三種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響

羅曉峰 代宇佳 宋 艷 呂昊哲 雍太文 王小春 劉衛(wèi)國(guó) 舒 凱

(1四川農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，四川 成都 611130；2西北工業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710129)

大豆(Glycine maxL.)是原產(chǎn)于東亞的豆科植物，作為主要油料作物被廣泛種植在美國(guó)、巴西、阿根廷、印度、中國(guó)等世界各地，是最主要的植物蛋白質(zhì)和油料來(lái)源[1-2]。研究表明，野生大豆早在公元前5 000年就已在中國(guó)、朝鮮半島和日本被種植[3]。大豆富含多種人體必需的氨基酸，同時(shí)還含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、礦質(zhì)元素，可廣泛用于食品、保健等領(lǐng)域[4]。同時(shí)，大豆也是重要的飼料作物，其品質(zhì)好壞直接關(guān)系到肉、蛋、奶等食品品質(zhì)。我國(guó)是大豆的起源地之一，但由于在種質(zhì)資源收集、品種選育、轉(zhuǎn)基因等領(lǐng)域的研究起步較晚，進(jìn)展緩慢。加之種植面積下降、生產(chǎn)成本提升等因素導(dǎo)致大豆供需矛盾突出，不得不大量進(jìn)口大豆以滿足國(guó)內(nèi)生產(chǎn)生活需要。因此，進(jìn)一步提高大豆產(chǎn)量對(duì)于維護(hù)國(guó)家糧食安全、提升人民生活質(zhì)量，具有非常重要的意義。

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是一類人工合成的具有植物激素類似功能的化合物[5-6]，在調(diào)控種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、植物生長(zhǎng)、果實(shí)成熟保鮮等方面具有一定的調(diào)控作用[7-10]。傳統(tǒng)的人工合成植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，如矮壯素(chlormequat chloride)、烯效唑(uniconazole)、多效唑(paclobutrazol)等，在國(guó)內(nèi)外農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留鑒定中均有嚴(yán)格的要求[11]。而褐藻膠寡糖(alginate-derived oligosaccharide，Alg)、殼寡糖(chitosan oligosaccharide，Chi)、冠菌素(coronatine，Cor)作為自然界中廣泛存在的物質(zhì)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)與一些植物激素相似[12-15]，具有開(kāi)發(fā)成更安全新型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的潛力。本研究采用不同濃度的褐藻膠寡糖、殼寡糖、冠菌素對(duì)大豆種子進(jìn)行拌種處理，并在大豆生長(zhǎng)期間進(jìn)行葉面噴施處理，探究其對(duì)大豆種子萌發(fā)及產(chǎn)量形成的影響，以期為大豆豐產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)于2018年在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)崇州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研發(fā)基地(30°33′ N，103°38′ E)進(jìn)行。供試大豆品種為南豆12，由四川省南充市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑褐藻膠寡糖(Alg)、殼寡糖(Chi)由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所天然產(chǎn)物與糖工程實(shí)驗(yàn)室趙小明研究員課題組提供；冠菌素(Cor)由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑教育部工程研究中心段留生教授課題組提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用種子拌種和葉面噴施2 種方式，以清水處理為對(duì)照，根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)置3 種不同濃度。拌種試驗(yàn)中，每公斤種子使用100 mL 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑水溶液進(jìn)行拌種，其中Alg 和Chi 分別為低濃度25 mg·L-1(LC)、中濃度50 mg·L-1(MC)和高濃度100 mg·L-1(HC)3 種濃度處理；Cor 分別設(shè)低濃度0.01 mg·L-1(LC)、中濃度0.05 mg·L-1(MC) 和高濃度0.10 mg·L-1(HC)3 種濃度處理。葉面噴施試驗(yàn)中，每公頃Alg 和Chi 噴施量分別設(shè)低劑量12.5 g (LC)、中劑量25.0 g (MC)和高劑量50.0 g (HC)3 種劑量處理；Cor 噴施量分別設(shè)低劑量0.005 g (LC)、中劑量0.010 g (MC)和高劑量0.050 g (HC)3 種劑量處理。拌種于播種前進(jìn)行，將種子與植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的水溶液混合均勻后直播于穴中，并進(jìn)行覆土；葉面噴施試驗(yàn)于盛花期(R2)進(jìn)行，葉面噴施處理的大豆植株在播種時(shí)未進(jìn)行拌種處理，噴施前計(jì)算使用量，并溶于500 mL 蒸餾水中。小區(qū)面積36 m2，不同處理互不相鄰，重復(fù)3次。大豆采用單作種植，穴距20 cm，行距50 cm，穴留1 株，密度10 萬(wàn)株·hm-2。大豆于2018年5月27日播種，2018年10月27日收獲。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 田間出苗率統(tǒng)計(jì) 播種時(shí)，記錄每個(gè)小區(qū)內(nèi)播種粒數(shù)，并計(jì)算田間出苗率:田間出苗率=正常出苗數(shù)/播種粒數(shù)×100%。其中，正常出苗數(shù)包括完整幼苗、輕微缺陷幼苗，即子葉出土，真葉全展或展開(kāi)一片，生長(zhǎng)點(diǎn)正常，無(wú)明顯損傷、缺陷及腐爛的幼苗。

1.3.2 農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的測(cè)定 于大豆完熟期(R8)進(jìn)行植株樣品采集，每小區(qū)隨機(jī)選取20 株長(zhǎng)勢(shì)一致，無(wú)明顯機(jī)械損傷(如分枝折斷、缺損等)的植株，進(jìn)行株高(使用米尺，測(cè)量主莖地表以上至主莖頂端的距離記為株高)、莖粗(使用游標(biāo)卡尺，于主莖地表以上第一節(jié)間中部進(jìn)行測(cè)量)、分枝數(shù)(計(jì)數(shù)由主莖產(chǎn)生的有效分枝數(shù))、單株粒數(shù)、一粒莢、二粒莢、三粒莢、無(wú)效莢等農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成的測(cè)定。待大豆收獲并風(fēng)干至恒重，測(cè)定百粒重(隨機(jī)數(shù)取完整、無(wú)機(jī)械損傷、蟲(chóng)蛀的100 粒大豆種子，重復(fù)10 次以上)，并通過(guò)百粒重平均值、單株粒數(shù)平均值與種植密度的乘積，計(jì)算理論產(chǎn)量。

1.3.3 可溶性糖和還原性糖含量的測(cè)定 可溶性糖、還原性糖含量參考Zhou 等[8]的方法并加以改進(jìn):于滿粒期(R6)取樣，不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑及各濃度處理隨機(jī)采集30 個(gè)莢，取莢中豆粒，于105℃殺青1 h，隨即放入85℃烘箱烘干至恒重。研缽研磨呈細(xì)粉狀，取大豆粉末進(jìn)行糖含量的測(cè)定。

1.3.4 籽粒品質(zhì)測(cè)定 于大豆收獲后，待風(fēng)干至恒重，使用NIRS DS 2500 近紅外谷物分析儀(瑞典FOSS)對(duì)大豆進(jìn)行粗脂肪酸、粗蛋白含量的測(cè)定[16]。

1.3.5 大豆種子萌發(fā)試驗(yàn) 選取大小均一，無(wú)明顯機(jī)械損傷的大豆種子進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。選取直徑9 cm 的培養(yǎng)皿，鋪2 層定性濾紙，在每個(gè)培養(yǎng)皿中加入20 粒大豆，加入15 mL 蒸餾水，于25℃培養(yǎng)室內(nèi)培養(yǎng)。分別在培養(yǎng)18、24、36、42、48 h 進(jìn)行萌發(fā)率的統(tǒng)計(jì)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用IBM SPSS Statistics 20.0 和Microsoft Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑拌種對(duì)大豆種子出苗率的影響

由圖1可知，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑拌種能夠顯著促進(jìn)大豆種子出苗。不同濃度植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑拌種對(duì)出苗率的影響不完全一致。與CK 相比，施用Alg 的LC、MC 和HC 的出苗率分別提高了14.6、10.8、4.4 個(gè)百分點(diǎn)，且隨著施用濃度的增加，出苗率呈下降趨勢(shì)。與CK 相比，隨著Chi 施用濃度的增加，出苗率呈上升趨勢(shì)，LC、MC 和HC 分別提高了3.1、7.3 和10.1 個(gè)百分點(diǎn)；隨著Cor 施用濃度的增加，大豆出苗率呈先升高后降低的趨勢(shì)，與CK 相比，LC、MC 和HC 分別提高了5.9、9.6 和7.6 個(gè)百分點(diǎn)。在本試驗(yàn)的9 個(gè)拌種處理中，低濃度Alg 拌種對(duì)大豆種子出苗率的促進(jìn)作用最大。

2.2 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆農(nóng)藝性狀的影響

2.2.1 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆株高的影響 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑后，大豆完熟期株高均有所增加(圖2～3)。不同濃度的Alg 噴施處理下，隨著噴施濃度的增加，大豆平均株高分別較CK 顯著增加了4.8、4.3 和4.7 cm，但各植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理之間無(wú)顯著差異；不同濃度Chi 噴施處理下，大豆株高隨噴施濃度的升高呈先上升后下降的趨勢(shì)，平均株高分別較CK 提高了5.6、5.4 和2.3 cm；不同濃度Cor 噴施處理下，大豆株高變化最為明顯，隨著噴施濃度的增加，平均株高分別較CK 顯著提高了6.1、6.5 和8.5 cm。

2.2.2 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆莖粗的影響 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑能夠增加大豆莖粗(圖2)。由圖4可知，Alg 噴施處理下，與CK 相比，LC 的莖粗略增加但無(wú)顯著差異，MC 和HC 則分別顯著增加了13.4%和16.7%。不同濃度Chi 處理下，大豆莖粗隨噴施濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，與CK相比分別提高了10.4%、13.8%和10.6%。不同濃度Cor 處理下，大豆莖粗隨噴施濃度的增加而增大，與CK 相比分別增加了12.8%、13.0%和21.6%。

2.2.3 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆分枝的影響 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑改變了大豆分枝情況(圖2)。由圖5可知，葉面噴施Alg 和Cor 能夠提高大豆分枝數(shù)，與CK 相比，LC、MC 和HC 分別增加了51.5%、52.7%、29.5%和43.2%、18.4%、16.1%。但葉面噴施Chi 顯著降低了大豆分枝數(shù)，與CK 相比，LC、MC 和HC 分別降低了13.2%、14.6%和15.5%。

2.3 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

本試驗(yàn)中，不同的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑葉面噴施處理均改變了大豆產(chǎn)量性狀構(gòu)成，提高了大豆的理論產(chǎn)量(表1)。

表1 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆產(chǎn)量性狀的影響Table 1 Effects of foliar spraying of plant growth regulators on yield traits of soybean

2.3.1 葉面噴施Alg 對(duì)大豆產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響 由表1可知，與CK 相比，不同濃度Alg 噴施大豆葉面均提高了大豆的單株粒數(shù)，其中HC 的單株粒數(shù)顯著增加了34.5%；噴施后各處理百粒重均顯著提高，LC的提高幅度最大，顯著增加了11.4%。另外，一粒莢、二粒莢、三粒莢數(shù)量也隨著Alg 噴施濃度的增加而升高；與CK 相比，LC、MC 增加了空莢數(shù)，HC 減少了空莢數(shù)，但差異均不顯著，但不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑及濃度之間存在顯著差異。

2.3.2 葉面噴施Chi 對(duì)大豆產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響 由表1可知，與CK 相比，不同濃度Chi 噴施大豆葉面，單株粒數(shù)總體略有提高，但均未達(dá)到差異顯著水平；而隨著噴施濃度的增加，百粒重隨之顯著提高；一粒莢數(shù)均略有下降，二粒莢數(shù)和三粒莢數(shù)略有上升，但差異均不顯著，LC、MC 噴施葉面空莢數(shù)明顯降低。

2.3.3 葉面噴施Cor 對(duì)大豆產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響 由表1可知，與CK 相比，不同濃度Cor 噴施大豆葉面，單株粒數(shù)均增加，各濃度處理所提高的單株粒數(shù)水平相近且差異不顯著；百粒重顯著提高，并隨著噴施濃度的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)；一粒莢、二粒莢均有提高，空莢數(shù)略有下降。三粒莢數(shù)在LC、HC 濃度下均較CK 顯著提高。

2.4 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆籽粒品質(zhì)性狀的影響

2.4.1 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆?jié)M粒期(R6)糖含量的影響 由圖6可知，R6 期，葉面噴施Alg 時(shí)，與CK 相比，LC 和MC 大豆籽粒的可溶性糖含量略有提高，分別提高了2.6%和2.0%，而HC 大豆籽粒的可溶性糖含量降低了1.1%，且均未達(dá)到顯著性差異水平。葉面噴施Chi 和Cor 均極顯著降低了大豆籽?？扇苄蕴呛?，與CK 相比，LC 和MC 和HC 籽粒的可溶性糖含量分別降低了8.7%、11.0%、14.1%和9.5%、9.3%、7.5%。

由圖7可知，葉面噴施3 種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑均極顯著降低了大豆籽粒的還原性糖含量。與CK 相比，葉面噴施Alg 時(shí)，HC、MC、LC 的還原性糖含量分別降低了38.5%、48.1%和43.9%，噴施Chi 時(shí)分別降低了26.0%、46.4%和37.5%，噴施Cor 時(shí)分別降低了27.6%、39.0%和24.4%。

2.4.2 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)收獲后大豆粗蛋白與粗脂肪的影響 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在降低R6 期籽粒糖含量的同時(shí)，也會(huì)改變收獲后大豆籽粒中粗蛋白與粗脂肪酸的含量(表2)。3 種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑噴施大豆葉面，均能提高大豆的粗蛋白含量。隨著Alg 噴施濃度的增加，大豆粗蛋白含量先增加后降低，但始終顯著高于CK；隨著與Cor 噴施濃度的增加，大豆粗蛋白含量逐漸增加，且CK 相比，均達(dá)到了差異顯著水平。大豆籽粒中的粗脂肪酸含量隨著不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑噴施濃度的增加而逐漸降低，與CK 相比，降低幅度最大的處理是噴施Cor 的HC，降低了1.57 個(gè)百分點(diǎn)；另外，各處理與CK 相比，均達(dá)到了差異顯著水平。

表2 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆品質(zhì)性狀的影響Table 2 Effects of foliar spraying of plant growth regulators on soybean quality traits /%

2.5 葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)收獲后大豆籽粒萌發(fā)力的影響

種子萌發(fā)是植物生命周期中的重要階段，決定著植物生命能否從休眠狀態(tài)下啟動(dòng)，開(kāi)始新的生命歷程。由圖8可知，葉面噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)收獲后大豆萌發(fā)無(wú)明顯影響，所有處理無(wú)論是萌發(fā)速率還是最終萌發(fā)率，與CK 相比均無(wú)明顯差異。

3 討論

褐藻膠寡糖(Alg)、殼寡糖(Chi)和冠菌素(Cor)三者均能夠調(diào)控植物的生長(zhǎng)，提高植物對(duì)非生物脅迫與生物脅迫的抗性。褐藻膠寡糖作為一種自然界中廣泛存在的糖類，能夠提高植物抗病性[14，17]，促進(jìn)種子萌發(fā)與根的生長(zhǎng)[18-19]；殼寡糖是一種由殼聚糖酶解或化學(xué)方式水解得到的低聚糖[20]，可提高枇杷采后貯藏品質(zhì)[21]、激活植物免疫[22]；冠菌素是由丁香假單胞菌(Pseudomonas syringae)部分變種分泌的代謝產(chǎn)物[23]，能夠提高玉米(Zea mays)的抗倒伏能力以及產(chǎn)量[24]，并提高玉米幼苗對(duì)低溫脅迫的抗性[25]。但目前這3種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的生理及分子機(jī)制尚不清晰。

本研究發(fā)現(xiàn)，采用褐藻膠寡糖、殼寡糖和冠菌素對(duì)大豆種子進(jìn)行拌種，能夠有效提高大豆種子萌發(fā)及出苗水平，這與前人在黑麥草(Lolium perenne)上的研究一致[26]。農(nóng)藝性狀方面，3 種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑均能不同程度地提高大豆株高，增加大豆莖粗。而在大豆分枝數(shù)上3 種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑表現(xiàn)不同，即褐藻膠寡糖、冠菌素促進(jìn)分枝，殼寡糖抑制分枝。生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素和獨(dú)腳金內(nèi)酯是調(diào)控植物分枝的重要激素[27]，褐藻膠寡糖、冠菌素與殼寡糖對(duì)分枝表型產(chǎn)生較大差異，可能是上述3 種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑調(diào)控體內(nèi)激素的分子機(jī)制有較大差異所致，其具體機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

本研究結(jié)果表明，在產(chǎn)量性狀方面，3 種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑均不同程度地提高了大豆百粒重及單株粒數(shù)，提高了大豆的理論產(chǎn)量，這為單作大豆增產(chǎn)豐產(chǎn)，提供了新的手段依據(jù)；在品質(zhì)方面，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑噴施后，能夠小幅提高大豆的粗蛋白含量，降低粗脂肪酸含量。前人認(rèn)為，褐藻膠寡糖能夠提高大豆種子中的脂肪酶活力，加速脂肪向糖的代謝[28]，這與本研究中種子中粗脂肪酸含量小幅下降的結(jié)果相符合。此外，粗脂肪酸含量的下降也可能是由于噴施3 種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑時(shí)，R6 期大豆籽粒中可溶性糖、還原性糖含量下降(圖6、7)，導(dǎo)致合成粗脂肪的底物減少，降低了粗脂肪酸含量，具體的分子機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。值得注意的是，在噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑后的R5 期，噴施褐藻膠寡糖及殼寡糖的大豆植株株型大于對(duì)照組植株(圖2-A)，是否意味著向飼草作物噴施褐藻膠寡糖及殼聚糖能夠提高飼草植物的生物量，還有待在其他作物中研究確認(rèn)。

4 結(jié)論

采用褐藻膠寡糖、殼寡糖和冠菌素3 種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)大豆種子拌種能夠促進(jìn)大豆田間出苗；葉面噴施3 種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑能夠提高大豆株高及莖粗，同時(shí)通過(guò)提高大豆百粒重與單株粒數(shù)，進(jìn)而提高其產(chǎn)量。此外，葉面噴施褐藻膠寡糖、殼寡糖和冠菌素，在提高大豆產(chǎn)量的同時(shí)，大豆種子萌發(fā)能力未發(fā)生顯著變化，大豆粗蛋白及粗脂肪酸發(fā)生顯著變化，但對(duì)收獲種子萌發(fā)影響不大。本研究認(rèn)為，褐藻膠寡糖、殼寡糖和冠菌益拌種的推薦使用量分別為每公斤大豆種子使用100 mL 水溶液拌種，濃度分別為25、100 和0.05 mg·L-1；褐藻膠寡糖、殼寡糖和冠菌益進(jìn)行葉面噴施的每公頃推薦使用量分別為50、50 和0.01 g。在本試驗(yàn)生產(chǎn)條件下，25 mg·L-1的Alg 對(duì)大豆種子拌種對(duì)田間出苗促進(jìn)效果最佳，每公頃噴施50 g Alg 能夠得到最大增產(chǎn)效果。在種子萌發(fā)力方面，3 種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑均未改變大豆種子的萌發(fā)速率與萌發(fā)率，不影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的留種與播種。因此，在田間生產(chǎn)中，在播種前使用適量褐藻膠寡糖拌種，于盛花期適量噴施褐藻膠寡糖有利于增產(chǎn)增收。