IAA对老芒麦幼苗生理及生长的影响

何丽娟，刘文辉，祁 娟，孙守江，吴召林，金 鑫

(1.甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070； 2.青海省畜牧兽医科学院，青海省青藏高原优良牧草种质资源利用重点实验室，青海 西宁 810016)

吲哚乙酸(IAA)作为生长调节剂对调控幼苗的生长发育十分重要，更是间接的影响牧草的产量和品质。已有研究报道，IAA能够促进植物细胞的分裂，对植物的生长发育、果实发育、插枝生根等具有重要作用[1]。根系是植物吸收水分、养分，并向地上部运输的重要器官[2]，根系生长状况直接影响植物地上部的生长发育，已有研究证实，IAA对植物根系的生长具有调控作用。如外源IAA可促进马勒斯(Malushupehensis)花梗茎扦插的生根率[3]，刺激根伸长生长[4]；250 mg/L IAA浸种对野牛草[5](Buchloёdactyloides)种子胚根的分化具有较好的诱导作用。此外IAA对叶的生长发育也有调控作用，外源喷施IAA可增加棉花(Gossypiumhirsutum)单位光合面积[6]；优化杂交稻光合参数指标[7]；刺激杨梅(Arbutusunedo)植株体内抗氧化反应[8]。50 mg/L IAA和GA3组合可增加慈竹(Neosinocalamusaffinis)体内可溶性蛋白含量[9]。有关IAA的研究较多集中于植株扦插生根、种子萌发、产量(烟草、果蔬、粮食)等方面，对植物生长发育、光合生理特性的研究甚少，尤其对牧草的研究鲜见报道。

老芒麦(Elymussibiricus)是禾本科披碱草属多年生疏丛型中旱生植物，营养价值高，适口性强，牲畜喜食，是天然草地改良和人工草地建植的优势草种[10]。然而老芒麦在高寒地区生长缓慢，产量和品质较低[11]，为该区域应用面临的瓶颈问题。IAA不仅对环境污染小，且可以促进植物生长，提高植物产量。刘彩红等[12]研究了0～0.6% IAA对不同来源羊草(Leymuschinensis)种子萌发的影响，结果显示，0.03% IAA对不同来源羊草种子的催芽效果最好。试验以3份不同来源的老芒麦为材料，研究IAA对老芒麦幼苗生长和生理特性的影响，旨在为合理使用IAA调控老芒麦幼苗生长提供理论依据，为高寒草地人工建植奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试种子于2016年采集，来源及生境见表1。

1.2 试验方法

1.2.1 幼苗培养 试验于2017年9月在甘肃农业大学草业学院组培室进行。将粗砂过筛，经自来水冲洗干净，然后用蒸馏水冲洗2～3次， 121℃灭菌后，经150℃烘干，装入一次性口杯备用。选取大小一致，饱满且无病虫害的老芒麦种子，将其均匀撒在一次性口杯中(种植前将杯中细沙用蒸馏水浸透)，每杯50粒，覆盖一层浅沙，移至组培室，通风透光，每天浇灌适量蒸馏水。待苗高2～3 cm，换用Hoagland营养液[13]，每5 d换1次营养液，更换之前，先将杯中粗砂用蒸馏水淋洗2～3次，然后每杯浇入100 mL营养液，每天观察记录幼苗的生长情况。

表1 供试材料

1.2.2 IAA处理 设置5个IAA浓度梯度(0、10、20、30、40 mg/L)，分别用I0、I1、I2、I3、I4表示，待老芒麦长至苗期(三叶期)，用不同浓度的IAA溶液进行叶面喷施，每杯喷施10 mL，按1、3、5、7、9 d隔天进行处理，共5次，处理后20 d进行各指标测定，每处理3次重复。

1.3 指标测定

1.3.1 形态指标 (1)株高，随机选取10株，测定从根茎基部至离生长点最近的展开叶顶端的绝对高度，每处理3次重复；(2)根系扫描，将根系剪下冲洗干净，用EPSON Experssion台式扫描仪进行根系扫描，采用WinRHIZO软件对扫描图像进行分析处理，获得根系相关指标，每处理5次重复。

1.3.2 生理指标 随机采取不同处理的植株叶片，叶绿素含量采用丙酮-乙醇浸提法[14]；超氧化物歧化酶(SOD)采用氮蓝四唑(NBT)法[15]；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法[16]；过氧化物酶(POD)采用愈创木酚还原法[16]，各处理指标均3次重复。

1.4 数据处理

采用SPSS 20.0软件对数据进行分析，Microsoft Excel 2016软件进行制表绘图。

2 结果与分析

2.1 IAA对老芒麦幼苗根系生长的影响

2.1.1 IAA对根系总根长的影响 不同浓度IAA处理对E02和E03总根长无显著促进作用(P>0.05)，但均在I2处理值最大；E01总根长在I3处理值最大，较对照增加了12.3%，但在I2和I4处理较对照分别降低了2.9%和7.2%。同一浓度IAA处理下，各材料间差异不显著(P>0.05)(图1)。

图1 IAA处理下老芒麦幼苗的总根长Fig.1 Effects of IAA on total root length ofElymus sibiricusseedlings注：不同大写字母表示同一材料不同浓度IAA处理下差异显著(P<0.05)，不同小写字母表示不同材料同一浓度IAA处理下差异显著(P<0.05)，下同

2.1.2 IAA对根系平均直径的影响 不同浓度IAA处理对E02和E03根系平均直径无显著影响(P>0.05)，但均在I3处理值最大，分别较对照增加了17.8%和71.4%；E01平均直径在I3处理值最大，较对照增加了50.7%，差异显著(P<0.05)。同一浓度IAA处理下，E02根直径在较低浓度(≤20 mg/L)显著高于E01和E03(P<0.05)(图2)。

2.1.3 IAA对根表面积的影响 不同浓度IAA处理对3份材料根表面积无显著性影响(P>0.05)，但均随IAA浓度增加呈升高-降低的趋势，且均在I3处理值最大，分别较对照提高了7.8%，4.8%和5.5%。而同一浓度IAA处理下，各材料间差异不显著(P>0.05)，但除I2处理外，E03根表面积在各处理均较E01和E02大(图3)。

图2 IAA处理下老芒麦幼苗的根直径Fig.2 Effects of IAA on average root diameter ofElymus sibiricusseedlings

2.2 IAA对老芒麦地上部分的影响

2.2.1 IAA对老芒麦株高的影响 不同浓度IAA处理增加了3份材料的株高，均随IAA浓度增加呈升高-降低的趋势，且均在I3处理值最大，较对照分别增加了33.3%，29.6%和49.0%(P<0.05)，E03株高相对E01和E02增幅较大。同一浓度IAA处理下，各材料间差异不显著(P>0.05)，但E03株高值在高浓度(>20 mg/L)IAA处理下较E01和E02大(图4)。

2.2.2 IAA对老芒麦叶绿素含量的影响 不同浓度 IAA处理对E01和E02叶绿素含量无显著作用(P>0.05)，但均在I3处理值最大，较对照分别增加了20.9%、13.4%；E03叶绿素含量也在I3处理值最大，但较对照显著增加了25.0%(P<0.05)。同一浓度IAA处理下，各材料间差异不显著(P>0.05)，但E03叶绿素含量值在各处理较E01和E02高(图5)。

图4 IAA处理下老芒麦幼苗的株高Fig.4 Effects of IAA on plant height ofElymus sibiricusseedlings

图5 IAA处理下老芒麦叶绿素含量Fig.5 Effects of IAA on chlorophyll content ofElymus sibiricusseedlings

2.2.3 IAA对老芒麦幼苗SOD活性的影响 不同浓度IAA处理下，E01，E02和E03的SOD活性均随IAA浓度增加呈升高-降低的趋势，分别在I2， I2和I1处理值最大，其中，E01和E02 SOD活性较对照分别增加了23.3%、70.0%(P<0.05)。同一浓度IAA处理下，各材料SOD活性大小排序为E03>E01>E02，且除I3处理外，E03的SOD活性在各处理与E01和 E02均差异显著(P<0.05)(图6)。

2.2.4 IAA对老芒麦幼苗POD活性的影响 不同IAA浓度处理下，3份材料POD活性均随IAA浓度增加呈升高-降低的趋势。E01和E02 POD活性在I3处理最大，较对照分别显著增加了43.8%、80.5%(P<0.05)；E03 POD活性在I1处理最大，较对照提高了20.8%。同一浓度IAA处理下，各材料POD活性大小排序为E03>E01>E02，且除I3处理外，E03的POD活性在各处理均与E01和E02达显著差异(P<0.05)(图7)。

图6 IAA处理下老芒麦幼苗SOD活性Fig.6 Effects of IAA on SOD activity ofElymus sibiricusseedlings

图7 IAA处理下老芒麦幼苗POD活性Fig.7 Effects of IAA on POD activity ofElymus sibiricusseedlings

2.2.5 IAA对老芒麦幼苗可溶性蛋白含量的影响 外源喷施IAA增加了老芒麦体内的渗透调节物质，3份材料可溶性蛋白含量均随IAA浓度增加呈升高-降低的趋势。E01和 E02可溶性蛋白含量在IAA处理下差异不显著(P>0.05)，但分别在I3和I2处理最大，较对照增加了4.5%和8.7%；E03可溶性蛋白在I2处理最大，较对照增加了17.5%(P<0.05)。同一浓度处理下，各材料间差异不显著(P>0.05)，在I2和I3处理下，E03可溶性蛋白含量较E01和E02大(图8)。

3 讨论

3.1 IAA对老芒麦幼苗根系形态的影响

外源IAA可诱导香叶树[17](Linderacommunis)扦插生根，促进根系扩展。研究表明100 mg/L IAA可增加铁冬青[18](Ilexrotunda)的根表面积，300 mg/L IAA对五叶地锦[19](Parthenocissusthomsoni)根系直径有显著促进作用，500 mg/L IAA对柠檬[20](Citruslimon)扦插总根长具有很好的诱导作用。研究发现30 mg/L IAA处理对老芒麦根系的直径和根表面积有明显促进作用，可见IAA对老芒麦植物根系的诱导同上述植物类似，存在一个最适IAA诱导浓度。但E02和E03的总根长在20 mg/L IAA处理下表现最佳，同时也说明了IAA对老芒麦根系各指标的促生效果存在差异，可能是因为同一植物不同组织对IAA的敏感性和反应存在差异，这也与信号传导过程的复杂性有关[21]。王媛媛等[22]研究了IAA对不同地区银白杨(Populasalba)扦插枝条的处理发现，拉萨地区银白杨较其他地区易生根，且苗木生长好，究其缘由可能与其分布地区的自然环境条件有关。此次研究E02根直径在较低浓度IAA(≤20 mg/L)处理较E01和E03高，而羊草[12](Leymuschinensis)的研究结果也发现了类似结论，吉生羊草种子萌发指标在0.03% IAA处理高于其他来源种子。研究结果综合得出，30 mg/L IAA对老芒麦根系的促生效果最好，表明老芒麦根系对30 mg/L IAA具有更高的敏感性，外源喷施IAA对其生长具有很好的促进作用。

图8 IAA处理下老芒麦幼苗可溶性蛋白含量Fig.8 Effect of IAA on soluble protein content ofElymus sibiricusseedlings

3.2 IAA对老芒麦幼苗地上部生理特性的影响

外源IAA对植株地上部分的生长也具有明显的促进作用[23]。本研究发现30 mg/L IAA E03株高较对照显著增加了49.0%(P<0.05)，而据报道最适浓度IAA对梭梭[24](Haloxylonammodendron)幼苗株高的增量不到30%，进一步说明IAA对老芒麦的促生效果较好。IAA可通过调节植物内部生理生化机制来促进植物的生长[24]。试验中不同浓度IAA处理也增加了老芒麦幼苗的叶绿素含量， E03叶绿素含量在30 mg/L IAA较对照增加了25.0%(P<0.05)。而铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)在最适浓度IAA处理下叶绿素含量仅有小幅增量[25]，60 mg/L IAA对七叶一枝花(Parispolyphylla)叶绿素含量的促进效果亦不显著[27]。IAA也可以提高植物体内抗氧化酶活性，碗莲(Nelumbonucifera)和金荞麦(Fagopyrumdibotrys)的SOD和POD活性均在IAA处理下存在一个峰值[28]，说明植物体内的抗氧化酶对外源激素刺激的响应存在一个界限，界限范围内活性不断增加，超过此界限则被抑制[29]。同理老芒麦在外源IAA诱导下，SOD和POD活性分别在20 mg/L IAA和30 mg/L IAA处理下，其峰值较对照可增加70%～80%(P<0.05)，而金荞麦POD活性仅增加了68%，因此，老芒麦在IAA诱导下能分泌较多酶来提高植物清除体内自由基的能力，同时提高了植物的适应性。渗透调节物在植物生长过程同样发挥着不可替代的作用，可溶性蛋白既是渗透调节剂，又是重要化合物的组成部分[31]。外源IAA处理下，老芒麦体内的可溶性蛋白含量基本处于一个相对稳定的状态，除E03可溶性蛋白含量在30 mg/L IAA处理较对照显著增加了17.5%(P<0.05)外，其他各处理间无显著性差异(P>0.05)。类似发现100 mg/L IAA处理野牛草幼苗[32]，可溶性蛋白含量的最大增幅也不过15%。说明老芒麦植物体内的渗透物质在外源IAA处理下较稳定或者增幅缓慢。

研究表明，E03老芒麦在不同浓度IAA处理下各项指标综合表现较好，具有很好的应用潜力。不同材料在同一浓度IAA处理下表现不一，这是否与材料原始生境及材料的生态型不同有关，其内部机制需进一步研究。

4 结论

(1)IAA诱导了老芒麦幼苗根系的生长，不同浓度IAA处理下，总根长表现为20 mg/L IAA(I2)处理较好；30 mg/L IAA(I3)处理对老芒麦根直径和表面积有显著促进作用。天祝老芒麦(E03)平均直径较对照增加了71.4%。

(2)IAA促进了老芒麦幼苗植株的生长，不同浓度IAA处理下，株高、叶绿素含量、POD活性在30 mg/L IAA处理出现最大值；天祝老芒麦株高较对照增加了49.0% (P<0.05)，四川老芒麦(E02) POD活性较对照增加了80.5%(P<0.05)，天祝老芒麦叶绿素含量较对照增加了25.0%(P<0.05)。20 mg/L IAA处理对SOD和可溶性蛋白含量有明显促进作用，四川老芒麦SOD活性较对照增加了70%(P<0.05)，天祝老芒麦可溶性蛋白含量较对照增加了17.5%(P<0.05)。

(3)同一浓度IAA处理下，天祝老芒麦综合表现较好，适宜天然草地改良和人工草地的建植推广。