三种植物生长调节剂对大豆生长发育及产量的影响

罗晓峰 代宇佳 宋 艳 吕昊哲 雍太文 王小春 刘卫国 舒 凯

(1四川农业大学生态农业研究所，四川 成都 611130；2西北工业大学生态环境学院，陕西 西安 710129)

大豆(Glycine maxL.)是原产于东亚的豆科植物，作为主要油料作物被广泛种植在美国、巴西、阿根廷、印度、中国等世界各地，是最主要的植物蛋白质和油料来源[1-2]。研究表明，野生大豆早在公元前5 000年就已在中国、朝鲜半岛和日本被种植[3]。大豆富含多种人体必需的氨基酸，同时还含有丰富的蛋白质、脂肪、矿质元素，可广泛用于食品、保健等领域[4]。同时，大豆也是重要的饲料作物，其品质好坏直接关系到肉、蛋、奶等食品品质。我国是大豆的起源地之一，但由于在种质资源收集、品种选育、转基因等领域的研究起步较晚，进展缓慢。加之种植面积下降、生产成本提升等因素导致大豆供需矛盾突出，不得不大量进口大豆以满足国内生产生活需要。因此，进一步提高大豆产量对于维护国家粮食安全、提升人民生活质量，具有非常重要的意义。

植物生长调节剂是一类人工合成的具有植物激素类似功能的化合物[5-6]，在调控种子萌发、幼苗生长、植物生长、果实成熟保鲜等方面具有一定的调控作用[7-10]。传统的人工合成植物生长调节剂，如矮壮素(chlormequat chloride)、烯效唑(uniconazole)、多效唑(paclobutrazol)等，在国内外农产品农药残留鉴定中均有严格的要求[11]。而褐藻胶寡糖(alginate-derived oligosaccharide，Alg)、壳寡糖(chitosan oligosaccharide，Chi)、冠菌素(coronatine，Cor)作为自然界中广泛存在的物质，其化学结构与一些植物激素相似[12-15]，具有开发成更安全新型植物生长调节剂的潜力。本研究采用不同浓度的褐藻胶寡糖、壳寡糖、冠菌素对大豆种子进行拌种处理，并在大豆生长期间进行叶面喷施处理，探究其对大豆种子萌发及产量形成的影响，以期为大豆丰产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

田间试验于2018年在四川农业大学崇州现代农业研发基地(30°33′ N，103°38′ E)进行。供试大豆品种为南豆12，由四川省南充市农业科学研究所提供。植物生长调节剂褐藻胶寡糖(Alg)、壳寡糖(Chi)由中国科学院大连化学物理研究所天然产物与糖工程实验室赵小明研究员课题组提供；冠菌素(Cor)由中国农业大学植物生长调节剂教育部工程研究中心段留生教授课题组提供。

1.2 试验设计

试验采用种子拌种和叶面喷施2 种方式，以清水处理为对照，根据预试验结果，设置3 种不同浓度。拌种试验中，每公斤种子使用100 mL 植物生长调节剂水溶液进行拌种，其中Alg 和Chi 分别为低浓度25 mg·L-1(LC)、中浓度50 mg·L-1(MC)和高浓度100 mg·L-1(HC)3 种浓度处理；Cor 分别设低浓度0.01 mg·L-1(LC)、中浓度0.05 mg·L-1(MC) 和高浓度0.10 mg·L-1(HC)3 种浓度处理。叶面喷施试验中，每公顷Alg 和Chi 喷施量分别设低剂量12.5 g (LC)、中剂量25.0 g (MC)和高剂量50.0 g (HC)3 种剂量处理；Cor 喷施量分别设低剂量0.005 g (LC)、中剂量0.010 g (MC)和高剂量0.050 g (HC)3 种剂量处理。拌种于播种前进行，将种子与植物生长调节剂的水溶液混合均匀后直播于穴中，并进行覆土；叶面喷施试验于盛花期(R2)进行，叶面喷施处理的大豆植株在播种时未进行拌种处理，喷施前计算使用量，并溶于500 mL 蒸馏水中。小区面积36 m2，不同处理互不相邻，重复3次。大豆采用单作种植，穴距20 cm，行距50 cm，穴留1 株，密度10 万株·hm-2。大豆于2018年5月27日播种，2018年10月27日收获。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 田间出苗率统计 播种时，记录每个小区内播种粒数，并计算田间出苗率:田间出苗率=正常出苗数/播种粒数×100%。其中，正常出苗数包括完整幼苗、轻微缺陷幼苗，即子叶出土，真叶全展或展开一片，生长点正常，无明显损伤、缺陷及腐烂的幼苗。

1.3.2 农艺性状与产量的测定 于大豆完熟期(R8)进行植株样品采集，每小区随机选取20 株长势一致，无明显机械损伤(如分枝折断、缺损等)的植株，进行株高(使用米尺，测量主茎地表以上至主茎顶端的距离记为株高)、茎粗(使用游标卡尺，于主茎地表以上第一节间中部进行测量)、分枝数(计数由主茎产生的有效分枝数)、单株粒数、一粒荚、二粒荚、三粒荚、无效荚等农艺性状和产量构成的测定。待大豆收获并风干至恒重，测定百粒重(随机数取完整、无机械损伤、虫蛀的100 粒大豆种子，重复10 次以上)，并通过百粒重平均值、单株粒数平均值与种植密度的乘积，计算理论产量。

1.3.3 可溶性糖和还原性糖含量的测定 可溶性糖、还原性糖含量参考Zhou 等[8]的方法并加以改进:于满粒期(R6)取样，不同植物生长调节剂及各浓度处理随机采集30 个荚，取荚中豆粒，于105℃杀青1 h，随即放入85℃烘箱烘干至恒重。研钵研磨呈细粉状，取大豆粉末进行糖含量的测定。

1.3.4 籽粒品质测定 于大豆收获后，待风干至恒重，使用NIRS DS 2500 近红外谷物分析仪(瑞典FOSS)对大豆进行粗脂肪酸、粗蛋白含量的测定[16]。

1.3.5 大豆种子萌发试验 选取大小均一，无明显机械损伤的大豆种子进行萌发试验。选取直径9 cm 的培养皿，铺2 层定性滤纸，在每个培养皿中加入20 粒大豆，加入15 mL 蒸馏水，于25℃培养室内培养。分别在培养18、24、36、42、48 h 进行萌发率的统计。

1.4 数据处理

采用IBM SPSS Statistics 20.0 和Microsoft Excel 2016 软件进行数据处理及统计分析。

2 结果与分析

2.1 植物生长调节剂拌种对大豆种子出苗率的影响

由图1可知，植物生长调节剂拌种能够显著促进大豆种子出苗。不同浓度植物生长调节剂拌种对出苗率的影响不完全一致。与CK 相比，施用Alg 的LC、MC 和HC 的出苗率分别提高了14.6、10.8、4.4 个百分点，且随着施用浓度的增加，出苗率呈下降趋势。与CK 相比，随着Chi 施用浓度的增加，出苗率呈上升趋势，LC、MC 和HC 分别提高了3.1、7.3 和10.1 个百分点；随着Cor 施用浓度的增加，大豆出苗率呈先升高后降低的趋势，与CK 相比，LC、MC 和HC 分别提高了5.9、9.6 和7.6 个百分点。在本试验的9 个拌种处理中，低浓度Alg 拌种对大豆种子出苗率的促进作用最大。

2.2 叶面喷施植物生长调节剂对大豆农艺性状的影响

2.2.1 叶面喷施植物生长调节剂对大豆株高的影响 叶面喷施植物生长调节剂后，大豆完熟期株高均有所增加(图2～3)。不同浓度的Alg 喷施处理下，随着喷施浓度的增加，大豆平均株高分别较CK 显著增加了4.8、4.3 和4.7 cm，但各植物生长调节剂处理之间无显著差异；不同浓度Chi 喷施处理下，大豆株高随喷施浓度的升高呈先上升后下降的趋势，平均株高分别较CK 提高了5.6、5.4 和2.3 cm；不同浓度Cor 喷施处理下，大豆株高变化最为明显，随着喷施浓度的增加，平均株高分别较CK 显著提高了6.1、6.5 和8.5 cm。

2.2.2 叶面喷施植物生长调节剂对大豆茎粗的影响 叶面喷施植物生长调节剂能够增加大豆茎粗(图2)。由图4可知，Alg 喷施处理下，与CK 相比，LC 的茎粗略增加但无显著差异，MC 和HC 则分别显著增加了13.4%和16.7%。不同浓度Chi 处理下，大豆茎粗随喷施浓度的增加呈现先升高后降低的趋势，与CK相比分别提高了10.4%、13.8%和10.6%。不同浓度Cor 处理下，大豆茎粗随喷施浓度的增加而增大，与CK 相比分别增加了12.8%、13.0%和21.6%。

2.2.3 叶面喷施植物生长调节剂对大豆分枝的影响 叶面喷施植物生长调节剂改变了大豆分枝情况(图2)。由图5可知，叶面喷施Alg 和Cor 能够提高大豆分枝数，与CK 相比，LC、MC 和HC 分别增加了51.5%、52.7%、29.5%和43.2%、18.4%、16.1%。但叶面喷施Chi 显著降低了大豆分枝数，与CK 相比，LC、MC 和HC 分别降低了13.2%、14.6%和15.5%。

2.3 叶面喷施植物生长调节剂对大豆产量及产量构成的影响

本试验中，不同的植物生长调节剂叶面喷施处理均改变了大豆产量性状构成，提高了大豆的理论产量(表1)。

表1 叶面喷施植物生长调节剂对大豆产量性状的影响Table 1 Effects of foliar spraying of plant growth regulators on yield traits of soybean

2.3.1 叶面喷施Alg 对大豆产量相关性状的影响 由表1可知，与CK 相比，不同浓度Alg 喷施大豆叶面均提高了大豆的单株粒数，其中HC 的单株粒数显著增加了34.5%；喷施后各处理百粒重均显著提高，LC的提高幅度最大，显著增加了11.4%。另外，一粒荚、二粒荚、三粒荚数量也随着Alg 喷施浓度的增加而升高；与CK 相比，LC、MC 增加了空荚数，HC 减少了空荚数，但差异均不显著，但不同植物生长调节剂及浓度之间存在显著差异。

2.3.2 叶面喷施Chi 对大豆产量相关性状的影响 由表1可知，与CK 相比，不同浓度Chi 喷施大豆叶面，单株粒数总体略有提高，但均未达到差异显著水平；而随着喷施浓度的增加，百粒重随之显著提高；一粒荚数均略有下降，二粒荚数和三粒荚数略有上升，但差异均不显著，LC、MC 喷施叶面空荚数明显降低。

2.3.3 叶面喷施Cor 对大豆产量相关性状的影响 由表1可知，与CK 相比，不同浓度Cor 喷施大豆叶面，单株粒数均增加，各浓度处理所提高的单株粒数水平相近且差异不显著；百粒重显著提高，并随着喷施浓度的增加呈先上升后下降的趋势；一粒荚、二粒荚均有提高，空荚数略有下降。三粒荚数在LC、HC 浓度下均较CK 显著提高。

2.4 叶面喷施植物生长调节剂对大豆籽粒品质性状的影响

2.4.1 叶面喷施植物生长调节剂对大豆满粒期(R6)糖含量的影响 由图6可知，R6 期，叶面喷施Alg 时，与CK 相比，LC 和MC 大豆籽粒的可溶性糖含量略有提高，分别提高了2.6%和2.0%，而HC 大豆籽粒的可溶性糖含量降低了1.1%，且均未达到显著性差异水平。叶面喷施Chi 和Cor 均极显著降低了大豆籽粒可溶性糖含量，与CK 相比，LC 和MC 和HC 籽粒的可溶性糖含量分别降低了8.7%、11.0%、14.1%和9.5%、9.3%、7.5%。

由图7可知，叶面喷施3 种植物生长调节剂均极显著降低了大豆籽粒的还原性糖含量。与CK 相比，叶面喷施Alg 时，HC、MC、LC 的还原性糖含量分别降低了38.5%、48.1%和43.9%，喷施Chi 时分别降低了26.0%、46.4%和37.5%，喷施Cor 时分别降低了27.6%、39.0%和24.4%。

2.4.2 叶面喷施植物生长调节剂对收获后大豆粗蛋白与粗脂肪的影响 叶面喷施植物生长调节剂在降低R6 期籽粒糖含量的同时，也会改变收获后大豆籽粒中粗蛋白与粗脂肪酸的含量(表2)。3 种植物生长调节剂喷施大豆叶面，均能提高大豆的粗蛋白含量。随着Alg 喷施浓度的增加，大豆粗蛋白含量先增加后降低，但始终显著高于CK；随着与Cor 喷施浓度的增加，大豆粗蛋白含量逐渐增加，且CK 相比，均达到了差异显著水平。大豆籽粒中的粗脂肪酸含量随着不同植物生长调节剂喷施浓度的增加而逐渐降低，与CK 相比，降低幅度最大的处理是喷施Cor 的HC，降低了1.57 个百分点；另外，各处理与CK 相比，均达到了差异显著水平。

表2 叶面喷施植物生长调节剂对大豆品质性状的影响Table 2 Effects of foliar spraying of plant growth regulators on soybean quality traits /%

2.5 叶面喷施植物生长调节剂对收获后大豆籽粒萌发力的影响

种子萌发是植物生命周期中的重要阶段，决定着植物生命能否从休眠状态下启动，开始新的生命历程。由图8可知，叶面喷施植物生长调节剂对收获后大豆萌发无明显影响，所有处理无论是萌发速率还是最终萌发率，与CK 相比均无明显差异。

3 讨论

褐藻胶寡糖(Alg)、壳寡糖(Chi)和冠菌素(Cor)三者均能够调控植物的生长，提高植物对非生物胁迫与生物胁迫的抗性。褐藻胶寡糖作为一种自然界中广泛存在的糖类，能够提高植物抗病性[14，17]，促进种子萌发与根的生长[18-19]；壳寡糖是一种由壳聚糖酶解或化学方式水解得到的低聚糖[20]，可提高枇杷采后贮藏品质[21]、激活植物免疫[22]；冠菌素是由丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae)部分变种分泌的代谢产物[23]，能够提高玉米(Zea mays)的抗倒伏能力以及产量[24]，并提高玉米幼苗对低温胁迫的抗性[25]。但目前这3种植物生长调节剂在调控植物生长发育的生理及分子机制尚不清晰。

本研究发现，采用褐藻胶寡糖、壳寡糖和冠菌素对大豆种子进行拌种，能够有效提高大豆种子萌发及出苗水平，这与前人在黑麦草(Lolium perenne)上的研究一致[26]。农艺性状方面，3 种植物生长调节剂均能不同程度地提高大豆株高，增加大豆茎粗。而在大豆分枝数上3 种植物生长调节剂表现不同，即褐藻胶寡糖、冠菌素促进分枝，壳寡糖抑制分枝。生长素、细胞分裂素和独脚金内酯是调控植物分枝的重要激素[27]，褐藻胶寡糖、冠菌素与壳寡糖对分枝表型产生较大差异，可能是上述3 种植物生长调节剂调控体内激素的分子机制有较大差异所致，其具体机理有待进一步研究。

本研究结果表明，在产量性状方面，3 种植物生长调节剂均不同程度地提高了大豆百粒重及单株粒数，提高了大豆的理论产量，这为单作大豆增产丰产，提供了新的手段依据；在品质方面，植物生长调节剂喷施后，能够小幅提高大豆的粗蛋白含量，降低粗脂肪酸含量。前人认为，褐藻胶寡糖能够提高大豆种子中的脂肪酶活力，加速脂肪向糖的代谢[28]，这与本研究中种子中粗脂肪酸含量小幅下降的结果相符合。此外，粗脂肪酸含量的下降也可能是由于喷施3 种植物生长调节剂时，R6 期大豆籽粒中可溶性糖、还原性糖含量下降(图6、7)，导致合成粗脂肪的底物减少，降低了粗脂肪酸含量，具体的分子机制还有待进一步研究。值得注意的是，在喷施植物生长调节剂后的R5 期，喷施褐藻胶寡糖及壳寡糖的大豆植株株型大于对照组植株(图2-A)，是否意味着向饲草作物喷施褐藻胶寡糖及壳聚糖能够提高饲草植物的生物量，还有待在其他作物中研究确认。

4 结论

采用褐藻胶寡糖、壳寡糖和冠菌素3 种植物生长调节剂对大豆种子拌种能够促进大豆田间出苗；叶面喷施3 种植物生长调节剂能够提高大豆株高及茎粗，同时通过提高大豆百粒重与单株粒数，进而提高其产量。此外，叶面喷施褐藻胶寡糖、壳寡糖和冠菌素，在提高大豆产量的同时，大豆种子萌发能力未发生显著变化，大豆粗蛋白及粗脂肪酸发生显著变化，但对收获种子萌发影响不大。本研究认为，褐藻胶寡糖、壳寡糖和冠菌益拌种的推荐使用量分别为每公斤大豆种子使用100 mL 水溶液拌种，浓度分别为25、100 和0.05 mg·L-1；褐藻胶寡糖、壳寡糖和冠菌益进行叶面喷施的每公顷推荐使用量分别为50、50 和0.01 g。在本试验生产条件下，25 mg·L-1的Alg 对大豆种子拌种对田间出苗促进效果最佳，每公顷喷施50 g Alg 能够得到最大增产效果。在种子萌发力方面，3 种植物生长调节剂均未改变大豆种子的萌发速率与萌发率，不影响农业生产者的留种与播种。因此，在田间生产中，在播种前使用适量褐藻胶寡糖拌种，于盛花期适量喷施褐藻胶寡糖有利于增产增收。