小麥抗低溫脅迫復配植物生長調節劑研發

王連臻　杜小鳳　吳傳萬等

摘要：以小麥品種淮麥30為材料，通過二次回歸正交旋轉組合設計，水楊酸、硅酸鉀、甜菜堿3種藥劑不同濃度的復配組合為處理，以小麥旗葉中測定的過氧化物酶（POD）活性為判斷指標，確定小麥抗低溫脅迫植物生長調節劑的最佳濃度和配方。結果表明，POD活性的二次回歸正交組合旋轉設計的模型的優化數學方程為：Y=13.386 05-0486 89X2+1.494 65X3-1.269 83X21-1.75279X22-1.836 91X1X2-1.04738X2X3 。通過對二次回歸方程的方差分析，得出小麥抗低溫脅迫的最適配方濃度為：硅酸鉀濃度1 841 mg/L、水楊酸濃度50 mg/L、甜菜堿濃度468.2 mg/L。

關鍵詞：小麥；低溫脅迫；植物生長調節劑；研發；過氧化物酶（POD）

中圖分類號： S482.8 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0067-03

小麥凍害發生頻率高，面積大、危害重，一直是許多地區農業生產主要自然災害之一，在黃淮海地區冬麥、春麥區也常常發生[1-2]，給生產帶來了嚴重的損失。應用植物生長調節劑可有效緩解低溫傷害。目前，國內外科學家對低溫脅迫下植物生長調節劑對蔬菜[3-5]、大田作物[6-10]、果樹[11]生長的影響研究較多，并對抗寒機理進行了大量研究[9-12]。研究表明，甜菜堿（SA）作為滲透調節物質可以提高植物的抗寒性[5-6]。陳文超等研究發現，適宜濃度的誘導劑（甜菜堿）處理均能減輕辣椒幼苗的低溫傷害程度，過氧化物酶（POD）活性均高于對照植株，呈先升后降趨勢[3]。黃麗華等研究表明，甜菜堿浸種能夠提高低溫脅迫下幼苗脯氨酸含量、蛋白質含量及抗氧化酶的活性，降低丙二醛的積累量和相對電導率，提高植物幼苗的抗寒力[7]。齊付國等研究發現，經水楊酸處理后，小麥酶活性明顯上升，對低溫下膜的結構和功能具有一定的保護作用，從而提高了植物的抗寒性[8]。范瓊花等研究發現，加硅處理后的小麥膜脂流動性大，酶活性提高，加硅處理可能參與了提高小麥的抗低溫能力[10]。二次正交旋轉組合設計通過統計軟件對試驗結果進行非線性數學模型擬合，將正交回歸均勻和較高飽和程度融為一體的試驗設計方法[13]。模型建立之后，可以從多角度對模型進行模擬分析，充分發掘模型所提供的信息[14]。本研究通過模擬小麥苗期低溫脅迫條件，應用二次回歸旋轉組合設計的3因素5水平試驗，研究外施復配植物生長調節劑對小麥幼苗抗低溫脅迫能力的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

冬小麥品種為淮麥30號，由江蘇徐淮地區淮陰農業科學研究所培育并提供。

1.2 幼苗培養

試驗于2011—2012年在江蘇徐淮地區淮陰農業科學研究所園區內進行。種子用10%高錳酸鉀消毒15 min，然后用蒸餾水反復清洗，最后放在濾紙上置于25 ℃恒溫箱內催芽。將萌發后的種子播于塑料盆中，基質為蛭石。幼苗在溫度（20±2） ℃、光照度（PAR）250 μmol/（m2·s）、相對濕度50%～60%、光照14 h/d的人工控制環境條件下生長。營養液采用Hoagland（霍格蘭）營養液，pH值用KOH或H2SO4稀溶液調節至5.5，每4 d更換1次。

1.3 試驗設計

參考單因素試驗結果，并針對其不足，通過二次正交旋轉回歸法確定最佳植物生長調節劑濃度，因素水平見表1。當麥苗生長至2葉1心時（7 d），用復配濃度進行噴施后分為23個不同濃度的噴施處理，每個處理重復3次，8 d后將小麥轉移至（-4±1） ℃的培養箱中生長，處理5 d后測定POD活性[15]。

1.4 數據分析與處理

試驗數據采用DPS軟件、 Microsoft Excel 2007對試驗數據進行處理和方差分析并作圖。

2 結果與分析

2.1 小麥葉片中POD活性

2.1.1 數學模型

將表2試驗數據輸入計算機經DPS統計軟件處理，采用二次回歸旋轉組合試驗統計方法對數據進行擬合[14，16]，建立POD活性與硅酸鉀濃度（X1）、水楊酸濃度（X2）、甜菜堿濃度（X3）3個因子的數學回歸模型，擬合結果見表2。

2.1.2 重建二次回歸模型

從方差分析（表3）中各回歸系數的顯著水平P可以看出水楊酸濃度X2對POD活性在α=0.10水平顯著，甜菜堿濃度X3對POD含量在α=0.01水平顯著。各個因素對POD活性影響從強到弱依次為甜菜堿濃度>水楊酸濃度>硅酸鉀濃度，表明甜菜堿對小麥葉片中POD活性的影響最強，其次是水楊酸的濃度，最后是硅酸鉀的濃度。通過方差分析，剔除回歸方程中α=0.10水平上的不顯著項，得到簡化后的回歸方程為：

水平（468.2 mg/L），水楊酸濃度在0水平（50 mg/L），硅酸鉀濃度在0水平（1 000 mg/L）。在此最佳濃度組合條件下通過實際試驗得出POD最佳活性為11.69U/（g·min）。

2.1.5 濃度篩選的優化及驗證

通過頻率分析法[18-19]尋優，經DPS軟件分析結果，活性大于11.69U/（g·min）的方案有32個，對數學回歸模型分析結果見表4。

通過表4可以看出，在95%的置信區間內活性高于1169U/（g·min）的優化方案：硅酸鉀濃度為-0.053～0.641，水楊酸濃度為-0.844～-0.286，甜菜堿濃度為0.800～1.297，取優化后測量條件的平均值方案，X1=0.294，X2=-0.565，X3=1.048。按照最優工藝對優化結果驗證，實測POD活性Y=15.38U/（g·min），與其理論值Y=11.69 U/（g·min）接近，進一步驗證了數學回歸模型的合理性。