调节剂对大豆生理特性及籽粒发育的影响

王学东，刘 岩，于 洋，崔 琳

（东北农业大学生命科学学院，哈尔滨 150030）

大豆是我国的重要粮食作物及经济作物，具有较高营养价值，是人类及动物摄取蛋白质和脂肪的重要来源，在世界粮食作物构成和国际油料作物生产中占有重要地位，在我国农业生产和食物消费系统中起重要作用[1－2]。

植物生长调节剂在农作物中应用广泛，有一定增产效果。如三碘苯甲酸对大豆是一种敏感的特效激素，使大豆植株矮化，防止倒伏，增花保荚和促进早熟等作用。是促进农作物稳产、高产，广泛应用的一种植物生长调节剂。硝酸稀土能有效地促进植物生长，提高植物生理活性，改善品质及提高产量，目前在农业、林业、园艺方面得到广泛使用[3]。DTA－6（2－N，N－二乙氨基乙基乙酸酯），是一类新型、广谱性植物生长促进剂，具有高度安全性。有研究表明，它在低浓度（1～40 mg·kg－1）下对多种植物有调节、控制以及促进生长的作用，在作物上，可以促进碳水化合物代谢和物质积累，显著提高产量，并能改善作物品质[4]。这些调节剂使用方便，价格低廉，施用操作简单，适用于大面积作物喷施，使其产量和品质得到较大提高。生长调节剂不仅对大豆的生长发育、成熟期和产量有直接作用，而且对大豆品质有明显影响[4]。同一品种大豆在喷施不同生长调节剂时，品质性状和产量差异很大。目前，已有在植物生长调节剂对大豆产量及籽粒发育影响方面的研究，但不同调节剂对籽粒品质及生长过程中的细胞显微结构的研究上较少[4－7]。

本试验是以同一大豆品种（东农434）喷施不同生长调节剂，对其产量品质及其显微结构的影响进行研究。因此，了解不同植物生长调节剂对大豆产量性状、理化指标和贮藏细胞结构变化的影响，可以提高大豆产量和质量，也可以优化栽培措施，为大面积推广生长调节剂提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 大豆品种

东农434（Glycine maxcv.Dongnong434）。

1.1.2 试验用植物生长调节剂

三碘苯甲酸（TIBA）、硝酸稀土（RE）、2－N，N－二乙氨基乙基乙酸酯（DTA－6）。

1.2 试验设计

本试验在东北农业大学农学试验站进行。于2010年5月初播种，小区面积20 m2，行距0.7 m，行长5 m，播种密度30～35株·m－2，处理与对照相间排列，各设3次重复。根据生长调节剂喷施的浓度和方法要求，在大豆初花期（R1）、盛花期（R2）和鼓粒始期（R5）对叶面进行喷施，TIBA（在R1和R2喷施，浓度分别为100和 200 mg·kg－1）、RE(在 R1喷施，浓度为0.08%）、DTA－6（在R5喷施，浓度为12 g·hm－2）。生长期常规田间管理，除草并防止病虫害。

1.3 取样与测定方法

1.3.1 取样方法

喷施调节剂后分别在鼓粒期（R6）、生理成熟期（R7）、成熟期（R8）取样。在植株1/2部节位，分别取处理、对照各约100粒（40个荚），其中90粒放入－80℃超低温冰箱，用于生理指标的检测。另一部分切成1 cm3小块用戊二醛溶液固定，用于电镜样品的制备及检测。

1.3.2 生理指标测定方法

可溶性蛋白采用国标法（GB5511－1985）用FOSS蛋白仪进行测定；脂肪含量采用索氏抽提法进行测定；可溶性糖含量采用蒽酮法进行测定。

1.3.3 大豆成熟期测产

分别随机取三种处理和对照植株各10株，分析产量性状：底荚高度、结荚节数、株荚数、株粒数、株粒重、株高、百粒重等。数据分析采用SPSS 16.0数据处理系统，本试验所得数据结果以平均值±标准差表示。

1.3.4 显微结构检测

制备电镜样品。使用日本日立公司S－3400N型扫描电子显微镜和H－7650型透射电子显微镜进行细胞显微结构观察。用电子显微镜附带的iTEM测量软件进行图片的数据测量和Photoshop软件进行图片处理。

2 结果与分析

2.1 不同调节剂对大豆产量及性状的影响

结果见表1。喷施调节剂后，和对照相比底荚高度和株高相对降低，说明这三种调节剂均能使大豆植株矮化，防止倒伏。其中DTA－6使底荚高度降低最明显，RE使株高降低最明显。但由表2可知，结荚节数、株粒数、株粒重、百粒重都有所提高。产量均有所增加，差异达显著水平。喷施RE和DTA－6的处理样与对照相比增产幅度较大，而喷施TIBA的处理样虽有增产但增产幅度较小。

表1 不同调节剂对大豆性状的影响Table 1 Effect of different regulators on characteristics of soybean

表2 不同调节剂对大豆产量影响的方差分析Table 2 Analysis of variance of different regulator on soybean yield

2.2 不同调节剂对大豆生理特性的影响

2.2.1 不同调节剂对大豆R6期和R8期蛋白质含量的影响

如图1所示，喷施调节剂后，和对照相比，大豆在发育R6期和R8期蛋白含量增长，普遍高于对照。在R6期经RE处理的大豆蛋白含量最高，高于对照3.2%，经TIBA处理的大豆在R6期至R8期蛋白含量增长较快，至R8期含量达到最高，高于对照3.8%。DTA－6对蛋白增加明显不是很大。说明三碘苯甲酸和硝酸稀土对提高大豆蛋白含量增长提供显著效果。

图1 不同调节剂对大豆蛋白质含量的影响Fig.1 Effect of different regulators on protein content of soybean

2.2.2 不同调节剂对大豆R6期和R8期脂肪含量的影响

如图2所示，在R6期至R8期经RE处理的大豆脂肪含量最高，分别高于对照13.30%、12.35%，而经TIBA处理的大豆在R6期脂肪含量略低于对照，说明TIBA在使大豆植株矮化，防止倒伏的同时，R6前期对脂肪含量增加略有抑制作用，但后期生长较正常，在R8期达到25.08%略高于对照。DTA－6对脂肪增长效果不明显。

图2 不同调节剂对大豆脂肪含量的影响Fig.2 Effect of different regulators on fat content of soybean

2.2.3 不同调节剂对大豆R6期和R8期可溶性糖含量的影响

图3 不同调节剂对大豆可溶性糖含量的影响Fig.3 Effect of different regulators on soluble sugar content of soybean

由图3可知，在R6期用DTA－6处理大豆，籽粒中可溶性糖含量最高，高出对照4.28%，用TIBA和RE处理大豆，籽粒中可溶性糖含量也均高于对照3.0%和1.28%。但R8期时，用三种调节剂处理大豆，可溶性糖含量均高于对照，可能是叶片中可溶性糖含量较高向荚中输送所致，其中用RE处理的最高，高于对照9.22%，用DTA－6处理的在生育后期可溶性糖含量增加较明显。说明，RE和DTA－6可能在生育后期，促进可溶性糖自身合成或淀粉粒降解为可溶性糖较快，而且能使大豆中可溶性糖含量增加明显。TIBA也是在生育后期促进可溶性糖含量增长，和对照相比不明显。

2.3 不同调节剂对大豆R6期显微结构的影响

2.3.1 透射电子显微镜观察结果

透射电镜观察结果见图版Ⅰ，R6期喷施调节剂的处理样淀粉粒数量、直径均小于对照（见图版Ⅰ－2，4，8），蛋白质体和脂体数量增多（见图版Ⅰ－1，3，5），直径均大于对照。比对照发育更成熟，更接近R7时期。喷施RE的大豆籽粒细胞中蛋白和脂体较多（见图版Ⅰ－5，6），喷施DTA－6的蛋白质体形状多数呈球状，且蛋白和脂肪球大小不均一（见图版Ⅰ－7，8），这与扫描电镜的观察结果一致。

2.3.2 扫描电子显微镜观察结果

结果见图版Ⅱ。

由图版Ⅱ可见，对照样的籽粒，贮藏细胞内蛋白质体相对少，但蛋白质体平均直径较大，形状统一规则（见图版Ⅱ－1）。而喷施调节剂的籽粒，细胞内蛋白质体相对较多，形状、大小不同（见图版Ⅱ－2～4）。喷施TIBA和DTA－6的大豆籽粒中蛋白质体平均直径小、形状统一规则，而喷施DTA－6的籽粒形状大小不一。喷施RE的籽粒中蛋白质体饱满，平均直径大。这与R6期蛋白质相对含量测定结果一致。

图版Ⅰ 不同调节剂对大豆R6期籽粒贮藏细胞透射电子显微结构观察PlateⅠObserved of transmission electron microstructure in storage cell of soybean grain with different regulators at R6stage

图版Ⅱ 不同调节剂对大豆R6期籽粒贮藏细胞扫描显微结构比较PlateⅡ Comparison of microstructure in storage cell of soybean grain with different regulators at R6stage

3 讨论与结论

3.1 植物生长调节剂对大豆性状及产量的影响

研究表明，植物生长调节剂对大豆性状及产量均可产生影响，如能使大豆叶片维持较高的生理活性，使光合速率明显增加，从而提高大豆产量性状[8－9]。本试验中的3种植物生长调节剂均能不同程度提高大豆产量和某些理化指标，从而改善大豆籽粒干物质含量和品质。它们对大豆的调节作用各不相同，其中硝酸稀土的综合作用效果最好。三碘苯甲酸和对照相比变化不大，这可能与大豆品种本身对调节剂的适应特性有关。

3.2 植物生长调节剂对大豆籽粒蛋白质、脂肪和淀粉的影响

蛋白质和脂肪是大豆籽粒贮藏细胞的重要组成成分。蛋白质和脂肪含量直接影响大豆品质。大豆籽粒蛋白质相对含量（相对于干重）在大豆生育期是不断增加的，但喷施不同调节剂后，蛋白质增加速度不同，到R8期蛋白最终含量也有所不同。这与陈丽华等发现蛋白和脂肪在积累过程中逐渐增多，蛋白质合成主要以籽粒充实后期为主的结果相一致[10]，因此调节剂能否提高籽粒内蛋白质含量，可以在R6后期进行观察。在R6期大豆贮藏细胞内充满大量蛋白质体，这个时期是蛋白质体形成较快的时期，细胞内蛋白质体数量不断增加，至R8期细胞内蛋白质合成停止。不同调节剂喷施对大豆籽粒蛋白含量、形状和大小都有影响。三碘苯甲酸在后期促进蛋白质生长加快，使大豆籽粒在R8期含量达最高。硝酸稀土不仅提高大豆蛋白、脂肪和可溶性糖含量，而且使蛋白质体形状不均一，直径增大。DTA－6增产效果最显著，但对蛋白和脂肪含量增加不明显，使蛋白质体形状规则，大小不均一。

从透射电镜观察结果可见，喷施调节剂后大豆籽粒细胞发育比对照成熟要快，这与前人研究结果相一致，即植物调节剂促进大豆籽粒早熟。刘中奇等研究发现，籽粒内脂肪相对含量变化总体上是先稳定上升，R6期变化幅度最大，此后至R8期变化不大[11]。这与本试验结果一致。

淀粉是糖的主要贮藏形式，在大豆籽粒发育过程中可转变为可溶性糖，对以后生长发育有积极作用。DTA－6促进植物后期淀粉积累效果较明显[12]。这与本试验透射电镜观察和理化指标测定结果相一致。

总之，使用植物生长调节剂进行化学调控，不仅对减少大豆落花、落荚和提高产量有十分重要的意义，而且还对其品质及显微结构均有不同的改变。但关于调节剂对大豆生长其他因素以及机理上影响有待进一步深入探讨和研究。

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