齊德強(qiáng) 馮乃杰1,,? 鄭殿峰1,,? 梁曉艷

(1廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院,廣東湛江 524000;2黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)化控研究室/黑龍江省高校寒地作物種質(zhì)改良與栽培重點(diǎn)試驗(yàn)室,黑龍江大慶 163319)

水稻(Oryzasativa L.)作為我國重要的糧食作物之一,在保障我國糧食安全中占有極其重要的戰(zhàn)略地位[1]。培育壯秧是水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的關(guān)鍵之一,除改善培育環(huán)境,提升培育技術(shù)外,使用壯秧劑已成為培育壯苗最直接和最有效的方法。

多效唑(paclobutrazol,MET)、烯效唑(uniconazole,S3307)和縮節(jié)胺(mepiquat chloride,DPC)屬于植物生長延緩劑,具有延緩植株生長、增加莖粗、提高植株抗性和增加產(chǎn)量的特性[2-6]。研究表明,采用MET 浸種能夠抑制主莖的伸長生長,促進(jìn)增加莖粗,從而使幼苗矮壯、根系發(fā)達(dá),增強(qiáng)抗倒伏能力[7-8];噴施S3307可以促進(jìn)植株葉片中葉綠素含量的增加,提高凈光合速率(net photosynthetic rate,Pn)[9],增加稻米內(nèi)蛋白質(zhì)含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量[10];花期噴施DPC 可以有效抑制毛葉苕子主莖的伸長,提高籽粒產(chǎn)量[11]。萘乙酸(naphthalene acetic acid,NAA)、吲哚丁酸鉀(indole-3-butyric acid potassium salt,IBAK) 和胺鮮酯(diethyl aminoethyl hexanoate,DTA-6)屬于植物生長促進(jìn)劑,具有促進(jìn)細(xì)胞分裂、分化和伸長生長,促進(jìn)植物營養(yǎng)器官生長及生殖器官發(fā)育的特性。其中,NAA 和IBAK能夠促根壯苗,提升光合作用,促進(jìn)細(xì)胞分裂,加速生長發(fā)育[12-14],增強(qiáng)植物的抗逆能力[15-16],顯著促進(jìn)植株根系干鮮重、根長和根數(shù)的增加[17];采用DTA-6 浸種可以提高水稻幼苗根冠比,顯著提高葉片葉綠素含量和根系活力[18]。殼寡糖(chito-oligosaccharide,COS)是新型的植物調(diào)節(jié)劑。研究發(fā)現(xiàn)采用COS 浸種可以調(diào)控植物生長,促進(jìn)水稻幼苗生長,提高水稻中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過氧化物酶(peroxidase,POD)和過氧化氫酶(catalase,CAT)的活性,增強(qiáng)水稻幼苗的抗寒性[19-20]。脫落酸(abscisic acid,ABA)是具有重要生理活性的五大植物內(nèi)源生長調(diào)節(jié)物質(zhì)之一,被稱為植物“抗逆誘導(dǎo)物質(zhì)之王”。研究發(fā)現(xiàn)ABA 浸種可促進(jìn)水稻幼苗生長,提高水稻秧苗素質(zhì)[21];葉面噴施ABA 可以提高低溫下水稻植株抗性酶活性、可溶性糖和可溶性蛋白的含量,進(jìn)而提高水稻耐冷性[22]。CGR3[1-(3-甲酸甲酯-1,2,4-三唑)-基-3.3-二甲基-2-丁酮]為黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)化控實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的新型植物生長調(diào)節(jié)劑,前期室內(nèi)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)CGR3具有促進(jìn)植株根系發(fā)育的作用[23]。鑒于植物生長調(diào)節(jié)劑調(diào)控作物生長的優(yōu)越性,以及目前優(yōu)秀壯秧劑投入品的匱乏,亟需開發(fā)新型水稻壯秧劑產(chǎn)品。為此,本試驗(yàn)選用高效、低毒和低殘留的調(diào)節(jié)劑,通過與壯秧肥配施,形成9 種新型壯秧劑產(chǎn)品,進(jìn)一步研究不同壯秧劑對(duì)水稻幼苗生長發(fā)育的作用效應(yīng)及機(jī)理,以期篩選出效果最佳的壯秧劑組方,為新型壯秧劑的研發(fā)以及水稻培育壯秧提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種：龍粳31 和墾稻24,分別由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所、黑龍江農(nóng)墾科學(xué)院水稻研究所提供。

供試壯秧劑：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)化控室自主研發(fā)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年12月1日在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院日光溫室進(jìn)行(日溫28±2℃,夜溫20±2℃;相對(duì)濕度80%±5%;光周期12 h),采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)。設(shè)置9 種調(diào)節(jié)劑[多效唑、脫落酸、殼寡糖、萘乙酸、烯效唑、吲哚丁酸鉀、縮節(jié)胺、1-(3-甲酸甲酯-1,2,4-三唑)-基-3.3-二甲基-2-丁酮和胺鮮酯]與壯秧肥配施的新型壯秧劑處理,以不添加調(diào)節(jié)劑的壯秧肥為對(duì)照(CK)。各壯秧劑內(nèi)均含有氮、磷、鉀等大量元素和中微量等肥料元素及殺菌劑,調(diào)節(jié)劑在壯秧劑中所占質(zhì)量比分別為MET(0.025%)、ABA(0.005%)、COS(0.008%)、NAA (0.002%)、S3307(0.002%)、IBAK(0.008%)、DPC(0.016%)、DTA-6(0.001%)、CGR3(0.020%)。稱取4.16 g 壯秧劑與400 g 秧土均勻混合裝入塑料盒中(26 cm×15 cm×8 cm),每個(gè)處理重復(fù)3 次,共60 盒。選取顆粒飽滿的種子,用0.5%次氯酸鈉溶液消毒30 min,蒸餾水清洗干凈,置于恒溫(28℃)避光的溫箱中清水浸種72 h,待芽長為2 mm時(shí)進(jìn)行播種,每塑料盒播種量為13.75 g。待幼苗長至三葉一心時(shí),進(jìn)行形態(tài)、葉綠素和葉片根系生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 水稻幼苗地上部形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定 取各處理的水稻幼苗根用蒸餾水沖洗干凈后,每盒選取具有代表性的10 株幼苗,利用直尺測(cè)定株高(cm)和莖基寬(cm)。將上述10 株水稻幼苗作為一組,按照葉、葉鞘和根3 部分分開,利用Yaxm-1241 葉面積儀(北京雅欣理儀科技有限公司)測(cè)定幼苗整株葉面積,然后將葉、葉鞘和根3 部分于105℃殺青30 min,80℃烘干至恒重,分別測(cè)量葉(g)、葉鞘(g)和根的干重(g),按照公式分別計(jì)算根冠比(root to shoot ratio,R/S)、充實(shí)度和壯苗指數(shù)：

1.3.2 水稻葉片光合色素含量的測(cè)定 稱取0.5 g新鮮葉片,加入10 mL 95%乙醇于暗處浸提24 h,利用UV-3600 紫外分光光度計(jì)(HITAHI,日本)分別在665、649 和470 nm 波長下測(cè)定吸光度值,按照公式分別計(jì)算葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和總?cè)~綠素含量[24]：

1.3.3 水稻植株抗性酶活性、蔗糖和淀粉含量的測(cè)定參照Shah 等[25]的方法測(cè)定SOD、CAT 和POD 活性;參照Madore[26]的方法測(cè)定蔗糖和淀粉含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析。所有數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同壯秧劑對(duì)幼苗生長的影響

由表1 可知,對(duì)龍粳31 而言,ABA、COS 和CGR3處理的株高均高于CK,其中COS 與CK 間差異顯著,MET、S3307和DPC 處理的株高均顯著低于CK;MET、ABA、COS、S3307、DPC 和CGR3處理下植株莖基寬均高于CK,但與CK 間均無顯著差異;9 種壯秧劑處理下的葉面積均高于CK,說明其促進(jìn)了龍粳31 葉片伸展,增加了葉片面積,其中S3307、IBAK、DPC 和DAT-6 分別較CK 顯著高52.96%、38.79%、91.69%和85.56%。對(duì)墾稻24 而言,MET、S3307和DPC 處理的株高均顯著低于CK,而ABA、NAA、IBAK 和CGR3處理的植株則均顯著高于CK,但四者之間無顯著差異;除DTA-6 和IBAK 外,各壯秧劑處理的水稻莖基寬均高于CK,其中MET 與CK 間差異顯著;除NAA 和IBAK 外,各壯秧劑處理對(duì)墾稻24 的葉面積均有促進(jìn)作用,其中COS、DTA-6 和CGR3均顯著高于CK。

表1 不同水稻壯秧劑對(duì)龍粳31 和墾稻24 水稻幼苗地上部形態(tài)的影響Table 1 Effects of different rice seedling strengthening agents on rice seedling of Longjing 31 and Kendao 24

2.2 不同壯秧劑對(duì)水稻生物量積累及其根冠比的影響

由表2 可知,MET、ABA、COS、NAA 和DTA-6 均促進(jìn)了龍粳31 幼苗總生物量的積累,分別較CK 高3.76%、2.09%、9.62%、2.93%和4.18%;MET、NAA、S3307、DPC 和DTA-6 均對(duì)龍粳31 葉片生物量的積累有促進(jìn)作用;ABA 和COS 均促進(jìn)了葉鞘生物量積累,但二者與CK 間均無顯著差異。各壯秧劑處理均對(duì)龍粳31 根生物量積累有促進(jìn)作用,除IBAK 和DPC 外,各壯秧劑處理的根生物量均顯著高于CK;MET、ABA、COS、NAA 和DTA-6 處理的地上生物量均高于CK,但未達(dá)到顯著水平,而IBAK 處理的地上生物量則顯著低于CK,為0.178 g;分析根冠比可知,各壯秧劑處理的根冠比均顯著高于CK(除DPC 外)。

由表3 可知,對(duì)墾稻24 而言,各壯秧劑處理的總生物量均高于CK,其中ABA、COS、DPC、DTA-6 和CGR3與CK 間均差異顯著。MET、ABA、COS、S3307、IBAK 和DPC 處理均顯著促進(jìn)了根生物量的積累,分別較CK 提高35.00%、50.00%、65.00%、35.00%、45.00%和60.00%;ABA、COS、DPC、DTA-6 和CGR3處理地上生物量均顯著高于CK;ABA、COS、DTA-6 和CGR3葉片生物量分別較 CK 顯著高27.45%、32.35%、36.27%和37.25%;ABA、COS 和IBAK 處理的葉鞘生物量均顯著高于CK;除NAA 外,各壯秧劑處理的根冠比均顯著高于CK,以ABA 的根冠比值最大,為0.270。

綜上,不同壯秧劑處理下,2 品種根冠比均表現(xiàn)為墾稻24＞龍粳31;MET、ABA 和COS 對(duì)植株總生物量的積累和根冠比的增加具有促進(jìn)作用。

表2 不同壯秧劑對(duì)龍粳31 水稻生物量積累及其分布的影響Table 2 Effects of different seedling strengthening agents on Biomass accumulation and Distribution of Longjing 31

表3 不同壯秧劑對(duì)墾稻24 生物量積累及其分布的影響Table 3 Effects of different seedling strengthening agents on biomass accumulation and distribution of Kendao 24

2.3 不同壯秧劑對(duì)水稻幼苗充實(shí)度和壯苗指數(shù)的影響

由圖1 可知, MET、NAA、S3307、DPC 和DTA-6 處理的龍粳31 充實(shí)度分別較CK 高22.54%、2.18%、12.28%、12.11%和4.03%,其中,MET 與CK 間差異顯著。除NAA 和IBAK 處理的墾稻24 充實(shí)度顯著低于CK 外,其他各壯秧劑處理均高于CK,分別較CK 高13.44%、9.69%、20.65%、10.27%、6.98%、8.11%和0.15%,其中COS 與CK 間差異顯著。

由圖2 可知,各壯秧劑處理下的龍粳31 和墾稻24 的壯苗指數(shù)均有所增加。除DPC 處理的龍粳31 及DTA-6 和CGR3處理的墾稻24 外,其他壯秧劑處理下2 個(gè)水稻品種的壯秧劑壯苗指數(shù)均與CK 間差異顯著,其中COS 處理下2 個(gè)水稻品種的壯苗指數(shù)均為最大,分別為3.24 和3.94。結(jié)果表明,MET、COS、ABA 和S3307對(duì)龍粳31 和墾稻24 壯苗指數(shù)的作用效果更為明顯。

2.4 不同壯秧劑對(duì)水稻葉片光合色素的影響

由圖3 可知,除IBAK 外,各壯秧劑對(duì)龍粳31 葉片光合色素的增加均有顯著的調(diào)控效果,其葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和總?cè)~綠素含量均顯著高于CK。其中NAA 處理的葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和總?cè)~綠素含量均高于其他處理和CK,其葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和總?cè)~綠素含量較CK 分別顯著高79.35%、83.52%、80.89%和80.74%。

圖1 不同壯秧劑對(duì)水稻幼苗充實(shí)度的影響Fig.1 Effect of different seedling strengthening agents on rice seedling plangt height ratio

圖2 不同壯秧劑對(duì)水稻壯苗指數(shù)的影響Fig.2 Effect of different seedling strengthening agents on rice seedling strength index

圖3 不同壯秧劑對(duì)水稻龍粳31 葉片葉綠素含量影響Fig.3 Effect of different seedling strengthening agents on chlorophyll content of Longjing 31

由圖4 可知, MET、ABA、COS、NAA、IBAK、DPC和CGR3處理促進(jìn)了墾稻24 葉片葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和總?cè)~綠素含量的增加。方差分析表明,MET和ABA 處理的光合色素含量與CK 間差異均達(dá)到顯著水平,2 個(gè)處理的葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和總?cè)~綠素含量分別為3.21 和2.49、1.36 和1.02、0.62 和0.55、4.57 和3.50 mg·L-1。MET 處理的光合色素含量均為最大。此外,COS、IBAK、DPC 和CGR3處理的墾稻24 葉黃素較CK 分別顯著高24.54%、33.62%、19.99%和18.17%。其中,IBAK 處理的葉綠素a 和總?cè)~綠素含量與CK 間差異均達(dá)到顯著水平。

圖4 不同壯秧劑對(duì)水稻墾稻24 葉片葉綠素含量影響Fig.4 Effect of different seedling strengthening agents on chlorophyll content of Kendao 24

2.5 不同壯秧劑對(duì)水稻植株抗性酶活性的影響

由表4 可知,不同壯秧劑對(duì)龍粳31 和墾稻24 植株SOD、POD 和CAT 活性的影響存在差異。ABA、COS 和DTA-6 壯秧劑處理的龍粳31 植株SOD 活性均高于CK,但未達(dá)到顯著差異。ABA 和COS 促進(jìn)了POD 活性的增加,其中ABA 與CK 間差異顯著。除CGR3外,各處理的龍粳31 植株CAT 活性均高于CK,其中MET 和ABA 處理與CK 間差異達(dá)到顯著水平,其余各處理與CK 間無顯著差異。

分析壯秧劑對(duì)墾稻24 植株SOD、POD 和CAT 活性的影響可知,各壯秧劑處理均降低了墾稻24 植株中SOD 活性,其中S3307和IBAK 處理顯著低于CK。ABA、COS、NAA、DTA-6 和CGR3處理均促進(jìn)了POD活性的增加,其中COS 和NAA 顯著高于CK。MET、COS、NAA、S3307和DTA-6 處理促進(jìn)了植株CAT 活性的增加,但未達(dá)到顯著水平。

表4 不同壯秧劑對(duì)龍粳3 和墾稻24 植株抗性酶活性的影響Table 4 Effects of different seedling strengthening agents on resistance enzyme activity of Longjing 31 and Kendao 24

2.6 不同水稻壯秧劑對(duì)水稻植株蔗糖含量的影響

不同壯秧劑對(duì)于龍粳31 和墾稻24 葉片和根系中蔗糖含量影響不同。由圖5 可知, MET、COS、NAA 和CGR3處理促進(jìn)了龍粳31 葉片光合產(chǎn)物的積累,其蔗糖含量分別較CK 高4.46%、8.82%、32.73% 和4.74%。其中NAA 與CK 間差異顯著。分析不同處理對(duì)墾稻24 葉片蔗糖含量影響可知,ABA 處理促進(jìn)了墾稻24 葉片中蔗糖含量的積累,其蔗糖含量較CK 顯著高57.27%,其他各處理的蔗糖含量均低于CK。

由圖6 可知,ABA、COS、NAA 和S3307處理的龍粳31 根系蔗糖含量分別較CK 高18.76%、6.38%、12.57%和43.90%。分析墾稻24 可知,各處理(除DTA-6)促進(jìn)了地上光合產(chǎn)物的運(yùn)輸,根系蔗糖含量均高于CK,其中ABA、DPC 和CGR3處理與CK 間均差異顯著。

圖5 不同壯秧劑對(duì)水稻葉片蔗糖含量影響Fig.5 Effects of different rice seedling strengthening agents on sucrose content in rice leaves

2.7 不同壯秧劑對(duì)水稻植株淀粉含量的影響

由圖7 可知,MET、NAA、S3307、DPC 和DTA-6 處理的龍粳31 葉片淀粉含量均高于CK,其中NAA 處理較CK 顯著高56.56%。分析墾稻24 可知,IBAK 處理的葉片淀粉含量高于CK,但與CK 間未達(dá)到顯著水平,DPC 和DTA-6 處理葉片淀粉含量均顯著低于CK。

由圖8 可知,MET、ABA、COS、NAA 和S3307處理促進(jìn)了龍粳31 和墾稻24 根系生長,其根系淀粉含量均高于CK。其中,MET、COS 和DPC 處理墾稻24 根系淀粉含量均顯著高于CK。NAA 處理的龍粳31 和MET 處理的墾稻24 的根系淀粉含量均達(dá)到最大,分別較CK 高35.51%和157.40%。

3 討論

充實(shí)度和壯苗指數(shù)是衡量水稻幼苗生長的綜合形態(tài)指標(biāo)。研究表明,壯秧劑可以顯著提高水稻植株的充實(shí)度[27],且植株充實(shí)度與壯苗指數(shù)成正比,充實(shí)度越大,莖稈機(jī)械強(qiáng)度越強(qiáng),壯苗指數(shù)越高[28]。本研究中,MET、COS 和ABA 處理的龍粳31 和墾稻24 幼苗的充實(shí)度均高于CK,三者處理的2 品種壯苗指數(shù)均與CK 達(dá)到顯著差異水平;COS 和ABA 處理促進(jìn)了龍粳31 和墾稻24 莖基寬的增加,MET 處理促進(jìn)水稻莖基寬的同時(shí),抑制了植株莖生長,顯著降低了龍粳31 和墾稻24 植株株高。這與前人研究結(jié)果一致[3,29]。此外,本研究發(fā)現(xiàn)MET、COS 和ABA 處理促進(jìn)了水稻植株總生物積累,其根生物量積累量均顯著高于CK,同時(shí)顯著提高了水稻幼苗根冠比,對(duì)幼苗生長起到了“促下控上”的作用,其中COS 處理對(duì)根生物量和地上生物量的作用效果均優(yōu)于MET 和ABA 處理。

圖7 不同壯秧劑對(duì)水稻葉片淀粉含量影響Fig.7 Effect of different seedling agent on starch content in rice leaves

圖8 不同壯秧劑對(duì)水稻根系淀粉含量的影響Fig.8 Effect of different seedling agent on starch content in rice roots

SOD、POD 和CAT 作為作物維持活性氧的清除和平衡的重要酶類[30],是衡量植株抗性的重要指標(biāo),而抗性好壞是水稻壯苗評(píng)價(jià)的重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一。本研究中,COS 和ABA 處理后龍粳31 植株SOD、POD 和CAT 活性均高于CK;COS 和ABA 處理后墾稻24 植株P(guān)OD 和CAT 活性也均高于CK,這與前人研究結(jié)果一致[19-21]。本研究還發(fā)現(xiàn),MET 處理后龍粳31 和墾稻24 植株CAT 活性均高于其他處理,其中MET 處理后龍粳31 植株CAT 活性與CK 差異顯著,但MET 對(duì)幼苗SOD 和POD 活性的提高未產(chǎn)生明顯的促進(jìn)效果。本研究發(fā)現(xiàn)壯秧劑對(duì)水稻苗期抗性調(diào)控存在品種間差異性,這與前人研究調(diào)節(jié)劑對(duì)其他作物抗性生理的結(jié)果相符[31-32]。

水稻產(chǎn)量的95%來源于葉片的光合作用產(chǎn)物,光合作用是由葉綠體內(nèi)的光合色素(葉綠素a 和b、類胡蘿卜素)來完成,葉黃素在光合作用中捕獲光能,調(diào)節(jié)植物生長和發(fā)育[33-35]。前人研究表明,壯秧劑可以顯著提高水稻植株光合能力,增加葉片光合色素含量,葉色濃綠可促進(jìn)植物光合產(chǎn)物的積累和轉(zhuǎn)運(yùn),提高植株干鮮重[27,36]。本研究與前人研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果表明,MET、COS 和ABA 處理顯著增加了龍粳31和墾稻24 葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和總?cè)~綠素含量,ABA 和COS 處理加快了水稻葉片光合產(chǎn)物的合成和運(yùn)輸, ABA 和COS 處理后龍粳31 和墾稻24 根中蔗糖和淀粉含量均高于CK。MET 處理不僅增加了龍粳31 葉片蔗糖含量,還對(duì)龍粳31、墾稻24 葉片和根系的淀粉含量起到了促進(jìn)作用。

本研究采用2 個(gè)品種驗(yàn)證不同壯秧劑的調(diào)控效果,綜合壯秧劑在不同秧苗性狀表現(xiàn)可知,壯秧劑對(duì)墾稻24 幼苗的調(diào)控效果優(yōu)于龍粳31。前人研究表明,拌種劑處理可提高水稻出苗率和提高水稻秧苗素質(zhì),其作用程度在品種間存在一定差異[37]。本研究中,不同壯秧劑處理在相同指標(biāo)的表現(xiàn)效果不一致,這可能與不同品種對(duì)調(diào)節(jié)劑的響應(yīng)存在敏感性差異有關(guān)。因此,有必要深入開展復(fù)合型調(diào)節(jié)劑在壯秧劑中的組方研究及應(yīng)用。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明,不同壯秧劑對(duì)水稻秧幼苗的調(diào)控效果不同。其中,MET、ABA 和COS 3 種壯秧劑的壯秧效果優(yōu)于其他處理,能夠促進(jìn)水稻幼苗生長,增加生物量積累,提高幼苗根冠比,促進(jìn)水稻幼苗充實(shí)度和壯苗指數(shù),提高水稻幼苗抗性。本研究僅測(cè)定了水稻秧苗性狀的指標(biāo),無法全面反映不同壯秧劑的對(duì)水稻的調(diào)控效果,今后應(yīng)結(jié)合秧苗移栽后本田植株性狀和最終產(chǎn)量及品質(zhì)等方面的作用效果綜合評(píng)價(jià)不同壯秧劑的優(yōu)劣。