L—β—苯基乳酸对小麦幼苗生长及生理的影响

施娴泓 叶莉 刘腊梅 朱益波 朱东兴 王立梅

摘要：【目的】探究L-β-苯基乳酸（LPA）在小麦幼苗生长中的调控作用及其适宜浓度水平，为LPA应用于小麦及其他作物生产提供参考依据。【方法】以小麦品种扬麦16为试验材料，以未添加LPA的1%MS营养液为对照组（CK），添加不同浓度LPA（10.0、100.0和1000.0mg/L）的1%MS营养液为处理组，采用基质培养试验培养小麦幼苗，在培养的第7和14 d分别测定幼苗的株高和根长，叶片的叶绿素、可溶性总糖和可溶性蛋白含量及过氧化物酶（POD）和吲哚乙酸氧化酶（IAAO）活性等生理指标。【结果】与CK相比，添加不同浓度的LPA对小麦幼苗生长及其生理指标的影响效应呈低浓度（10.0～100.0 mg/L）增强、高浓度（1000.0 mg/L）减弱的规律。适宜浓度水平（100.0 mg/L）的LPA处理幼苗，培养至第7和14 d时的叶片主要生理指标均较CK显著提高（P<0.05，下同），其中叶绿素含量是CK的29.37和3.57倍，可溶性总糖含量是CK的1.50和2.69倍，可溶性蛋白含量是CK的3.00和4.33倍；IAAO活性显著降低96.64%和95.05%，POD活性显著降低75.69%和71.12%。【结论】LPA对小麦幼苗生长的调节效应类似于其他生长素，即低浓度（10～100 mg/L）促进生长、高浓度（1000 mg/L）抑制生长。以100 mg/L浓度处理的效果相对较好，可在小麦幼苗生产中推广应用。

关键词：小麦幼苗；L-β-苯基乳酸（LPA）；生理特性；生长调控

0引言

【研究意义】小麦是我国乃至世界的重要粮食作物之一，促进其高产稳产对保障粮食安全至关重要。植物激素对调节作物生长具有重要作用，通过激素类物质调节禾本科粮食作物形成高产抗倒伏株型，被誉为农业生产的第一次“绿色革命”（许智宏和李家洋，2006）。当前已知的植物激素中除传统的生长素、细胞分裂素、赤霉素、乙烯和脱落酸五大激素外，还包括油菜素内酯、茉莉酸和水杨酸及一些被新发现的植物生长调节类物质（Santner et al，2009），寻求拓宽新型植物生长调节剂是未来农业生产问题突破的一个重要方向（许智宏和李家洋，2006）。L-β-苯基乳酸（L-β-phenyllactic acid，LPA）是国外近年发现对植物生长有调节作用的新型物质，证实发现LPA能明显促进水稻和莴苣根系生长（Tamuraand Chang，1965）。因此，研究其對我国主要粮食作物小麦的生长调控效应，对拓宽小麦优质高效生产途径具有重要意义。【前人研究进展】目前在小麦生长调控上，运用水杨酸、油菜素内酯、多效唑等提高其抗逆性与生长发育的研究已有许多报道。张立明等（1991）研究表明，多效唑和表油菜素内酯对小麦产量形成均有促进作用，其中多效唑通过促进伸长节间的过氧化物酶活力，使节问长度缩短、株高降低而提高植株抗倒伏能力，并促进叶片变短、加宽、增厚；表油菜素内酯对小麦形态的影响不明显，但可促进弱势器官的发育，提高籽粒灌浆速度、增加穗粒数和千粒重。张士功等（1999）研究表明，水杨酸能有效缓解小麦盐害，降低叶片质膜透性和盐胁迫对细胞膜的伤害，提高小麦种子盐胁迫条件下萌发的速度、数量和质量。纪秀娥等（2014）研究发现，用0.015mg/L油菜素内酯处理小麦种子，其萌发效果最佳。新型植物生长调节物质LPA最初从外担菌类微生物培养液中被分离出，发现其可促进水稻和莴苣根系生长，且最大生理活性浓度约100mg/L（Tamura and Chang，1965）。但由于受合成方法及其效率限制，LPA作为植物生长调节物质一直未得到广泛应用。近年来，随着生物合成方法的深入研究，使高效获取LPA成为现实（Prasuna et al，2012；王颖等，2015；Zheng et al，2015；Zhu et al，2015；朱益波等，2017），也为LPA在作物生长调节方面的研究应用提供了契机。日本学者在水稻上的研究证实，LPA通过促进水稻幼苗期根长和表面积的增加，提高其对水和营养的吸收，或通过提高种子胚乳的利用率，促进芽长度和干物质积累，从而促进幼苗地上部营养生长（Adachi et al，2013）。【本研究切入点】LPA作为一种新型植物生长调节物质，目前用于小麦生长调控的研究尚无报道。【拟解决的关键问题】采用基质培养试验，分析不同浓度水平LPA营养液对小麦幼苗培养期株高、根长及其相关生理代谢的影响，探究LPA在小麦幼苗生长中的调控作用及其适宜浓度水平，为LPA应用于小麦及其他作物生产提供参考依据。

1材料与方法

1.1试验材料

试验于2016年6月在常熟理工学院基础生物实验中心进行。供试小麦品种为扬麦16。育苗盘（265 mmx510mm，50穴）购自当地市场，供试药品为MS干粉培养基（杭州临安木木生物科技有限公司）、L-β-苯基乳酸（LPA）（沃凯一上海国药集团）、苯菌灵（江苏新沂蓝丰生物化工股朌有限公司）。供试仪器有EL2001电子分析天平（梅特勒一托利有限公司）、TG16-WS台式高速离心机（湖南湘仪离心机有限公司）和752紫外可见分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司）。

1.2试验方法

1.2.1试验设计将颗粒大小均一、饱满的小麦种子催芽露白后，播种于装有培养基质的育苗盘中，以未添加LPA的1%MS营养液为对照组（CK），添加不同浓度LPA（10.0、100.0和1000.0 mg/L）的1%MS营养液为处理组，各组营养液均设3个重复，共12个育苗盘。种子未发芽前用黑色不透明薄膜覆盖在育苗盘上，发芽后换用透明薄膜覆盖，以增加光照，防止水分蒸发。育苗盘置光照培养架上，保持光照强度3500 lX，温度（23±1）℃，分别培育7和14 d，选择长势均匀的各组小麦幼苗，取样测定生长生理指标。

1.2.2测定指标及方法幼苗根长与株高参照田梦雨（2009）的方法测定，叶片叶绿素含量采用比色法测定，可溶性总糖含量采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定，过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法测定，吲哚乙酸氧化酶（IAAO）活性采用比色法测定（张志良和翟伟菁，2009）。各项指标测定均重复3次。

1.3统计分析

采用Excel 2007制图、Origin 6.0进行数据差异性分析处理。

2结果与分析

2.1不同处理对小麦幼苗株高和根长的影响

由表1可知，小麥幼苗培养7和14d后，其株高和根长的生长总体呈上升趋势，不同浓度LPA对小麦生长效应的影响存在差异，其中100mg/L处理组幼苗第7和14 d的株高分别显著高于CK8.31%和6.51%（P<0.05，下同），也显著高于其他LPA浓度处理组的幼苗；1000 mg/L LPA处理由于浓度过高，而显著抑制了株高的增长，其在第7和14 d的株高分别显著低于CK 2.32%和21.09%。不同浓度LPA对小麦幼苗地下部根长的影响效应与其对地上部株高的影响效应相似，即低浓度（10-100 mg/L LPA）促进，高浓度（1000 mg/L LPA）抑制。

2.2不同处理对小麦幼苗叶绿素含量的影响

由图1可知，各处理组小麦幼苗培养14 d后的叶绿素含量均较第7 d明显升高，不同浓度LPA处理组幼苗的叶绿素含量均高于同期的CK，其中100 mg/LLPA处理的叶绿素含量最高。培养至第7 d，100 mg/LLPA处理的叶绿素含量分别是CK和1000 mg/L LPA处理的29.37和22.26倍，且显著高于10 mg/L LPA处理。培养至第14 d，100 mg/L LPA处理的叶绿素含量达210.422 mg/gFw，分别是CK和1000 mg/L LPA处理的3.57和2.57倍，也显著高于10 mg/L LPA处理。

2.3不同处理对小麦幼苗可溶性总糖含量的影响

由图2可知，不同浓度LPA处理均促进了培养期小麦幼苗的可溶性总糖含量，促进效应呈现低浓度（10-100 mg/L）增强、高浓度（1000 mg/L）减弱的规律，其中以100 mg/L LPA处理对小麦幼苗可溶性总糖含量的促进效应最佳。培养至第7 d，100 mg/L处理组小麦幼苗可溶性总糖含量是CK的1.50倍，也不同程度高于其他浓度处理；培养至第14 d，100 mg/L处理组幼苗的可溶性总糖含量亦明显高于CK及其他两组处理，且各LPA处理组与CK间的差异均达显著水平。

2.4不同处理对小麦幼苗可溶性蛋白含量的影响

由图3可知，不同浓度LPA处理较CK均显著促进小麦幼苗可溶性蛋白含量的提高，且随LPA浓度的增大，促进效应呈先增后降的变化趋势，其中以100 mg/L LPA处理效果最佳。在培养第7 d，100mg/L LPA处理小麦幼苗的可溶性蛋白质含量是CK的3.00倍，且显著高于10和1000 mg/L LPA处理组；培养至第14 d，100 mg/L LPA处理组的幼苗可溶性蛋白质含量也显著高于同期的其他处理组，分别是CK、10和1000 mg/L LPA处理组的4.33、1.30和1.86倍。

2.5不同处理对小麦幼苗POD和IAA0活性的影响

由表2可知，小麦幼苗培养至第14 d时，POD活性较第7 d有所上升，与CK相比，不同浓度LPA处理均抑制了同期POD活性的升高，其中以100 mg/L浓度处理组的抑制效果最佳，第7和14 d的POD活性较同期的CK降低75.69%和71.12%，也显著低于其他LPA浓度处理组。由表2还可看出，不同处理组小麦幼苗IAAO活性的变化规律与POD活性相似，其中高浓度（1000 mg/L）LPA处理降低小麦幼苗IAAO活性效果有限，尤其在幼苗培养后期（第14 d），1000 mg/L LPA处理组的IAAO活性与CK相近。

3讨论

植物生长调节是复杂的生理过程，由各种激素共同影响，而激素的调节功能又通常通过酶的作用来实现（施天生和陆定志，1992）。本研究结果显示，在培养基质中添加适宜浓度（100 mg/L）的LPA培养小麦幼苗，其POD和IAAO活性较同期的CK均显著降低，与萘乙酸（NAA，10μmol/L）对玉米幼苗（陈晶等，2016）、水杨酸（SA，500 mg/L）对番木瓜幼苗（王小媚等，2016）POD酶类活性抑制的效果相似，但不同于适宜浓度SA（200 mg/L）提高番木瓜幼苗POD酶类活性（王小媚等，2016）、吲哚-3-乙酸（IAA，10μmol/L）提高玉米幼苗POD酶类活性（陈晶等，2016）的研究结果，其原因可能是外源生长素类型和浓度不同对POD类同工酶活性的影响也不同（胡能兵等，2009）。有研究表明，植物体内生长素水平受POD和IAAO活性的影响，二者性质相似，IAAO可能就是POD复合物的一部分（胡能兵等，2009），二者对生长素有氧化降解作用，不利于IAA诱导的植物生长（施天生和陆定志，1992）。可见，本研究中LPA通过降低POD和IAAO活性，使IAA氧化分解程度降低，有利于植物体内IAAZ水平的保持，及其诱导小麦幼苗后续物质的分配与营养生长。

植物生长发育受营养、激素和生长环境的共同调控（许智宏和李家洋，2006），生长素对植物的调节主要通过改变植物体内的营养物质分配，促进细胞的分裂、伸长与分化，从而促进植物器官的生长（潘瑞炽，2004）。本研究结果表明，小麦幼苗经适宜浓度LPA（100 mg/L）处理，培养至第7和14 d时，叶绿素含量是同期CK的29.37和3.57倍，为光合性能提高与有机物积累提供了基础，使可溶性总糖积累在第7和14 d为CK的1.50和2.69倍，可溶性蛋白含量也较同期CK显著提高，与其他外源激素对提高小麦叶片叶绿素与可溶性蛋白含量的影响一致（Xie，et al，2004；杨东清等，2013；骆永丽等，2016），与谢文磊等（2014）在梭梭枝条上用生长素处理能提高可溶性糖与可溶性蛋白含量的研究结果也一致。可溶性总糖含量的增加为植物生长的形态提供了物质基础（孙红梅等，2008），可溶性蛋白含量的提高有利于维持细胞正常代谢（李俊明和耿庆汉，1989）、提高总抗氧化能力及促进幼苗生长（谭晓荣等，2008），使本研究中小麦幼苗培养至第7和14 d时，地上部（株高）和地下部（根长）营养生长均明显优于CK，其促进营养生长的效果与徐敏等（2013）使用1.0 mg/L外源生长素NAA在红蓝石蒜种球上的研究结果一致。

综上所述，LPA对小麦幼苗生长调节效应及其与施用浓度的关系类似于其他生长素（潘瑞炽，2004），即低浓度（10～100 mg/L）促进、高浓度（1000mg/L）抑制。LPA通过影响内源生长素、光合色素及物质积累促进小麦幼苗营养器官生长的同时，是否影响其他内源激素与物质代谢水平及对小麦生殖器官（花、籽粒）与产量是否有调控作用，均有待进一步探究。

4结论

适宜浓度LPA处理能有效促进小麦幼苗地上部与地下部生长，其调节的生理基础可能是通过调节IAA氧化酶类活性而影响内源激素IAA水平及光合叶绿素与物质积累来实现。LPA对小麦幼苗生长的调节效应类似于其他生长素，即低浓度（10～100 mg/L）促进生长、高浓度（1000 mg/L）抑制生长。本试验条件下，100 mg/L浓度处理的效果相对较好，可在小麦幼苗生长中推广应用。