王強(qiáng)鋒，李 芹，夏中梅，陳 春，鄧自圓，林 楊，侯 勇，王海濤

(四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)核技術(shù)研究所，四川 成都 610066)

【研究意義】蕓苔素甾醇類(lèi)(Brassinosteroids，BRs)部分化合物具有促進(jìn)植物細(xì)胞伸長(zhǎng)、細(xì)胞分裂、生殖發(fā)育、光形態(tài)建成，增強(qiáng)植物抗逆性的生物活性[1]。具體有以下幾方面的生理效應(yīng)：①調(diào)節(jié)維管組織分化，促進(jìn)莖部生長(zhǎng)，促進(jìn)葉片發(fā)育，增強(qiáng)光合效率；②促進(jìn)側(cè)根和根毛的發(fā)育；③可提高植物雄性器官育性，促進(jìn)種子灌漿和果實(shí)成熟，促進(jìn)種子萌發(fā)；④調(diào)節(jié)植物體內(nèi)氧化代謝，提高植物對(duì)水分、溫度、鹽分、重金屬等多種非生物脅迫的適應(yīng)性[2-4]；⑤促進(jìn)植物對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收，提高植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用效率[5]。因此，蕓苔素甾醇參與調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)多個(gè)生理過(guò)程，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要作用。自1970年Mitchell等從油菜花粉中提取的高活性生理物質(zhì)被Grove等鑒定為蕓苔素內(nèi)酯(Brassinolide，BL)后[6-7]，隨著植物提取分離技術(shù)的改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)手段的提高，人們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了24-表蕓苔素內(nèi)酯(24-epibrassinolide，EBL)、28-高蕓苔素內(nèi)酯(28-homobrassinolide，HBL)、蕓苔素甾酮(Brassinosterone，BRO)、28-脫甲基蕓苔素內(nèi)酯(28-norbrassinolide，NBL)等在植物體內(nèi)廣泛存在的天然蕓苔素活性物質(zhì)，至今已發(fā)現(xiàn)植物體內(nèi)存在67種天然蕓苔素類(lèi)物質(zhì)和15種合成前體物質(zhì)[8-10]。蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的生物活性與其分子構(gòu)型、手性中心、官能團(tuán)構(gòu)象與取代位置有直接關(guān)系，在已知的這些結(jié)構(gòu)中蕓苔素內(nèi)酯、24-表蕓苔素內(nèi)酯、28-高蕓苔素內(nèi)酯、蕓苔素甾酮等對(duì)植物具有較高的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)活性[11]。目前，采用仿生化學(xué)制備技術(shù)可獲得蕓苔素類(lèi)物質(zhì)130余種，其生物學(xué)活性差異主要來(lái)源于側(cè)鏈C-24取代基的類(lèi)型和C-22、C-23羥基的數(shù)目、構(gòu)型[12-13]。在2016年以前，國(guó)內(nèi)把這一類(lèi)蕓苔素活性物質(zhì)統(tǒng)稱(chēng)為蕓苔素內(nèi)酯，并在農(nóng)業(yè)部登記。因蕓苔素類(lèi)物質(zhì)不同結(jié)構(gòu)存在較大的活性差異，2016年國(guó)家工業(yè)和信息化部發(fā)布了蕓苔素類(lèi)物質(zhì)相關(guān)應(yīng)用制劑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同結(jié)構(gòu)的蕓苔素進(jìn)行了明確區(qū)分，與國(guó)際上對(duì)這類(lèi)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與命名保持一致。目前，在我國(guó)農(nóng)業(yè)部登記注冊(cè)，允許大田推廣應(yīng)用的蕓苔素活性物質(zhì)主要有24-表蕓苔素內(nèi)酯、28-高蕓苔素內(nèi)酯、28-表高蕓苔素內(nèi)酯(28-epihomobrassinolide，EHBL)、22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯(22,23,24-triepibrassinolide，TRBL)、14-羥基蕓苔素甾醇(14-hydroxylated brassinosteroid，HOBR)等，對(duì)這些蕓苔素類(lèi)物質(zhì)有關(guān)生物活性系統(tǒng)地比較研究，有利于精準(zhǔn)用藥，提高農(nóng)業(yè)投入品利用效率，減少環(huán)境負(fù)擔(dān)。【前人研究進(jìn)展】目前，用于植物生理活性物質(zhì)室內(nèi)生物學(xué)活性鑒定方法主要有菜豆第二節(jié)間伸長(zhǎng)法(Bean Second Internode，BSI)、水稻葉片傾斜法(Rice Lamina Inclination，RLI)、小麥葉片展開(kāi)法(Wheat Leaf-unrolling，WLU)、蘿卜幼苗伸長(zhǎng)法(Radish Seedling Elongation，RSE)、番茄下胚軸伸長(zhǎng)法(Tomato Hypocotyl Elongation，THE)等方法，不同活性物質(zhì)對(duì)同一生物材料敏感度不一樣，生物學(xué)響應(yīng)差異也比較明顯[14-15]。關(guān)于蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的生物活性鑒定，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通常選擇菜豆第二節(jié)間伸長(zhǎng)法或者水稻葉片傾斜法，已有的研究報(bào)道多為單一的方法對(duì)單一的某種蕓苔素結(jié)構(gòu)進(jìn)行活性鑒定，還沒(méi)有采用多種方法對(duì)多個(gè)蕓苔素活性物質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)全面的生物活性評(píng)價(jià)方面的研究報(bào)道，尤其是我國(guó)目前有多個(gè)蕓苔素活性物質(zhì)在大田推廣應(yīng)用的情況下，開(kāi)展對(duì)這些物質(zhì)的生物學(xué)活性系統(tǒng)地評(píng)價(jià)與比較研究對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐具有較好的指導(dǎo)作用?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】采用不同的生物活性鑒定方法，系統(tǒng)地比較研究不同蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的生物活性，更客觀地判斷不同結(jié)構(gòu)蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的生物響應(yīng)效果。高活性的蕓苔素類(lèi)物質(zhì)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有重要的應(yīng)用前景，但如何使用、何時(shí)使用、使用劑量都還有待進(jìn)一步探討?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】比較我國(guó)目前允許生產(chǎn)上使用的不同結(jié)構(gòu)蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的生物活性，進(jìn)一步探討有利于作物生長(zhǎng)的施用方式和施用濃度，為蕓苔素類(lèi)物質(zhì)服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試植物：水稻、綠豆、小麥(西農(nóng)529)、芹菜(泰國(guó)四季白芹)、大豆(中黃37)。

供試藥劑：24-表蕓苔素內(nèi)酯(EBL，純度95.20 %)，28-高蕓苔素內(nèi)酯(HBL，純度92.04 %)，28-表高蕓苔素內(nèi)酯(EHBL，純度86.13 %)，22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯(TRBL，純度90.44 %)，由四川省蘭月科技有限公司提供。14-羥基蕓苔素甾醇(HOBR，0.01 %水劑)，購(gòu)自成都新朝陽(yáng)作物科學(xué)股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

1.2.1 水稻第二葉片傾斜法鑒定蕓苔素類(lèi)物質(zhì)活性 5種蕓苔素類(lèi)物質(zhì)分別設(shè)20、40 μg·L-12個(gè)濃度處理，以清水為對(duì)照，共11個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，完全隨機(jī)排列。

水稻種子經(jīng)10 %的H2O2消毒30 min后，均勻播撒在潤(rùn)濕的濾紙上，在恒溫恒濕箱中(溫度35 ℃、濕度60 %)催芽，保持黑暗條件。出苗8～9 d后，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗以第二葉葉枕為中心，剪取約2 cm的切段，于30 ℃黑暗條件下清水中浸泡24 h。將上述5種蕓苔素類(lèi)物質(zhì)配制成相應(yīng)濃度的溶液置于培養(yǎng)皿中，各浸泡20個(gè)切段，30 ℃黑暗條件下浸泡48h后測(cè)量葉片傾斜角度。

1.2.2 綠豆上胚軸伸長(zhǎng)法鑒定蕓苔素類(lèi)物質(zhì)活性 5種蕓苔素類(lèi)物質(zhì)分別設(shè)20、40 μg·L-12個(gè)濃度處理，以清水為對(duì)照，共11個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，完全隨機(jī)排列。

綠豆種子經(jīng)表面消毒后，置于TW-003型自動(dòng)發(fā)芽機(jī)中催芽。待綠豆上胚軸生長(zhǎng)至3 cm左右，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致(上胚軸長(zhǎng)度相近)的幼苗剪取含頂芽、初生葉、上胚軸和下胚軸(3 cm)的插條。將上述5種蕓苔素類(lèi)物質(zhì)配制成相應(yīng)濃度的溶液置于塑料杯中，各放入8個(gè)插條培養(yǎng)48 h后測(cè)量上胚軸伸長(zhǎng)量。

1.2.3 小麥葉片展開(kāi)法鑒定蕓苔素類(lèi)物質(zhì)活性 5種蕓苔素類(lèi)物質(zhì)分別設(shè)5、20 μg·L-12個(gè)濃度處理，以清水為對(duì)照，共11個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，完全隨機(jī)排列。

小麥種子經(jīng)表面消毒后，置于TW-003型自動(dòng)發(fā)芽機(jī)中催芽，保持黑暗。待小麥幼苗生長(zhǎng)至7～8 cm，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗去除葉片1.5 cm長(zhǎng)的尖端，再剪下1 cm左右卷筒狀幼葉。將上述5種蕓苔素類(lèi)物質(zhì)配制成相應(yīng)濃度的溶液置于塑料杯中，各放入15～20個(gè)切段黑暗條件下浸泡24 h，解剖鏡下觀察并測(cè)量葉片展開(kāi)寬度。

1.2.4 蕓苔素類(lèi)物質(zhì)不同施用方式對(duì)芹菜和大豆生長(zhǎng)的影響 試驗(yàn)采用葉面噴施和灌根的方法，將0、1、5、10 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯 4個(gè)濃度處理施于芹菜，將0、0.05、0. 1、0.5、1 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯5個(gè)濃度處理施于大豆，每處理重復(fù)7次。

芹菜和大豆種子用咪鮮胺表面消毒，分別均勻播撒在鋪有潤(rùn)濕濾紙的培養(yǎng)皿和育苗盤(pán)中催芽，出苗后用海綿固定，兩葉一心時(shí)選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗移栽至均勻打孔的PVC管(內(nèi)徑7.0 cm，長(zhǎng)100 cm) 中，每管7孔，每孔1株。采用華南農(nóng)業(yè)大學(xué)葉菜營(yíng)養(yǎng)液配方B培養(yǎng)，期間采用自然光照，并補(bǔ)充適量蒸餾水。待四葉一心時(shí)進(jìn)行葉面噴施和灌根處理，處理前更換營(yíng)養(yǎng)液，將相應(yīng)濃度的24-表蕓苔素內(nèi)酯添加在營(yíng)養(yǎng)液中充分混勻后進(jìn)行灌根處理。7 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液，并進(jìn)行第2次處理，整個(gè)生育期共處理2次。

芹菜于處理后30 d采樣，大豆于成熟期采樣，以單株為1次重復(fù)，每處理采集7個(gè)重復(fù)。樣品經(jīng)水沖洗擦干后，分為地下部和地上部。采用直尺測(cè)量法測(cè)定植株株高和根長(zhǎng)，采用稱(chēng)量法分別測(cè)定地下部和地上部生物量，以鮮重計(jì)。其中大豆株高用莖部子葉痕到頂莢的距離表示。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用DPS 11.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，LSD法進(jìn)行多重比較(P<0.05)；Origin 9.0和Excel 2013進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同蕓苔素類(lèi)物質(zhì)生物活性的差異

2.1.1 水稻第二葉片傾斜法 蕓苔素類(lèi)物質(zhì)促進(jìn)水稻葉片偏離莖部，形成一定角度(圖1-A)，各傾斜角度的葉片相對(duì)數(shù)目可反映不同結(jié)構(gòu)蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的活性差異(圖1-B)。圖1-B中，水稻葉片傾斜角度越大θ，條形圖顏色越深，相應(yīng)傾斜角度的葉片相對(duì)數(shù)目越多，蕓苔素類(lèi)物質(zhì)生物活性越高。由圖1可知，隨蕓苔素類(lèi)物質(zhì)處理濃度升高，水稻葉片傾斜角度越大，大角度葉片的相對(duì)數(shù)目增多。清水處理下12.2 %的水稻傾斜角度大于50°，各蕓苔素類(lèi)物質(zhì)處理下15.2 %～89.3 %的葉片傾斜角度達(dá)50° 以上。可知 24-表蕓苔素內(nèi)酯、28-高蕓苔素內(nèi)酯、28-表高蕓苔素內(nèi)酯、22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯和14-羥基蕓苔素甾醇均促進(jìn)水稻第二葉片傾斜。20 μg·L-1處理下，24-表蕓苔素內(nèi)酯和28-高蕓苔素內(nèi)酯促進(jìn)水稻葉片傾斜150～180°；40 μg·L-1處理下，24-表蕓苔素內(nèi)酯、28-高蕓苔素內(nèi)酯、28-表高蕓苔素內(nèi)酯和14-羥基蕓苔素甾醇處理分別有22.9 %、35.7 %、5.9 % 和4.8 % 的葉片傾斜角度大于150°，22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯處理未見(jiàn)葉片傾斜達(dá)150°?；诖?，各蕓苔素類(lèi)物質(zhì)促進(jìn)水稻第二葉片傾斜的活性順序?yàn)椋?8-高蕓苔素內(nèi)酯>24-表蕓苔素內(nèi)酯>28-表高蕓苔素內(nèi)酯>14-羥基蕓苔素甾醇>22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯。

2.1.2 綠豆上胚軸伸長(zhǎng)法 由圖2可知，蕓苔素類(lèi)物質(zhì)可促進(jìn)綠豆上胚軸伸長(zhǎng)。除14-羥基蕓苔素甾醇外，綠豆上胚軸伸長(zhǎng)量隨蕓苔素類(lèi)物質(zhì)濃度升高而增加。24-表蕓苔素內(nèi)酯、28-高蕓苔素內(nèi)酯、28-表高蕓苔素內(nèi)酯和22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯處理下綠豆上胚軸伸長(zhǎng)量顯著高于對(duì)照，是清水處理的1.19～1.75倍；14-羥基蕓苔素甾醇處理下綠豆上胚軸伸長(zhǎng)量較小，是清水處理的81.2 %～68.8 %。不同濃度下，24-表蕓苔素內(nèi)酯處理綠豆上胚軸伸長(zhǎng)量最大，28-高蕓苔素內(nèi)酯、28-表高蕓苔素內(nèi)酯和22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯處理下綠豆上胚軸伸長(zhǎng)量差異不顯著，14-羥基蕓苔素甾醇處理下伸長(zhǎng)量最小。20 和40 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯處理下，綠豆上胚軸伸長(zhǎng)量分別是清水處理的1.56和1.75倍；而14-羥基蕓苔素甾醇相應(yīng)濃度處理分別是是清水的81.2 %和68.8 %?？梢?jiàn)，蕓苔素類(lèi)物質(zhì)促進(jìn)綠豆上胚軸伸長(zhǎng)的活性排序?yàn)椋?4-表蕓苔素內(nèi)酯>28-高蕓苔素內(nèi)酯、28-表高蕓苔素內(nèi)酯、22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯>14-羥基蕓苔素甾醇。

圖中“EBL”表示24-表蕓苔素內(nèi)酯，“HBL”表示28-高蕓苔素內(nèi)酯，“EHBL”表示28-表高蕓苔素內(nèi)酯，“TRBL”表示22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯，“HOBR”表示14-羥基蕓苔素甾醇。下同

圖中小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P < 0.05)。下同

2.1.3 小麥葉片展開(kāi)法 由圖3-A可知，蕓苔素類(lèi)物質(zhì)促進(jìn)小麥葉片展開(kāi)，隨處理濃度升高，小麥葉片展開(kāi)寬度越大。5種蕓苔素類(lèi)物質(zhì)處理下，小麥葉片展開(kāi)寬度差異明顯，結(jié)合圖3-B可發(fā)現(xiàn)各蕓苔素類(lèi)物質(zhì)處理下小麥葉片展開(kāi)寬度顯著高于清水處理，是清水處理的1.25～2.10倍。隨處理濃度升高， 24-表蕓苔素內(nèi)酯和28-高蕓苔素內(nèi)酯處理下小麥葉片展開(kāi)寬度顯著增加，28-表高蕓苔素內(nèi)酯、22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯和14-羥基蕓苔素甾醇處理濃度間差異不顯著。處理濃度為5 μg·L-1時(shí)，24-表蕓苔素內(nèi)酯和28-高蕓苔素內(nèi)酯處理小麥葉片展開(kāi)寬度差異不顯著；28-表高蕓苔素內(nèi)酯、22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯和14-羥基蕓苔素甾醇處理差異不顯著；24-表蕓苔素內(nèi)酯和28-高蕓苔素內(nèi)酯處理小麥葉片展開(kāi)寬度均顯著高于其他3種蕓苔素類(lèi)物質(zhì)。處理濃度為20 μg·L-1時(shí)，24-表蕓苔素內(nèi)酯和28-高蕓苔素內(nèi)酯處理小麥葉片展開(kāi)寬度顯著高于28-表高蕓苔素內(nèi)酯、22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯和14-羥基蕓苔素甾醇處理；28-表高蕓苔素內(nèi)酯與22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯處理下小麥葉片展開(kāi)寬度均顯著高于14-羥基蕓苔素甾醇處理。綜上，5種蕓苔素類(lèi)物質(zhì)促進(jìn)小麥葉片展開(kāi)的活性的活性排序?yàn)椋?8-高蕓苔素內(nèi)酯>24-表蕓苔素內(nèi)酯>28-表高蕓苔素內(nèi)酯、22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯>14-羥基蕓苔素甾醇。

圖3 蕓苔素類(lèi)物質(zhì)處理下小麥葉片展開(kāi)實(shí)拍(A)和展開(kāi)寬度統(tǒng)計(jì)(B)

圖4 葉面噴施和灌施24-表蕓苔素內(nèi)酯處理下芹菜長(zhǎng)勢(shì)

圖5 24-表蕓苔素內(nèi)酯不同施用方式對(duì)芹菜株高(A)和根長(zhǎng)(B)的影響

2.2 蕓苔素類(lèi)物質(zhì)不同施用方式對(duì)作物生長(zhǎng)的影響

2.2.1 葉面噴施和灌施對(duì)芹菜生長(zhǎng)的影響 從圖4，圖5-A，圖6可知，24-表蕓苔素內(nèi)酯不同施用方式對(duì)芹菜的生長(zhǎng)具有較大影響，芹菜長(zhǎng)勢(shì)存在明顯差異。葉面噴施1～10 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯有利于芹菜的生長(zhǎng)，葉面噴施處理下芹菜長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)于灌根處理，植株較高，葉色深綠，株型緊湊，灌根處理使用過(guò)高濃度對(duì)芹菜有一定抑制。與對(duì)照相比，葉面噴施24-表蕓苔素內(nèi)酯葉面噴施有利于增加芹菜株高、提升植株地上部生物量。葉面噴施24-表蕓苔素內(nèi)酯，芹菜株高顯著高于對(duì)照，是清水處理的1.03～1.19倍，地上部生物量達(dá)17.27～19.93 g株-1，10 μg·L-1處理下高出清水處理17.6 %。葉面噴施1～10 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯處理下，芹菜株高、根長(zhǎng)均顯著高于灌根處理。1～10 μg·L-1范圍內(nèi)，芹菜根系的伸長(zhǎng)對(duì)24-表蕓苔素內(nèi)酯較為敏感，葉面噴施處理下芹菜根長(zhǎng)和地下部生物量高于灌根處理。

圖6 24-表蕓苔素內(nèi)酯不同施用方式對(duì)芹菜地上部(A)和地下部(B)生物量的影響

2.2.2 葉面噴施和灌施對(duì)大豆生長(zhǎng)的影響 由圖7可知，葉面噴施和灌施0.05～1 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯處理下大豆長(zhǎng)勢(shì)良好，結(jié)合圖4芹菜的長(zhǎng)勢(shì)可知較低濃度的24-表蕓苔素內(nèi)酯有利于作物的生長(zhǎng)，對(duì)作物生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)具有微量高效的特征。隨葉面噴施濃度的升高，大豆株高、地上部生物量顯著增加，低濃度灌施處理下大豆株高和生物量增加(圖8～9)。葉面噴施0.5、1 μg·L-12,4-表蕓苔素內(nèi)酯大豆株高顯著增加，分別是清水處理的1.10、1.21倍；灌施0.05、0.1和0.5 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯大豆株高顯著增加，分別是清水處理的1.21、1.20和1.15倍。葉面噴施1 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯比灌施有利于大豆地上部增高，是灌施相同濃度24-表蕓苔素內(nèi)酯的1.14倍。灌施0.05、0.1 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯處理下，大豆株高、地上部生物量與葉面噴施1 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯處理下差異不顯著，灌施較低濃度24-表蕓苔素內(nèi)酯可有效促進(jìn)大豆地上部的生長(zhǎng)。0.05～1 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯兩種施用方式處理對(duì)大豆根長(zhǎng)無(wú)明顯影響，葉面噴施0.05～1 μg·L-1和灌施0.05～0.1 μg·L-1處理下大豆地下部生物量顯著提高，是清水處理的1.08～1.26倍。綜上所述，葉面噴施和灌施0.05～1 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯均有利于大豆地上部的生長(zhǎng)，灌施適宜濃度低于葉面噴施。

圖7 葉面噴施和灌施24-表蕓苔素內(nèi)酯處理下大豆長(zhǎng)勢(shì)

圖8 24-表蕓苔素內(nèi)酯不同施用方式對(duì)大豆株高(A)和根長(zhǎng)(B)的影響

圖9 24-表蕓苔素內(nèi)酯不同施用方式對(duì)大豆地上部(A)和地下部(B)生物量的影響

3 討 論

3.1 蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的生物學(xué)活性評(píng)價(jià)

蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的生物學(xué)活性主要取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，包括取代基類(lèi)型、手性構(gòu)象、官能團(tuán)種類(lèi)等的差異，其生物活性會(huì)存在明顯的差異[16-17]。已有的研究表明，蕓苔素類(lèi)物質(zhì)側(cè)鏈C-22、C-23具有R構(gòu)型的雙羥基、C-24取代基呈S構(gòu)型具有較高的生物活性[11-12]。如蕓苔素內(nèi)酯、24-表蕓苔素內(nèi)酯、28-高蕓苔素內(nèi)酯具有類(lèi)似的活性結(jié)構(gòu)或活性中心，是目前普遍認(rèn)為生物活性最高的蕓苔素類(lèi)物質(zhì)[18]。植物對(duì)蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的信號(hào)感應(yīng)與傳遞存在獨(dú)特的機(jī)制，而某些人工合成的蕓苔素類(lèi)物質(zhì)在植物中并未發(fā)現(xiàn)有與之相同的天然蕓苔素結(jié)構(gòu)，如28-表高蕓苔素內(nèi)酯、22,23,24-三表蕓苔素內(nèi)酯等，但依然表現(xiàn)了一定的生物學(xué)活性。因此，蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的生物活性可能受植物種類(lèi)、受體蛋白、競(jìng)爭(zhēng)性抑制等因素的影響而不同[19]。本研究采用水稻、綠豆、小麥為供試材料，從多角度系統(tǒng)地鑒定了5種蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的活性，比較不同蕓苔素類(lèi)物質(zhì)生物活性的差異。結(jié)果表明，水稻第二葉片傾斜法、綠豆上胚軸伸長(zhǎng)法和小麥葉片展開(kāi)法均可有效鑒定5種蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的活性，不同結(jié)構(gòu)的蕓苔素類(lèi)物質(zhì)生物活性具有較大差異。本研究中，24-表蕓苔素內(nèi)酯和28-高蕓苔素內(nèi)酯處理下水稻葉片傾斜角度、綠豆上胚軸伸長(zhǎng)量、小麥葉片展開(kāi)寬度均高于其他3種蕓苔素類(lèi)物質(zhì)，表現(xiàn)出較高的活性。蕓苔素類(lèi)物質(zhì)促進(jìn)水稻葉鞘兩側(cè)生長(zhǎng)速度不一致，導(dǎo)致葉片逐漸偏離莖部，傾斜角度能夠較好地反應(yīng)蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的活性[19-20]。在一定范圍內(nèi)，水稻葉片傾斜角度與蕓苔素類(lèi)物質(zhì)濃度存在線性關(guān)系[21]。本研究中5種蕓苔素類(lèi)物質(zhì)處理下水稻葉片傾斜角度隨處理濃度升高而增大，28-高蕓苔素內(nèi)酯和24-表蕓苔素內(nèi)酯促進(jìn)水稻葉片傾斜的活性較高。目前，這2種天然結(jié)構(gòu)已經(jīng)通過(guò)化學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，并在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用，取得了顯著的調(diào)控效果。

3.2 蕓苔素類(lèi)物質(zhì)對(duì)植物根、葉生長(zhǎng)的影響及施用方法

植物體內(nèi)蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的種類(lèi)和含量取決于植物的組織特性，在植株各部位均可合成，并通過(guò)長(zhǎng)距離運(yùn)輸影響全株的生長(zhǎng)[22-23]。用蕓苔素類(lèi)物質(zhì)處理綠豆(Mung bean)下胚軸可促進(jìn)上胚軸的伸長(zhǎng)[24]，蘸根可提高葉片酶活性和葉綠素，促進(jìn)全株生物量增加[25]，葉面噴施適宜濃度蕓苔素類(lèi)物質(zhì)可促進(jìn)水稻側(cè)根和根毛發(fā)育[26]。本研究綠豆上胚軸伸長(zhǎng)法鑒定蕓苔素類(lèi)物質(zhì)生物活性也證實(shí)了蕓苔素類(lèi)物質(zhì)并非只是原位發(fā)生生理作用，因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采用不同施用方式/施用于不同部位均可促進(jìn)作物的生長(zhǎng)。本研究中，葉面噴施和灌施24-表蕓苔素內(nèi)酯均促進(jìn)大豆株高和地上部生物量的提升。

在植株葉片中，蕓苔素類(lèi)物質(zhì)能同時(shí)促進(jìn)光系統(tǒng)II反應(yīng)中心的電子傳遞和Rubisco的羧化活性, 并調(diào)節(jié)氣孔發(fā)育，增加CO2的同化[27-28]。葉面噴施蕓苔素類(lèi)物質(zhì)可增加作物的葉綠素含量、光合速率以及碳水化合物含量，提高葉片凈光合速率，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[29]。在植物根系中，蕓苔素類(lèi)物質(zhì)可調(diào)控根尖分生組織(root apical meristem，RAM)分化以及根的伸長(zhǎng)過(guò)程，影響不定根發(fā)生、側(cè)根發(fā)育、根毛形成、根尖重力反應(yīng)等[30]。植物根內(nèi)蕓苔素類(lèi)物質(zhì)本身含量較低，加之植物根對(duì)蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的反應(yīng)比植株其他部位更為敏感，因此較低濃度蕓苔素類(lèi)物質(zhì)有利于調(diào)節(jié)植物根系發(fā)育[31-32]。較低濃度的蕓苔素類(lèi)物質(zhì)可促進(jìn)根系分生區(qū)細(xì)胞伸長(zhǎng)和側(cè)根原基生長(zhǎng)速率加快，進(jìn)而增加根系長(zhǎng)度和數(shù)目[33-34]。本研究對(duì)芹菜使用1～10 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯處理，對(duì)大豆使用0.05～1 μg·L-124-表蕓苔素內(nèi)酯處理，大豆根系發(fā)育較優(yōu)，根長(zhǎng)和生物量增加?？芍|苔素類(lèi)物質(zhì)適宜使用濃度一方面與作物本身的敏感性有關(guān)，另一方面蕓苔素類(lèi)物質(zhì)微量高效，對(duì)植物根系的生長(zhǎng)存在劑量效應(yīng)[26,35]。結(jié)合芹菜和大豆地下部的長(zhǎng)度和生物量來(lái)看，較低濃度(≤ 0.1 μg·L-1)的24-表蕓苔素內(nèi)酯促進(jìn)作物根系的生長(zhǎng)，同時(shí)可顯著提升作物的株高和地上部生物量?？傮w來(lái)說(shuō)，葉面噴施和灌根蕓苔素類(lèi)物質(zhì)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中均可促進(jìn)作物生長(zhǎng)，但灌根使用濃度較葉面噴施更低。不同蕓苔素類(lèi)物質(zhì)活性差異較大，因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用蕓苔素類(lèi)物質(zhì)應(yīng)根據(jù)其活性和施用方式綜合考慮使用濃度。

4 結(jié) 論

3種生測(cè)方法均有效鑒定不同蕓苔素類(lèi)物質(zhì)的生物活性，24-表蕓苔素內(nèi)酯和28-高蕓苔素內(nèi)酯生物活性較高。葉面噴施和灌根24-表蕓苔素內(nèi)酯有利于作物的生長(zhǎng)，灌根處理適宜濃度低于葉面噴施。不同結(jié)構(gòu)蕓苔素類(lèi)物質(zhì)活性差異較大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中蕓苔素類(lèi)物質(zhì)使用濃度應(yīng)根據(jù)活性和施用方式綜合考慮。