外源植物生長調節(jié)劑在煙草種子生產上的應用

王 欣，李宗平*，楊麗萍，閆鐵軍

(1.湖北省煙草科學研究院，湖北 武漢 430030；2.湖北省建始縣農業(yè)局，湖北 建始 445300；3.湖北中煙工業(yè)有限責任公司，湖北 武漢 430040)

目前，煙葉生產使用的種子，包括自交種和雄性不育一代雜交種(簡稱雜交種)。自交種由留種煙株主莖頂端生長發(fā)育的花序上的花朵自交結實產生；雜交種則需人工采集父本花粉，授粉于母本花朵的花柱上，協助其完成授粉受精[1-2]。無論是自交種生產，還是雜交制種，均需煙株花序發(fā)育充分、花朵數充足和較高的坐果率，才能獲得一定的種子產量。近年來，隨著雜交父本花粉采集、儲藏等技術的研發(fā)成功及介質花粉和打頂留杈技術的應用[3-6]，最大限度地擴展父本花序、增加可采擷花朵數量，對提高雜交種種子產量和降低生產成本顯得尤為重要。

多數高等植物花芽分化、花序形成及腋芽發(fā)育，除與遺傳背景、營養(yǎng)狀況、環(huán)境條件等因素有關外，與植株體內的激素水平也較為密切。細胞分裂素、赤霉素、生長素、乙烯、脫落酸、多胺、水楊酸、玉米赤酶烯酮、寡糖素、多肽、茉莉酸和苯丙氨酸類化合物等都會影響植物的成花過程[7]。同樣，高等植物頂端分生組織和側生分生組織的活性綜合調控也離不開植物內源激素的參與。其中，頂端優(yōu)勢是植物分枝調控的核心因素,由于頂芽形成的生長素向下運輸，進入側芽部位，通過抑制植物體內細胞分裂素的合成或促進細胞分裂素的代謝，從而抑制腋芽生長[8]。植物側枝的發(fā)生主要受生長素、細胞分裂素和獨腳金內酯等3類激素控制[9]。

20世紀70年代以來，我國相繼就赤霉素、乙烯利、縮節(jié)胺(矮助壯素)、多效唑等4種植物生長調節(jié)物質開展了全國性的開發(fā)研究，并取得了顯著成果。目前，施用外源植物生長調節(jié)劑已成為我國糧棉油、果樹、花卉及其他作物高產的重要配套技術[10-11]。在煙葉生產上，利用外源植物生長調節(jié)劑，促進煙株生長發(fā)育、調節(jié)煙葉內含物質的含量等方面的研究較多[12-15]，但在煙草種子生產上的應用研究鮮見報道。本研究旨在通過不同類型的外源植物生長調節(jié)劑在煙草種子生產上的應用試驗，為促進煙株開花結果、腋芽發(fā)育、提高種子產質量及雜交種父本花粉供應率提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

煙草品種：烤煙云煙87、白肋煙B37。

10種外源植物生長調節(jié)劑分別為矮壯素(CCC)、6-芐氨基腺嘌呤(6-BA)、吲哚乙酸(IAA)、α-萘乙酸(NAA)、赤霉素(GA3)、腐胺(Put)、尸胺(Cad)、亞精胺(Spd)、精胺(Spm)和維生素E(VE)。

1.2 試驗方法

10種外源植物生長調節(jié)劑，各設5個水平，以清水處理為對照(CK)，具體見表1。田間隨機區(qū)組排列，3次重復，每小區(qū)20株，行株距為1.2 m×0.5 m。在煙株現蕾期～初花期連續(xù)施用調節(jié)劑3次，每次間隔時間為2～3 d。

表1 不同調節(jié)劑的不同濃度試驗方案 mg/L

試驗Ⅰ中，每小區(qū)20株，按現行GB/T 24308─2009《煙草種子繁育技術規(guī)程》標準進行操作[16]，主莖頂端花序留果，其他腋芽、花枝及時抹除。盛花期后進行疏花疏果，留果數120個。蒴果成熟后各小區(qū)采摘蒴果，單存單放，考察其種子產量、蒴果粒數、千粒重和發(fā)芽率[17]。

試驗Ⅱ中，每小區(qū)20株，從中心花開放1周后開始采擷花朵，連續(xù)15 d，統(tǒng)計每小區(qū)的單株主花序開花總數；施用調節(jié)劑2周后調查各處理煙株腋芽、煙杈生長情況，開花后開始采擷花朵，連續(xù)15 d，統(tǒng)計每小區(qū)的單株杈花枝開花總數。按李宗平等[18]介紹的方法進行花粉活力檢測。

各處理取2個品種的平均值進行統(tǒng)計分析。利用DPS 7.0軟件進行差異顯著性檢測。

2 結果與分析

2.1 不同植物生長調節(jié)劑對煙株花序發(fā)育及花粉活力的影響

2.1.1 對煙株主莖花序的花朵發(fā)育及花粉活力的影響 普通煙草(NicotianatabacumL.)屬管狀花目，兩性完全花，有限的復聚傘花序，花序頂生。煙株主莖頂芽分化第一個花芽，形成第一朵花，隨后在第一朵花附近的腋芽和副芽發(fā)育出2～3個花枝，花枝頂端又分化出頂芽和“第一朵花”，在“第一朵花”附近腋芽和副芽再次發(fā)育出2～3個花枝，不斷循環(huán)分化；在頂芽分化成花和花枝后，頂芽下方的腋芽也自上而下逐個分化成為花枝，每個花枝按前述方式發(fā)展成為復聚傘花序。通常將由主莖頂端及以下2～3個在原生位置發(fā)育的既定腋芽形成的花枝及花朵稱為“主花序”[1,19]?！爸骰ㄐ颉钡幕ǘ涫浅Ｒ?guī)種生產和雜交制種的主要收獲對象及其父本花粉的主要來源[16,20]。

由表2可知，除GA3不利于花朵發(fā)育外，6-BA、VE、Spd、Spm、Put、Cad、CCC不同濃度調節(jié)劑均可不同程度地促進花朵發(fā)育。20～200 mg/mL 6-BA的增花效果均達極顯著或顯著水平，最佳濃度為50 mg/mL；VE、Spd、Spm、Put、Cad低濃度有顯著的增花效果，隨著濃度的增大，增花效果逐漸下降。IAA、NAA低濃度有顯著的增花作用，但隨著濃度的增大，則會極顯著地減少花朵數量，不利于花朵發(fā)育。從花粉活力情況來看，不同濃度調節(jié)劑對主莖花序上花朵的花粉活力的影響均不顯著。其中GA3不同濃度處理的花粉活力均低于對照；IAA、NAA調節(jié)劑隨著濃度的增大，花粉活力低于對照的幅度呈逐步增大的趨勢。

2.1.2 對煙株側花枝、花朵發(fā)育及花粉活力的影響 一般情況下，在煙株“主花序”以下的每個葉腋間潛育3～4個“不定芽”，其中1個主芽，2～3個副芽。在頂端優(yōu)勢的抑制作用解除之前，通常處于潛伏狀態(tài)，抑制作用解除后迅速從上而下逐漸萌發(fā)，形成煙杈，最后發(fā)展為花枝[1]。由葉腋中分化出的花枝、花序稱為“側花枝”或“杈花枝”“側花序”。有研究表明，煙株底部有0.3～8.5個、上部有2.1～10.7個腋芽有能力發(fā)育成煙杈[21]。

表2 不同濃度調節(jié)劑對花朵發(fā)育及花粉活力的影響

注：*、**分別表示同列數據與對照(CK)的差異達到顯著、極顯著水平。下同。

由表3可知，10種調節(jié)劑均具有顯著或極顯著的促進腋芽向側花枝發(fā)育的作用。按側花枝數量以及與對照的增長率影響排序為IAA>GA3>Put>NAA>VE>Spd>6-BA>Cad>CCC>Spm；IAA、NAA、GA3、Put和Spm調節(jié)劑的側花枝數量隨著施用濃度增加呈升高趨勢，Cad則呈下降趨勢，VE、Spd、6-BA和CCC呈先升高后降低趨勢。整體來看，各種調節(jié)劑對側花序花朵發(fā)育和花粉活力的影響趨勢與對主花序花朵發(fā)育及花粉活力的影響一致。

各調節(jié)劑不同濃度在試驗中的具體表現為：(1)CCC：在濃度為800 mg/L時，側花枝、花朵數最多；濃度達1000～1200 mg/L時，煙株明顯矮化、葉片深綠皺縮、花序緊縮，出現花柄腐爛現象。(2)6-BA：側花枝生長旺盛，花朵極顯著高于對照，隨濃度的變化而影響不大，煙株其他無異常變化，最佳濃度為50～100 mg/L。(3)IAA：在濃度為150～200 mg/L時，側花枝數最多，同時主莖上多處出現氣生根群；花朵發(fā)育最佳濃度在20 mg/L以下，隨濃度提升，花朵數量劇減。(4)NAA：在濃度為50～200 mg/L時，側花枝最多，主莖上多處出現氣生根群，葉片翻卷嚴重，花蕾數量減少且花蕾發(fā)育不良，大量萎縮；花朵發(fā)育最佳濃度在10 mg/L以下。(5)GA3：側花枝伸長快，當濃度達150～200 mg/L時，側花枝數最多，同時出現煙葉葉色發(fā)白，花枝細長，花蕾細長，大多花蕾不能正常開花等不良現象，所有處理的花朵數均較對照少，且已開放花朵的花粉活力也有所下降。(6)Put、Cad、Spd、Spm和VE：側花枝數量隨濃度增加呈上升趨勢，但花朵數量則隨濃度增加呈下降趨勢。

2.2 不同植物生長調節(jié)劑對種子產量、質量的影響

由表4可看出，10種植物生長調節(jié)劑對煙株單果種子粒數均有顯著影響。Put、VE、Spd、Spm、CCC、6-BA、Cad均可以提高單果種子粒數，與對照的增長幅度隨著濃度加大而呈先上升后下降趨勢；與對照相比，Put濃度為30 mg/L時增長76.14%，VE濃度為50 mg/L時增長46.69%，Spd濃度為30 mg/L時增長41.87%，Spm濃度為30 mg/L時增長20.03%，CCC濃度為800 mg/L時增長21.77%，6-BA濃度為50 mg/L時增長8.86%。IAA、NAA和GA3則會減少單果粒數，與對照的減少幅度隨濃度的加大而加大，最大降幅分別為34.17%、58.30%和66.03%。

10種調節(jié)劑的不同處理對種子千粒重均有一定程度的影響。CCC、6-BA、Put、VE、Spd可提高千粒重，IAA和Cad對千粒重的影響較小，GA3和高濃度的NAA則會減少千粒重。CCC、6-BA、多胺類(Put、Cad、Spd、Spm)和VE均可提高種子產量，隨調節(jié)劑濃度加大與對照的增長幅度表現為先上升后下降的趨勢；低濃度NAA、IAA可提高種子產量，GA3則會減少種子產量，且隨濃度加大與對照的減少幅度加大；與對照相比，CCC濃度為800 mg/L時種子產量增長59.71%，6-BA濃度為50 mg/L時增長62.42%，Put濃度為30～50 mg/L時增長120%以上，VE濃度為30～50 mg/L時增長110%以上。

表3 不同植物生長調節(jié)劑對煙株腋芽發(fā)育的影響

續(xù)表3：

調節(jié)劑濃度/(mg/L)頂端主花枝花序花朵數/朵比CK±/%花粉活力/%側花枝花序側花枝數/個比CK±/%平均花朵數/朵比CK±/%花粉活力/%VE30632**64.58 98.026.70**76.32 376.95**58.05 98.0950620**61.46 98.587.70**102.63 371.01**55.56 96.3590588**53.13 97.297.57**99.21 350.62**47.01 98.0215044716.41 98.656.63**74.47 282.6718.52 96.6220043613.54 98.626.60**73.68 273.9214.85 97.60清水(CK)/384/98.403.80/238.50/97.25

表4 不同外源激素對煙草種子產量、質量的影響

續(xù)表4：

調節(jié)劑濃度/(mg/L)單果粒數均值/粒比CK±/%千粒重均值/mg比CK±/%產量均值/(kg/667 m2)比CK±/%發(fā)芽率均值/%比CK±/%Spm101733.00**11.85 79.90-0.58 6.87**43.42 94.52-0.51 301859.67**20.03 80.60**0.29 7.53**57.20 95.050.05 501782.00**15.02 82.64**2.82 7.64**59.50 95.000.00 701628.33**5.10 81.371.24 6.90**44.05 95.250.26 1001586.332.39 81.691.64 6.74**40.71 95.450.47 VE301998.00**28.96 81.060.86 10.51**119.42 96.251.32 502272.67**46.69 82.69**2.89 10.52**119.62 96.501.58 902257.67**45.72 84.69**5.38 9.12**90.40 97.252.37 1501645.67**6.22 84.69**5.38 9.03**88.52 97.652.79 2001588.002.50 82.58**2.75 5.4313.36 98.503.68 對照(CK)/1549.33/80.37/4.79/95.00/

煙草種子質量主要包括種子純度、凈度、發(fā)芽率、水分、色澤和飽滿度等指標，其中發(fā)芽率、色澤和飽滿度是種子生命活力的考核指標，直接關系到種子的使用價值和煙葉生產[2]。本試驗中，10種調節(jié)劑對種子色澤和飽滿度無明顯影響，均表現為深褐色、油亮、色澤一致、飽滿、均勻；對種子發(fā)芽率均具有一定的積極作用，其中以VE、6-BA、CCC較明顯，但與對照的差異均不顯著。

3 討論

有研究認為，GA3參與植物成花的轉導過程，具有代替光誘導和低溫誘導促進花芽分化和促進果實的產生的作用[22]。在煙株體內只有當促進莖內形成的赤霉素和直接促進開花的開花素結合在一起時，煙株才能開花[21]。也有研究認為GA3對花誘導和花發(fā)育既有促進作用，也有抑制作用[23]，較低水平的GA3有利于植物的花芽分化[24]。王春茂等[25]認為GA3是主要的抑制成花激素。IAA同樣可能在促進成花和抑制成花2個方面均起作用，主要取決于IAA的濃度，低水平IAA能夠促進花芽發(fā)育，而高水平的IAA抑制花芽發(fā)育[26]。細胞分裂素對花芽分化有促進作用[27]，劉進平[28]認為施用細胞分裂素可促進腋芽生長。Put、Spm、Spd、Cad屬多胺類物質，通過調節(jié)植物對生長素和細胞分裂素的敏感性影響了植物的生長發(fā)育，有刺激細胞分裂、促進生長、花芽形成與開花、果實生長、調節(jié)與光敏素有關的生長和形態(tài)等生理作用[10,29-30]。本試驗結果與前人的研究結論基本一致。

各調節(jié)劑對煙草蒴果內種子粒數、千粒重、種子產量、花藥活力和種子質量影響的報道較少。本研究結果表明，Put、Spd、Spm、CCC、6-BA、Cad均提高單果種子粒數，IAA、NAA和GA3則會減少單果粒數；CCC、6-BA、Put、VE、Spd可提高千粒重，GA3和高濃度的NAA則會減少千粒重。CCC、6-BA、Put、Cad、Spd、Spm、VE和低濃度NAA、IAA可提高種子產量；GA3則會減少種子產量。目前，各調節(jié)劑對花藥活力和種子質量影響相對較小或沒有，尚需在煙株授粉受精、胚胎發(fā)育等多方面進一步深入研究論證。

VE廣泛分布在植物所有綠色組織中，主要由光合器官產生，在植物中除存在于種子油體(脂體)外，其他的大部分存在于質體中。VE不但參與細胞的抗氧化，而且在植物生長發(fā)育、光合同化物運輸、對逆境響應以及信號轉導等方面也有重要功能[31]，但鮮見有促進植物生殖生長等方面的報道。本研究發(fā)現VE具有顯著的增花、促進腋芽、側花枝發(fā)育，提高單果種子粒數、千粒重、種子產量的作用，其機理尚需進一步研究。

4 結論

6-BA、CCC的不同濃度處理均具有增花的顯著作用；低濃度的Spd、SPm、Put、Cad、IAA、NAA同樣具有顯著的增花效果。10種調節(jié)劑均具有顯著或極顯著促進腋芽向側花枝發(fā)育作用，尤其是IAA、GA3、Put、NAA；但GA3對花朵發(fā)育十分不利。

在煙草種子生產上，可采用600～800 mg/L CCC、20～50 mg/L 6-BA、30～50 mg/L VE和30 mg/L的Put、Spd和Cad作?；ū９麆跓熤戡F蕾～初花期，連續(xù)施藥3次，以抑制煙株營養(yǎng)生長，促進生殖生長，提高單果種子粒數和種子產量；用20 mg/L IAA或10 mg/L NAA、20～50 mg/L 6-BA或30～50 mg/L VE、30 mg/L Spm在雜交父本盛花期連續(xù)施藥3次，以促進腋芽發(fā)育成側花枝，增加開花數量。