油菜素內(nèi)酯對(duì)水稻種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

周梓杰，何順宇，蘇 益

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

蕓薹素（Brassinosteroids，簡(jiǎn)稱BRs）是一類(lèi)廣泛存在于植物中的生理活性物質(zhì)，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有重要的調(diào)控作用[1]。BRs 對(duì)植物具有多重作用，例如：提高質(zhì)膜ATP 酶的活性，增加細(xì)胞壁的可塑性，促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)；提高植物細(xì)胞中DNA 和RNA聚合酶的活性[2]；誘導(dǎo)植物保護(hù)酶表達(dá)，緩解多種脅迫的影響，減輕逆境條件對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的損害[2]；促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)和分裂，進(jìn)而促進(jìn)莖葉生長(zhǎng)和種子萌發(fā)[3]；提高花粉的發(fā)芽率，促進(jìn)花粉管伸長(zhǎng)和受精，減少敗育率，提高結(jié)實(shí)率和坐果率，促進(jìn)增產(chǎn)增收[4]。此外，BRs 與其他植物激素存在復(fù)雜、廣泛的相互作用，共同調(diào)控植物的環(huán)境響應(yīng)和生長(zhǎng)發(fā)育。BRs 影響其他激素合成、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，并與其他植物激素形成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而在不同的時(shí)間、空間上控制植物的生長(zhǎng)發(fā)育。BRs 與生長(zhǎng)素（auxin）具有促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)的協(xié)同作用[5]；BRs 和細(xì)胞分裂素（cytokinin，CTK）共同促進(jìn)細(xì)胞分裂增殖[6-7]；BRs 表現(xiàn)出對(duì)脫落酸（abscisic acid，ABA）的拮抗作用，可抵消脫落酸對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制[8-11]。

基于植物激素及其作用原理而生產(chǎn)的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑具有毒性小、作用濃度低、用量少、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，因此被國(guó)際公認(rèn)為是綠色環(huán)保型藥劑。其中，BRs 在植物細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、維管束分化、光合作用、開(kāi)花、衰老、抗逆等方面發(fā)揮了至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中能夠促進(jìn)作物均衡生長(zhǎng)，進(jìn)而抵抗各種逆境，提高作物產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，顯示出巨大的應(yīng)用前景。油菜素內(nèi)酯（brassinolide，BL）是目前發(fā)現(xiàn)的生物活性最高的一種蕓薹素，在極低濃度下便可顯著提高光合作用效率和生物產(chǎn)量，已經(jīng)開(kāi)發(fā)成高效、廣譜、無(wú)毒的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。研究以水稻為供試材料，通過(guò)萌發(fā)率、水稻根系活力和抗氧化酶活性等指標(biāo)探討了BL 對(duì)水稻種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，以期為BL 在水稻種植中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

研究以湘晚17 號(hào)為供試材料，油菜素內(nèi)酯購(gòu)于Sigma 公司，其他常規(guī)試劑購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)公司。

1.2 水稻種子萌發(fā)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)4 個(gè)處理：（1）10 mg/L 的油菜素內(nèi)酯（BL）；（2）50 mg/L 脫落酸（ABA）；（3）50 mg/L ABA+10 mg/L BL；（4）以蒸餾水為對(duì)照。具體操作：取100 粒水稻種子置于10 cm 的培養(yǎng)皿中，分別加入20 mL 處理溶液；將培養(yǎng)皿放入培養(yǎng)箱，在30℃、黑暗條件下浸種24 h；用蒸餾水清洗后，將種子放在含有濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中，在30℃、黑暗條件下繼續(xù)培養(yǎng)2 d。統(tǒng)計(jì)萌發(fā)率，測(cè)量根的長(zhǎng)度。

1.3 水稻幼苗培養(yǎng)

將均勻萌發(fā)后的水稻種子播種于蛭石中，然后加入Hoagland 培養(yǎng)液，置于光照培養(yǎng)箱；在30℃、16 h光照、8 h 黑暗的條件下培養(yǎng)水稻幼苗，7 d 后分別用10 mg/L 的油菜素內(nèi)酯和水噴灑水稻幼苗，處理后第14 天后以株高和單株干量為考察指標(biāo)分析油菜素內(nèi)酯對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響。

1.4 水稻根系活力測(cè)定

1.4.1 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線 吸取0.25 mL 0.4% TTC（氧化三苯基四氮唑）溶液放入10 mL 容量瓶，加少許Na2S2O4粉末后搖勻，再用乙酸乙酯定容至10 mL，搖勻。分別取此液0.25、0.5、1.0、1.5、2.0 mL 置10 mL 容量瓶中，用乙酸乙酯定容至10 mL，以乙酸乙酯為對(duì)照，在485 nm 波長(zhǎng)下測(cè)定吸收值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4.2 水稻根樣品處理和根系活力測(cè)定 準(zhǔn)確稱取0.5 g 新鮮的水稻幼苗根放入培養(yǎng)皿中，加入0.4% TTC 溶液和磷酸緩沖液的混合液（體積比為1 ∶1）10 mL，充分浸沒(méi)，在37℃下暗處保溫1 h；取出培養(yǎng)皿加入1 mol/L 硫酸2 mL，靜置10 min；取出根用吸水紙吸干根表面液體，放入研缽中，加入4 mL 乙酸乙酯和少量石英砂一起磨碎，將紅色提取液移入離心管，用1 mL 乙酸乙酯清洗研缽3 次，皆移入離心管，12 000 r/min 離心后取上清，用乙酸乙酯定容至10 mL。以乙酸乙酯為對(duì)照，利用分光光度計(jì)在485 nm 下讀取吸光度，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)曲線，以四氮唑還原量代表根系活力。

1.5 抗氧化酶測(cè)定

分別用10 mg/L 的油菜素內(nèi)酯和水噴灑7 d 齡水稻幼苗，3 d 后取葉片測(cè)定抗氧化酶活性。利用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的試劑盒測(cè)定水稻幼苗的過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）活性，具體操作按照附帶說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜素內(nèi)酯對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響

種子萌發(fā)是種子從吸脹作用開(kāi)始的一系列有序的生理過(guò)程和形態(tài)發(fā)生過(guò)程。種子萌發(fā)的前提是種子不僅解除了休眠，而且具有了生活力，更重要的是具有適宜的條件，例如適宜的溫度、適量的水分和充足的氧氣，有的種子萌發(fā)還需要光照以及后熟過(guò)程。該研究分析了10 mg/L 油菜素內(nèi)酯（BL）浸種后水稻種子的萌發(fā)情況，結(jié)果如圖1 所示。從圖1A 可以看出，相對(duì)于蒸餾水處理，10 mg/L BL 浸種顯著促進(jìn)了水稻種子萌發(fā)和胚根生長(zhǎng)；對(duì)照組胚根長(zhǎng)小于6 mm，BL 處理組胚根長(zhǎng)約為8 mm，二者間差異極顯著（圖1B）；BL 浸種后，水稻種子萌發(fā)率接近100%，但對(duì)照組水稻種子萌發(fā)率不足90%（圖1C）；從各處理不同長(zhǎng)度胚根所占比例（圖1D、E）來(lái)看，對(duì)照組胚根長(zhǎng)分布的一致性較差，59.7%的胚根長(zhǎng)度不足6 mm，6～9 mm 的胚根僅占26.4%，而B(niǎo)L 處理組的胚根長(zhǎng)主要分布在6～9 mm，比例達(dá)65.5%，顯著高于對(duì)照組。上述結(jié)果說(shuō)明，BL 處理對(duì)種子萌發(fā)和胚根生長(zhǎng)具有顯著促進(jìn)作用。

圖1 BL 對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響

2.2 油菜素內(nèi)酯與脫落酸對(duì)水稻種子萌發(fā)的互作影響

脫落酸（ABA）可以加快果實(shí)與葉片的脫落、促進(jìn)器官衰老，抑制種子萌發(fā)。為了進(jìn)一步分析了BL在種子萌發(fā)方面與ABA 的互作關(guān)系，分別用50 mg/L ABA 和50 mg/L ABA+10 mg/L BL 浸種，比較2 種溶液對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響，結(jié)果如圖2 所示。由圖2A可知，ABA 處理顯著抑制了種子萌發(fā)，而ABA+BL處理的水稻種子發(fā)芽情況顯著好于ABA 處理的；ABA 處理的水稻種子胚根長(zhǎng)小于4 mm，而ABA+BL處理的水稻種子平均胚根長(zhǎng)度達(dá)6 mm，二者的差異達(dá)極顯著水平（圖2B）；從萌發(fā)率看，ABA 處理的種子萌發(fā)率僅約50%，而ABA+BL 處理的種子發(fā)芽率接近100%，極顯著高于ABA 處理（圖2 C）。這表明BL可以抵消ABA對(duì)種子萌芽的抑制作用。

圖2 BL 與ABA 對(duì)水稻種子萌發(fā)的互作影響

2.3 油菜素內(nèi)酯對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響

油菜素內(nèi)酯處理能顯著促進(jìn)上胚軸伸長(zhǎng)生長(zhǎng)。從圖3A 和B 中可以看出，相對(duì)于對(duì)照組，噴灑了BL的水稻幼苗又高又壯；對(duì)照組幼苗株高低于20 cm，而B(niǎo)L 處理的幼苗株高約為35 cm，極顯著高于CK處理的（圖3C）；對(duì)照組幼苗單株干重小于40 mg/株，而B(niǎo)L 處理的幼苗單株干重約為62 mg/株，極顯著重于CK 處理的（圖3D）。上述結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，BL 能夠顯著促進(jìn)水稻幼苗的生長(zhǎng)。

圖3 BL 對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響

2.4 油菜素內(nèi)酯對(duì)根系活力的影響

植物的根系不僅是活躍的吸收器官而且還是重要的同化、轉(zhuǎn)化和合成器官，根的生長(zhǎng)情況和活力水平可以直接影響地上部的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)狀況及產(chǎn)量水平。為了解釋BL 對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，研究應(yīng)用TTC 法測(cè)定了各處理的根系活力，結(jié)果如圖4 所示，BL 處理下的水稻根系活力極顯著高于對(duì)照組，說(shuō)明BL 能夠提高水稻根系活力，從而促進(jìn)根對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用，進(jìn)而促進(jìn)水稻幼苗的生長(zhǎng)。

圖4 不同處理水稻幼苗的根系活力

2.5 油菜素內(nèi)酯對(duì)水稻抗氧化酶活性的影響

植物的抗逆性是指植物具有的抵抗不利環(huán)境的某些性狀，例如抗寒、抗旱、抗鹽、抗病蟲(chóng)害等?？鼓嫘缘脑鰪?qiáng)可以減輕外界惡劣環(huán)境條件對(duì)植物的損害，使植物更好地存活，而抗氧化酶活力的增強(qiáng)則是抗逆性增強(qiáng)的一種表現(xiàn)。如圖5 所示，對(duì)照組水稻幼苗的POD、 CAT 、SOD 活性分別為18、20、32 U/g，而B(niǎo)L 處理水稻幼苗的POD、 CAT 、SOD 活性分別為21、27、40 U/g?？偟膩?lái)說(shuō)，相對(duì)于對(duì)照組，噴施了BL 的水稻幼苗中POD、 CAT 、SOD 活性都有顯著增強(qiáng)，表明BL 可以通過(guò)提高植株抗氧化酶活性來(lái)增強(qiáng)水稻的抗逆性。

圖5 不同處理水稻幼苗的抗氧化酶活性

3 討 論

蕓薹素是一類(lèi)重要的植物激素，能增強(qiáng)細(xì)胞強(qiáng)度、調(diào)節(jié)植物體內(nèi)酶活性及其他植物激素的平衡，從而廣泛調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育和環(huán)境響應(yīng)[12-14]，主要功效表現(xiàn)在以下4 個(gè)方面。第一，能夠增強(qiáng)植物光合效率，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。第二，可提高植物的抗病、抗旱、抗鹽堿等抗逆能力。第三，可以提高酶活性和種子活力，提高種子在惡劣環(huán)境中的生存率。第四，可在一定程度上緩解自然條件或人為條件造成的蟲(chóng)害、肥害、藥害及化學(xué)污染等危害，實(shí)現(xiàn)促長(zhǎng)、保花、保果等目的。蕓薹素的種類(lèi)很多，油菜素內(nèi)酯（BL）是目前發(fā)現(xiàn)的活性最高的蕓薹素類(lèi)物質(zhì)。相較于其他生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，BL 的生物活性更高、使用濃度更低、作用范圍更廣，因此是一種高效、廣譜、綠色安全的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。筆者研究了BL 對(duì)水稻種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，結(jié)果顯示，相較于蒸餾水對(duì)照組，10 mg/L 油菜素內(nèi)酯處理組可以促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)，具體表現(xiàn)為提高種子萌發(fā)率、促進(jìn)胚根生長(zhǎng)、增強(qiáng)胚根長(zhǎng)度的一致性、增加幼苗的高度和干重；同時(shí)，BL 處理還能夠增強(qiáng)水稻幼苗的根系活力，提高植株的抗氧化酶活性。其中，BL 對(duì)水稻根系活力的影響可能是其能夠促進(jìn)水稻生長(zhǎng)的主要原因；而B(niǎo)L 對(duì)水稻幼苗POD、CAT 和SOD 活性的影響是其提高水稻抗逆性的主要原因。因此，BL 在水稻浸種和育苗中顯示出較大的應(yīng)用潛力，在水稻生產(chǎn)中具有重要的指導(dǎo)意義。此外，50 mg/L 的脫落酸（ABA）可抑制水稻種子萌發(fā)，但10 mg/L BL 可顯著抵消ABA 對(duì)水稻種子萌發(fā)的抑制作用。這表明BL 與ABA 可互作調(diào)控植物種子萌發(fā)，其調(diào)控機(jī)制值得深入研究。