L-β-苯基乳酸對小麥幼苗營養(yǎng)生長的調(diào)控

尹 盼， 張 露， 葉 莉， 劉臘梅， 朱益波， 朱東興， 王立新

(常熟理工學院生物與食品工程學院，江蘇常熟 215500)

植物激素對調(diào)節(jié)作物農(nóng)藝性狀具有重要作用，通過激素類物質(zhì)調(diào)節(jié)禾本科糧食作物的農(nóng)藝性狀，形成“高產(chǎn)抗倒伏”的半矮稈材料，被譽為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的第一次“綠色革命”[1-2]，目前植物激素中除傳統(tǒng)的5大激素(生長素、細胞分裂素、赤霉素、脫落酸、乙烯)外，還包括油菜素內(nèi)酯、茉莉酸和水楊酸，以及一些新發(fā)現(xiàn)的植物生長調(diào)節(jié)素類物質(zhì)如多肽、一氧化氮等[3]。尋求與拓寬新型植物生長調(diào)節(jié)劑是未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題突破的一個重要方向[1]。L-β-苯乳酸(L-β-phenyllactic acid，簡稱LPA)是近年發(fā)現(xiàn)的一種對植物生長具有調(diào)節(jié)作用的新型物質(zhì)，國外研究表明，LPA能明顯促進水稻與萵苣根系的生長[4]，日本學者進一步研究證實，LPA處理在促進水稻苗期根系生長的同時，也促進了水稻幼苗地上部干物質(zhì)積累與營養(yǎng)生長[5]，LPA用于其他作物的研究目前國內(nèi)外報道較少。

小麥是世界和我國重要的糧食作物，促進其生長高產(chǎn)對保障糧食安全至關(guān)重要，目前在小麥生長調(diào)控上，運用水楊酸、油菜素內(nèi)酯、多效唑等提高小麥抗逆與生長發(fā)育的研究已有許多報道[6-8]，而LPA作為一種新型植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，其用于小麥生長調(diào)控的研究至今尚未見報道。

本研究擬用不同濃度LPA處理江蘇省主產(chǎn)小麥品種揚麥16，研究對幼苗生長調(diào)控的影響及其較適宜的濃度，旨在為LPA應(yīng)用于江蘇省主產(chǎn)小麥提供應(yīng)用參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試小麥品種 供試小麥品種為揚麥16，試驗于2016年4月在常熟理工學院基礎(chǔ)生物實驗中心進行。

1.1.2 試驗試劑 MS干粉培養(yǎng)基[BR(生物試劑)，浙江杭州臨安木木生物科技有限公司)、L-β-苯基乳酸(沃凱，上海國藥集團化學試劑有限公司)、苯菌靈(江蘇新沂藍豐生物化工股份有限公司)]。

1.1.3 幼苗培養(yǎng)營養(yǎng)液

1.1.4 其他材料與設(shè)備 育苗盤(25 cm×10 cm×4 cm)，高溫高壓蒸汽滅菌鍋(LDZX-75KBS，上海申安醫(yī)療器械廠)，烘箱(WGL-125B，TAISITE，天津)，電子天平(EL104，梅特 勒- 托利多，上海)。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 培養(yǎng)基質(zhì)消毒處理 在大氣壓強為0.103 MPa、溫度為121 ℃的條件下，用高溫高壓蒸汽滅菌鍋將基質(zhì)滅菌30 min。

1.2.2 小麥培育方法

1.2.2.1 種子預(yù)處理 將供試小麥種子篩選均勻后用 0.10% 苯菌靈溶液浸泡24 h，后將種子用蒸餾水浸泡24 h，至冒出白色胚根以供播種。

1.2.2.2 育苗裝置設(shè)計 將育苗盤填充培養(yǎng)基質(zhì)，并將棉線一頭埋在育苗盤每個孔穴基質(zhì)中，另一頭穿過育苗盤底部孔洞，再將育苗盤放在打孔的泡沫板上，使每個育苗盤孔洞底部棉線穿過泡沫板孔洞，最后將托著育苗盤的泡沫板水平漂浮在含有不同處理營養(yǎng)液(表1)的塑料箱內(nèi)，使每個育苗穴底部的棉線浸在塑料箱營養(yǎng)液中，每個處理組為3箱。

1.2.2.3 播種培養(yǎng) 將冒出白色胚根的小麥播種在用上述不同LPA培養(yǎng)液供給的育苗穴中。種子未發(fā)芽前用黑色不透明薄膜覆蓋在塑料箱上，發(fā)芽后換用透明的薄膜覆蓋，以增加光照度，防止水分蒸發(fā)。將整個培養(yǎng)塑料箱放置于光照培養(yǎng)架上，保持溫度在(23±1) ℃，在此條件下培育至第7天及第14天，取樣進行指標測定。

表1 營養(yǎng)液配方

1.3 測定指標及方法

1.3.1 植株總長的測定 根部用恒速慢水流沖洗，用精度為0.01 mm的游標卡尺測量最長根根尖與芽尖之間的垂直長度。

1.3.2 根長、株高的測量 參照田夢雨的方法[9]進行。

1.3.3 地上部與地下部的干質(zhì)量測定 參照田夢雨的方法[9]略有改進，采樣得到的根和地上部用去離子水沖洗干凈后，分別放入對應(yīng)的培養(yǎng)皿中，在烘箱調(diào)節(jié)溫度為80 ℃的條件下，烘干72 h至恒質(zhì)量，并用電子天平進行稱量[9]。

1.3.4 根活力的測定 參考張志良等的方法[10]進行。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗按隨機區(qū)組設(shè)計，每個處理取樣3次，取平均值。用Excel 2007軟件進行統(tǒng)計與作圖，用SPSS 18.0軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 LPA處理對小麥幼苗植株總長度的影響

如圖1-A所示，小麥幼苗培養(yǎng)至第7天，與對照組(0 mg/L)相比，10、100、1 000 mg/L濃度的LPA處理均對小麥植株總長度產(chǎn)生了不同程度的促進作用。其中100 mg/L LPA的處理對小麥植株總長的促進作用好于其他2組處理組(P>0.05)，1 000 mg/L的處理雖然在一定程度上增加了植株總長，但增加幅度低于10、100 mg/L 2組(P>0.05)；培養(yǎng)至第14天(圖1-B)，10、100 mg/L 2組植株總長分別高于對照組 0.65%、2.73%，其中以100 mg/L的作用效果最為顯著(P<0.01)，而1 000 mg/L的高濃度處理則出現(xiàn)了極顯著抑制作用(P<0.01)。

2.2 LPA處理對小麥幼苗根長的影響

由圖2-A可知，幼苗培養(yǎng)至第7天，與對照(0 mg/L)相比，10、100 mg/L 濃度LPA處理均促進了小麥幼苗根長生長(P>0.05)，而1 000 mg/L高濃度LPA處理則顯著抑制了根的伸長，抑制率為9.01%(P<0.05)；如圖2-B可知，培養(yǎng)至第14天，10、100 mg/L的LPA處理對促進根系伸長影響達到了極顯著水平(P<0.01)，分別較對照組根長增長了10.56%、15.11%，而1 000 mg/L處理則顯著抑制了根長7.25%(P<0.01)。從各組小麥幼苗第7天至第14天根長漲幅來看，對照組第1張幼葉形成，根系長度未有明顯增加，而10、100、1 000 mg/L 處理組根系長度增幅則分別為9.63%、12.51%、1.86%?？梢姡琇PA能促進第1張幼葉形成后根部的伸長，以100 mg/L的LPA處理最為明顯。

2.3 LPA處理對小麥株高的影響

小麥的株高是指芽尖至莖基部的垂直距離，該部分可間接體現(xiàn)小麥幼苗生長狀況[11]。由圖3整體可見，幼苗培養(yǎng)在第7天和第14天時，LPA對小麥株高的影響均呈現(xiàn)低濃度(10、100 mg/L)促進、高濃度(1 000 mg/L)抑制作用，其中100 mg/L處理促進效果最好，在第7天，較對照組(0 mg/L)顯著提高7.68%(P<0.05)，也顯著高于其他2組處理株高(P<0.05)(圖3-A)，在第14天，較對照顯著提高6.12%(P<0.01)，并與其他2組處理差異達到極顯著水平(P<0.01)(圖3-B)。而1 000 mg/L的高濃度處理則顯著抑制了第7天(P<0.05)(圖3-A)、第14天(P<0.01)(圖3-B)幼苗株高的增加。通過100 mg/L處理組較對照對株高促進率在第7天(7.68%)、第14天(6.12%)對比來看，適宜濃度LPA對小麥幼苗株高有促進效應(yīng)，在生長前期比幼葉形成期、開始分蘗的后期明顯。

2.4 LPA處理對小麥地上部與地下部干質(zhì)量的影響

由圖4-A可知，幼苗培養(yǎng)至第7天，10、100 mg/L的LPA處理組地上部干質(zhì)量，分別顯著高于對照組(0 mg/L)7.84%、20.34%(P<0.01)，而1 000 mg/L高濃度處理組地上部干質(zhì)量則較對照顯著降低5.67%(P<0.01)；培養(yǎng)至第14天(圖4-B)，100 mg/L處理組地上部的干質(zhì)量顯著高于對照組17.24%(P<0.01)，而10 mg/L處理組地上部的干質(zhì)量較對照組無顯著差異，1 000 mg/L處理組地上部干質(zhì)量則顯著低于對照組29.17%(P<0.01)，可見無論培養(yǎng)至第7天還是第14天，適宜濃度的LPA能促進小麥幼苗地上部的干物質(zhì)積累，而高濃度則表現(xiàn)出抑制作用。

由圖5整體可見，LPA對小麥幼苗地下部干質(zhì)量的影響亦隨處理濃度的增加呈現(xiàn)低濃度促進、高濃度抑制效應(yīng)，其中100 mg/L促進效果最顯著，1 000 mg/L則出現(xiàn)顯著抑制效果。培養(yǎng)至第7天，相比對照組(0 mg/L)，100 mg/L LPA處理組幼苗地下部干質(zhì)量顯著提高28%(P<0.01)，1 000 mg/L 的處理組地下部干質(zhì)量則顯著降低18.52%(P<0.01)(圖5-A)；培養(yǎng)至第14天，100 mg/L LPA處理組幼苗地下部干質(zhì)量較對照顯著提高38.14%(P<0.05)，1 000 mg/L 的處理組地下部干質(zhì)量較對照則顯著降低 21.67%(P<0.05)(圖5-B)。

2.5 LPA處理對小麥根活力的影響

由圖6整體可見，LPA處理對小麥幼苗根活力的影響呈現(xiàn)低濃度促進、高濃度抑制的作用，其中100 mg/L LPA促進根系活力效果最好，1 000 mg/L處理出現(xiàn)抑制根系活力的現(xiàn)象。如圖6-A所示，小麥幼苗培養(yǎng)至第7天，100 mg/L LPA處理較對照組根系活力顯著提高31.43%(P<0.05)，1 000 mg/L 處理組根系活力則顯著低于對照42.16%(P<0.05)；培養(yǎng)至第14天(圖6-B)，100 mg/L的處理組幼苗根系活力較對照顯著提高79.31%(P<0.01)，是1 000 mg/L處理組根系活力的1.47倍(P<0.01)，從而有助于幼苗代謝水平與旺盛生長的需要。

3 討論與結(jié)論

苯基乳酸可由微生物發(fā)酵獲得，有2種對映異構(gòu)體(R-β-苯乳酸與L-β-苯乳酸)，其中R構(gòu)型抑菌效果強于L構(gòu)型，作為抗生素的天然替代物，在醫(yī)藥與食品保鮮領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊[12-14]，而L-β-苯乳酸在促進萵苣與水稻幼苗生長方面的效果顯著強于R-β-苯乳酸[4]，但L-β-苯乳酸對小麥生長調(diào)控的效果至今鮮有研究報道。

本試驗發(fā)現(xiàn)，苯基乳酸在調(diào)節(jié)小麥幼苗營養(yǎng)生長方面，其效應(yīng)與其他植物激素類似，即低濃度(10、100 mg/L)促進，高濃度(1 000 mg/L)抑制生長。100 mg/L苯基乳酸對供試小麥幼苗的地上(下)部生長促進效果最好，與在禾本科水稻生長調(diào)控上的適宜濃度相似[4]，在幼苗培養(yǎng)14 d內(nèi)，地上部與地下部總干質(zhì)量分別較對照顯著提高17.24%與 38.14%，保持較好的干物質(zhì)積累，同時14 d內(nèi)根系活力較對照分別也提高了1.79倍(P<0.01)，為幼苗生長中細胞分裂與伸長提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)與呼吸能量保障[15]。從而有利于地上部與地下部伸長生長，使培養(yǎng)14 d內(nèi)小麥幼苗株高、根長與總長度均顯著大于對照(P<0.01)，LPA促進小麥幼苗干物質(zhì)積累與營養(yǎng)生長的生理代謝機制也正在研究中。

此外，本研究發(fā)現(xiàn)，各組小麥幼苗在培養(yǎng)14 d內(nèi)，地上部營養(yǎng)干物質(zhì)積累與伸長生長均大于地下部，可能是由于小麥幼苗生長初期優(yōu)先滿足地上部光合形態(tài)建成，因此在幼苗生長初期應(yīng)采取有利于地上部光合營養(yǎng)面積生長的生產(chǎn)措施，如充足的水分、適宜的氮素供應(yīng)等。