鄭瑞明，王 莉，張軍高，鄢 蓉，李 進(jìn)，梁 晶，雷 斌，周小云

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052；3.新疆作物化學(xué)調(diào)控工程技術(shù)研究中心，烏魯木齊 830091；4.新疆綠洲興源農(nóng)業(yè)科技有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】農(nóng)藥活性成分的篩選是研制植物源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的前期基礎(chǔ)，而植物源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑較化學(xué)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑具有保護(hù)生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)，并且對(duì)病蟲害防治有著積極的作用，可以提升作物品質(zhì)[1]。研究植物源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)促進(jìn)有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展、保護(hù)環(huán)境具有重要意義[2]。【前人研究進(jìn)展】我國(guó)現(xiàn)有高等植物470科，3 700余屬，近3×104種，其中有18個(gè)科具有廣泛的藥理作用及生物活性[3]。高等植物是篩選新農(nóng)藥活性成分的重要資源,植物源提取物中活性物質(zhì)主要包括生物堿類化合物、黃酮類化合物等，由于活性物質(zhì)類別不同，不同的植物提取物具有不同的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)活性等生理特性[4-7]。番茄莖葉水提液對(duì)辣椒幼苗根表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)高濃度抑制作用[8]；駱駝蓬提取物有利于增強(qiáng)小麥根系活力，促進(jìn)小麥生長(zhǎng)[9]；桑葉提取物與化學(xué)促生劑聯(lián)合施用可以促進(jìn)小麥生長(zhǎng)，提高生產(chǎn)力[10]；胡蘿卜提取物有利于提高水稻種子耐低溫性以及發(fā)芽率[11]。【本研究切入點(diǎn)】具有生物活性成分的植物提取物能夠?qū)ψ魑锷L(zhǎng)發(fā)育起到調(diào)控作用。新疆具有農(nóng)業(yè)藥用活性的特色植物非常多，研究也較為廣泛與深入，然而大多局限在殺蟲和殺菌的活性成分研究上，在植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)等特殊活性成分篩選的研究較少。需研究分析植物甲醇提取物對(duì)小麥萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)作用?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以小麥生長(zhǎng)為作物靶標(biāo)，以蒸餾水處理為對(duì)照，測(cè)定小麥種子的萌發(fā)指標(biāo)結(jié)合綜合評(píng)價(jià)值篩選萌發(fā)活性效果較好的植物提取物，并進(jìn)行盆栽試驗(yàn)驗(yàn)證，測(cè)定小麥幼苗的形態(tài)特征值以及光合特性等，采用主成分分析法評(píng)價(jià)對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)活性最優(yōu)的植物提取物，為進(jìn)一步的田間驗(yàn)證提供植物源材料和研制植物源農(nóng)藥新產(chǎn)品提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試的16種植物樣品涉及豆科、傘形科、水鱉科等植物，供試小麥品種為新春44號(hào)，由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所提供。表1

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

參照郭小強(qiáng)[12]方法采用超聲波提取法提取植物樣品并配置成1.0 g/mL母液，放入4.0℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?6種植物提取物母液稀釋制備成10%(m/v，以下同)、1%、0.1%、0.01%的溶液備用，以蒸餾水處理作為對(duì)照。表1，表2

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 種子萌發(fā)

參照張婷婷等[13]方法，以蒸餾水為空白對(duì)照(CK)，按不同稀釋濃度的植物提取液浸種小麥，保證浸種的植物提取液體積相等以及小麥種子數(shù)相等，使小麥完全浸沒(méi)溶液內(nèi)部，浸種時(shí)間為24 h。分別于第3 d統(tǒng)計(jì)種子的發(fā)芽勢(shì)，第7 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，第8 d測(cè)定小麥芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、根數(shù)以及儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率。

表1 供試植物材料Table 1 Plant material for testing

表2 供試植物提取物配制濃度及編號(hào)Table 2 Preparation concentration and number of tested plant extracts

1.2.2.2 幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)

參照趙慧[14]方法。采用泥炭土和蛭石3∶1的復(fù)合基質(zhì)土，加入適量的水保持濕度，在長(zhǎng)和寬為10 cm的塑料花盆中，統(tǒng)一加入基質(zhì)土按壓實(shí)至盆口1.5 cm處，均勻放入大小基本一致的小麥種子25粒，覆土至花盆口，保證土壤的深度和濕度一致，重復(fù)3次。采用噴霧法處理，統(tǒng)一于小麥播種14 d后噴施莖葉，均勻噴灑，以小麥葉面水珠飽和而不下滴為準(zhǔn)，噴藥時(shí)各處理間互不影響。從盆栽小麥移入人工氣候室起至第21 d，調(diào)查小麥的株高等農(nóng)藝性狀指標(biāo)，每小區(qū)或每盆隨機(jī)取7株，重復(fù)3次。

1.2.2.3 幼苗地上部分內(nèi)源激素

參照張玉瓊等[15]方法，于噴施植物提取液7 d后隨機(jī)采樣小麥幼苗地上部分2.0 mg，采用高效液相色譜分析吲哚乙酸(Indoleacetic acid, IAA)、赤霉素(Gibberellin 3, GA3)和脫落酸(Abscisic acid, ABA)含量。

1.2.2.4 小麥葉片光合參數(shù)

參照呂麗榮[16]方法。采用Li-6400 XT型便攜式光合儀(美國(guó)LI-COR公司)，于小麥兩葉一心期在人工氣候室測(cè)定小麥葉片的光合特性，每個(gè)處理重復(fù)10次，取平均值。光合參數(shù)測(cè)定：使用LED 2×3型紅藍(lán)光源葉室，閉合式氣路，葉室溫度設(shè)為25℃，CO2濃度約為380.0 μmol/L，光合有效輻射設(shè)定為1 800.0 μmol/(m2·S)。光合氣體交換參數(shù)主要包括胞間凈光合速率(Net photosynthesis rate，Pn)、氣孔導(dǎo)度(Stomatal conductance，Gs)、胞間二氧化碳濃度(Intercellular CO2concentration，Ci)、蒸騰速率(Transpiration rate，Tr)和氣孔限制值(Stomatal limiation)，計(jì)算公式如下：

其中，Ci為胞間CO2濃度，Ca為空氣CO2濃度，閉合氣路下Ca=400.0 μmol/L。

1.2.2.5 葉綠素相對(duì)含量

參照薛香[17]方法。利用日本產(chǎn)SPAD-502葉綠素儀于小麥2葉1心期，測(cè)定處理小麥葉片的相對(duì)葉綠素含量值(Relative chlorophyll content，SPAD value)，每個(gè)小區(qū)測(cè)定7株，每株葉片取3個(gè)不同部位測(cè)定，取平均值。

1.2.3 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)活性的綜合評(píng)價(jià)

以供試材料的測(cè)定指標(biāo)為依據(jù)，利用加權(quán)隸屬函數(shù)法和主成分分析法綜合評(píng)價(jià)16種植物甲醇提取物對(duì)小麥萌發(fā)期和幼苗期的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)活性。加權(quán)隸屬函數(shù)法計(jì)算公式如下：

U(Xj)=[Xij-Xjmin]/[Xjmax-Xjmin]，j=1、2、3…….

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2010整理后，統(tǒng)計(jì)分析方法使用SPSS 19.0分析生物學(xué)數(shù)據(jù)，使用GraphPad Prism 7.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 16種植物提取物的提取

研究表明，16種植物經(jīng)甲醇超聲提取后提取率小于15%的共有8種，大于15%的共有8種，其中以苦草、牛至以及毒參提取率較高，分別為26.20%、21.14%、19.70%。不同植物的提取率差異較為明顯。表3

表3 16種植物甲醇提取物的提取率Table 3 Extraction rates of 16 plant methanol extracts

2.2 不同植物提取物對(duì)小麥種子萌發(fā)活性篩選

研究表明，不同濃度的16種植物提取物浸種對(duì)小麥種子萌發(fā)活性具有不同的影響。與CK比較，0.01%苦豆子提取物浸種后的發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率最高，分別增加10.00%(P<0.05)、6.74%，0.01%苦草和0.01%孜然提取物浸種后的發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率分別增加8.83%(P<0.05)、4.49%和7.62%(P<0.05)、3.37%；低濃度提取物具有促進(jìn)芽生長(zhǎng)作用，其中以0.01%苦豆子增幅最大，達(dá)17.95%(P<0.05)，0.01%苦草次之，達(dá)16.67%(P<0.05)；低濃度的植物甲醇提取物具有促進(jìn)主根伸長(zhǎng)作用，其中以0.01%苦豆子增幅最大，達(dá)23.44%(P<0.05)，0.01%苦草次之，達(dá)到21.88%(P<0.05)；0.01%苦豆子、0.01%大戟、0.01%黃芪等20余種植物植物甲醇提取物具有促進(jìn)側(cè)根生長(zhǎng)作用，其中以0.01%孜然增幅最大，達(dá)到20.37%(P<0.05)，0.01%苦豆子次之，達(dá)到18.52%(P<0.05)；0.01%苦豆子、0.01%苦草、0.01%黃芪等10余種植物甲醇提取物增加儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率，其中以0.01%苦豆子增幅最大，達(dá)20.32%(P<0.05)。同一植物提取物不同濃度對(duì)小麥萌發(fā)的促進(jìn)作用存在很大的差異，相同濃度不同植物提取物對(duì)小麥萌發(fā)的促進(jìn)作用也有明顯的差異。

0.01%苦豆子提取物平均值最高為0.93；有14種濃度的植物提取物評(píng)價(jià)分在0.60～0.70，有42種濃度的植物提取物評(píng)價(jià)分在0.60以下。綜合評(píng)價(jià)值D≥0.70為標(biāo)準(zhǔn)，篩選出對(duì)小麥種子萌發(fā)期活性效果較好的8個(gè)不同濃度植物提取物：Y1-4、Y2-4、Y3-2、Y3-4、Y3-3、Y1-3、Y4-1、Y7-4。表4

表4 小麥種子萌發(fā)指標(biāo)的比較Table 4 Comparison of seed germination indexes in wheat

2.3 不同植物提取物對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)活性復(fù)篩

2.3.1 不同植物提取物對(duì)小麥幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

研究表明，0.1%苦豆子、0.01%苦豆子、0.01%孜然、1%苦草、0.1%苦草、0.01%苦草、10%曼陀羅和0.01%大戟提取物對(duì)小麥幼苗形態(tài)指標(biāo)有不同程度的影響。其中，與CK比較，0.01%苦豆子處理效果最好，株高提高13.99%(P<0.05)，最大葉長(zhǎng)提高16.62%(P<0.05)；0.01%苦豆子、0.01%孜然和0.01%苦草甲醇提取物處理莖粗分別增加32.91%(P<0.05)、27.85%(P<0.05)和25.32%(P<0.05)；0.01%孜然與苦豆子處理的鮮重分別增加14.78%(P<0.05)、5.15%(P<0.05)。在這8個(gè)不同濃度植物提取物處理中，0.01%苦豆子、0.01%孜然和0.01%苦草甲醇提取物對(duì)促進(jìn)小麥幼苗生長(zhǎng)效果較好。圖1

注:圖中短線表示標(biāo)準(zhǔn)差，不同小寫字母表示處理間在P<0.05水平上差異顯著。CK：蒸餾水作為對(duì)照；Y1-3：0.1%苦豆子甲醇提取物；Y1-4：0.01%苦豆子甲醇提取物；Y2-4：0.01%孜然甲醇提取物；Y3-2：1%苦草甲醇提取物；Y3-3：0.1%苦草甲醇提取物；Y3-4：0.01%苦草甲醇提取物；Y4-1：10%曼陀羅甲醇提取物；Y7-4：0.01%大戟甲醇提取物，下同

2.3.2 不同植物提取物對(duì)小麥幼苗地上部分內(nèi)源激素的影響

研究表明，不同植物提取物對(duì)小麥幼苗地上部分內(nèi)源激素存在顯著差異。與CK比較，0.01%苦豆子甲醇提取物處理的IAA含量提高29.60%(P<0.05)，達(dá)到顯著差異水平，而0.01%孜然與0.01%苦草甲醇提取物處理的小麥幼苗地上部分的IAA含量有所上升，但差異不顯著?？喽棺?、孜然、苦草低濃度提取物有利于增加小麥幼苗地上部分IAA含量，調(diào)控小麥幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。圖2

2.3.3 不同植物提取物對(duì)小麥幼苗葉片光合特性的影響

研究表明，與CK比較，0.01%苦豆子、0.01%孜然和0.01%苦草甲醇提取物處理的小麥幼苗葉片凈光合速率分別增加10.91%(P<0.05)、6.30%和6.45%。0.01%苦豆子甲醇提取物處理小麥葉片SPAD值增加6.29%(P<0.05)。0.01%苦豆子、0.01%孜然和0.01%苦草甲醇提取物有利于促進(jìn)小麥幼苗葉片的光合特性，增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累。表5

2.3.4 不同植物提取物對(duì)小麥幼苗形態(tài)影響的綜合評(píng)價(jià)

研究表明，第1和第2主成分的特征值分別為4.36和0.97，貢獻(xiàn)率分別為59.68%和18.05%，累積貢獻(xiàn)率為77.73%，能夠反映大部分的信息，故研究提取前2個(gè)主成分作綜合評(píng)價(jià)。0.01%苦豆子甲醇提取物處理對(duì)小麥生長(zhǎng)影響的綜合評(píng)價(jià)為2.66，在綜合評(píng)價(jià)分排在第1位，0.01%苦草與孜然提取物處理綜合評(píng)價(jià)分位列后兩位。0.01%苦豆子甲醇提取物處理對(duì)于促進(jìn)小麥生長(zhǎng)效果最佳，0.01%苦草與孜然提取物次之。表6

表5 小麥幼苗葉片光合特性的比較Table 5 Comparison of leaf photosynthetic characteristics of seedlings in wheat

3 討 論

超聲波提取法作為一種優(yōu)良的提取方法，能夠提高植物提取率和不破壞提取物結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)[18]。超聲波提取法是能夠加快植物釋放細(xì)胞內(nèi)含物的一種提取技術(shù)，具有提取率高、耗時(shí)少等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于植物活性成分的提取工藝[19-21]。韓溶溶等[22]利用超聲波提取法得到藥西瓜提取物的提取率為25.61%；司愛富等[23]利用超聲波提取法得到植物藜提取物的提取率為16.14%。研究表明，通過(guò)甲醇溶劑超聲提取法對(duì)16種植物提取，提取率小于15%的共有8種植物，提取率大于15%的有8種植物，苦草提取物的提取率最高為26.20%。同種提取方法對(duì)于不同植物的提取率存在差異，可優(yōu)化提取工藝來(lái)進(jìn)一步提高植物提取率。

表6 主成分比較Table 6 Comparison of principal component

張興等[24]對(duì)西北地區(qū)的殺蟲植物資源進(jìn)行調(diào)查分析后發(fā)現(xiàn)，西北5省區(qū)部分地區(qū)的殺蟲植物有研究和開發(fā)價(jià)值的共47種，以分屬于豆科的殺蟲植物種類最多；方濤等[25]對(duì)新疆28種藥用植物殺棉蚜活性篩選中發(fā)現(xiàn)曼陀羅毒力最強(qiáng)，并研制出曼陀羅乳油產(chǎn)品。研究表明，對(duì)新疆16種藥用植物進(jìn)行小麥生長(zhǎng)調(diào)節(jié)活性的篩選，利用隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)16種植物甲醇提取物對(duì)小麥種子萌發(fā)的活性效果，以綜合評(píng)價(jià)值≥0.70為標(biāo)準(zhǔn)，Y1-4、Y2-4、Y3-2、Y3-4、Y3-3、Y1-3、Y4-1、Y7-4甲醇提取物綜合評(píng)價(jià)分較高。

研究通過(guò)盆栽驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)0.01%苦豆子、苦草、孜然對(duì)小麥幼苗有較好的生長(zhǎng)調(diào)控效果。與CK相比，0.01%苦豆子、孜然和苦草提取物能夠改善小麥幼苗的農(nóng)藝性狀、IAA含量與葉片葉綠素SPAD值以及凈光合速率，有利于促進(jìn)小麥幼苗葉片的光合特性，增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累，為小麥后期生長(zhǎng)提供物質(zhì)基礎(chǔ)。進(jìn)一步通過(guò)主成分分析法，綜合評(píng)價(jià)值排序前3位的分別為0.01%苦豆子、0.01%苦草、0.01%孜然，綜合評(píng)價(jià)分分別為2.66、2.02、1.74。3種植物甲醇提取物綜合評(píng)價(jià)分最高。但是試驗(yàn)僅是對(duì)苦豆子、苦草、孜然3種植物甲醇提取物在小麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)方面提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并為新型生物防治劑的開發(fā)提供理論依據(jù)。具體的實(shí)際效果還要依賴于室外田間多環(huán)境來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)農(nóng)藥活性受劑型、使用方式等影響較大，尚需進(jìn)一步深入研究出相應(yīng)的產(chǎn)品和施用技術(shù)。

4 結(jié) 論

苦豆子、孜然和苦草3種低濃度甲醇提取物對(duì)小麥種子萌發(fā)活性以及幼苗生長(zhǎng)活性均具有不同程度的調(diào)控作用，能促進(jìn)小麥種子的萌發(fā)，提高小麥的發(fā)芽率，平衡幼苗地上部分內(nèi)源激素含量，增加幼苗的葉長(zhǎng)與莖粗，進(jìn)一步提高葉片的光合特性與葉綠素SPAD值。其中，0.01%苦豆子處理效果最優(yōu)，0.01%苦草甲醇提取物次之。