外源6-BA對兩種氮素水平下小麥幼苗葉片光合性能及內源激素含量的影響

楊東清，董文華，駱永麗,2，宋文挺，蔡鐵，李勇，尹燕枰，王振林

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外源6-BA對兩種氮素水平下小麥幼苗葉片光合性能及內源激素含量的影響

楊東清1，董文華1，駱永麗1,2，宋文挺1，蔡鐵3，李勇1，尹燕枰1，王振林1

（1山東農業大學農學院/作物生物學國家重點實驗室，山東泰安 271018；2山東農業大學生命科學學院，山東泰安 271018；3西北農林科技大學農學院，陜西楊凌 712100）

在盆栽和大田種植條件下，研究兩種氮素水平與噴施外源細胞分裂素（6-BA）對小麥幼苗葉片葉綠素含量、光合參數、葉綠素熒光參數、硝酸還原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性和內源激素含量、產量和其構成因素的影響，為外源激素調控苗期小麥生長提供理論依據。選用濟麥22（JM22）為試驗材料，盆栽種植條件下，設置低濃度氮（0.63 mmol·L-1）、高濃度氮（3.75 mmol·L-1）和葉面噴施清水、30 mg·L-1的6-芐基腺嘌呤（6-BA）及300 mg·L-1的洛伐他汀（Lovastatin）6個噴施組合處理，即高氮下噴清水的對照（HN）、高氮下噴施外源細胞分裂素（HN+6-BA）、高氮下噴施細胞分裂素合成抑制劑（HN+Lov）、低氮下噴清水的對照（LN）、低氮下噴施外源細胞分裂素（LN+6-BA）、低氮下噴施細胞分裂素合成抑制劑（LN+Lov）。處理后每隔3 d，測定葉綠素含量、光合參數、葉綠素熒光參數、GS和NR活性、內源激素含量。大田條件下，設置低施氮量（120 kg·hm-2，N1）、常規施氮量（240 kg·hm-2，N2）、葉面噴施清水、30 mg·L-1的6-BA和300 mg·L-1的Lovastatin 6個噴施組合處理，即N1、N1+6-BA、N1+Lov、N2、N2+6-BA、N2+Lov。于成熟期測定籽粒產量、單位面積穗數、千粒重和穗粒數。盆栽條件下，與對照相比，噴施外源6-BA顯著提高了小麥幼苗地上部植株干重；噴施抑制劑Lovastatin則顯著降低小麥幼苗地上部植株干重。與對照HN和LN相比，處理后12d，HN+6-BA和LN+6-BA兩處理的植株干重分別提高21.39%、43.92%。與對照HN相比，HN+6-BA處理顯著提高了葉片氣孔導度（s）、蒸騰速率（r）、胞間二氧化碳濃度（i）、凈光合速率（n）；處理后12 d，HN+6-BA處理的s、r、N、i分別提高68.32%、58.66%、30.72%、51.61%。高氮水平的葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）分別比低氮水平高103.39%、94.44%。與對照HN相比，HN+6-BA處理顯著提高了9—12 d Chl a含量和3—12 d 的葉片Chl b含量。高低氮水平下，噴施Lovastatin均顯著降低了Chl a和Chl b含量。高低氮水平下，噴施6-BA顯著體高了葉片硝酸還原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性，而外噴Lovastatin則顯著降低了葉片NR及GS活性。快速葉綠素a熒光誘導動力學分析表明外源6-BA處理改變了OJIP曲線。與對照HN相比，HN+6-BA顯著提高了Ψo和PIabs，降低了Wk和Vj值。與對照LN處理相比，LN+6-BA處理的Wk和Vj分別降低22.09%和36.05%。外源6-BA對小麥幼苗葉片內源激素含量影響顯著。與對照HN相比，HN+6-BA顯著提高了3—12 d 葉片Zt含量和6—12 d葉片IAA含量。噴施6-BA顯著降低了葉片ABA含量，而Lovastatin處理則顯著提高了葉片ABA含量。大田試驗結果表明，與對照N1和N2相比，噴施外源6-BA顯著提高了小麥籽粒產量，N1+6-BA和N2+6-BA處理的籽粒產量分別提高10.48%和16.61%。外源6-BA與氮素配合施用，通過提高內源Zt含量，降低內源ABA含量，一方面提高了Chl a及CHl b含量和NR及GS活性，進而改善了葉片氮素同化能力和光能捕獲、傳遞轉化能力；另一方面提高了PSII反應中心電子傳遞鏈供體側和受體側的電子傳遞能力，進而改善了改善光系統性能，提高葉片光合性能，葉片積累較多的光合產物，從而提高苗期地上部植株干重，最終提高了籽粒產量。

小麥苗期；氮素；激素；光合作用；葉綠素a熒光

0 引言

【研究意義】冬小麥生育時期中幼苗期是形成根、葉片、分蘗等器官的重要時期，是培育壯苗、為奪取小麥高產奠定基礎的關鍵時期，而此階段也是小麥對土壤氮素含量的敏感期[1-2]。因此，研究小麥壯苗發育的生理機制及其對栽培措施的響應，對小麥品種選育、生育前期栽培管理等具有重要理論參考意義。【前人研究進展】氮素是作物生長發育必需的營養元素，氮肥運籌和施肥技術的改善是獲取作物高產的重要措施[3-4]。前人研究表明適當增施氮肥可顯著提高作物葉片葉綠素含量，提高抗氧化酶活性，延緩衰老，提高小麥光合性能[5-6]。但近年來研究發現過高的氮肥投入對作物產量提升的作用減弱，不僅使得氮肥利用率降低[7]，而且流失的氮素進入水體、大氣，造成環境污染[8-9]。此外，過高的施氮量也不利于作物個體的生長發育，研究表明基肥施氮量過大導致小麥苗期分蘗發生增多，生育后期小麥植株個體間相互遮擋，群體中下部透光弱[10]，降低植株莖稈木質素含量，導致莖稈細弱抗倒伏能力降低[11]。因此，研究氮肥農藝管理措施對小麥高產高效生產有重要意義[12]。植物激素如細胞分裂素（CTK）、生長素（IAA）、脫落酸（ABA）等在作物生長發育中，尤其在氮素吸收代謝進程中起著重要作用[13-14]。同時，氮素供應也影響內源激素的合成代謝，兩者相互作用調控作物發育[15]。增加氮素供給可促進細胞分裂素合成[16]，細胞分裂素則增強硝酸還原酶活性，提高葉片氮素同化能力[17]。低氮素下莖中IAA向根系運輸，且根系中IAA合成增強，促使根系伸長[18-19]。氮肥和CTK對谷子植株發育有顯著交互作用[20]。外源CTK與適量氮肥配合施用可提高小麥花后葉片的光合性能，提高籽粒產量[21]。【本研究切入點】施氮對小麥生長發育影響的研究已有報道，但外源細胞分裂素對不同氮素水平下小麥苗期葉片光合性能、內源激素和產量形成的影響需要深入研究。【擬解決的關鍵問題】通過分析不同氮素水平與外源6-BA配合對小麥產量及產量構成因素、苗期地上部植株干重、葉片葉綠素含量、硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性、熒光參數和內源激素含量等影響，研究兩種氮素水平下外源激素改善幼苗光合性能的生理機制，以期為噴施外源激素調控小麥生長提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗包括室外大田試驗和室內營養液培養試驗。田間試驗于2014—2015年在山東省泰安市山東農業大學農學試驗農場進行。試驗地耕層（0—20 cm）土壤含有機質14.7 g·kg-1、全氮1.24 g·kg-1、速效氮87.2 mg·kg-1、速效磷9.6 mg·kg-1、速效鉀85.3 mg·kg-1。選用濟麥22（JM22）為試驗材料，種植密度為300×104株/hm2。前茬為玉米，籽粒收貨后秸稈全部田。采用隨機區組設計，以氮肥為主區，噴施激素為副區。試驗以尿素作氮源設2個施氮水平，以純氮計，低施氮量120 kg·hm-2、常規施氮量240 kg·hm-2。于小麥3葉期（GS13[22]），分別于7:00和19:00葉面噴施濃度為30 mg·L-1的人工合成細胞分裂素（6-BA）和300 mg·L-1洛伐他汀（lovastatin）（一種細胞分裂素合成抑制劑），清水為對照，6-BA和lovastatin試劑的溶解及噴施濃度分別參照Xu等[23]和Crowell等[24]的方法。試驗共設置6個處理，即N1、N1+6-BA、N1+Lov、N2、N2+6-BA、N2+Lov。為使激素能更好地附著于葉片，激素及清水均含0.5%的吐溫-20，連續噴施2 d。試驗小區面積9 m2，各小區10行種植，行距0.25 m，行長3 m，隨機區組排列。磷肥用量為100 kg P2O5·hm-2，鉀肥用量為100 kg K2O·hm-2。播種前基施50%氮肥和全部磷鉀肥，拔節期（GS31）追施50%氮肥。其他田間管理同一般高產田。

室內試驗的小麥種植于RXZ-500D人工氣候培養箱（寧波江南儀器廠，浙江寧波市）。小麥種子用1%次氯酸鈉浸泡30 min，再用去離子水沖洗多次去除殘留次氯酸鈉，在去離子水中浸泡催芽。挑選大小一致露白的種子，以珍珠巖代替土壤，種植于塑料花盆中（高15 cm，直徑15 cm），每盆播種10株，花盆放置在塑料盒（50 cm×40 cm×10 cm）中，每盒6盆。每盒倒入1.5 L營養液，每日更換。營養液成分如下：以硝酸銨為氮源，設置高氮（3.75 mmol·L-1）和低氮（0.63 mmol·L-1）兩個水平。營養液其他成分分別為4 mmol CaCl2，5 mmol KCl，4 mmol MgSO4，1 mmol KH2PO4，25 μmol Fe–EDTA，0.5 μmol H3BO3，0.74 μmol MnSO4，0.27 μmol ZnSO4，0.001 μmol CuSO4，0.001 μmol CoCl2，0.005 μmol Na2MoO4。氣候箱內溫濕度及光照變化如圖1所示。小麥生長至3葉期時，分別于氣候箱設定時間的7:00和19:00葉面噴施濃度為30 mg·L-1的6-BA和300 mg·L-1的lovastatin，以噴施清水為對照，共6個噴施組合處理，即HN、HN+6-BA、HN+Lov、LN、LN+6-BA、LN+Lov。為使激素能更好地附著于葉片，用0.5%Tween20混合于激素溶液中。每處理6盆，3次重復。

1.2 室內試驗測定項目和方法

室內試驗中每處理選取小麥植株基部全展開葉10片，用于測定葉綠素組分含量、光合參數、熒光參數和內源激素含量。

1.2.1 葉片葉綠素組分測定 參考趙世杰等[25]的方法，測定葉片葉綠素a（Chl a）和葉綠素b（Chl b）含量。

1.2.2 光合參數測定 采用Li-6400便攜式光合儀（Li-Cor Inc.，USA）測定葉片凈光合速率（n，μmol CO2·m-2·s-1）、氣孔導度（s，mmol·m-2·s-1）、胞間CO2濃度（i，μmol·mol-1）和蒸騰速率（r，mmol H2O·m-2·s-1）。測定時使用開放式氣路系統，選用紅藍2葉室，葉室溫度設定為25°C，光照強度為1 200 μmol·m-2·s-1。

圖1 人工氣候箱中溫度、光照、相對濕度變化

1.2.3 熒光參數測定 參考Strasser[26]和Schansker等[27]的方法測定并計算葉片快速葉綠素熒光動力學參數。測定前夾上夾子，葉片暗適應30 min。然后用Handy-PEA植物效率分析儀（Hansatech, UK）測定葉片快速葉綠素熒光動力學曲線（O-J-I-P曲線）。以下為本試驗用到的熒光參數：Fo（20 μs 測得的熒光，O相）；Fk（300 μs 時熒光，K 相）；Fj（2 ms 時熒光，J 相）；Fi（30 ms 時熒光， I 相）；Fm（最大熒光， P 相）；Vk、 Vj、Vi（K、J、、I相的相對可變熒光）；Wk（相對可變熒光Fk占Fj- Fo振幅的比例）；Ψo（捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中超過QA的其他電子受體的概率）；PIabs（PIabs=RC/ABS×[φPo/(1-φPo)]×[ψo/(1-ψo)]，以吸收光能為基礎的光化學性能指數）。

1.2.4 葉片內源激素含量測定 采用高效液相色譜法（HPLC）測定葉片中4種內源激素的含量[28]。流動相為甲醇﹕乙腈﹕0.6%乙酸（50﹕45﹕5，v/v），所用分析柱為Symmetry C18（150 mm×4.6 mm，5 μm），柱溫為25℃，流動相流速0.6 mL·min-1，檢測波長為254 nm。玉米素、赤霉素、生長素、脫落酸標樣均購自美國Sigma公司。

1.2.5 植株干重測定 每處理取5株，3次重復，60℃下烘干至恒重。

1.3 大田試驗測定項目和方法

成熟期各處理選取不帶邊行的1 m2小麥，統計穗數、穗粒數，3次重復，收獲后脫粒，晾干至恒重稱量。

1.4 數據統計分析

用DPS7.05統計分析軟件對數據進行方差分析和顯著性檢驗（LSD法），用SigmaPlot 10.0進行作圖。

2 結果

2.1 田間條件下噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥籽粒產量及其構成因素的影響

由表1可以看出，常規施氮量處理的穗數、穗粒數、千粒重、籽粒產量均顯著高于低氮肥處理。與對照N1、N2處理相比，噴施外源6-BA顯著提高了小麥籽粒產量，N1+6-BA和N2+6-BA處理的籽粒產量分別提高10.48%和16.61%，這是由于噴施外源6-BA顯著提高了產量構成因素中的單位面積穗數和穗粒數；與對照N1、N2處理相比，N1+6-BA和N2+6-BA處理的單位面積穗數分別提高12.74%和12.31%。與對照N1、N2處理相比，噴施抑制劑lovastatin降低了單位面積穗數，顯著提高了穗粒數，但對籽粒千粒重和產量無顯著性影響。

表1 細胞分裂素及其抑制劑對小麥籽粒產量及其構成因素的影響

不同字母表示0.05水平差異顯著。下同 Values followed by different letters mean significant at 0.05 level. The same as below

2.2 室內條件下噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥植株地上部干重的影響

從圖2可知，噴施外源6-BA及其抑制劑lovastatin后，小麥地上部植株干重隨著時間推移呈逐漸增加的趨勢（圖2），高氮水平下的植株干重顯著高于低氮水平。與對照HN、LN相比，噴施外源6-BA顯著提高了小麥植株干重，HN+6-BA、LN+6-BA處理12 d后的植株干重分別提高21.39%、43.92%，而噴施抑制劑lovastatin顯著降低了小麥植株干重，HN+Lov、LN+Lov處理后12 d的植株干重分別降低58.55%、30.69%。由此表明，細胞分裂素可促進小麥植株地上部光合產物的積累。

2.3 噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥葉片葉綠素含量的影響

由表2可以看出，高氮水平的葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）含量均顯著高于低氮水平，12 d后Chl a、Chl b含量分別提高103.39%、94.44%。與對照HN處理相比，外源6-BA顯著提高了9—12 d Chl a含量和3—12 d Chl b含量；處理后12 d，Chl a和Chl b含量分別提高35.83%和48.57%；與對照LN相比，LN+6-BA處理12 d后Chl a和Chl b含量分別提高35.59%和83.33%。與對照HN、LN相比，噴施lovastatin顯著降低了Chl a和Chl b含量，HN+Lov、LN+Lov處理后12 d的Chl a和Chl b含量分別降低45.00%和79.66%、45.71%和88.89%。這表明內源細胞分裂素能促進葉綠素a及葉綠素b的合成，尤其是促進葉綠素b的合成。

HN、HN+6-BA、HN+Lov、LN、LN+6-BA、LN+Lov分別表示高氮下噴清水的對照、高氮下噴施外源細胞分裂素、高氮下噴施細胞分裂素合成抑制劑、低氮下噴清水的對照、低氮下噴施外源細胞分裂素、低氮下噴施細胞分裂素合成抑制劑

表2 細胞分裂素及其抑制劑對小麥葉片葉綠素組分含量的影響

2.4 噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥葉片光合性能的影響

由圖3可知，噴施外源6-BA及其抑制劑3—12 d，各處理葉片氣孔導度（s）基本不變，而葉片蒸騰速率（r）呈升高趨勢。與對照HN處理相比，HN+6-BA處理顯著提高了葉片s、r、i、n；處理后12 d，s、r、n、i分別提高68.32%、58.66%、30.72%、51.61%；但與對照LN處理相比，LN+6-BA處理顯著降低了葉片的r及i。與對照HN、LN相比，噴施lovastatin顯著降低了s、r、n。

圖3 細胞分裂素及其抑制劑對小麥葉片光合參數的影響

2.5 噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥葉片熒光特性的影響

2.5.1 快速葉綠素a熒光誘導動力學曲線及拐點的變化 由圖4可以看出，與對照HN、LN相比，噴施外源6-BA使OJIP曲線下降，而噴施抑制劑lovastatin處理使OJIP曲線上升，處理后12 d，曲線中出現明顯的拐點K（圖4-A，C）。以HN+6-BA處理的OJIP曲線作為參照，將其他處理的OJIP曲線標準化，結果表明，低氮水平在J（2 ms）點和I（30 ms）點的熒光強度明顯高于高氮水平（圖4-B，D）。噴施lovastatin明顯提高了葉片J點和I點相對可變熒光值。與HN+6-BA相比，LN+Lov處理的J點和I點熒光值較高。與對照LN相比，LN+6-BA處理明顯降低了葉片J點和I點熒光。值得注意的是處理后3 d，與HN+6-BA處理相比，LN+Lov處理的OJIP曲線在30 ms（I點）附近上升最明顯，而處理后12 d，LN+Lov處理的OJIP曲線在2 ms（J點）附近上升最明顯。各處理相比，J點的熒光強度趨勢表現為：LN+Lov＞LN＞HN+Lov＞LN+6-BA＞HN＞HN+6-BA。

2.5.2 不同處理對熒光參數的影響 處理后0—12 d，各處理捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中QA下游的其他電子受體的概率（Ψo）和以吸收光能為基礎的性能指數（PIabs）總體表現為下降的趨勢；而K點的可變熒光Fk占振幅Fo- Fj的比例（Wk）和J點的可變熒光Fj占振幅Fo- Fp的比例（Vj）總體表現為上升的趨勢（圖5）。

與對照HN、LN相比，噴施6-BA顯著提高了Ψo和PIabs，顯著降低了Wk和Vj值；處理后12 d，HN+6-BA處理的Ψo和PIabs分別提高24.69%和64.82%；Wk和Vj分別降低37.52%和15.46%。處理后12 d，LN+6-BA處理的Ψo和PIabs分別提高42.38%和194.07%；Wk和Vj分別降低22.09%和36.05%。與對照HN、LN相比，噴施lovastatin顯著降低了Ψo和PIabs，而顯著提高了Wk和Vj。

圖4 細胞分裂素及其抑制劑對葉片快速葉綠素熒光誘導動力學曲線、相對可變熒光差值（ΔVt）的影響

2.6 噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥葉片內源激素含量的影響

處理后0—12 d，葉片內源玉米素（Zt）含量在3 d含量最高，之后呈逐漸降低的趨勢（圖6-A）。與對照HN、LN相比，噴施6-BA顯著提高了3—12 d葉片Zt含量，處理后12 d，HN+6-BA、LN+6-BA處理葉片Zt含量分別提高108.71%和138.50%。與對照HN、LN相比，噴施lovastatin顯著降低了內源Zt含量，處理后12 d，HN+Lov和LN+Lov處理葉片Zt含量分別降低59.70%和79.91%。

高氮水平的葉片赤霉素（GA3）含量呈雙峰變化趨勢，分別在處理后3、9 d有峰值；低氮水平的葉片GA3含量呈先升高后降低趨勢，其含量在處理后6 d有最大值（圖6-B）。與對照HN、LN相比，噴施6-BA顯著降低了3—12 d葉片GA3含量；處理后12 d，HN+6-BA和LN+6-BA處理葉片GA3含量分別降低14.79%和8.03%，噴施lovastatin則顯著提高了葉片GA3含量，處理后12 d，HN+Lov和LN+Lov處理葉片GA3含量分別提高73.02%和22.57%。

處理后0—12 d，葉片內源生長素（IAA）含量呈先升高后降低的變化趨勢（圖6-C）。與對照HN相比，HN+6-BA降低了處理后3 d的葉片IAA含量，但顯著提高了其6—12 d含量；與對照LN相比，LN+6-BA降低了處理后3—6 d 葉片IAA含量，但提高了其葉片9—12 d含量；與對照HN、LN相比，噴施lovastatin則顯著降低了葉片IAA含量，HN+Lov處理后12 d IAA含量降低14.61%，LN+Lov處理后12 d葉片IAA含量降低18.65%。

處理后0—12 d，葉片內源脫落酸（ABA）含量呈先升高后降低的變化趨勢（圖6-D）。與對照HN、LN相比，噴施6-BA顯著降低了3—12 d葉片ABA含量；處理后12 d，HN+6-BA和LN+6-BA處理葉片ABA含量分別降低25.04%和29.40%。噴施lovastatin則顯著提高了葉片ABA含量，處理后12 d，HN+Lov和LN+Lov處理葉片ABA含量分別提高18.32%和20.20%。

2.7 噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥葉片硝酸還原酶（NR）與谷氨酰胺合成酶（GS）活性的影響

處理后0—15 d，小麥葉片硝酸還原酶（NR）及谷氨酰胺合成酶（GS）活性呈先上升后下降趨勢。與對照HN、LN相比，噴施6-BA顯著提高了葉片NR及GS活性；處理后15 d，HN+6-BA和LN+6-BA處理葉片NR、GS活性分別提高40.60%、48.56%和82.90%、43.03%。外噴抑制劑lovastatin則顯著降低了葉片NR及GS活性，處理后15 d，HN+Lov和LN+Lov處理葉片NR、GS活性分別降低64.81%、25.47%和57.31%、57.67%（圖7）。

圖6 細胞分裂素及其抑制劑對小麥葉片內源激素含量的影響

2.8 小麥葉片內源激素含量與光合參數及綜合性能指數的關系

由表3相關分析結果表明，葉片內源玉米素（Zt）含量與凈光合速率（n）、氣孔導度（s）呈極顯著正相關關系，與胞間二氧化碳濃度（i）、蒸騰速率（r）相關性不顯著。赤霉素（GA3）含量與i呈顯著負相關關系，與n、s、r無顯著性相關關系。生長素（IAA）含量與n、s呈極顯著正相關關系，脫落酸（ABA）含量則與n、s呈極顯著負相關關系，與i呈顯著性正相關關系。綜合性能指數（PIabs）是反映植物光合機構活性最敏感的指標，相關分析結果表明PIabs與葉片內源Zt、IAA含量呈極顯著正相關關系；PIabs與ABA含量呈極顯著負相關關系，與GA3含量的相關不顯著（圖8）。這表明提高內源Zt、IAA含量，降低ABA含量，有利改善小麥幼苗期葉片光合機構活性，提高葉片光合速率。

圖7 細胞分裂素及其抑制劑對小麥葉片NR及GS活性的影響

表3 葉片內源激素含量與光合參數的相關性

*，0.05水平差異顯著；**，0.01水平差異顯著

*, ** represent significant differences at 0.05 and 0.01 levels

2.9 小麥葉片內源激素含量與硝酸還原酶（NR）與谷氨酰胺合成酶（GS）活性關系

相關分析結果表明，葉片內源Zt、IAA含量與硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）活性呈顯著或極顯著正相關關系（圖9）；GA3含量與NR、GS活性相關關系不顯著；內源脫落酸ABA含量與NR、GS活性呈二次曲線相關關系且達顯著水平。由此說明，提高葉片內源Zt或IAA含量，有利葉片氮素合成代謝，而葉片ABA含量過高不利葉片氮素合成代謝。

圖8 葉片內源激素與綜合性能指數的相關關系

圖9 小麥葉片內源激素含量與谷氨酰胺合成酶及硝酸還原酶活性的關系

3 討論

3.1 噴施外源6-BA對小麥籽粒產量的調控效應

小麥苗期的植株生長情況是生育中后期生長的基礎，調控苗期植株發育對中后期植株個體和群體的發展起決定作用。前人研究表明產量三要素中粒重、穗粒數、單位面積穗數可被氮肥運籌和外源生長調節劑等的栽培措施調控[4, 10, 21]。本研究中與低施氮量相比，常規施氮量顯著提高了小麥單位面積穗數、穗粒數和千粒重，顯著提高籽粒產量。一方面，前人研究發現，增施氮肥可促進分蘗節中細胞分裂素的合成，有利分蘗的發生，促進了分蘗的發育成穗，最終提高單位面積穗數[29-30]。另一方面較高的氮肥供應促進了小麥穗高位小花的發育，減少了不孕小穗數，提高結實率，最終穗粒數顯著提高[31]。再者，增大施氮量提高了籽粒中淀粉合成酶活性，可促進粒籽粒灌漿，提高籽粒粒重[32]。兩種施氮量水平下噴施外源6-BA顯著提高了小麥籽粒產量，這是由于外源6-BA顯著提高了小麥單位面積穗數和穗粒數。分析原因后認為，外源細胞分裂素可提高分蘗節和分蘗芽中內源細胞分裂素的含量，有利于分蘗芽從休眠轉向萌發轉換，促進分蘗芽的生長[29]。Zheng等[33]的研究結果表明外源6-BA降低了小麥穗中部和基部小穗的小花退化速率，提高了小花結實率，最終提高了穗粒數。

3.2 噴施外源6-BA對小麥苗期葉片光合和熒光特性的調控效應

植物干物質積累主要來源于葉片的光合作用，而綠色植物則通過光合膜上的葉綠素蛋白復合體利用光能進行光合作用。本試驗研究結果表明兩種氮素水平下噴施6-BA處理均提高了小麥苗期地上部干物質積累量，噴施抑制劑降低了地上部干物質積累量。這是由于外源6-BA處理的葉片氣孔導度較高，且凈光合速率高于對照處理，葉片制造的光合產物較多地積累在植株中。葉片較高的葉綠素含量有利于光合作用[34]，兩種氮素水平下噴施外源6-BA提高了葉綠素a（Chl a）和葉綠素b（Chl b）含量。一方面細胞分裂素可促進葉綠素循環及PSII相關關鍵基因的上調表達，維持色素蛋白復合體的穩定，減少葉綠素降解[35]。另一方面細胞分裂素可提高葉綠素合成中間產物5-氨基酮戊酸的合成速率，進而有利葉綠素的合成[36]。

Chl a和Chl b是葉綠素的兩種重要組分。Chl a 可吸收和傳遞光能，少數激發態Chl a 具有光化學活性，能將光能轉化為電能[37]。Chl b 不具有光化學活性，但可吸收和傳遞光能，調控捕光天線大小及維持其穩定[38]。適量增加氮肥供應可提高PSII的活性和光化學最大效率，提高表觀光合作用電子傳遞速率，降低非輻射能量耗散，使葉片所吸收的光能較充分地用于光合作用[39]。本研究采用快速熒光動力學分析方法，結果表明與低氮水平相比較，高氮水平的Chl a 熒光誘導動力學曲線發生改變，低氮水平的J點和I點相對可變熒光值升高，而高氮水平則降低了Wk和Vj數值，提高了Ψo值，這說明提高氮素供應可減弱放氧復合體損傷，顯著提高PSII反應中心電子傳遞鏈供體側和受體側的電子傳遞能力。前人研究認為植物光合機構的發育與功能維持都有細胞分裂素的參與調控[40]。提高內源細胞分裂素含量可阻止光合蛋白復合體的降解[41]。低氮素條件下噴施外源6-BA也可降低Wk和Vj數值，提高Ψo和PIabs值，表明噴施外源細胞分裂素可修復因氮素供應減少導致的放氧復合體損傷，提高PSII反應中心電子傳遞鏈供體側和受體側的電子傳遞能力。相關性分析表明內源Zt含量與凈光合速率、氣孔導度、光系統性能指數PIabs呈極顯著正相關，ABA含量與凈光合速率、氣孔導度、PIabs呈極顯著負相關關系。噴施抑制劑lovastatin降低了內源Zt含量，提高了ABA含量，這進一步證明了噴施外源6-BA能提高葉片內源Zt含量，降低ABA含量，有利于改善葉片光系統性能，提高葉片光合能力。

3.3 噴施外源6-BA對小麥苗期葉片谷氨酰胺合成酶（GS）和硝酸還原酶（NR）活性的調控效應

硝酸還原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）是氮素同化的關鍵酶[42]。較高的氮素同化酶活性有利于葉片保持較高的光合性能[43]。Krouk[44]研究認為氮素與激素信號通路之間是雙向連接的關系，氮素依賴其濃度影響植物發育進程，而激素可反饋調控植物對氮素的轉運和積累。有研究認為細胞分裂素（CTK）、生長素（IAA）、脫落酸（ABA）參與了硝酸鹽信號系統調控植株整體水平的發育[45]。有研究表明較高的氮素供應可促進細胞分裂素合成關鍵基因的上調表達，從而促進細胞分裂素的合成[46]。施用外源細胞分裂素則可提高氮素高親和力轉運系統相關基因的表達，促進氮素由根系向地上部運輸[47]。有研究認為氮素濃度對根、莖內源ABA含量無顯著性影響，且氮素信號系統是否與內源ABA含量變化有關尚不明確，然而，近年來，越來越多的證據表明ABA參與了氮素信號系統[13]。Signora等[48]研究發現ABA在參與調控氮素影響植物根系發育中起重要作用。本研究發現兩種氮素水平下噴施外源6-BA顯著提高了GS和NR活性，噴施抑制劑lovastatin則顯著降低了兩種酶活性。兩種氮素平下噴施6-BA提高了葉片內源Zt含量，降低ABA含量，噴施抑制劑lovastatin則降低了葉片內源Zt含量，提高了ABA含量。相關性分析表明葉片Zt和IAA含量均與GS和NR活性呈極顯著或顯著性線性正相關關系，內源ABA含量則與GS和NR活性呈顯著性二次曲線關系，這表明內源Zt、IAA和ABA含量變化在氮素同化中起重要作用。噴施外源細胞分裂素通過調節內源Zt、IAA、ABA含量，進而調控GS和NR活性。

4 結論

噴施外源6-BA處理提高了葉片內源Zt和IAA含量，降低了ABA含量，一方面提高了葉片Chl a、Chl b含量和NR和GS活性，從而提高葉片氮素同化能力和光能捕獲、傳遞轉化能力；另一方面提高了PSII反應中心電子傳遞鏈供體側和受體側的電子傳遞能力，提高光系統II活性，最終改善葉片的光合性能，幼苗能夠積累更多的光合產物，提高地上部植株干重。低氮與外源6-BA配合使用可修復因氮素供應減少而導致的光系統性能降低，提高小麥幼苗植株干重。因此苗期噴施外源6-BA可促進幼苗發育成壯苗，提高小麥穗數和穗粒數，提高籽粒產量。

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（責任編輯 楊鑫浩）

Effects of Exogenous 6-BA on Photosynthetic Characteristics and Endogenous Hormone Content in Wheat Leaves Under Two Nitrogen Application Levels at Seedling Stage

YANG DongQing1, DONG WenHua1,LUO YongLi1, 2, SONG WenTing1, CAI Te3, LI Yong1, YIN YanPing1, WANG ZhenLin1

(1College of Agronomy, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, Shandong;2College of Life Sciences, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, Shandong;3College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi)

The purpose of this study was to test the effects of nitrogen concentrations and spraying exogenous cytokinin (6-BA) on photosynthetic characteristics, chlorophyll a fluorescence, nitrate reductase (NR) and glutamine synthetase (GS) activities, changes of endogenous hormones in leaves of wheat at seedling stage and grain yield, and then provide a theoretical basis for improving the development of winter wheat seedlings.Wheat (Jimai 22) was sown in the field and pot culture experiments with two nitrogen levels ( N1, 120 kg·hm-2; N2, 240 kg·hm-2) and modified Hoagland nutrient solutions containing two nitrogen levels (HN, 3.75 mmol·L-1; LN, 0.63 mmol·L-1), respectively. 6-BA (30 mg·L-1) and lovastatin (300 mg·L-1) were sprayed to the whole plants at a rate of 100 mL·m-2at the three-leaf stage. Ten wheat plants were sampled at 3 d intervals to test chlorophyll contents, NR and GS activities, photosynthetic parameters (s,r,iandn), chlorophyll fluorescence parameters (Wk, Vj, Ψoand PIabs), and endogenous hormones. In addition, grain yield, kernels per spike, 1000-grain weight, and ear numbers were determinedat maturity stage.The above ground biomass (AGBM) was significantly increased by exogenous 6-BA treatment in the pot experiment. Conversely, application of lovastatin significantly decreased AGBM. Compared with HN treatment, AGBM under HN+6-BA treatment increased by 21.39% at 12 days after treatment (DAT), and that of LN+6-BA treatment increased by 43.92%, compared with LN treatment. Application of 6-BA significantly increased values ofs,r,iandnunder high nitrogen condition. Especially,s,r,nandiincreased by 68.32%、58.66%、30.72%、51.61% at 12 DAT, respectively. Chl a increased by application of 6-BA at 9 to 12 DAT, while content of Chl b has significantly increased by exogenous 6-BA from 3 to 12 DAT. Conversely, both Chl a and Chl b have significantly decreased by application of lovastatin. Compared with HN treatment, HN+6-BA treatment significantly increased the activity of nitrate reductase (NR) and glutamine synthetase (GS). While application of lovastatin significantly decreased NR and GS activity. Exogenous 6-BA treatments changed the fast chlorophyll fluorescence induction kinetics curves. Application of 6-BA significantly increased Ψoand PIabs, and decreased Wkand Vj. Wkand Vjdecreased by 22.09% and 36.05%, respectively, under LN+6-BA treatment, compared with LN treatment. Application of 6-BA significantly increased Zt content from 3 to 12 DAT, increased IAA content from 6 to 12 DAT, and decreased ABA content. However, spraying exogenous lovastatin obviously increased ABA content. Application of 6-BA significantly increased grain yield in the field experiment. Compared with N1 and N2, grain yield of N1+6-BA and N2+6-BA increased by 10.48% and 16.61%, respectively.Exogenous 6-BA increased aboveground biomass due to increasing the leaf photosynthesis and nitrogen assimilation through regulating endogenous hormones contents to enhance chlorophyll content and NR and GS activity, and to improve the electron transfer capability of both the donor and the acceptor sides at PSII reaction center resulting in improved PSII performance. Grain yield has significantly increased under 6-BA combined with nitrogen application treatments.

wheat seedling; nitrogen; hormone; photosynthetic characteristics; chlorophyll a fluorescence

2017-02-27；接受日期：2017-07-07

國家重點基礎研究發展計劃（“973”計劃）（2015CB150404）、國家重點研發計劃（2016YFD0300400）、山東省泰山產業領軍人才項目、山東省農業重大應用技術創新課題、山東省高等學校科技計劃（J14LF12）、作物生物學國家重點實驗室開放課題基金（2016KF04）

楊東清，E-mail：chengyang2364@126.com。董文華，E-mail：whdong105@126.com。楊東清和董文華為同等貢獻作者。通信作者王振林，E-mail：zlwang@sdau.edu.cn