L—β—苯基乳酸對(duì)小麥幼苗生長及生理的影響

施嫻泓 葉莉 劉臘梅 朱益波 朱東興 王立梅

摘要：【目的】探究L-β-苯基乳酸（LPA）在小麥幼苗生長中的調(diào)控作用及其適宜濃度水平，為LPA應(yīng)用于小麥及其他作物生產(chǎn)提供參考依據(jù)?！痉椒ā恳孕←溒贩N揚(yáng)麥16為試驗(yàn)材料，以未添加LPA的1%MS營養(yǎng)液為對(duì)照組（CK），添加不同濃度LPA（10.0、100.0和1000.0mg/L）的1%MS營養(yǎng)液為處理組，采用基質(zhì)培養(yǎng)試驗(yàn)培養(yǎng)小麥幼苗，在培養(yǎng)的第7和14 d分別測(cè)定幼苗的株高和根長，葉片的葉綠素、可溶性總糖和可溶性蛋白含量及過氧化物酶（POD）和吲哚乙酸氧化酶（IAAO）活性等生理指標(biāo)?！窘Y(jié)果】與CK相比，添加不同濃度的LPA對(duì)小麥幼苗生長及其生理指標(biāo)的影響效應(yīng)呈低濃度（10.0～100.0 mg/L）增強(qiáng)、高濃度（1000.0 mg/L）減弱的規(guī)律。適宜濃度水平（100.0 mg/L）的LPA處理幼苗，培養(yǎng)至第7和14 d時(shí)的葉片主要生理指標(biāo)均較CK顯著提高（P<0.05，下同），其中葉綠素含量是CK的29.37和3.57倍，可溶性總糖含量是CK的1.50和2.69倍，可溶性蛋白含量是CK的3.00和4.33倍；IAAO活性顯著降低96.64%和95.05%，POD活性顯著降低75.69%和71.12%。【結(jié)論】LPA對(duì)小麥幼苗生長的調(diào)節(jié)效應(yīng)類似于其他生長素，即低濃度（10～100 mg/L）促進(jìn)生長、高濃度（1000 mg/L）抑制生長。以100 mg/L濃度處理的效果相對(duì)較好，可在小麥幼苗生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：小麥幼苗；L-β-苯基乳酸（LPA）；生理特性；生長調(diào)控

0引言

【研究意義】小麥?zhǔn)俏覈酥潦澜绲闹匾Z食作物之一，促進(jìn)其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對(duì)保障糧食安全至關(guān)重要。植物激素對(duì)調(diào)節(jié)作物生長具有重要作用，通過激素類物質(zhì)調(diào)節(jié)禾本科糧食作物形成高產(chǎn)抗倒伏株型，被譽(yù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的第一次“綠色革命”（許智宏和李家洋，2006）。當(dāng)前已知的植物激素中除傳統(tǒng)的生長素、細(xì)胞分裂素、赤霉素、乙烯和脫落酸五大激素外，還包括油菜素內(nèi)酯、茉莉酸和水楊酸及一些被新發(fā)現(xiàn)的植物生長調(diào)節(jié)類物質(zhì)（Santner et al，2009），尋求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(gè)重要方向（許智宏和李家洋，2006）。L-β-苯基乳酸（L-β-phenyllactic acid，LPA）是國外近年發(fā)現(xiàn)對(duì)植物生長有調(diào)節(jié)作用的新型物質(zhì)，證實(shí)發(fā)現(xiàn)LPA能明顯促進(jìn)水稻和萵苣根系生長（Tamuraand Chang，1965）。因此，研究其對(duì)我國主要糧食作物小麥的生長調(diào)控效應(yīng)，對(duì)拓寬小麥優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)途徑具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前在小麥生長調(diào)控上，運(yùn)用水楊酸、油菜素內(nèi)酯、多效唑等提高其抗逆性與生長發(fā)育的研究已有許多報(bào)道。張立明等（1991）研究表明，多效唑和表油菜素內(nèi)酯對(duì)小麥產(chǎn)量形成均有促進(jìn)作用，其中多效唑通過促進(jìn)伸長節(jié)間的過氧化物酶活力，使節(jié)問長度縮短、株高降低而提高植株抗倒伏能力，并促進(jìn)葉片變短、加寬、增厚；表油菜素內(nèi)酯對(duì)小麥形態(tài)的影響不明顯，但可促進(jìn)弱勢(shì)器官的發(fā)育，提高籽粒灌漿速度、增加穗粒數(shù)和千粒重。張士功等（1999）研究表明，水楊酸能有效緩解小麥鹽害，降低葉片質(zhì)膜透性和鹽脅迫對(duì)細(xì)胞膜的傷害，提高小麥種子鹽脅迫條件下萌發(fā)的速度、數(shù)量和質(zhì)量。紀(jì)秀娥等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，用0.015mg/L油菜素內(nèi)酯處理小麥種子，其萌發(fā)效果最佳。新型植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)LPA最初從外擔(dān)菌類微生物培養(yǎng)液中被分離出，發(fā)現(xiàn)其可促進(jìn)水稻和萵苣根系生長，且最大生理活性濃度約100mg/L（Tamura and Chang，1965）。但由于受合成方法及其效率限制，LPA作為植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)一直未得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著生物合成方法的深入研究，使高效獲取LPA成為現(xiàn)實(shí)（Prasuna et al，2012；王穎等，2015；Zheng et al，2015；Zhu et al，2015；朱益波等，2017），也為LPA在作物生長調(diào)節(jié)方面的研究應(yīng)用提供了契機(jī)。日本學(xué)者在水稻上的研究證實(shí)，LPA通過促進(jìn)水稻幼苗期根長和表面積的增加，提高其對(duì)水和營養(yǎng)的吸收，或通過提高種子胚乳的利用率，促進(jìn)芽長度和干物質(zhì)積累，從而促進(jìn)幼苗地上部營養(yǎng)生長（Adachi et al，2013）?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】LPA作為一種新型植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，目前用于小麥生長調(diào)控的研究尚無報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用基質(zhì)培養(yǎng)試驗(yàn)，分析不同濃度水平LPA營養(yǎng)液對(duì)小麥幼苗培養(yǎng)期株高、根長及其相關(guān)生理代謝的影響，探究LPA在小麥幼苗生長中的調(diào)控作用及其適宜濃度水平，為LPA應(yīng)用于小麥及其他作物生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2016年6月在常熟理工學(xué)院基礎(chǔ)生物實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行。供試小麥品種為揚(yáng)麥16。育苗盤（265 mmx510mm，50穴）購自當(dāng)?shù)厥袌?，供試藥品為MS干粉培養(yǎng)基（杭州臨安木木生物科技有限公司）、L-β-苯基乳酸（LPA）（沃凱一上海國藥集團(tuán)）、苯菌靈（江蘇新沂藍(lán)豐生物化工股朌有限公司）。供試儀器有EL2001電子分析天平（梅特勒一托利有限公司）、TG16-WS臺(tái)式高速離心機(jī)（湖南湘儀離心機(jī)有限公司）和752紫外可見分光光度計(jì)（上海菁華科技儀器有限公司）。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)將顆粒大小均一、飽滿的小麥種子催芽露白后，播種于裝有培養(yǎng)基質(zhì)的育苗盤中，以未添加LPA的1%MS營養(yǎng)液為對(duì)照組（CK），添加不同濃度LPA（10.0、100.0和1000.0 mg/L）的1%MS營養(yǎng)液為處理組，各組營養(yǎng)液均設(shè)3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)育苗盤。種子未發(fā)芽前用黑色不透明薄膜覆蓋在育苗盤上，發(fā)芽后換用透明薄膜覆蓋，以增加光照，防止水分蒸發(fā)。育苗盤置光照培養(yǎng)架上，保持光照強(qiáng)度3500 lX，溫度（23±1）℃，分別培育7和14 d，選擇長勢(shì)均勻的各組小麥幼苗，取樣測(cè)定生長生理指標(biāo)。

1.2.2測(cè)定指標(biāo)及方法幼苗根長與株高參照田夢(mèng)雨（2009）的方法測(cè)定，葉片葉綠素含量采用比色法測(cè)定，可溶性總糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定，過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，吲哚乙酸氧化酶（IAAO）活性采用比色法測(cè)定（張志良和翟偉菁，2009）。各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定均重復(fù)3次。

1.3統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2007制圖、Origin 6.0進(jìn)行數(shù)據(jù)差異性分析處理。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對(duì)小麥幼苗株高和根長的影響

由表1可知，小麥幼苗培養(yǎng)7和14d后，其株高和根長的生長總體呈上升趨勢(shì)，不同濃度LPA對(duì)小麥生長效應(yīng)的影響存在差異，其中100mg/L處理組幼苗第7和14 d的株高分別顯著高于CK8.31%和6.51%（P<0.05，下同），也顯著高于其他LPA濃度處理組的幼苗；1000 mg/L LPA處理由于濃度過高，而顯著抑制了株高的增長，其在第7和14 d的株高分別顯著低于CK 2.32%和21.09%。不同濃度LPA對(duì)小麥幼苗地下部根長的影響效應(yīng)與其對(duì)地上部株高的影響效應(yīng)相似，即低濃度（10-100 mg/L LPA）促進(jìn)，高濃度（1000 mg/L LPA）抑制。

2.2不同處理對(duì)小麥幼苗葉綠素含量的影響

由圖1可知，各處理組小麥幼苗培養(yǎng)14 d后的葉綠素含量均較第7 d明顯升高，不同濃度LPA處理組幼苗的葉綠素含量均高于同期的CK，其中100 mg/LLPA處理的葉綠素含量最高。培養(yǎng)至第7 d，100 mg/LLPA處理的葉綠素含量分別是CK和1000 mg/L LPA處理的29.37和22.26倍，且顯著高于10 mg/L LPA處理。培養(yǎng)至第14 d，100 mg/L LPA處理的葉綠素含量達(dá)210.422 mg/gFw，分別是CK和1000 mg/L LPA處理的3.57和2.57倍，也顯著高于10 mg/L LPA處理。

2.3不同處理對(duì)小麥幼苗可溶性總糖含量的影響

由圖2可知，不同濃度LPA處理均促進(jìn)了培養(yǎng)期小麥幼苗的可溶性總糖含量，促進(jìn)效應(yīng)呈現(xiàn)低濃度（10-100 mg/L）增強(qiáng)、高濃度（1000 mg/L）減弱的規(guī)律，其中以100 mg/L LPA處理對(duì)小麥幼苗可溶性總糖含量的促進(jìn)效應(yīng)最佳。培養(yǎng)至第7 d，100 mg/L處理組小麥幼苗可溶性總糖含量是CK的1.50倍，也不同程度高于其他濃度處理；培養(yǎng)至第14 d，100 mg/L處理組幼苗的可溶性總糖含量亦明顯高于CK及其他兩組處理，且各LPA處理組與CK間的差異均達(dá)顯著水平。

2.4不同處理對(duì)小麥幼苗可溶性蛋白含量的影響

由圖3可知，不同濃度LPA處理較CK均顯著促進(jìn)小麥幼苗可溶性蛋白含量的提高，且隨LPA濃度的增大，促進(jìn)效應(yīng)呈先增后降的變化趨勢(shì)，其中以100 mg/L LPA處理效果最佳。在培養(yǎng)第7 d，100mg/L LPA處理小麥幼苗的可溶性蛋白質(zhì)含量是CK的3.00倍，且顯著高于10和1000 mg/L LPA處理組；培養(yǎng)至第14 d，100 mg/L LPA處理組的幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量也顯著高于同期的其他處理組，分別是CK、10和1000 mg/L LPA處理組的4.33、1.30和1.86倍。

2.5不同處理對(duì)小麥幼苗POD和IAA0活性的影響

由表2可知，小麥幼苗培養(yǎng)至第14 d時(shí)，POD活性較第7 d有所上升，與CK相比，不同濃度LPA處理均抑制了同期POD活性的升高，其中以100 mg/L濃度處理組的抑制效果最佳，第7和14 d的POD活性較同期的CK降低75.69%和71.12%，也顯著低于其他LPA濃度處理組。由表2還可看出，不同處理組小麥幼苗IAAO活性的變化規(guī)律與POD活性相似，其中高濃度（1000 mg/L）LPA處理降低小麥幼苗IAAO活性效果有限，尤其在幼苗培養(yǎng)后期（第14 d），1000 mg/L LPA處理組的IAAO活性與CK相近。

3討論

植物生長調(diào)節(jié)是復(fù)雜的生理過程，由各種激素共同影響，而激素的調(diào)節(jié)功能又通常通過酶的作用來實(shí)現(xiàn)（施天生和陸定志，1992）。本研究結(jié)果顯示，在培養(yǎng)基質(zhì)中添加適宜濃度（100 mg/L）的LPA培養(yǎng)小麥幼苗，其POD和IAAO活性較同期的CK均顯著降低，與萘乙酸（NAA，10μmol/L）對(duì)玉米幼苗（陳晶等，2016）、水楊酸（SA，500 mg/L）對(duì)番木瓜幼苗（王小媚等，2016）POD酶類活性抑制的效果相似，但不同于適宜濃度SA（200 mg/L）提高番木瓜幼苗POD酶類活性（王小媚等，2016）、吲哚-3-乙酸（IAA，10μmol/L）提高玉米幼苗POD酶類活性（陳晶等，2016）的研究結(jié)果，其原因可能是外源生長素類型和濃度不同對(duì)POD類同工酶活性的影響也不同（胡能兵等，2009）。有研究表明，植物體內(nèi)生長素水平受POD和IAAO活性的影響，二者性質(zhì)相似，IAAO可能就是POD復(fù)合物的一部分（胡能兵等，2009），二者對(duì)生長素有氧化降解作用，不利于IAA誘導(dǎo)的植物生長（施天生和陸定志，1992）?？梢?，本研究中LPA通過降低POD和IAAO活性，使IAA氧化分解程度降低，有利于植物體內(nèi)IAAZ水平的保持，及其誘導(dǎo)小麥幼苗后續(xù)物質(zhì)的分配與營養(yǎng)生長。

植物生長發(fā)育受營養(yǎng)、激素和生長環(huán)境的共同調(diào)控（許智宏和李家洋，2006），生長素對(duì)植物的調(diào)節(jié)主要通過改變植物體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)分配，促進(jìn)細(xì)胞的分裂、伸長與分化，從而促進(jìn)植物器官的生長（潘瑞熾，2004）。本研究結(jié)果表明，小麥幼苗經(jīng)適宜濃度LPA（100 mg/L）處理，培養(yǎng)至第7和14 d時(shí)，葉綠素含量是同期CK的29.37和3.57倍，為光合性能提高與有機(jī)物積累提供了基礎(chǔ)，使可溶性總糖積累在第7和14 d為CK的1.50和2.69倍，可溶性蛋白含量也較同期CK顯著提高，與其他外源激素對(duì)提高小麥葉片葉綠素與可溶性蛋白含量的影響一致（Xie，et al，2004；楊東清等，2013；駱永麗等，2016），與謝文磊等（2014）在梭梭枝條上用生長素處理能提高可溶性糖與可溶性蛋白含量的研究結(jié)果也一致?？扇苄钥偺呛康脑黾訛橹参锷L的形態(tài)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)（孫紅梅等，2008），可溶性蛋白含量的提高有利于維持細(xì)胞正常代謝（李俊明和耿慶漢，1989）、提高總抗氧化能力及促進(jìn)幼苗生長（譚曉榮等，2008），使本研究中小麥幼苗培養(yǎng)至第7和14 d時(shí)，地上部（株高）和地下部（根長）營養(yǎng)生長均明顯優(yōu)于CK，其促進(jìn)營養(yǎng)生長的效果與徐敏等（2013）使用1.0 mg/L外源生長素NAA在紅藍(lán)石蒜種球上的研究結(jié)果一致。

綜上所述，LPA對(duì)小麥幼苗生長調(diào)節(jié)效應(yīng)及其與施用濃度的關(guān)系類似于其他生長素（潘瑞熾，2004），即低濃度（10～100 mg/L）促進(jìn)、高濃度（1000mg/L）抑制。LPA通過影響內(nèi)源生長素、光合色素及物質(zhì)積累促進(jìn)小麥幼苗營養(yǎng)器官生長的同時(shí)，是否影響其他內(nèi)源激素與物質(zhì)代謝水平及對(duì)小麥生殖器官（花、籽粒）與產(chǎn)量是否有調(diào)控作用，均有待進(jìn)一步探究。

4結(jié)論

適宜濃度LPA處理能有效促進(jìn)小麥幼苗地上部與地下部生長，其調(diào)節(jié)的生理基礎(chǔ)可能是通過調(diào)節(jié)IAA氧化酶類活性而影響內(nèi)源激素IAA水平及光合葉綠素與物質(zhì)積累來實(shí)現(xiàn)。LPA對(duì)小麥幼苗生長的調(diào)節(jié)效應(yīng)類似于其他生長素，即低濃度（10～100 mg/L）促進(jìn)生長、高濃度（1000 mg/L）抑制生長。本試驗(yàn)條件下，100 mg/L濃度處理的效果相對(duì)較好，可在小麥幼苗生長中推廣應(yīng)用。