李菁華 楊廣東 胡尊艷 郝智勇 孫邦升 陳林琪 王雪揚(yáng) 李琬 萬(wàn)書(shū)明
(1 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院克山分院,161005,黑龍江齊齊哈爾;2 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所,150086,黑龍江哈爾濱;3 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所,150086,黑龍江哈爾濱;4 黑龍江省黑土保護(hù)利用研究院,150086,黑龍江哈爾濱)
我國(guó)是小豆起源地,距今已有2000 多年栽培歷史,也是全世界小豆生產(chǎn)面積最大的國(guó)家[1]。黑龍江省是我國(guó)小豆重要生產(chǎn)基地之一,該地區(qū)土壤肥沃,生產(chǎn)出的小豆品質(zhì)優(yōu)異。小豆屬藥食同源性作物,不僅食用方式多樣,還具有很高的藥用價(jià)值,廣受消費(fèi)者青睞。
激素是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要調(diào)節(jié)物質(zhì),對(duì)逆境產(chǎn)生響應(yīng)的激素信號(hào)分子,廣泛參加作物生理過(guò)程的調(diào)控。近年來(lái),外源脫落酸(abscisic acid,ABA)在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用越來(lái)越多,被認(rèn)為在壯根健苗、促早熟、穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)以及抗逆領(lǐng)域中有重要作用。其中,以ABA 應(yīng)用于抵抗逆境的研究較多,研究[2-8]發(fā)現(xiàn),ABA 可有效緩解由重金屬、干旱、鹽堿以及高溫等產(chǎn)生的逆境脅迫。鑒于在黑龍江省北部地區(qū)對(duì)小豆生長(zhǎng)關(guān)鍵期(三葉期、始花期)噴施ABA的研究鮮有報(bào)道,本試驗(yàn)選擇當(dāng)?shù)剡m應(yīng)性較強(qiáng)品種“龍小豆4 號(hào)”,在三葉期和始花期噴施ABA,進(jìn)行連續(xù)多次取樣,測(cè)定碳代謝、內(nèi)源激素及產(chǎn)量構(gòu)成因素相關(guān)指標(biāo),旨在為小豆高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。
以小豆品種“龍小豆4 號(hào)”為供試材料,以ABA(Sigma)為供試外源激素。
試驗(yàn)于2020 年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院克山分院克山試驗(yàn)基地進(jìn)行。小豆田間管理施肥標(biāo)準(zhǔn)為磷酸二銨100kg/hm2、硫酸鉀40kg/hm2。試驗(yàn)小區(qū)為6 行區(qū),行長(zhǎng)5m,株距15cm,人工精量點(diǎn)播,每穴4 粒,二葉期間苗,穴保苗2 株。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì),每個(gè)處理3 次重復(fù)。試驗(yàn)分別于三葉期(6 月20 日)和始花期(7 月10 日)葉面噴施50mg/L 外源ABA,折合用液量為225L/hm2。具體處理見(jiàn)表1。
表1 試驗(yàn)處理Table 1 The experimental treatments
1.3.1 碳代謝及內(nèi)源激素指標(biāo) 自處理之日起,間隔4d,即每5d 取樣一次。CK 和T1 共取樣9 次,T2 和T3 共取樣5 次。取功能葉片(倒2 葉)和莖部(頂端,近生長(zhǎng)點(diǎn)部分),取樣后迅速放入液氮制冷,后置于-80℃冰箱保存。葉片用于測(cè)定碳代謝相關(guān)指標(biāo),主要包括葡萄糖、果糖、可溶性糖、蔗糖、蔗糖轉(zhuǎn)化酶(INV)、蔗糖合酶(SS)、淀粉和淀粉酶(AMS);莖部用于測(cè)內(nèi)源激素指標(biāo),主要包括ABA、生長(zhǎng)素(IAA)、赤霉素(GA)和細(xì)胞分裂素(CTK)。測(cè)定方法均采用ELISA 檢測(cè)試劑盒,操作步驟詳見(jiàn)試劑盒說(shuō)明書(shū)。測(cè)試儀器為酶標(biāo)分析儀(Rayto RT-6100)。
1.3.2 形態(tài)指標(biāo)及產(chǎn)量構(gòu)成因素 于成熟期調(diào)查形態(tài)指標(biāo),包括株高、底莢高度、第1 節(jié)間長(zhǎng)度、第1 節(jié)間粗度、主莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù);產(chǎn)量因子包括單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、百粒重和單株總粒重。
采用SPSS 16.0 處理分析數(shù)據(jù),采用Excel 2003作圖。
2.1.1 對(duì)葉片葡萄糖含量的影響 如圖1 所示,T1 處理后第10 天(6 月30 日)葉片葡萄糖含量開(kāi)始高于CK,第15 天(7 月5 日)葉片葡萄糖含量較CK 顯著增加15.34%,第20 天(7 月10 日)葉片葡萄糖含量仍然高于CK,此后,葉片葡萄糖含量較CK 相近或減少。T2 處理后第10 天(7 月20 日),葉片葡萄糖含量增加且高于CK,此后下降且低于CK,第25 天(8 月4 日)葉片葡萄糖含量又開(kāi)始增加,且高于CK,但差異未達(dá)顯著水平。T3 處理后第5 天(7 月15 日),葉片葡萄糖含量高于CK,第15 天(7 月25 日)下降且低于CK,第25 天(8 月4 日)葉片葡萄糖含量又開(kāi)始增加,且高于CK,差異未達(dá)顯著水平??偨Y(jié),三葉期噴施外源ABA 可顯著提高龍小豆4 號(hào)葉片葡萄糖含量,在處理后第10 天高于CK,在15d 左右與CK趨同。
圖1 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)葉片葡萄糖含量的影響Fig.1 Effects of exogenous ABA on the glucose content of leaf of Longxiaodou 4
2.1.2 對(duì)葉片果糖含量的影響 如圖2 所示,T1處理后第15(7 月5 日)、30(7 月20 日)、35(7月25 日)和45 天(8 月4 日)葉片果糖含量均顯著高于CK(P<0.05),分別增加27.84%、35.43%、28.83%和21.02%,其他時(shí)期與CK 差異不顯著。T2 處理后第5 天(7 月15 日)葉片葡萄糖含量開(kāi)始高于CK,第10(7 月20 日)、15(7 月25 日)和25 天(8 月4 日)葉片果糖含量均顯著高于CK(P<0.05),較CK 分別增加44.05%、46.37%和34.08%,其他時(shí)期與CK 差異不顯著。T3 處理后第10(7 月20 日)、15(7 月25 日)和25 天(8月4 日)葉片果糖含量均顯著高于CK(P<0.05),較CK 分別增加46.31%、25.14%和29.73%,其他時(shí)期與CK 差異不顯著??偨Y(jié),三葉期和始花期葉片噴施外源ABA 均可有效提高龍小豆4 號(hào)葉片果糖含量,三葉期處理后第15 天葉片果糖含量顯著高于CK,始花期處理后第10 天葉片果糖含量顯著高于CK,三葉期噴施外源ABA 處理后第45 天較CK 有明顯增幅。
圖2 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)葉片果糖含量的影響Fig.2 Effects of exogenous ABA on the fructose content of leaf of Longxiaodou 4
2.1.3 對(duì)葉片可溶性糖含量的影響 如圖3 所示,T1 處理后第15 天(7 月5 日)葉片可溶性糖含量較CK 顯著降低了21.92%(P<0.05),其他時(shí)期與CK 無(wú)顯著差異;T2 處理后葉片可溶性糖含量與CK 無(wú)顯著差異;T3 處理后第20 天(7 月30 日)葉片可溶性糖含量較CK 顯著降低了25.98%(P<0.05),其他時(shí)期與CK 無(wú)顯著差異。綜上,三葉期和始花期噴施外源ABA 可降低龍小豆4 號(hào)葉片可溶性糖含量。三葉期噴施外源ABA 在處理后第15天葉片可溶性糖含量顯著低于CK;三葉期和始花期都噴施外源ABA 在處理后第20 天葉片可溶性糖含量顯著低于CK。
圖3 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)葉片可溶性糖含量的影響Fig.3 Effects of exogenous ABA on the soluble sugar content of leaf of Longxiaodou 4
2.1.4 對(duì)葉片蔗糖含量的影響 如圖4 所示,T1處理后第20 天(7 月10 日)葉片蔗糖含量較CK顯著增加20.84%(P<0.05),其他時(shí)期與CK 無(wú)顯著差異;T2 處理后葉片蔗糖含量與CK 無(wú)顯著差異;T3 處理后第15 天(7 月25 日)葉片蔗糖含量較CK 顯著增加34.56%(P<0.05),其他時(shí)期與CK 無(wú)顯著差異。綜上,三葉期和始花期噴施外源ABA 均可提高龍小豆4 號(hào)葉片蔗糖含量,且處理后的這段時(shí)間葉片蔗糖含量較CK 增加后一直高于或接近CK。
圖4 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)葉片蔗糖含量的影響Fig.4 Effects of exogenous ABA on the sucrose content of leaf of Longxiaodou 4
2.1.5 對(duì)葉片INV 活性的影響 如圖5 所示,T1處理后第20 天(7 月10 日)葉片INV 活性較CK顯著增加19.13%(P<0.05),其他時(shí)期與CK 無(wú)顯著差異;T2 處理后第10(7 月20 日)、25 天(8月4 日)葉片INV 活性顯著高于CK(P<0.05),分別增加44.34%和20.81%,其他時(shí)期與CK 無(wú)顯著差異。T3 處理后第5 天(7 月15 日)葉片INV活性開(kāi)始高于CK,第10~25 天均顯著高于CK(P<0.05),分別增加52.65%、32.1%、35.14%和34.52%??偨Y(jié),三葉期和始花期葉片噴施外源ABA均可有效提高龍小豆4 號(hào)葉片INV 活性,三葉期和始花期都噴施外源ABA 葉片INV 活性較CK 增幅較大,在處理后的25d 中葉片INV 活性始終較CK 大。
圖5 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)葉片INV 活性的影響Fig.5 Effects of exogenous ABA on the INV activity of leaf of Longxiaodou 4
2.1.6 對(duì)葉片SS 活性的影響 如圖6 所示,T3 處理后第10(7 月20 日)、15 天(7 月25 日)葉片SS 活性顯著高于CK(P<0.05),分別增加39.83%和53.1%,其他時(shí)期與CK 未達(dá)顯著水平;T1 和T2 與CK 相比,葉片SS 活性無(wú)顯著差異。總結(jié),三葉期和始花期噴施外源ABA 均可提高龍小豆4號(hào)葉片SS 活性,但三葉期和始花期均噴施外源ABA 葉片SS 活性顯著提高,較CK 增幅最大(P<0.05)。三葉期和始花期噴施外源ABA 在處理后的25d 中葉片SS 活性始終高于CK。
圖6 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)葉片SS 活性的影響Fig.6 Effects of exogenous ABA on the SS activity of leaf of Longxiaodou 4
2.1.7 對(duì)葉片淀粉含量的影響 如圖7 所示,T1處理后第15(7 月5 日)、25(7 月15 日)、40 天(7月30日)葉片淀粉含量顯著高于CK(P<0.05),分別增加7.88%、30.05%和37.67%,其他時(shí)期與CK 未達(dá)顯著水平;T2 處理后第20 天(7 月30 日)葉片淀粉含量較CK 顯著增加43.57%(P<0.05),其他時(shí)期與CK 無(wú)顯著差異;T3 處理后第5(7 月15 日)和20 天(7 月30 日)葉片淀粉含量顯著高于CK(P<0.05),分別增加24.02%和46.94%,其他時(shí)期與CK 無(wú)顯著差異。綜上,三葉期和始花期噴施外源ABA 都可以有效提高龍小豆4 號(hào)葉片淀粉含量,且處理后的這段時(shí)間葉片淀粉含量較CK增加后一直高于CK。
圖7 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)葉片淀粉含量的影響Fig.7 Effects of exogenous ABA on the amylum content of leaf of Longxiaodou 4
2.1.8 對(duì)葉片AMS 活性的影響 如圖8 所示,T1處理后第15 天(7 月5 日)葉片AMS 活性較CK顯著降低14.15%(P<0.05),其他時(shí)期較CK 無(wú)顯著差異;T2、T3 與CK 相比,葉片AMS 活性無(wú)顯著差異??偨Y(jié),三葉期、始花期葉面噴施外源ABA均降低龍小豆4 號(hào)葉片AMS 活性。三葉期噴施外源ABA 可顯著降低龍小豆4 號(hào)葉片AMS 活性;三葉期和始花期都噴施外源ABA 在處理后的25d 中葉片AMS 活性始終低于CK;始花期噴施外源ABA在處理后第20 天葉片AMS 活性開(kāi)始低于CK。
圖8 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)葉片AMS 活性的影響Fig.8 Effects of exogenous ABA on the AMS activity of leaf of Longxiaodou 4
2.2.1 對(duì)ABA 含量的影響 如圖9 所示,T1 處理在噴施ABA 后第5(6 月25 日)、20 天(7 月10日)莖部?jī)?nèi)源ABA 含量顯著低于CK(P<0.05),分別減少了14.66%和10.43%,其他時(shí)期較CK 無(wú)顯著差異;T2、T3 與CK 相比,莖部?jī)?nèi)源ABA 含量各時(shí)期無(wú)顯著差異。綜上,三葉期和始花期葉面噴施外源ABA 均減少龍小豆4 號(hào)莖部?jī)?nèi)源ABA 含量。三葉期噴施外源ABA 莖部?jī)?nèi)源ABA 含量顯著降低;始花期噴施外源ABA、三葉期和始花期都噴施外源ABA 在處理后第10 天莖部?jī)?nèi)源ABA 含量較CK 開(kāi)始有比較大的減少變化。
圖9 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)莖部?jī)?nèi)源ABA 含量的影響Fig.9 Effects of exogenous ABA on endogeny ABA content of stem of Longxiaodou 4
2.2.2 對(duì)IAA 含量的影響 如圖10 所示,T1 處理后第10(6 月30 日)、15(7 月5 日)、20(7 月10日)、30(7 月20 日)、35 天(7 月25 日)莖部IAA含量顯著高于CK(P<0.05),分別增加51.76%、18.63%、39.02%、34.8%和29.14%,其他時(shí)期與CK 無(wú)顯著差異;T2 處理后第10(7 月20 日)、15天(7 月25 日)莖部IAA 含量顯著高于CK(P<0.05),分別增加30.63%和36.43%,其他時(shí)期與CK 未達(dá)顯著水平;T3 處理后第10 天(7 月20 日)直至第25 天(8 月4 日)莖部IAA 含量均顯著高于CK,分別增加65.53%、58.48%、32.11%和57.03%(P<0.05)。總結(jié),三葉期和始花期葉面噴施外源ABA 都可有效提高龍小豆4 號(hào)莖部IAA 含量,三葉期和始花期都處理較CK 增幅較大。噴施外源ABA 后第5 天莖部IAA 含量即開(kāi)始增加,且處理后的這段時(shí)間莖部IAA 含量始終高于CK。
圖10 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)莖部IAA 含量的影響Fig.10 Effects of exogenous ABA on IAA content of stem of Longxiaodou 4
2.2.3 對(duì)GA 含量的影響 如圖11 所示,T1 處理后第10(6 月30 日)至45 天(8 月4 日),龍小豆4 號(hào)莖部GA 含量高于CK,但未達(dá)顯著水平(P<0.05);T2 處理后第20 天(7 月30 日)莖部GA含量較CK 顯著增加29.45%(P<0.05),其他時(shí)期較CK 未達(dá)顯著水平;T3 處理后第10(7 月20 日)、20(7 月30 日)、25 天(8 月4 日)莖部GA 含量較CK 顯著提高22.98%、21.58%和35.58%(P<0.05)??偨Y(jié),三葉期、始花期葉面噴施外源ABA都可提高龍小豆4 號(hào)莖部GA 含量,三葉期和始花期都噴施外源ABA 整體較CK 增幅較大。同淀粉和IAA 相同,處理后的這段時(shí)間莖部GA 含量較CK 增加后一直高于CK。
圖11 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)莖部GA 含量的影響Fig.11 Effects of exogenous ABA on GA content of stem of Longxiaodou 4
2.2.4 對(duì)CTK 含量的影響 如圖12 所示,T1 在處理后第15(7 月5 日)、20 天(7 月10 日)莖部CTK 含量顯著高于CK(P<0.05),分別增加23.2%和64.68%,其他時(shí)期較CK 未達(dá)顯著水平;T2 處理后第10 天(7 月20 日)莖部CTK 含量較CK 增加43.21%(P<0.05),其他時(shí)期較CK 差異未達(dá)顯著水平;T3 處理后第10(7 月20 日)、25 天(8月4 日)莖部CTK 含量均顯著高于CK(P<0.05),分別增加59.88%和23.18%,其他時(shí)期較CK 差異未達(dá)顯著水平。綜上,三葉期和始花期葉面噴施外源ABA 都可有效提高龍小豆4 號(hào)莖部CTK 含量。噴施外源ABA 處理后第5 天莖部CTK 含量即開(kāi)始增加高于CK。
圖12 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)莖部CTK 含量的影響Fig.12 Effects of exogenous ABA on CTK content of stem of Longxiaodou 4
如表2 所示,噴施外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)株高的影響表現(xiàn)為T(mén)1 略高于CK,T2 和T3 均低于CK,可以看出在三葉期噴施外源ABA 對(duì)株高影響不大,始花期噴施外源ABA 降低了龍小豆4 號(hào)株高,未達(dá)顯著水平;三葉期和始花期噴施外源ABA降低了龍小豆4 號(hào)底莢高度和第1 節(jié)間長(zhǎng)度,未達(dá)顯著水平,對(duì)第1 節(jié)間粗度和主莖節(jié)數(shù)影響不大,可略微增加分枝數(shù),未達(dá)顯著水平。
表2 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)形態(tài)的影響Table 2 Effects of exogenous ABA on the form of Longxiadou 4
如表3 所示,噴施外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)單株莢數(shù)和單株總粒重的影響表現(xiàn)為,各處理均大于CK,未達(dá)顯著水平(P>0.05),其中T1 和T3 處理較CK 增幅較大,三葉期噴施外源ABA 可能對(duì)增加單株莢數(shù)和單株總粒重有重要作用;三葉期和始花期噴施外源ABA 對(duì)單莢粒數(shù)和百粒重影響不大,三葉期噴施外源ABA(T1)對(duì)龍小豆4 號(hào)百粒重的增加更可能是誤差造成的。
表3 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 3 Effects of exogenous ABA on yield components of Longxiaodou 4
目前,關(guān)于外源激素調(diào)控小豆生長(zhǎng)發(fā)育的研究報(bào)道不多,而且這些研究比較多關(guān)注外源激素對(duì)農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響,比較少關(guān)注對(duì)系統(tǒng)碳代謝的響應(yīng)。任帥等[9]研究發(fā)現(xiàn),低濃度GA(0.1 或0.2μmol/L)可以促進(jìn)小豆種子萌發(fā),太高則會(huì)抑制小豆種子萌發(fā);0.6μmol/L ABA 對(duì)小豆種子萌發(fā)有較強(qiáng)的抑制作用;0.6μmol/L ABA 會(huì)顯著抑制小豆株高,降低葉片葉綠素和可溶性糖含量,提高可溶性蛋白和淀粉含量。郭麗果[10]分別利用不同濃度多效唑和己楊酸酯在小豆不同時(shí)期(分枝期、初花期、盛花期)噴施,研究對(duì)小豆產(chǎn)量等性狀的影響,發(fā)現(xiàn)初花期噴施200mg/L 濃度己楊酸酯可最大程度提高小區(qū)產(chǎn)量。李琬等[11]設(shè)置了3 種不同濃度外源ABA(50、100、200mg/L),研究其對(duì)開(kāi)花期小豆農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響,發(fā)現(xiàn)100mg/L 外源ABA可在一定程度上提高產(chǎn)量。此外,ABA 對(duì)植株生長(zhǎng)究竟什么時(shí)候起促進(jìn)作用、什么時(shí)候起抑制作用,以及多少濃度是促進(jìn)、多少濃度是抑制尚有爭(zhēng)議。Humplík 等[12]曾指出,應(yīng)重新考慮ABA 在植物生長(zhǎng)中的作用,認(rèn)為ABA 對(duì)作物生長(zhǎng)是一個(gè)復(fù)雜的影響過(guò)程,與植物組織敏感性、濃度依賴(lài)方式、作物生態(tài)型、植物年齡、處理時(shí)間等諸多因素有關(guān)。Lola 等[13]認(rèn)為,即使相同濃度有時(shí)也會(huì)因植物年齡、處理時(shí)間的不同而影響不同。目前,研究ABA起抑制作用的報(bào)道中,我們可以發(fā)現(xiàn)濃度設(shè)置差異較大,在ABA 對(duì)白蘭花起抑制作用的研究中,其濃度處理是400mg/L[14],也有研究[15]認(rèn)為,ABA對(duì)木芙蓉的抑制效果不明顯,其試驗(yàn)濃度為150mg/L。從本試驗(yàn)結(jié)果看,三葉期、始花期噴施濃度50mg/L 外源ABA 對(duì)龍小豆4 號(hào)生長(zhǎng)整體主要起促進(jìn)作用;始花期噴施濃度50mg/L 外源ABA 有對(duì)株高起抑制作用的可能;三葉期噴施濃度50mg/L外源ABA 可以通過(guò)影響龍小豆4 號(hào)植株的分枝數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響,而且三葉期噴施外源ABA 可以顯著提高以營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)為主時(shí)期的龍小豆4 號(hào)葉片葡萄糖含量,葉片葡萄糖含量可持續(xù)15d左右高于對(duì)照,而始花期處理沒(méi)有這種持續(xù)或顯著的效果,推測(cè)在三葉期或分枝期前噴施外源ABA可能是增產(chǎn)的有效處理時(shí)期之一。
三葉期、始花期噴施外源ABA 可使龍小豆4號(hào)葉片果糖、蔗糖、淀粉含量及蔗糖轉(zhuǎn)化酶、蔗糖合成酶活性增加,可溶性糖含量和淀粉酶活性減少,促進(jìn)了葉片碳代謝;莖部IAA、GA 和CTK 含量增加,內(nèi)源ABA 含量減少,可以看出噴施外源ABA 后4 種激素含量的變化是一個(gè)比較明顯的促生長(zhǎng)狀態(tài);底莢高度和第1 節(jié)間長(zhǎng)度減小,分枝數(shù)、單株莢數(shù)和單株總粒重增加。此外,三葉期噴施外源ABA 葉片葡萄糖含量顯著增加,單株莢數(shù)和單株總粒重較CK 增幅較大,可能由于此時(shí)處理與始花期處理不同,會(huì)促進(jìn)龍小豆4 號(hào)植株分枝,通過(guò)分枝數(shù)的增加實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響;始花期噴施外源ABA 有降低株高的可能。