)少，但蛋白質(zhì)體平均直徑較大，形狀統(tǒng)一規(guī)則（見圖版Ⅱ－1）。而噴施調(diào)節(jié)劑的籽粒，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)體相對(duì)較多，形狀、大小不同（見圖版Ⅱ－2～4）。噴施TIBA和DTA－6的大豆籽粒中蛋白質(zhì)體平均直徑小、形狀統(tǒng)一規(guī)則，而噴施DTA－6的籽粒形狀大小不一。噴施RE的籽粒中蛋白質(zhì)體飽滿，平均直徑大。這與R6期蛋白質(zhì)相對(duì)含量測(cè)定結(jié)果一致。

圖版Ⅰ 不同調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆R6期籽粒貯藏細(xì)胞透射電子顯微結(jié)構(gòu)觀察PlateⅠObserved of transmission electron microstructure in storage cell of soybean grain with different regulators at R6stage

圖版Ⅱ 不同調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆R6期籽粒貯藏細(xì)胞掃描顯微結(jié)構(gòu)比較PlateⅡ Comparison of microstructure in storage cell of soybean grain with different regulators at R6stage

3 討論與結(jié)論

3.1 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆性狀及產(chǎn)量的影響

研究表明，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆性狀及產(chǎn)量均可產(chǎn)生影響，如能使大豆葉片維持較高的生理活性，使光合速率明顯增加，從而提高大豆產(chǎn)量性狀[8－9]。本試驗(yàn)中的3種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑均能不同程度提高大豆產(chǎn)量和某些理化指標(biāo)，從而改善大豆籽粒干物質(zhì)含量和品質(zhì)。它們對(duì)大豆的調(diào)節(jié)作用各不相同，其中硝酸稀土的綜合作用效果最好。三碘苯甲酸和對(duì)照相比變化不大，這可能與大豆品種本身對(duì)調(diào)節(jié)劑的適應(yīng)特性有關(guān)。

3.2 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆籽粒蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉的影響

蛋白質(zhì)和脂肪是大豆籽粒貯藏細(xì)胞的重要組成成分。蛋白質(zhì)和脂肪含量直接影響大豆品質(zhì)。大豆籽粒蛋白質(zhì)相對(duì)含量（相對(duì)于干重）在大豆生育期是不斷增加的，但噴施不同調(diào)節(jié)劑后，蛋白質(zhì)增加速度不同，到R8期蛋白最終含量也有所不同。這與陳麗華等發(fā)現(xiàn)蛋白和脂肪在積累過程中逐漸增多，蛋白質(zhì)合成主要以籽粒充實(shí)后期為主的結(jié)果相一致[10]，因此調(diào)節(jié)劑能否提高籽粒內(nèi)蛋白質(zhì)含量，可以在R6后期進(jìn)行觀察。在R6期大豆貯藏細(xì)胞內(nèi)充滿大量蛋白質(zhì)體，這個(gè)時(shí)期是蛋白質(zhì)體形成較快的時(shí)期，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)體數(shù)量不斷增加，至R8期細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成停止。不同調(diào)節(jié)劑噴施對(duì)大豆籽粒蛋白含量、形狀和大小都有影響。三碘苯甲酸在后期促進(jìn)蛋白質(zhì)生長(zhǎng)加快，使大豆籽粒在R8期含量達(dá)最高。硝酸稀土不僅提高大豆蛋白、脂肪和可溶性糖含量，而且使蛋白質(zhì)體形狀不均一，直徑增大。DTA－6增產(chǎn)效果最顯著，但對(duì)蛋白和脂肪含量增加不明顯，使蛋白質(zhì)體形狀規(guī)則，大小不均一。

從透射電鏡觀察結(jié)果可見，噴施調(diào)節(jié)劑后大豆籽粒細(xì)胞發(fā)育比對(duì)照成熟要快，這與前人研究結(jié)果相一致，即植物調(diào)節(jié)劑促進(jìn)大豆籽粒早熟。劉中奇等研究發(fā)現(xiàn)，籽粒內(nèi)脂肪相對(duì)含量變化總體上是先穩(wěn)定上升，R6期變化幅度最大，此后至R8期變化不大[11]。這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

淀粉是糖的主要貯藏形式，在大豆籽粒發(fā)育過程中可轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄蕴?，?duì)以后生長(zhǎng)發(fā)育有積極作用。DTA－6促進(jìn)植物后期淀粉積累效果較明顯[12]。這與本試驗(yàn)透射電鏡觀察和理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果相一致。

總之，使用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑進(jìn)行化學(xué)調(diào)控，不僅對(duì)減少大豆落花、落莢和提高產(chǎn)量有十分重要的意義，而且還對(duì)其品質(zhì)及顯微結(jié)構(gòu)均有不同的改變。但關(guān)于調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆生長(zhǎng)其他因素以及機(jī)理上影響有待進(jìn)一步深入探討和研究。

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