兩種新季銨鹽化合物在抑菌和促生長(zhǎng)方面的作用

陳蔚燕,師進(jìn)生,李俊良

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)a.化學(xué)與藥學(xué)院;b.資源與環(huán)境學(xué)院,山東 青島266109)

季銨鹽物質(zhì)一般用在醫(yī)療消毒殺菌上比較多[1],而且其效果也非常優(yōu)異,在其他工業(yè)領(lǐng)域也有涉及,如相轉(zhuǎn)移催化劑氯化芐基三乙基銨和硫酸氫四丁基銨,在柔軟抗靜電劑、絮凝劑、破乳劑、鉆井液、VES壓裂液、減阻劑、增稠劑、增效劑等產(chǎn)品中也會(huì)見(jiàn)到季銨鹽的身影[2-4],季銨鹽用在農(nóng)業(yè)上并不多,文獻(xiàn)[5]報(bào)道了三類(lèi)異喹啉季銨鹽在農(nóng)業(yè)上的抑菌效果,矮壯素[(CH3)3NCH2CH2Cl]Cl是一種季銨鹽化合物,矮壯素是一類(lèi)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑[6-8],能使植株變矮,桿莖變粗,可使作物耐旱耐澇,防止作物徒長(zhǎng)倒伏,參照矮壯素的結(jié)構(gòu)性能和應(yīng)用情況,前期本課題組合成了萘酐酰胺季銨鹽化合物[9],并對(duì)其用于真菌的抑制和種子的促生上,取得了較好的效果。本研究繼續(xù)合成兩個(gè)季銨鹽化合物(山梨酰胺季銨鹽SLJA和肉桂酰胺季銨鹽RGJA),將其運(yùn)用到植物真菌的抑制、種子萌發(fā)、作物品質(zhì)改善以及田間作物的生長(zhǎng)上[10-13],研究其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的作用效果,以期為季銨鹽在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用提供大量的數(shù)據(jù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

恒溫光照培養(yǎng)箱,250D型,常州市華普達(dá)教學(xué)儀器有限公司;凈化工作臺(tái),SW-CG-2FD型,蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司;立式壓力蒸汽滅菌器,LDZM-80 KCS型,上海申安醫(yī)療器械廠;分光光度計(jì),722型,上海棱光公司;微波爐,WD900B型,順德市格蘭仕微波電器有限公司。

山梨酰胺季銨鹽(SLJA)、肉桂酰胺季銨鹽(RGJA),由青島科技大學(xué)農(nóng)用化學(xué)品研究所制備并表征確認(rèn)結(jié)構(gòu),該化合物已經(jīng)獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利,本實(shí)驗(yàn)用其5%水劑劑型;葡萄糖,瓊脂,均為分析純,阿拉丁試劑公司;柑橘炭疽病菌(Citr usanthr ax)、棉花枯萎病菌(Fusarium)、小麥全蝕病菌(Greumannomyces)、白菜灰斑病菌(Cabbagealter naria)等植物病原真菌的菌種均由山東省農(nóng)業(yè)仿生應(yīng)用工程技術(shù)研究中心提供,菌種使用前均進(jìn)行繼代培養(yǎng);水合茚三酮、碳酸鈣、L-抗壞血酸、考馬斯亮藍(lán)等試劑均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 季銨鹽類(lèi)化合物的抑菌實(shí)驗(yàn)

將山梨季銨鹽(SLJA)和肉桂酰胺季銨鹽(RGJA)水劑配成0.4 mg·mL－1(記做RGJA-1、SLJA-1)、0.8 mg·mL－1(RGJA-2、SLJA-2)、1.6 mg·mL－1(RGJA-3、SLJA-3)的濃度,采用菌絲生長(zhǎng)速率法來(lái)測(cè)定其室內(nèi)抑菌活性,計(jì)算各藥劑的抑制率。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)5次,數(shù)據(jù)取平均值。

1.2.2 季銨鹽類(lèi)化合物的促生實(shí)驗(yàn)

1.2.2.1 蘿卜種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)

采用紙床發(fā)芽的方法,分別用0.4、0.8、1.6 mg·mL－1濃度的季銨鹽水劑進(jìn)行浸種,每個(gè)小燒杯中平均分配30粒蘿卜種子,用蒸餾水作為對(duì)照組,保持濕潤(rùn)狀態(tài)培養(yǎng)種子發(fā)芽,各重復(fù)3次,統(tǒng)計(jì)種子的發(fā)芽數(shù),取平均值計(jì)算種子的發(fā)芽率。

1.2.2.2 蘿卜種子生根實(shí)驗(yàn)

分別用0.4、0.8、1.6 mg·mL－1濃度的季銨鹽水劑進(jìn)行浸種,采用室內(nèi)瓊脂生根法進(jìn)行,測(cè)量的指標(biāo)有:主根長(zhǎng)度、莖長(zhǎng)度,各重復(fù)3次,取平均值計(jì)算生根促進(jìn)率。

1.2.3 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定

采取考馬斯亮藍(lán)染色法,游離氨基酸含量的測(cè)定采取茚三酮顯色分光光度法,葉綠素含量的測(cè)定采取分光光度法[14]。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)5次,數(shù)據(jù)取平均值。

1.2.4 田間試驗(yàn)

供試作物為兩年生柳樹(shù)和國(guó)槐,地點(diǎn)山東省陽(yáng)信縣農(nóng)業(yè)示范園,土質(zhì)松軟,有灌溉條件,肥力狀況良好,管理精細(xì)?；衔锛捌涮幚頋舛韧?實(shí)驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組排列方法,實(shí)驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理(清水RGJA-2、SLJA-2),各3次重復(fù),分別進(jìn)行葉面噴灑和灌根處理各3次,每次取樣在小區(qū)東、西、南、北4個(gè)方向各取2個(gè)樹(shù)樣測(cè)定。所有葉面噴濕時(shí)間均選擇在上午9點(diǎn)～11點(diǎn),下午4點(diǎn)～6點(diǎn),無(wú)風(fēng)晴天,如遇雨天,需要重噴,噴施前需要對(duì)供試藥劑充分搖勻,人工噴灑,噴施時(shí)要求均勻,仔細(xì),所有的葉片都要噴施到,采用每個(gè)小區(qū)用量一致的原則。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用EXCEL進(jìn)行,用origin7.5作圖。顯著性分析采用SPSS17.0進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種季銨鹽水劑對(duì)抑菌效果的影響

兩種季銨鹽水劑的抑菌數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。從表1可以看出,隨著濃度的增加兩種季銨鹽的抑菌率呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),其中SLJA對(duì)小麥全蝕真菌的抑菌率達(dá)到70.22%,RGJA對(duì)白菜灰斑的抑菌率達(dá)到70.91%,從數(shù)據(jù)可以看出SLJA和RGJA對(duì)真菌具有一定的抑制效果。從兩種季銨鹽的結(jié)構(gòu)式可以看出,之所以二者在真菌的抑制上具有較好的效果主要來(lái)自結(jié)構(gòu)中的氮正離子的存在。

表1 化合物SLJA和RGJA抑制真菌數(shù)據(jù)Table 1 Antif ungal data of co mpounds SLJA and RGJA

2.2 兩種季銨鹽水劑對(duì)發(fā)芽數(shù)據(jù)的影響

兩種季銨鹽水劑對(duì)蘿卜種子發(fā)芽的數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1。從圖1可以看出,在4 h統(tǒng)計(jì)的發(fā)芽率數(shù)據(jù)顯示各藥劑的發(fā)芽率只有SLJA-2,RGJA-3高于CK,其余的均低于CK;但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng),在8 h時(shí),發(fā)芽率均升高,升高的幅度不等;在16 h統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可以看出,所有供試藥劑的發(fā)芽率均高于CK,與文獻(xiàn)[9]中的季銨鹽相類(lèi)似,在種子的萌發(fā)上,本研究的季銨鹽SLJA和RGJA兩種化合物對(duì)蘿卜種子的發(fā)芽有一定的促進(jìn)作用,其機(jī)理有可能是SLJA和RGJA兩種化合物能夠刺激植物體內(nèi)細(xì)胞及其周?chē)募?xì)胞壁的伸長(zhǎng)來(lái)達(dá)到促萌發(fā)的作用。

圖1 不同化合物對(duì)蘿卜種子的發(fā)芽數(shù)據(jù)Fig.1 Ger mination data of different co mpounds on radish seeds

2.3 兩種季銨鹽水劑對(duì)生根的影響

兩季銨鹽水劑對(duì)蘿卜幼苗的生根影響的數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從表2可以看出,SLJA化合物的3個(gè)濃度對(duì)蘿卜幼苗的根長(zhǎng)均有促進(jìn)作用,且SLJA-2、SLJA-3對(duì)莖高也有促進(jìn)作用,RGJA化合物在3個(gè)濃度下,對(duì)蘿卜幼苗的根長(zhǎng)和莖高均有較顯著的促進(jìn)作用,其中SLJA-2較CK主根增長(zhǎng)3.18%,莖高增長(zhǎng)3.42%,RGJA-2較CK主根長(zhǎng)增長(zhǎng)4.41%,達(dá)到顯著水平,其促進(jìn)生根的機(jī)理可能是SLJA和RGJA兩種化合物對(duì)根部根尖的胞間連絲有刺激作用,這樣有利于植物體內(nèi)的水、無(wú)機(jī)物質(zhì)、生物大分子等物質(zhì)的運(yùn)輸,有利于傳遞植物發(fā)育的信號(hào),從而有利于根尖強(qiáng)壯快速的生長(zhǎng)。

表2 不同化合物對(duì)蘿卜幼苗的生根的影響Table 2 Rooting data of different co mpounds on radish seedlings

2.4 兩種季銨鹽水劑對(duì)蘿卜幼苗葉片的品質(zhì)影響

兩種季銨鹽水劑對(duì)蘿卜幼苗葉片品質(zhì)的影響見(jiàn)圖2。從圖2可以看出,兩種季銨鹽對(duì)蘿卜幼苗葉片的蛋白質(zhì)含量、葉綠素含量和氨基酸含量上的影響不是很明顯,與CK相比較,沒(méi)有很顯著的優(yōu)勢(shì)。也可以認(rèn)為這兩種季銨鹽對(duì)植物前期的種子萌發(fā)和生根上的刺激作用較強(qiáng),而在作物的后期發(fā)育過(guò)程中的品質(zhì)改善上的效果并不大。

圖2 兩種季銨鹽水劑對(duì)蘿卜幼苗葉片品質(zhì)的影響Fig.2 Quality data of radish seedling leaves treated with a mmoniu m salt solution

2.5 兩種季銨鹽水劑對(duì)田間樹(shù)木數(shù)據(jù)的影響

將兩種季銨鹽(0.80 mg·mL－1)分別使用于林間作物柳樹(shù)和國(guó)槐上,見(jiàn)表3和表4。從表3可以看出,SLJA-2采取灌根方式時(shí)的苗高成長(zhǎng)促進(jìn)率為28.26%,樹(shù)莖成長(zhǎng)促進(jìn)率為58.80%,RGJA-2采取灌根方式時(shí)的苗高成長(zhǎng)促進(jìn)率為44.61%,樹(shù)莖成長(zhǎng)促進(jìn)率為42.50%,而且采取灌根方式較葉面噴灑方式較有利于柳樹(shù)的增長(zhǎng)。從表4可以看出,SLJA和RGJA采取灌根的方式比葉面噴灑有利于生長(zhǎng)?？梢?jiàn)這兩種季銨鹽化合物再調(diào)控植物的農(nóng)藝性狀上有著積極的作用,可以預(yù)計(jì)本文所用兩種季銨鹽化合物在林產(chǎn)業(yè)具有較大的生產(chǎn)實(shí)用價(jià)值和較大的發(fā)展空間。

表3 兩種季銨鹽水劑對(duì)柳樹(shù)田間促長(zhǎng)數(shù)據(jù)的影響Table 3 Growt h pr o moting data of Salix babylonica with a mmoniu m salt solution

表4 兩種季銨鹽水劑對(duì)國(guó)槐田間促長(zhǎng)數(shù)據(jù)的影響Table 4 Gro wt h pro moting data of Sophor a j aponica with a mmoniu m salt solution

3 結(jié) 論

通過(guò)季銨鹽化合物(山梨酰胺季銨鹽SLJA和肉桂酰胺季銨鹽RGJA)對(duì)真菌的抑制、對(duì)種子萌發(fā)及提高田間作物生長(zhǎng)的研究發(fā)現(xiàn),兩種化合物在1.6 mg·mL－1的濃度下對(duì)供試真菌的抑制率最高可達(dá)70%以上,對(duì)蘿卜種子的萌發(fā)率在16 h均高于CK,對(duì)蘿卜幼苗根長(zhǎng)和莖高上均有較大程度的促進(jìn)作用,但是在對(duì)幼苗葉片中的蛋白質(zhì)含量、葉綠素含量及氨基酸含量上沒(méi)有達(dá)到顯著的差異,采取灌根的方式比葉面噴灑對(duì)柳樹(shù)具有增長(zhǎng)作用,其中SLJA-2對(duì)柳樹(shù)灌根后苗高增長(zhǎng)促進(jìn)率為28.26%,樹(shù)莖增長(zhǎng)促進(jìn)率為58.8%,RGJA-2對(duì)柳樹(shù)灌根后苗高增長(zhǎng)促進(jìn)率為44.61%,樹(shù)莖增長(zhǎng)促進(jìn)率為42.50%?？梢?jiàn)所用的兩種季銨鹽可以運(yùn)用到農(nóng)業(yè)上,對(duì)于種子萌發(fā)、真菌抑制、促進(jìn)作物生長(zhǎng)方面均具有較好的促進(jìn)作用。