IAA對(duì)老芒麥幼苗生理及生長的影響

何麗娟，劉文輝，祁 娟，孫守江，吳召林，金 鑫

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070； 2.青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海省青藏高原優(yōu)良牧草種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016)

吲哚乙酸(IAA)作為生長調(diào)節(jié)劑對(duì)調(diào)控幼苗的生長發(fā)育十分重要，更是間接的影響牧草的產(chǎn)量和品質(zhì)。已有研究報(bào)道，IAA能夠促進(jìn)植物細(xì)胞的分裂，對(duì)植物的生長發(fā)育、果實(shí)發(fā)育、插枝生根等具有重要作用[1]。根系是植物吸收水分、養(yǎng)分，并向地上部運(yùn)輸?shù)闹匾鞴賉2]，根系生長狀況直接影響植物地上部的生長發(fā)育，已有研究證實(shí)，IAA對(duì)植物根系的生長具有調(diào)控作用。如外源IAA可促進(jìn)馬勒斯(Malushupehensis)花梗莖扦插的生根率[3]，刺激根伸長生長[4]；250 mg/L IAA浸種對(duì)野牛草[5](Buchloёdactyloides)種子胚根的分化具有較好的誘導(dǎo)作用。此外IAA對(duì)葉的生長發(fā)育也有調(diào)控作用，外源噴施IAA可增加棉花(Gossypiumhirsutum)單位光合面積[6]；優(yōu)化雜交稻光合參數(shù)指標(biāo)[7]；刺激楊梅(Arbutusunedo)植株體內(nèi)抗氧化反應(yīng)[8]。50 mg/L IAA和GA3組合可增加慈竹(Neosinocalamusaffinis)體內(nèi)可溶性蛋白含量[9]。有關(guān)IAA的研究較多集中于植株扦插生根、種子萌發(fā)、產(chǎn)量(煙草、果蔬、糧食)等方面，對(duì)植物生長發(fā)育、光合生理特性的研究甚少，尤其對(duì)牧草的研究鮮見報(bào)道。

老芒麥(Elymussibiricus)是禾本科披堿草屬多年生疏叢型中旱生植物，營養(yǎng)價(jià)值高，適口性強(qiáng)，牲畜喜食，是天然草地改良和人工草地建植的優(yōu)勢(shì)草種[10]。然而老芒麥在高寒地區(qū)生長緩慢，產(chǎn)量和品質(zhì)較低[11]，為該區(qū)域應(yīng)用面臨的瓶頸問題。IAA不僅對(duì)環(huán)境污染小，且可以促進(jìn)植物生長，提高植物產(chǎn)量。劉彩紅等[12]研究了0～0.6% IAA對(duì)不同來源羊草(Leymuschinensis)種子萌發(fā)的影響，結(jié)果顯示，0.03% IAA對(duì)不同來源羊草種子的催芽效果最好。試驗(yàn)以3份不同來源的老芒麥為材料，研究IAA對(duì)老芒麥幼苗生長和生理特性的影響，旨在為合理使用IAA調(diào)控老芒麥幼苗生長提供理論依據(jù)，為高寒草地人工建植奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試種子于2016年采集，來源及生境見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 幼苗培養(yǎng) 試驗(yàn)于2017年9月在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院組培室進(jìn)行。將粗砂過篩，經(jīng)自來水沖洗干凈，然后用蒸餾水沖洗2～3次， 121℃滅菌后，經(jīng)150℃烘干，裝入一次性口杯備用。選取大小一致，飽滿且無病蟲害的老芒麥種子，將其均勻撒在一次性口杯中(種植前將杯中細(xì)沙用蒸餾水浸透)，每杯50粒，覆蓋一層淺沙，移至組培室，通風(fēng)透光，每天澆灌適量蒸餾水。待苗高2～3 cm，換用Hoagland營養(yǎng)液[13]，每5 d換1次營養(yǎng)液，更換之前，先將杯中粗砂用蒸餾水淋洗2～3次，然后每杯澆入100 mL營養(yǎng)液，每天觀察記錄幼苗的生長情況。

表1 供試材料

1.2.2 IAA處理 設(shè)置5個(gè)IAA濃度梯度(0、10、20、30、40 mg/L)，分別用I0、I1、I2、I3、I4表示，待老芒麥長至苗期(三葉期)，用不同濃度的IAA溶液進(jìn)行葉面噴施，每杯噴施10 mL，按1、3、5、7、9 d隔天進(jìn)行處理，共5次，處理后20 d進(jìn)行各指標(biāo)測(cè)定，每處理3次重復(fù)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 形態(tài)指標(biāo) (1)株高，隨機(jī)選取10株，測(cè)定從根莖基部至離生長點(diǎn)最近的展開葉頂端的絕對(duì)高度，每處理3次重復(fù)；(2)根系掃描，將根系剪下沖洗干凈，用EPSON Experssion臺(tái)式掃描儀進(jìn)行根系掃描，采用WinRHIZO軟件對(duì)掃描圖像進(jìn)行分析處理，獲得根系相關(guān)指標(biāo)，每處理5次重復(fù)。

1.3.2 生理指標(biāo) 隨機(jī)采取不同處理的植株葉片，葉綠素含量采用丙酮-乙醇浸提法[14]；超氧化物歧化酶(SOD)采用氮藍(lán)四唑(NBT)法[15]；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[16]；過氧化物酶(POD)采用愈創(chuàng)木酚還原法[16]，各處理指標(biāo)均3次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行制表繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 IAA對(duì)老芒麥幼苗根系生長的影響

2.1.1 IAA對(duì)根系總根長的影響 不同濃度IAA處理對(duì)E02和E03總根長無顯著促進(jìn)作用(P>0.05)，但均在I2處理值最大；E01總根長在I3處理值最大，較對(duì)照增加了12.3%，但在I2和I4處理較對(duì)照分別降低了2.9%和7.2%。同一濃度IAA處理下，各材料間差異不顯著(P>0.05)(圖1)。

圖1 IAA處理下老芒麥幼苗的總根長Fig.1 Effects of IAA on total root length ofElymus sibiricusseedlings注：不同大寫字母表示同一材料不同濃度IAA處理下差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示不同材料同一濃度IAA處理下差異顯著(P<0.05)，下同

2.1.2 IAA對(duì)根系平均直徑的影響 不同濃度IAA處理對(duì)E02和E03根系平均直徑無顯著影響(P>0.05)，但均在I3處理值最大，分別較對(duì)照增加了17.8%和71.4%；E01平均直徑在I3處理值最大，較對(duì)照增加了50.7%，差異顯著(P<0.05)。同一濃度IAA處理下，E02根直徑在較低濃度(≤20 mg/L)顯著高于E01和E03(P<0.05)(圖2)。

2.1.3 IAA對(duì)根表面積的影響 不同濃度IAA處理對(duì)3份材料根表面積無顯著性影響(P>0.05)，但均隨IAA濃度增加呈升高-降低的趨勢(shì)，且均在I3處理值最大，分別較對(duì)照提高了7.8%，4.8%和5.5%。而同一濃度IAA處理下，各材料間差異不顯著(P>0.05)，但除I2處理外，E03根表面積在各處理均較E01和E02大(圖3)。

圖2 IAA處理下老芒麥幼苗的根直徑Fig.2 Effects of IAA on average root diameter ofElymus sibiricusseedlings

2.2 IAA對(duì)老芒麥地上部分的影響

2.2.1 IAA對(duì)老芒麥株高的影響 不同濃度IAA處理增加了3份材料的株高，均隨IAA濃度增加呈升高-降低的趨勢(shì)，且均在I3處理值最大，較對(duì)照分別增加了33.3%，29.6%和49.0%(P<0.05)，E03株高相對(duì)E01和E02增幅較大。同一濃度IAA處理下，各材料間差異不顯著(P>0.05)，但E03株高值在高濃度(>20 mg/L)IAA處理下較E01和E02大(圖4)。

2.2.2 IAA對(duì)老芒麥葉綠素含量的影響 不同濃度 IAA處理對(duì)E01和E02葉綠素含量無顯著作用(P>0.05)，但均在I3處理值最大，較對(duì)照分別增加了20.9%、13.4%；E03葉綠素含量也在I3處理值最大，但較對(duì)照顯著增加了25.0%(P<0.05)。同一濃度IAA處理下，各材料間差異不顯著(P>0.05)，但E03葉綠素含量值在各處理較E01和E02高(圖5)。

圖4 IAA處理下老芒麥幼苗的株高Fig.4 Effects of IAA on plant height ofElymus sibiricusseedlings

圖5 IAA處理下老芒麥葉綠素含量Fig.5 Effects of IAA on chlorophyll content ofElymus sibiricusseedlings

2.2.3 IAA對(duì)老芒麥幼苗SOD活性的影響 不同濃度IAA處理下，E01，E02和E03的SOD活性均隨IAA濃度增加呈升高-降低的趨勢(shì)，分別在I2， I2和I1處理值最大，其中，E01和E02 SOD活性較對(duì)照分別增加了23.3%、70.0%(P<0.05)。同一濃度IAA處理下，各材料SOD活性大小排序?yàn)镋03>E01>E02，且除I3處理外，E03的SOD活性在各處理與E01和 E02均差異顯著(P<0.05)(圖6)。

2.2.4 IAA對(duì)老芒麥幼苗POD活性的影響 不同IAA濃度處理下，3份材料POD活性均隨IAA濃度增加呈升高-降低的趨勢(shì)。E01和E02 POD活性在I3處理最大，較對(duì)照分別顯著增加了43.8%、80.5%(P<0.05)；E03 POD活性在I1處理最大，較對(duì)照提高了20.8%。同一濃度IAA處理下，各材料POD活性大小排序?yàn)镋03>E01>E02，且除I3處理外，E03的POD活性在各處理均與E01和E02達(dá)顯著差異(P<0.05)(圖7)。

圖6 IAA處理下老芒麥幼苗SOD活性Fig.6 Effects of IAA on SOD activity ofElymus sibiricusseedlings

圖7 IAA處理下老芒麥幼苗POD活性Fig.7 Effects of IAA on POD activity ofElymus sibiricusseedlings

2.2.5 IAA對(duì)老芒麥幼苗可溶性蛋白含量的影響 外源噴施IAA增加了老芒麥體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，3份材料可溶性蛋白含量均隨IAA濃度增加呈升高-降低的趨勢(shì)。E01和 E02可溶性蛋白含量在IAA處理下差異不顯著(P>0.05)，但分別在I3和I2處理最大，較對(duì)照增加了4.5%和8.7%；E03可溶性蛋白在I2處理最大，較對(duì)照增加了17.5%(P<0.05)。同一濃度處理下，各材料間差異不顯著(P>0.05)，在I2和I3處理下，E03可溶性蛋白含量較E01和E02大(圖8)。

3 討論

3.1 IAA對(duì)老芒麥幼苗根系形態(tài)的影響

外源IAA可誘導(dǎo)香葉樹[17](Linderacommunis)扦插生根，促進(jìn)根系擴(kuò)展。研究表明100 mg/L IAA可增加鐵冬青[18](Ilexrotunda)的根表面積，300 mg/L IAA對(duì)五葉地錦[19](Parthenocissusthomsoni)根系直徑有顯著促進(jìn)作用，500 mg/L IAA對(duì)檸檬[20](Citruslimon)扦插總根長具有很好的誘導(dǎo)作用。研究發(fā)現(xiàn)30 mg/L IAA處理對(duì)老芒麥根系的直徑和根表面積有明顯促進(jìn)作用，可見IAA對(duì)老芒麥植物根系的誘導(dǎo)同上述植物類似，存在一個(gè)最適IAA誘導(dǎo)濃度。但E02和E03的總根長在20 mg/L IAA處理下表現(xiàn)最佳，同時(shí)也說明了IAA對(duì)老芒麥根系各指標(biāo)的促生效果存在差異，可能是因?yàn)橥恢参锊煌M織對(duì)IAA的敏感性和反應(yīng)存在差異，這也與信號(hào)傳導(dǎo)過程的復(fù)雜性有關(guān)[21]。王媛媛等[22]研究了IAA對(duì)不同地區(qū)銀白楊(Populasalba)扦插枝條的處理發(fā)現(xiàn)，拉薩地區(qū)銀白楊較其他地區(qū)易生根，且苗木生長好，究其緣由可能與其分布地區(qū)的自然環(huán)境條件有關(guān)。此次研究E02根直徑在較低濃度IAA(≤20 mg/L)處理較E01和E03高，而羊草[12](Leymuschinensis)的研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)了類似結(jié)論，吉生羊草種子萌發(fā)指標(biāo)在0.03% IAA處理高于其他來源種子。研究結(jié)果綜合得出，30 mg/L IAA對(duì)老芒麥根系的促生效果最好，表明老芒麥根系對(duì)30 mg/L IAA具有更高的敏感性，外源噴施IAA對(duì)其生長具有很好的促進(jìn)作用。

圖8 IAA處理下老芒麥幼苗可溶性蛋白含量Fig.8 Effect of IAA on soluble protein content ofElymus sibiricusseedlings

3.2 IAA對(duì)老芒麥幼苗地上部生理特性的影響

外源IAA對(duì)植株地上部分的生長也具有明顯的促進(jìn)作用[23]。本研究發(fā)現(xiàn)30 mg/L IAA E03株高較對(duì)照顯著增加了49.0%(P<0.05)，而據(jù)報(bào)道最適濃度IAA對(duì)梭梭[24](Haloxylonammodendron)幼苗株高的增量不到30%，進(jìn)一步說明IAA對(duì)老芒麥的促生效果較好。IAA可通過調(diào)節(jié)植物內(nèi)部生理生化機(jī)制來促進(jìn)植物的生長[24]。試驗(yàn)中不同濃度IAA處理也增加了老芒麥幼苗的葉綠素含量， E03葉綠素含量在30 mg/L IAA較對(duì)照增加了25.0%(P<0.05)。而銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)在最適濃度IAA處理下葉綠素含量?jī)H有小幅增量[25]，60 mg/L IAA對(duì)七葉一枝花(Parispolyphylla)葉綠素含量的促進(jìn)效果亦不顯著[27]。IAA也可以提高植物體內(nèi)抗氧化酶活性，碗蓮(Nelumbonucifera)和金蕎麥(Fagopyrumdibotrys)的SOD和POD活性均在IAA處理下存在一個(gè)峰值[28]，說明植物體內(nèi)的抗氧化酶對(duì)外源激素刺激的響應(yīng)存在一個(gè)界限，界限范圍內(nèi)活性不斷增加，超過此界限則被抑制[29]。同理老芒麥在外源IAA誘導(dǎo)下，SOD和POD活性分別在20 mg/L IAA和30 mg/L IAA處理下，其峰值較對(duì)照可增加70%～80%(P<0.05)，而金蕎麥POD活性僅增加了68%，因此，老芒麥在IAA誘導(dǎo)下能分泌較多酶來提高植物清除體內(nèi)自由基的能力，同時(shí)提高了植物的適應(yīng)性。滲透調(diào)節(jié)物在植物生長過程同樣發(fā)揮著不可替代的作用，可溶性蛋白既是滲透調(diào)節(jié)劑，又是重要化合物的組成部分[31]。外源IAA處理下，老芒麥體內(nèi)的可溶性蛋白含量基本處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，除E03可溶性蛋白含量在30 mg/L IAA處理較對(duì)照顯著增加了17.5%(P<0.05)外，其他各處理間無顯著性差異(P>0.05)。類似發(fā)現(xiàn)100 mg/L IAA處理野牛草幼苗[32]，可溶性蛋白含量的最大增幅也不過15%。說明老芒麥植物體內(nèi)的滲透物質(zhì)在外源IAA處理下較穩(wěn)定或者增幅緩慢。

研究表明，E03老芒麥在不同濃度IAA處理下各項(xiàng)指標(biāo)綜合表現(xiàn)較好，具有很好的應(yīng)用潛力。不同材料在同一濃度IAA處理下表現(xiàn)不一，這是否與材料原始生境及材料的生態(tài)型不同有關(guān)，其內(nèi)部機(jī)制需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

(1)IAA誘導(dǎo)了老芒麥幼苗根系的生長，不同濃度IAA處理下，總根長表現(xiàn)為20 mg/L IAA(I2)處理較好；30 mg/L IAA(I3)處理對(duì)老芒麥根直徑和表面積有顯著促進(jìn)作用。天祝老芒麥(E03)平均直徑較對(duì)照增加了71.4%。

(2)IAA促進(jìn)了老芒麥幼苗植株的生長，不同濃度IAA處理下，株高、葉綠素含量、POD活性在30 mg/L IAA處理出現(xiàn)最大值；天祝老芒麥株高較對(duì)照增加了49.0% (P<0.05)，四川老芒麥(E02) POD活性較對(duì)照增加了80.5%(P<0.05)，天祝老芒麥葉綠素含量較對(duì)照增加了25.0%(P<0.05)。20 mg/L IAA處理對(duì)SOD和可溶性蛋白含量有明顯促進(jìn)作用，四川老芒麥SOD活性較對(duì)照增加了70%(P<0.05)，天祝老芒麥可溶性蛋白含量較對(duì)照增加了17.5%(P<0.05)。

(3)同一濃度IAA處理下，天祝老芒麥綜合表現(xiàn)較好，適宜天然草地改良和人工草地的建植推廣。