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两种植物生长调节剂及用量对烟草幼苗根系发育的影响

2022-03-29李钊雷晓肖雨沁王飞张明金赵锦超胡刚王李芳罗永海景延秋夏春

关键词:烟苗烟草根系

李钊,雷晓,肖雨沁,王飞,张明金,赵锦超,胡刚,王李芳,罗永海,景延秋**,夏春*

两种植物生长调节剂及用量对烟草幼苗根系发育的影响

李钊1,雷晓2*,肖雨沁1,王飞2,张明金2,赵锦超2,胡刚3,王李芳2,罗永海2,景延秋1**,夏春2**

1. 河南农业大学, 河南 郑州 450002 2. 四川省烟草公司泸州市公司, 四川 泸州 646000 3. 中国烟草总公司四川省公司, 四川 成都 610041

为了研究植物生长调节剂在烟草育苗过程中的作用,探究其对烟草幼苗根系生长发育的影响。在烟草漂浮育苗营养液中分别添加两种植物生长调节剂ABT(主要成分为萘乙酸和吲哚乙酸)和GGR(主要成分为吲哚乙酸),分别划分五个浓度梯度(0、10、20、30、40、50 mg‧L-1),研究其对烟草幼苗根系发育的影响。随着ABT和GGR浓度的增加,烟草幼苗根系生理、根系活力和酶活性指标均呈先增加后减少的趋势。植物生长调节剂ABT和GGR均在20 mg‧L-1处理时显著提升了根系活力,显著增加了烟苗的根鲜重、根长度、根表面积、根体积,提高了烟苗根系SOD、POD和CAT活性,增加了可溶性蛋白含量,降低了MDA含量。研究结果表明,ABT与GGR相比,GGR对烟草幼苗各项指标的提升效果更佳,因此在该试验条件下,推荐在实际育苗生产中,向烟草漂浮育苗营养液中添加浓度为20 mg‧L-1的植物生长调节剂GGR,可大幅度促进烟苗根系发育。

烟草; 植物生长调节剂; 根系发育

烟苗根系存在问题,而根系活力是衡量烟草根系发育状况的重要生理指标,它直接关系根系对矿物质及水分的吸收[1]。如何提高烟苗的根系活力和抗逆能力,降低成本是漂浮育苗继续推广必须解决的问题。

ABT生根粉能使烤烟根系发达,侧根数量剧增,根干重、鲜重明显增加,具有提高产量、改善品质的效果[2]。双吉尔-GGR能够影响植物营养元素的吸收与代谢,从而调控植物植生长发育、促进器官形态建成、提高产量。张蕊等[3]发现,ABT浸泡均可提高楸树硬枝扦插生根率,随着浸泡时间延长生根率反而下降。李仁娜等[4]通过研究ABT生根粉发现,10 mg‧L-1ABT可有效提高4种杜鹃花的成活率。周乾等[5]通过研究生根剂对烤烟早生快发及产质量的影响,发现ABT生根剂可提高烟草根系活力,有利于根系对营养物质的合成、吸收和运转。尹婷等[6]分析了不同浓度下GGR对无忧花幼苗生长特性的影响,结果表明GGR对无忧花幼苗的株高、地径、生物量等生长有促进作用,随着GGR浓度的增大呈现先升高后减小的趋势,浓度为30 mg‧L-1促进效果最好。

以上研究表明,ABT、GGR在植物根系发育和生产推广中已经得的广泛的应用,但大多数研究都针对产值、产量的影响,对烟叶本身内在质量及根系指标变化研究较少。因此,本试验通过分别施用ABT、GGR作用于整个苗期,研究不同浓度ABT、GGR对烟草幼苗根系发育的影响,确定烟草漂浮育苗使用ABT、GGR的最佳浓度,为促进烟草幼苗根系发育,提高幼苗根系活力,培育壮苗提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验与2020年3-9月在四川省泸州市古蔺县大寨苗族乡大寨烟站进行。供试烟草品种为中川208,为当地主栽品种。按照当地优质烟叶技术规范,进行育苗和栽培管理。要求试验烟苗健壮、无病虫害,且长势基本一致。漂浮育苗过程中的营养液为泸州市烟草公司统一发放的烟草育苗专用肥配制,含有烟苗生长所需要的氮、磷、钾、铁、铜、硼、锌和钼等营养元素。ABT生根粉和双吉尔-GGR为背景艾比蒂生物科技有限公司所生产。

1.2 处理设计

本试验为单因素随机区组试验,在育苗期间分别设置:不添加植物生长调节剂(CK),添加ABT浓度分别为10,20,30,40,50 mg‧L-1(A1、A2、A3、A4、A5);添加GGR浓度分别为10,20,30,40,50 mg‧L-1(G1、G2、G3、G4、G5)共12个处理,每个处理3次重复,共36个小区。小区间按照浓度梯度将烟苗隔开,使营养液在育苗池内不流通。

第1次施用于出苗后,待烟苗长到小十字期时,将两种植物生长调节剂分别稀释到相应浓度后加入育苗营养液中,第2次间隔10 d左右,稀释同样倍数进行叶面喷施。于出苗后50 d观察烟苗的生长发育状况,并记录其生长势。各小区选择有代表性的烟苗10株,记录不同小区烟苗农艺性状,具体为整株鲜重、株高、茎围、节距、最大叶长、最大叶宽、叶片数;根系指标主要为最长根长度、根鲜重、根表面积、根体积、及根系活力。烟苗根系生理指标的测定主要包括超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(Peroxidase activity, POD)、过氧化氢酶(Catalase, CAT)活性、丙二醛(Malondialdehyde content, MDA)和可溶性蛋白(Soluble proteins, SP)含量。

1.3 测定方法

1.3.1 烟草幼苗根系指标的测定于出苗后50 d时立即取样,烟苗农艺性状及根系指标用常规测量方法测定,其中根表面积和根体积使用甲烯蓝法[7];根系活力使用氯化三苯基四氮唑还原法[8](TTC法)测定。

1.3.2 生理指标的测定每个小区选择有代表性的烟苗10株,测定根系酶指标。SOD酶活性采用氮蓝四唑光化还原法[9]测定,POD活性采用愈创木酚比色法[10]测定,CAT活性采用紫外吸收法[11]测定。MDA含量采用硫代巴比妥酸法[12]测定,可溶性蛋白的测定采用考马斯亮蓝G-250法[13]测定。

1.4 数据处理

数据采用Excel 2020 和 SPSS 20.0进行处理

2 结果与分析

2.1 对烤烟幼苗农艺性状及根系生长势的影响

表 1 不同浓度ABT对烤烟幼苗农艺性状及根系生长势的影响

由表1可知,A1与CK之间相比整株鲜重差异显著,其余处理与CK相比无明显差异,且于A1时整株鲜重达到最大值;A2与CK之间相比株高差异显著,CK与A5差异显著,A2时达到最大值;A1、A2与CK之间相比茎围差异显著,A1时达到最大值;A2与CK之间节距差异显著,总体趋势为A2>A1>CK>A3>A4>A5,A2时达到最大值;A2与CK之间相比最大叶长、最大叶宽差异显著,且CK与A4、A5相比差异显著,都于A2时达到最大值。结果表明,不同处理烟草幼苗生长势随着施用ABT浓度的增加,除茎围指标于A4、A5时有略微上升以外,都呈现先升高后降低的趋势,且多数指标都于A2时达到最大值。随着ABT浓度的增加,烟苗根系各项生理指标呈先增加后减少的趋势。其中A1与CK之间单株根鲜重差异显著,并且各处理间A1单株根鲜重达到最大;A2与CK之间单株最长根长度差异显著,其他各处理间无显著差异,且在A2浓度处理时,最长根长度达到最大值;A2与其他处理单株根表面积有显著性差异,且A2单株根表面积达到最大值;单株根体积在各处理间无显著性差异,但A1、A2、A3、A4的均值均大于CK,根体积指标表现较好,A2的均值达到最高。A2与CK之间相比存活率差异显著,A2处理烟草幼苗存活率提高40.31%。

表 2 不同浓度GGR对烤烟幼苗农艺性状及根系生长势的影响

由表2可知,G1、G2与CK之间相比整株鲜重差异显著,CK与G5之间差异显著;G1、G2与CK之间相比株高差异显著,CK与G5之间差异显著,且G2时达到最大值;G1、G2与CK之间相比茎围差异显著,且G2时达到最大值;G1、G2与CK相比节距差异不显著;G2与CK之间相比最大叶长、最大叶宽差异显著;CK处理叶片数为最大值。结果表明,不同处理烟草幼苗生长势随着施用GGR浓度的增加,多数指标都呈现先升高后降低的趋势,且除叶片数指标于CK时达到最大值外,其余指标都于G2时达到最大值。不同浓度GGR处理对烟苗根系影响显著。各指标呈现先增加后减少的趋势。其中G3单株根鲜重最重;G1至G4与CK之间单株最长根长度无显著性差异,CK与G5之间差异显著,在G1浓度处理时,最长根长度达到最大值;G2与CK之间根表面积差异显著,且于G2时达到最大值;单株根体积各处理与CK之间无显著差异,G2时根体积指标达到最大值。G1、G2、G4处理与CK之间相比存活率差异显著,存活率分别提高了44.04%、46.52%、40.55%,于G2时存活率达到最大值;G5与CK之间相比差异不显著。

综上所述,施用ABT和GGR能促进烟草幼苗早生快发,有利于烟草幼苗的整体生长发育。随着施用浓度的增加,绝大多数指标都呈现了先增加后减少的趋势,且在A2、G2处表现出最好的性状指标,A1、G1较A2、G2稍弱但也起到了使烟草幼苗生长发育的促进作用。随着浓度的加大,烟草幼苗生长发育受到一定抑制,且浓度越高,抑制效果越明显。由此可见,在施用ABT和GGR浓度为20 mg‧L-1的时候,其生长势最佳,且大幅度地增加了幼苗的干物质积累,对烟苗的生长发育有显著的促进作用。

2.2 对烟草幼苗根系活力的影响

图 1 不同浓度ABT对烟草幼苗根系生理指标的影响

图 2 不同浓度GGR对烟草幼苗根系生理指标的影响

由图1可知,在根系活力方面,处理A2、A3、A4、A5与处理CK之间差异显著,处理A1根系活力与处理CK无明显差异。处理A2与处理CK相比,根系活力提高了78.99%;处理A1、A3、A4、A5相比处理CK根系活力分别提高了30.65%、65.18%、55.26%和50.00%。可能是因为不同浓度ABT的施用对烤烟幼苗根系发育的促进作用不同,且随着浓度的升高呈现先升高后降低的趋势,于处理A2时达到最大值。结果表明,施用20~50 mg‧L-1的ABT能显著提高烟草幼苗的抗逆性,从而增强了根系活力,于20 mg‧L-1时效果最好,施用10 mg‧L-1的ABT对烟草幼苗的根系活力没有明显提升。

由图2可知,施用不同浓度GGR对烟草幼苗根系活力的影响效果不同。处理G2、G3与CK相比,根系活力显著提高,G1、G4、G5与CK相比效果不显著。随着施用GGR浓度的升高,根系活力呈现先升高后降低的趋势,且于G2时达到最大值;G5时根系活力小于CK。结果表明,施用10~40 mg‧L-1GGR对烟草幼苗根系活力有促进作用,浓度20 mg‧L-1时效果最好;施用40 mg‧L-1以上GGR对烟草幼苗根系活力起抑制作用。

2.3 对烟草幼苗根系根系超氧化物歧化酶活性(SOD)的影响

图 3 不同浓度ABT对烟草幼苗根系SOD酶活性的影响

图 4 不同浓度GGR对烟草幼苗根系SOD酶活性的影响

由图3可知,处理A1、A2、A3与CK之间SOD无显著差异,但是CK至A3处理SOD呈上升趋势,于A2时达到最大值;A2至A5处理SOD活性呈降低趋势;CK与A4、A5之间有显著差异。由图4可知,CK至G5处理呈现先升高后降低的趋势,所有处理与CK之间都有显著差异,且G2时SOD活性达到最大值。结果表明,随着施用ABT和GGR浓度的增加,SOD活性都呈现先升高后降低的趋势,且都于A2时达到最大值,浓度过高都对SOD活性有抑制作用。因此,施用20 mg‧L-1ABT和GGR可以显著提高烟草幼苗SOD活性。

2.4 对烤烟幼苗根系过氧化物酶(POD)活性的影响

图5 不同浓度ABT对烟草幼苗根系POD酶活性的影响

图6 不同浓度GGR对烟草幼苗根系POD酶活性的影响

由图5可知,A1、A2、A3与CK之间无显著差异,但CK至A2处理POD活性呈上升趋势,A2至A5呈下降趋势,在A2时达到最大值。由图6可知,G2与CK之间POD活性差异显著,G1、G3与CK之间POD活性无显著差异,POD活性大小顺序为G2>G1>G3>CK>G4>G5,G2时为最大值。结果表明,随着施用ABT或GGR浓度的升高,烟草幼苗根系POD都呈先升高后降低的趋势,施用10~30 mg‧L-1的ABT或GGR对烟草幼苗根系POD活性起促进作用,且于20 mg‧L-1时达到最大值;当施用ABT或GGR浓度大于等于40 mg‧L-1开始对POD活性起抑制作用。因此,施用20 mg‧L-1的ABT或GGR对烟草幼苗根系POD活性的促进效果最好。

2.5 对烤烟幼苗根系过氧化氢酶(CAT)活性的影响

图 7 不同浓度ABT对烟草幼苗根系CAT酶活性的影响

图 8 不同浓度GGR对烟草幼苗根系CAT酶活性的影响

由图7可知,A2、A3、A4、A5与CK之间相比CAT活性差异显著,A1与CK之间差异不显著,各处理间CAT活性强弱关系为:A3>A4>A5>A2>A1>CK。A3与CK相比CAT活性升高了64.72%。A1至A5处理都对CAT活性有促进作用,整体趋势为先升高后降低。由图8可知,G2、G3、G4、G5与CK相比CAT活性差异显著,G1与CK差异不显著。各处理间CAT活性强弱关系为:G3>G2>G4>G5>G1>CK。G2至G5处理相对CK都对显著提高了CAT活性,G3与CK相比CAT活性升高了85.28%。结果表明,随着施用ABT或GGR浓度的升高,烟草幼苗根系CAT活性都呈现先升高后降低的趋势,且分别于A3、G3处达到最大值。因此,施用30 mg‧L-1的ABT或GGR对烟草幼苗根系CAT活性的促进效果最好。

2.6 对烤烟幼苗根系丙二醛(MDA)含量的影响

图 9 不同浓度ABT对烟草幼苗根系MDA酶活性的影响

图 10 不同浓度GGR对烟草幼苗根系MDA酶活性的影响

由图9可知,A1、A5与CK之间无明显差异,A2、A3、A4与CK之间差异显著,各处理MDA活性强弱关系为:A3

2.7 对烤烟幼苗根系可溶性蛋白含量的影响

图 11 不同浓度ABT对烟草幼苗根系可溶性蛋白含量的影响

图 12 不同浓度GGR对烟草幼苗根系可溶性蛋白含量的影响

由图11可知,可溶性蛋白含量在施用不同浓度ABT后得到了提高,A3、A4与CK相比差异显著,于A3时可溶性蛋白含量达到最大值,A3、A4对比CK分别提高了可溶性蛋白含量27.02%和22.21%。由图12可知,G1至G5处理都可以提高可溶性蛋白含量。G2、G3与CK相比差异显著,可溶性蛋白含量分别提高了20.74%和30.16%。

3 讨论与结论

ABT、GGR是两种在农业上应用比较广泛的植物生长调节剂。昆明市农业科学研究所和云南省烟草公司昆明市公司禄劝县分公司对两年的小区和大田对比试验数据进行分析,结果表明:烟苗上袋成活后,于下地移栽前7~10 d,喷施水溶性ABT生根粉,可使烟苗根数平均增加6条,移栽成活率提高5%[14]。张子威等[15]验证ABT溶液能显著促进茶树扦插成活,且不同浓度ABT溶液影响效果不同。李以康等[16]研究了GGR对高寒草甸生理过程的影响,结果表明,施用GGR提高了矮嵩草叶的抗氧化能力和渗透调节能力,促进了植物的生长。魏亚娟等[17]研究表明GGR能明显增加榆叶梅叶绿素的含量,从而促进榆叶梅幼苗株高的生长,对榆叶梅幼苗生长发育的促进作用明显。本研究发现,在苗期施用不同的植物生长调节剂后,烤烟幼苗的农艺性状和根系生长势明显提高,根系活力也得到极大地提升,抗氧化酶SOD、POD、CAT活性在成苗期显著提高,MDA含量下降幅度明显,可溶性蛋白含量增加。

根系活力是反映植物根系生长发育状况最直接的指标之一,李世民等[18]发现ABT对树头菜插穗扦插生根具有明显的促进作用,且施用不同浓度ABT效果存在一定差异。文颖强等[19]研究结果表明ABT可以调节植物内源激素合成,促进淀粉转化为可溶性糖,从而促进植物不定根的形态建成与地上部分的生长发育。本研究表明,施用不同浓度的ABT和GGR对烟苗根系活力均有促进作用,与以上研究结果一致,且均于20 mg‧L-1时对根系活力的促进作用最大。

抗氧化酶SOD、POD和CAT是植物为抵御体内产生的O2-、-OH、H2O2等活性氧物质所产生的一套抗氧化防御机制[20]。SOD和CAT是活性氧代谢动态平衡的主要调节酶,POD可通过合成木质素增强植物对病原菌的抗性,因此抗氧化性酶活的变化常被用作指示植物抗逆性能力的强弱[21]。莫小锋等[22]研究发现ABT可以提高扦插枝条叶片抗氧化酶SOD、CAT、POD活性。王竞红等[23]研究表明,施加GGR显著提高了2种草坪草叶片SOD和POD活性。本研究结果表明,随着施用ABT、GGR浓度的升高,烟苗根系抗氧化酶活性提高效果显著,呈先升高后降低的趋势,与上述研究结果一致,SOD和POD酶活性于分别施用ABT、GGR浓度为20 mg‧L-1时达到最大,CAT酶活性于分别施用ABT、GGR浓度为30 mg‧L-1时达到最大值。MDA丙二醛是一种膜脂过氧化物,其含量过高会影响细胞的正常代谢[24]。本研究结果表明施用ABT、GGR可以明显降低烟苗根系中MDA含量。可能是因为ABT和GGR的施用使烟苗根系种抗氧化性酶含量升高,导致MDA含量的下降。可溶性蛋白含量高低是植物细胞保水状态的反映,本试验中施用适宜浓度的ABT和GGR后都使烟苗根系可溶性蛋白含量显著升高,大大增强了细胞的保水能力。

本研究结果表明,施用ABT、GGR都显著提高了烟草幼苗的根系活力、抗氧化酶活性、MDA和可溶性蛋白含量,且在施用20 mg‧L-1的ABT、GGR时效果最显著。从结果来看,GGR对烟苗各指标的提升效果略微高于ABT对烟苗各指标的提升效果,可能是因为GGR中的吲哚乙酸含量比ABT中萘乙酸和吲哚乙酸的含量比例更加适合烟草幼苗细胞的生长、分裂,生根。推荐在泸州烟区实际生产中,在烟草育苗阶段添加20 mg‧L-1的GGR,间隔10 d叶面喷施1次,可有效地促进烟苗根系发育,增加壮苗比例,提高烤烟幼苗的有效利用率。

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Effects of Two Plant Growth Regulators and Dosages on Root Development of Tobacco Seedlings

LI Zhao1, LEI Xiao2*, XIAO Yu-qin1, WANG Fei2, ZHANG Ming-jin2, ZHAO Jin-chao2, HU Gang3, WANG Li-fang2, LUO Yong-hai2, JING Yan-qiu1**, XIA Chun2**

1.450002,2.646000,3.610041,

In order to study the role of plant growth regulators in the process of tobacco seedling raising, and explore its influence on the root growth and development of tobacco seedlings. Two kinds of plant growth regulators ABT (mainly naphthylacetic acid and indoleacetic acid) and GGR (mainly indoleacetic acid) were added into tobacco floating seedling nutrient solution, which were divided into five concentration gradients (0, 10, 20, 30, 40, 50 mg‧L-1) to study their effects on root development of tobacco seedlings. With the increase of ABT and GGR concentrations, the indexes of root physiology, root activity and enzyme activity of tobacco seedlings showed a trend of first increasing and then decreasing. Plant regulators ABT and GGR both significantly increased root activity, significantly increased root fresh weight, root length, root surface area and root volume, increased SOD, POD and CAT activities, increased soluble protein content and decreased MDA content in tobacco seedlings when treated with 20 mg‧L-1. The results show that compared with GGR, GGR has a better effect on improving various indexes of tobacco seedlings. Therefore, under this experimental condition, it is recommended that adding 20 mg‧L-1plant growth regulator GGR to tobacco floating seedling nutrient solution can greatly promote the root development of tobacco seedlings.

Tobacco; plant growth regulator; root development

S572

A

1000-2324(2022)01-0123-08

10.3969/j.issn.1000-2324.2022.01.019

2021-07-25

2021-10-13

四川省烟草公司泸州市公司资助(川烟科[2020]2号):以促进根系发育为中心优质烤烟生产技术研究与应用(202051050024019)

李钊(1998-),男,硕士研究生,专业方向为烟草栽培、烟草化学. E-mail:1140068454@qq.com

雷晓(1982-),女,高级农艺师,主要从事烟草生产技术开发和推广. E-mail:422640101@qq.com

Author for correspondence. E-mail:jingyanqiu72t@163.com;597212157@qq.com.

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