外源生長素對烤煙幼苗生長發(fā)育的影響

馮長春 高峻 許立峰 王勇 宋文靜 凌愛芬 董建新 孟霖

摘 ?要：采用水培試驗，研究了不同濃度（5、10和20 nmol/L）外源生長素（IAA）對烤煙幼苗生長、光合特性及內源IAA的影響。結果表明，與對照相比，外源IAA處理顯著提高了烤煙幼苗根系和地上部生物量，10 nmol/L處理較對照增幅分別為89.43%和73.91%;不同濃度IAA處理的烤煙幼苗根系總長度、總表面積和體積均不同程度的增加，其中10 nmol/L處理增加顯著，而不同處理煙苗根系平均直徑差異不顯著;不同濃度IAA處理顯著提高了烤煙幼苗葉片凈光合速率和氣孔導度，而胞間CO2濃度、蒸騰速率和氣孔限制值差異不顯著;外源IAA處理顯著提高了烤煙幼苗根系和地上部內源IAA的含量。由此推論，外源生長素的施用促進了烤煙幼苗生長素的地上部合成以及向根系的極性運輸，從而促進了煙苗生長發(fā)育。

關鍵詞：烤煙;生長素;根系;光合作用

Effects of Exogenous Auxin on Growth and Development of Flue-cured Tobacco Seedlings

FENG Changchun1， GAO Jun1， XU Lifeng2， WANG Yong1， SONG Wenjing2， LING Aifen1，

DONG Jianxin2， MENG Lin2*

（1. Liangshan Branch of Sichuan Tobacco Corporation， Xichang， Sichuan 615000， China; 2. Tobacco Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences， Qingdao 266101， China）

Abstract： The effects of different concentrations （5， 10 and 20 nmol/L） of exogenous auxin （IAA） on growth， photosynthetic characteristics and endogenous IAA of flue-cured tobacco seedlings were studied by hydroponic experiments. The results showed that， compared with the control， the exogenous IAA treatments significantly increased the biomass of root and aerial part of flue-cured tobacco seedlings by 89.43% and 73.91% respectively. The total length， surface area and volume of roots in seedlings treated with different IAA concentrations increased to varying degrees. Among them， the 10 nmol/L treatment significantly increased the total length， total surface area and volume of the roots， while the average roots diameter of the seedlings after different IAA treatments showed no significant difference. The net photosynthetic rate and stomatal conductance of flue-cured tobacco seedlings were significantly increased by different exogenous IAA treatments， but no significant difference of intercellular CO2 concentration， transpiration rate and stomatal limitation value were observed. Exogenous IAA treatment significantly increased the content of endogenous IAA in the root and aerial part of flue-cured tobacco seedlings. It was concluded that the application of exogenous auxin promoted auxin synthesis of aerial part in flue-cured tobacco seedlings and polar transportation to the root system， thus promoting growth and development of tobacco.

Keywords： flue-cured tobacco; auxin; root; photosynthesis

根系是植物體的重要組成部分，它為植物提供必要固定支撐的同時，還為植物的生長發(fā)育提供必不可少的水分和養(yǎng)分[1-2]。不僅如此，根系還是重要的合成器官，特別是在煙草中，煙堿作為煙葉品質評價的重要指標，它的合成與煙株根系有著密不可分的關系[3-4]。因此發(fā)達的煙苗根系有利于煙葉品質的提升。眾所周知，生長素作為植物體5大激素之一，可誘導植物不定根、側根的發(fā)生，還能夠刺激根系的伸長[5]。相關研究表明，外源生長素可促進作物根系一級和二級側根的發(fā)生和伸長，促進地上及地下生物量積累，有效提高根系活力，增加葉綠素含量，增加內源IAA和脫落酸含量，減小氣孔開度，提高凈光合速率[6-9]。一定濃度外源生長素或其類似物的施用可以促進植物根系的生長，但過高濃度的外源生長素也會抑制根系的發(fā)育[10]。趙陽等[11]研究表明，在一定范圍內，隨著生長素施用濃度的升高，其對煙苗根系生長的促進作用逐漸增強，但當施用濃度達一定水平（20 nmol/L IAA）時，其對根系的生長發(fā)育呈現(xiàn)抑制效果。

在煙草育苗過程中，根系的發(fā)育狀況也是評價煙苗素質的重要指標之一，當前廣泛采用的漂浮育苗方式所育煙苗根系中水生根占比較大，而水生根在移栽后均為無效根。因此，如何在現(xiàn)有成熟的育苗技術中進一步提升煙苗根系性狀和抗逆性就顯得尤為重要。在總結借鑒他人研究成果的基礎上，本研究通過模擬煙草漂浮育苗的水培方式，探尋可有效提升煙苗素質的外源生長素施用濃度，以期為現(xiàn)有煙草育苗技術改良提供可靠的理論依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?供試材料

供試烤煙品種為K326。

1.2 ?煙苗培養(yǎng)與處理

試驗于2018年10月在中國農業(yè)科學院西南煙草試驗基地溫室內進行。試驗共設4個處理：對照（CK），不添加IAA;T1，添加5 nmol/L的IAA;T2，添加10 nmol/L的IAA;T3，添加20 nmol/L的IAA，每個處理設置5次重復。供試煙苗采用托盤育苗至四葉一心時期，選擇長勢均勻一致的煙苗，將根洗凈轉移至水培周轉箱中，隨后依次使用清水（1 d）、1/8（3 d）和1/6（5 d）霍格蘭營養(yǎng)液進行緩苗處理，最后使用1/4霍格蘭營養(yǎng)液進行水培試驗，所用營養(yǎng)液pH均調至5.5，每2天更換一次，同時觀察根系及地上部表型，在培養(yǎng)14 d時，處理間煙苗表型差異明顯，進行樣品采集。

1.3 ?測定方法

1.3.1 ?根系形態(tài)測定 ?根系形態(tài)參數采用LA1600+根系掃描儀采集。通過Win RHizo2003b分析圖像參數，測定總根長、根系體積、根系總表面積和根系平均直徑。

1.3.2 ?葉片光合指標的測定 ?釆用 Li-Cor 6400光合儀測定最大葉的光合特性，測定時間為9：30—11：00，測定光照強度設定為 1500 ?mol/（m2·s）、CO2流量設定為500 mL/s。各處理設置3個生物學重復。

1.3.3 ?生理指標的測定 ?根系活力采用TTC比色法測定[12]，硝酸還原酶采用磺胺-萘胺比色法[12]，生長素提取和測定方法具體參照SONG等[13]方法。

1.4 ?數據分析

試驗數據采用SAS 9.0軟件Duncan多重比較法（p≤0.05）進行統(tǒng)計分析。

2 ?結 ?果

2.1 ?外源IAA對烤煙幼苗生長發(fā)育的影響

2.1.1 ?外源IAA對幼苗生物量的影響 ?由表1可知，與對照相比，添加外源生長素的處理均提高了烤煙幼苗地上部和根系的鮮質量及干質量，其中T2（10 nmol/L）、T3（20 nmol/L）處理與CK均呈顯著差異，T2（10 nmol/L）顯著大于T3（20 nmol/L）處理。T2處理煙草幼苗地上部及根系干質量的增幅分別為89.43%、73.91%，各處理烤煙幼苗根冠比差異不顯著。

2.1.2 ? 外源IAA對根系形態(tài)指標的影響 ?由表2分析可得，與對照相比，施用不同濃度外源生長素處理的烤煙幼苗根系總長度、總表面積和體積均不同程度增加，其中，T2處理烤煙幼苗根系總長度、總表面積和體積顯著高于其他處理，而不同處理的煙草幼苗根系平均直徑差異不顯著。

2.2 ?外源IAA對煙苗生理指標的影響

由表3可看出，與對照相比，施用不同濃度外源生長素處理的烤煙幼苗葉綠素含量、硝酸還原酶活性和根系活力均有不同程度的增加。各處理煙苗葉綠素含量表現(xiàn)為T2>T3>T1>CK，處理間均呈顯著差異;外源IAA處理煙苗硝酸還原酶活性均顯著高于CK，表現(xiàn)為T2>T3>T1>CK;各處理中，僅T2處理顯著提高了烤煙幼苗根系活力，較CK提高了57.75%。

2.3 ?外源IAA對烤煙幼苗光合特性的影響

由表4可知，與對照相比，不同濃度外源生長素的施用顯著提高了烤煙幼苗凈光合速率和氣孔導度。不同處理煙苗凈光合速率表現(xiàn)為T2>T3>T1>CK，但T2和T3處理間差異并不顯著;胞間CO2濃度、蒸騰速率和氣孔限制值在處理間均未表現(xiàn)出顯著差異。

2.4 ?外源IAA對煙苗不同部位內源IAA含量的影響

由圖1可知，與對照相比，外源IAA處理顯著提高了烤煙幼苗根系和地上部內源IAA的含量。因植物內源生長素主要在地上部合成，因此可推斷外源生長素的施用促進了烤煙幼苗生長素在地上部的合成及其向根系的極性運輸。

3 ?討 ?論

理想的根系性狀是植物高效吸收養(yǎng)分的重要基礎，而根系的生長發(fā)育和IAA水平關系密切[10-14]。根系表型直接影響植物根系吸收水分和養(yǎng)分[15-17]。本試驗研究結果顯示，與對照相比，添加外源IAA的處理均提高了烤煙幼苗地上部和根系的生物量及根系總長度、總表面積和體積等表型特征，表明外源生長素增加了煙草幼苗根系的發(fā)生量，有利于促進根系的生長發(fā)育，這一結果與歐陽立明[18]和向鵬華等[4]研究結果相同。相關研究表明[19]，當外源IAA濃度較高時，IAA輸出和輸入蛋白可以和IAA反應因子（ARF）蛋白互作并抑制ARF的活性調控基因表達，從而抑制作物根系的生長。

本試驗研究表明，外源添加10 nmol/L的IAA處理對烤煙幼苗根系及地上部生長的促進作用優(yōu)于其他處理，當外源添加20 nmol/L的IAA時，其作用效果已表現(xiàn)出抑制生長，這一試驗結果也部分印證了局部高濃度IAA會抑制作物生長發(fā)育這一觀點，同時本試驗的研究結果與趙陽等[11]得出的10 nmol/L濃度的外源IAA最有利于煙草幼苗根系發(fā)育的結果一致。

葉綠素是植物光合作用的主要色素，其含量直接影響作物的光合能力。根系活力主要反映根系吸收養(yǎng)分的能力和根系代謝能力。相關研究表明[19]，生長素處理提高了煙草根系活力，增強了根系氮代謝活力。本試驗結果顯示，與對照相比，施用不同濃度外源生長素處理的烤煙幼苗葉綠素含量、硝酸還原酶活性均有不同程度的增加，處理間均呈顯著差異;外源添加10 nmol/L IAA處理顯著提高了烤煙幼苗根系的活力。本研究中，施用不同濃度外源IAA的處理顯著提高了烤煙幼苗凈光合速率和氣孔導度，而胞間CO2濃度、蒸騰速率和氣孔限制值差異不顯著，這一研究結果與洪麗芳[20]和劉尚俊[21]研究結果相符合，結果表明外源生長素的施用有利于提高煙草幼苗的根系活力和地上部的光合能力。外源IAA可以通過調控IAA極性運輸來改變生長素在植物體內的分布，進而影響作物的生長發(fā)育[22-23]。相關研究發(fā)現(xiàn)[24]，外源IAA處理顯著增加了擬南芥地上部及根系中的IAA含量。本研究發(fā)現(xiàn)，外源IAA處理顯著提高了烤煙幼苗根系和地上部內源IAA的含量。研究表明，外源IAA的施用促進了烤煙幼苗生長素的地上部合成及向根系的極性運輸。

由此推論，在煙草育苗生產的實際應用中，通過施用10 nmol/L的IAA可以促進煙苗根系的生長發(fā)育，以實現(xiàn)提升煙苗素質的效果。

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基金項目：四川省煙草公司涼山州公司科技項目“煙用轉光膜研發(fā)與育苗、栽培關鍵技術研究”（LSYC201805）;中國農業(yè)科學院煙草研究所青年科學基金項目“NO、H2S在紅藍光質調控煙草根系生長發(fā)育中的作用機制研究”（2018B01）;山東省自然科學基金“氣體信號分子在紅藍單色光調控煙草根系發(fā)育中的作用機制”（ZR2019BC066）

作者簡介：馮長春（1977-），男，農藝師，碩士，主要從事煙草栽培和管理方面的工作。E-mail：lsycyks@163.com。*通信作者，E-mail：menglin@caas.cn

收稿日期：2019-08-10 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 修回日期：2019-12-24