6－磷酸海藻糖及其施用方式對大豆農藝性狀的影響

中圖分類號：S565.104 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）12-0064-06

在植物生長發(fā)育過程中，糖是物質代謝和能量代謝的共同基礎，參與碳積累、能量供給等一系列生理生化過程。植物通過光合作用產生的糖，除用于維持自身代謝以外，還將以蔗糖的形式在植物庫組織中貯藏和利用[]。糖除了作為生物代謝的載體，還是調節(jié)植物生長發(fā)育和響應外部環(huán)境狀態(tài)的信號分子，貫穿于整個植物生命周期，如調控胚胎形成、種子萌發(fā)、幼苗生長、花芽形成、果實成熟和衰老等[2]。此外，糖還參與調控植物對逆境脅迫和病原生物人侵的響應[3-4] 。

6-磷酸海藻糖（trehalose-6-phosphate，T6P）是海藻糖代謝的中間產物，也是調節(jié)植物糖代謝和碳代謝的關鍵信號分子，參與維持植物體內蔗糖利用和穩(wěn)態(tài)的調節(jié)[5-6]，能夠調節(jié)蔗糖水平、運輸和代謝途徑，在整株水平協(xié)調植物的源和庫。在胚胎發(fā)育、幼苗生長、成花誘導及葉片衰老等生長發(fā)育進程中起著重要的調節(jié)作用[7-I1]。T6P 調節(jié)光同化物在蔗糖與有機酸和氨基酸之間的分配，通過翻譯后激活磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）和硝酸還原酶（NR）。SnRK1是使NR磷酸化的蛋白激酶之一，在T6P升高的植物中，NR的激活與T6P對SnRK1的抑制作用相一致[12]

改變T6P濃度以提高作物產量具有重要的潛力，直接噴施可吸收的T6P前體進行滲透影響內源T6P從而促進淀粉合成，提高了 20% 的小麥產量[13];水稻中利用糖誘導轉錄因子OsNAC23可以抑制OsTPP1的表達，導致T6P濃度升高，使轉基因水稻植株產量增加 8.7%～16.1% 。除淀粉作物外，T6P還可以促進蕓臺屬植物的油脂代謝[15]，表明T6P對作物中淀粉和油脂的積累具有普遍的上調作用。T6P可與植物激素相互影響，促進生長素生物合成基因色氨酸轉氨酶RELATED2（TAR2）的表達，調控豌豆的生長發(fā)育[16]；生長素也可作用于T6P上游，促進擬南芥?zhèn)雀纳L[17]。目前關于T6P影響大豆生長和產量的研究尚不多見。

大豆是人類重要的蛋白質和脂肪來源。我國大豆需求量大且嚴重依賴進口，面臨嚴重的“卡脖子”問題。因此，迫切需要提高大豆產量以滿足人民對大豆的需求。目前，有關外源施用T6P影響大豆產量的研究較少。本研究擬通過拌種劑拌種和開花期莖葉噴施的方法對大豆植株外源施用T6P，探索T6P對粒用大豆和菜用大豆在產量、品質等相關性狀的影響，以期為闡明利用糖代謝途徑關鍵調控因子改良大豆產量提供理論依據。

1材料與方法

1.1 供試材料

供試菜用大豆品種為通豆 ６號，粒用大豆品種為通豆 １３，由江蘇省農業(yè)科學院經濟作物研究所提供。

1.2 供試藥劑

供試藥劑為 2% T6P可溶性粉劑，由江蘇省農業(yè)科學院檢測中心提供，為基因工程手段制備的酵母提取物。標準品為海藻糖6-磷酸二鉀鹽（純度 95% ），購于美國GlpBio公司。

1.3 田間管理

試驗于2023年在江蘇省如皋市江蘇沿江地區(qū)農科所（ 120^°20^′～120^°50^′E，32^°00^′～32^°30^′N） 試驗田中進行。土壤為沙壤土， pH 值8.23，有機質含量 15.24g/kg ，肥力中等偏上。前茬為春播玉米田，每 667m² 施 45% 復合肥（ N，P₂O₅，K₂O 含量均為15% ） 15kg 作基肥，7月24日免耕穴播，每穴4粒，菜用大豆種植密度為12000株 /667m² ，粒用大豆種植密度為15000株 /667m² 。8月7日對拌種處理小區(qū)連續(xù)抽10穴調查出苗率，8月24日對拌種處理小區(qū)連續(xù)取5穴測定地上部分干重，8月30日至9月1日進入開花期，噴施處理分別于9月1日和9月8日進行。菜用大豆10月11日采收考種并測實產，粒用大豆10月30日收獲，11月6日考種并測實產。

1.4 處理方法

1.4.1拌種處理設置4個處理，分別是 Al：2% T6P4g/667m²;A2：2% T6P 20g/667m² ;A3：常規(guī)對照藥劑（原始菌劑） 4g/667m² ;A4：清水對照。根據小區(qū)面積將每個處理藥劑稱好后，用水溶解，按 50mL 藥液拌種 1kg 種子進行處理，拌好后自然晾干再播種。菜用大豆每 667m² 用種 9kg ，粒用大豆每 667m² 用種 6kg 。每個小區(qū)寬 3.5m ，長8.0m ，面積 28m² ，重復3次，隨機區(qū)組排列。

1.4.2噴施處理設置4個處理，分別是 81：2% T6P 4g/667m² ，在大豆開花初期噴施; B2：2% T6P4g/667m² ，在大豆開花后7d噴施;B3：常規(guī)對照藥劑WA .4g/667m² ，在大豆開花后7d噴施；B4：清水對照，在大豆開花后7d噴施。按 667m² 兌水 50kg 均勻噴施，粒用大豆每 667m² 用種 6kg 。每個小區(qū)寬 4.5m 長 8.0m ，面積 36m² ，重復3次，隨機區(qū)組排列。

1.4.3種子包衣處理設置8個處理，分別是CK：自來水; A：1kg 種子 藥劑； B;1kg 種子 χ^′₁Σ_g 藥劑； C：1kg 種子 /0.1g 藥劑； D：1kg 種子 /0.01g 藥劑； E：1kg 種子 /0.001g 藥劑；F： 1kg 種子 0.0001g 藥劑； G_：1kg 種子 /0.0002g 純品T6P（相當于 2% T6P可溶性粉劑 。 1kg 種子加 50mL 包衣劑拌種后自然晾干。

1.5 測定指標與方法

（1）產量性狀：在結莢期間調查鮮重，在成熟期考察株高、底莢高度、有效分枝數、每株總莢數、小區(qū)產量。（2）粒莢結構：收獲成熟的豆莢并烘干后，考察秕莢數、秕莢重、一粒莢數、一粒莢重、二粒莢數、二粒莢重、三粒莢數、三粒莢重。（3）發(fā)芽相關指標測定：每個培養(yǎng)皿放置30粒包衣處理后的大豆種子，每組5個重復，將培養(yǎng)血置于培養(yǎng)箱中于25^°C 下遮光催芽，每天統(tǒng)計發(fā)芽種子數，計算每組種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數。（4）品質性狀測定：利用近紅外大豆分析儀（星靈G2020-A，廣東星創(chuàng)眾譜儀器有限公司）測定大豆粗蛋白、油脂、水份和水溶蛋白含量。（5）激素含量測定：對上述不同濃度T6P處理下的通豆13的幼苗（VC期）的根、莖和葉進行取樣，用液氮速凍后于 -80°C 冰箱保存，用于后續(xù)激素含量的測定。采用超高效液相色譜-電噴施串聯(lián)四極桿質譜儀（UPLC-ESI-MS/MS）法測定大豆幼苗根、莖和子葉中的生長素、細胞分裂素、茉莉酸、赤霉素等激素的含量，委托江蘇省農業(yè)科學院中心測定。對激素含量進行歸一化處理，公式如下： 表示激素含量； μg/g 。

1.6 數據分析

采用SAS統(tǒng)計分析軟件進行方差分析，采用GraphPadPrism8.O和Excel軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1外源施加T6P對粒用大豆的影響

2.1.1T6P拌種和噴施對粒用大豆農藝性狀的影

響對T6P拌種和噴施后粒用大豆通豆13的株高、有效分枝數及底莢高度等性狀進行統(tǒng)計，結果表明，A1和B1處理下通豆13株高顯著增加，與對照處理對比，平均增高了 13.66% （圖1-A）;A2和B1處理，通豆13的有效分枝數顯著增加，與對照相比平均增高了 13.46% （圖1-B），拌種處理A1顯著增加了通豆13的底莢高度，而B1處理下通豆13的底莢高度顯著降低。

由圖2可知，外施T6P處理增加通豆13的莢粒產量，且無論是拌種處理還是莖葉噴施處理，通豆13的每株莢數均有所提升，A1和A2處理平均每株莢數有24.8個，顯著高于A3和A4處理;莖葉噴施處理效果更加顯著，B2處理下每株莢數可達56.2個，B1處理下平均每株莢數有48.6個，相比B3和B4處理，每株莢數增加了 16.0～26.1 個。拌種處理時，A1處理下每株一粒莢增幅最顯著，相比于A3和A4處理分別增加了7.0、6.6個，但每株二粒莢和三粒莢數目無明顯變化。A2處理下每株一粒莢數目無明顯變化，二粒莢和三粒莢數相比常規(guī)藥劑和清水對照分別增加了 1.3～2.4 個和 1.4～1.9 個。而莖葉噴施處理時，B1和B2處理下，每株一粒莢、二粒莢和三粒莢個數均顯著增加，B1處理相比B3和B4處理分別增加 6.9～9.7 個一粒莢、4.1～7.6個二粒莢 .0.2～2.1 個三粒莢;B1處理相比B3和B4處理分別增加4.9～7.7個一粒莢 .2.5～6.0 個二粒莢 .0.2～2.2 個三粒莢。因此，一粒莢的增加對每株莢數增加的貢獻最大。拌種處理和噴施處理對通豆13的百粒重無顯著影響。

由圖3可知，與常規(guī)藥劑處理（A3）相比，A1處理下通豆13的每株鮮重和小區(qū)粒重均明顯提高。與清水對照（A4）相比，A2處理下，通豆13的每株莢重和每株鮮重均顯著增加，但與WA藥劑處理增效不顯著。不同時期的噴施處理能顯著提高通豆13的每株莢重、每株鮮重，每株莢重提高可到21.1～21.3g ，每株鮮重可提高到 41.0～44.3g 。在開花后7d噴施外源T6P（B2）比在開花初期噴施（B1）更能有效提高通豆13的小區(qū)粒重。

以上結果表明，外施T6P能夠增加通豆13的單株莢數，從而增加每株鮮重和莢重，在百粒重不下降的同時，增加產量。

2.1.2拌種和噴施處理對通豆13品質性狀的影響對通豆13干籽粒的相關品質進行測定，結果表明無論是拌種處理還是莖葉噴施處理，施加外源T6P對通豆13干籽粒的粗蛋白、水溶蛋白、油脂和水份含量均不會引起明顯改變（圖4）。

2.1.3拌種處理對通豆13萌發(fā)的影響拌種處理對大豆出苗率的影響較大。由圖5可知，通豆13在進行拌種處理后，發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數顯著提升，其中處理A和B的效果最為顯著，發(fā)芽率比對照分別增加46.0、40.7百分點；其次是處理F，比對照增加28.0百分點，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數呈現(xiàn)出相似的趨勢。表明外施T6P對大豆種子萌發(fā)有顯著的增益效果。

圖4T6P拌種和噴施對通豆13的品質性狀的影響

圖5T6P包衣處理對通豆13萌發(fā)的影響

2.1.4拌種處理對通豆13植株激素含量的影響為明確T6P對植物激素信號途徑的影響，對上述不同濃度T6P包衣處理后的通豆13幼苗的根、莖和子葉進行激素含量測定，結果（圖6）顯示，濃度含量較高的激素分別是水楊酸（SA）、吲哚-3-丙酮酸（IPYA）、12-氧代植物二烯酸（OPDA）、吲哚乙酸（IAA）茉莉酸（JA）脫落酸（ABA）、色胺（TAM）和赤霉素20（GA20）。其中SA、IPYA和OPDA含量明顯高于其他激素，SA、IPYA、OPDA和IAA在根、莖中的含量高于子葉中的含量，而GA20則反之。表明T6P可能參與上述激素信號通路的調控。

2.2外源施加T6P對菜用大豆的影響

由圖7可知，T6P拌種處理對通豆6號的產量和株型性狀也有一定程度的影響，A2處理下，通豆6號的每株鮮莢重顯著高于其他處理組，可達82.4g ，但每株鮮重與清水對照相比并無顯著差異。

圖6T6P包衣處理對通豆13幼苗根（1）、莖（2）和子葉（3）中激素含量的影響

CK—自來水處理；W—常規(guī)對照藥劑WA 1kg 種子 /0.001g 藥劑；A—1kg種子/10g藥劑；B—1kg種子/1g藥劑；C—1kg種子/0.1g藥劑；D—1kg種子/0.01g藥劑；E—1kg種子/0.001g藥劑；F—1kg種子/0.0001g藥劑；G—1kg種子/0.0002g純品T6P。不同數字表示不同部位，1—根部；2—莖部；3—子葉

株型方面，不同濃度的T6P與常規(guī)藥劑拌種處理對株高和有效分枝數都有顯著的增效；此外，A1處理下，通豆6號的底莢高度顯著下降，比清水對照下降了 12.9% 。表明外施T6P對菜用大豆產量提升和株型改良也有一定的作用。

3討論與結論

T6P作為一種重要的糖類信號分子，在植物生長發(fā)育和逆境響應中發(fā)揮著關鍵作用。前人研究結果表明，內源靶向提高T6P水平能夠促進與生長和產量相關的生物合成途徑的通量[18]。外源噴施T6P溶液能夠提高普通菜豆的籽粒產量和鐮孢菌枯萎病抗性，但目前尚未有關于外源施用T6P對不同類型大豆發(fā)育影響的報道。因此本研究通過不同外施方式和不同施用濃度探索了外源T6P對大豆的影響。由結果可知，無論是拌種還是莖葉噴施處理，施加外源T6P都改善了通豆13的株型并提高了產量（圖1至圖3），筆者所在課題組推測可能是因為分枝數增加、株高增加導致每株莢數增加最終使通豆13產量增加。

在外源施加T6P的不同處理方法試驗中，開花期莖葉噴施處理下通豆13的株高、每株莢數和單株產量等性狀要高于拌種處理下通豆13的。推測可能是拌種處理使種子在萌發(fā)階段受到T6P的影響，促進種子快速萌發(fā)，加快了營養(yǎng)生長的速度，為生物量增加和產量提升奠定基礎；而開花期莖葉噴施處理正值生殖生長期，外源噴施T6P促進了大豆同化物在源、庫器官之間的分配和移動，也與前人研究結果[14，20-21]一致。

在外源施加T6P對大豆種子萌發(fā)影響試驗中，筆者所在課題組發(fā)現(xiàn)盡管最高濃度的2個處理（A：1kg 種子 ^′10g 藥劑和 B：1kg 種子/1 g 藥劑）發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數均提升最多，但是較低濃度（ F：1kg 種子 /0.0001g 藥劑）時，也能極顯著地提升大豆種子的萌發(fā)效率，且顯著高于純品藥劑的處理效果（ G：1kg 種子 /0.2mg 純品T6P）（圖5），以上結果表明較低濃度的 2% T6P可溶性粉劑即可對大豆生長發(fā)育起正向調控作用。除有效分枝數外，開花期后7d噴施外源T6P對大部分性狀均能起到更好的增益效果。盡管在本研究中，外源施加T6P對通豆13的總蛋白含量和含油量沒有顯著影響，但是不能排除對其他粒用大豆品種或其他品質性狀存在影響。此外，筆者所在課題組在比較了粒用大豆和菜用大豆在拌種處理后株型與產量性狀的變化后發(fā)現(xiàn)，粒用大豆的增益效果更加明顯，在后續(xù)研究中可以增加不同類型大豆品種，以及將拌種處理和莖葉噴施處理相結合的方式來進一步探索外源T6P對不同大豆品種的產量和品質性狀的影響。

對出苗期根、莖和子葉中常見的幾大類植物激素的含量進行檢測，發(fā)現(xiàn)SA、IPYA、OPDA、IAA和JA的含量整體較高。IPYA是生長素的合成前體，OPDA是茉莉酸的合成前體，推測外源T6P主要是誘導大豆中水楊酸、生長素和茉莉酸甲酯這幾類激素響應，來調控大豆的生長發(fā)育。這與前人研究報道的 T6P參與生長素合成的結果[22-23]一致，水楊酸和茉莉酸多與植物耐逆響應相關，說明在受到外源T6P誘導后，大豆幼苗也可能提高了應對生物和非生物脅迫的能力，這有待進一步探索。

綜上，無論是拌種處理還是在開花期莖葉噴施處理，外源施加T6P都能夠顯著提升大豆的萌發(fā)率、株高、有效分枝數、單株莢數、單株鮮重等產量相關性狀，并且不會對大豆百粒重和品質造成不利影響，從而提高大豆的最終產量。本研究結果為T6P在大豆單產提升中的應用提供了科學依據和技術支撐，對提升我國大豆產能具有重要意義。

參考文獻：

[1]RollandF，MooreB，Sheen J.Sugar sensingand signalingin plants [J].ThePlant Cell，2002，14（S1）：185-205.

[2]Gibson S I. Control of plant development and gene expression by sugarsignaling[J]. Current OpinioninPlant Biology，2OO5，8（1）： 93-102.

[3]XiaoW，SheenJ，JangJC.Therole ofhexokinase inplant sugar signal transductionand growthand development[J].PlantMolecular Biology，2000，44（4） ：451-461.

[4]FujikiY，YoshikawaY，Sato T，etal.Dark-induciblegenesfrom Arabidopsis thaliana are associated with leaf senescenceand repressed by sugars[J].Physiologia Plantarum，2001，11（3）：345-352.

[5]SchluepmannH，vanDijkenA，AghdasiM，etal.Trehalosemediated growth inhibition of Arabidopsis seedlings is due to trehalose -6- phosphate accumulation[J]. Plant Physiology，2004，135（2）：879 - 890.

[6]Figueroa C M，Lunn JE.A tale of two sugars：trehalose 6- phosphate and sucrose[J]. Plant Physiology，2016，172（1）：7-27.

[7]WinglerA，Delatte TL，O'HaraL E，et al. Trehalose 6-phosphate is required for the onset of leaf senescence associated with high carbon availability[J].PlantPhysiology，2012，158（3）：1241-1251.

[8]Satoh-Nagasawa N，Nagasawa N，Malcomber S，et al.A trehalose metabolic enzyme controls inflorescence architecture in maize[J]. Nature，2006，441（7090）：227 -230.

[9] van Dijken A JH，Schluepmann H，Smeekens S C M. Arabidopsis trehalose-6 - phosphate synthase 1 is essential for normal vegetative growth and transition to flowering[J].Plant Physiology，2004，135 （2） ：969 -977.

[10]Paul MJ， Jhurrea D，Zhang YH，et al.Up- regulation of biosynthetic processes associated with growth by trehalose 6- phosphate[J].Plant Signalingamp; Behavior，2010，5（4）：386-392.

[11]Gobel M，F(xiàn)ichtner F.Functions of sucrose and trehalose 6- phosphate in controlingplant development[J]．Journal ofPlant Physiology，2023，291：154140.

[12]Baena-Gonzalez E，Lunn JE. SnRKl and trehalose 6-phosphatetwo ancient pathways converge to regulate plant metabolism and growth[J]. Current Opinion in Plant Biology，2020，55：52-59.

[13]Griffths C A，Sagar R，Geng YQ，et al.Chemical intervention in plant sugar signalling increases yield and resilience[J]. Nature， 2016，540（7634） ：574 -578.

[14]Li ZY，Wei XJ，Tong X H，et al. The OsNAC23- Tre6P - SnRKla feed- forward loop regulates sugar homeostasis and grain yield inrice[J].MolecularPlant，2022，15（4）：706-722.

[15]Zhai ZY，Keereetaweep J，Liu H，etal.Trehalose 6-phosphate positively regulates fatty acid synthesis by stabilizing WRINKLED1 [J].The Plant Cell，2018，30（10）：2616-2627.

[16]MeitzelT，RadchukR，McAdamEL，etal.Trehalose6-phosphate promotes seed filling by activating auxin biosynthesis[J].New Phytologist，2021，229（3） ：1553-1565.

[17]Morales- Herrera S，Jourquin J，Coppé F，et al. Trehalose ?6- phosphate signalingregulateslateral root formationin Arabidopsis thaliana[J].Proceedingsof the National Academy of Sciences of the United States of America，2023，120（40）：e2302996120.

[18]PaulMJ，Gonzalez-UriarteA，GriffithsCA，etal.Theroleof trehalose 6-phosphate in crop yield and resilience[J]．Plant Physiology，2018，177（1） ：12-23.

[19]薛仁風，黃宇寧，姜珊，等.6-磷酸-海藻糖對普通菜豆籽粒 產量和鐮孢菌枯萎病抗性的影響[J]．河南農業(yè)科學，2022，51 （11） ：91-97.

[20]Zhang Z P，Deng Y K，Song X X，et al. Trehalose -6 - phosphate and SNF1-related protein kinase1 are involved in the first-fruit inhibition of cucumber[J]. Journal of Plant Physiology，2015，177 ：１１０－１２０．

［２１］ＬａｗｌｏｒＤ Ｗ，ＰａｕｌＭ Ｊ．Ｓｏｕｒｃｅ／ｓｉｎｋｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｕｎｄｅｒｐｉｎｃｒｏｐ ｙｉｅｌｄ：ｔｈｅｃａｓｅｆｏｒｔｒｅｈａｌｏｓｅ６－ｐｈｏｓｐｈａｔｅ／ＳｎＲＫ１ｉｎｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆ ｗｈｅａｔ［Ｊ］．ＦｒｏｎｔｉｅｒｓｉｎＰｌａｎｔＳｃｉｅｎｃｅ，２０１４，５：４１８．

［２２］ＺｈａｎｇＭ，ＳｕｎＹ Ｘ，ＤｉＰ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｍｅｔａｂｏｌｏｍｉｃｓａｎｄ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｏｍｉｃｓｔｏ ｒｅｖｅａｌｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆｔａｐｒｏｏｔ ｅｎｌａｒｇｅｍｅｎｔｉｎ Ｐａｎａｘ ｇｉｎｓｅｎｇ［Ｊ］． ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆ ＭｏｌｅｃｕｌａｒＳｃｉｅｎｃｅｓ，２０２３，２４（６）：５５９０．

［２３］ＲａｄｃｈｕｋＲ，ＮｅｉｌＥｍｅｒｙＲ Ｊ，ＷｅｉｅｒＤ Ａ，ｅｔａｌ．Ｓｕｃｒｏｓｅｎｏｎ－ ｆｅｒｍｅｎｔｉｎｇｋｉｎａｓｅ１（ＳｎＲＫ１）ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｍｅｔａｂｏｌｉｃａｎｄｈｏｒｍｏｎａｌ ｓｉｇｎａｌｓｄｕｒｉｎｇｐｅａＣｏｔｙｌｅｄｏｎｇｒｏｗｔｈａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｔｈｅ ＰｌａｎｔＪｏｕｒｎａｌ，２０１０，６１（２）：３２４－３３８．