两种新季铵盐化合物在抑菌和促生长方面的作用

陈蔚燕,师进生,李俊良

(青岛农业大学a.化学与药学院;b.资源与环境学院,山东 青岛266109)

季铵盐物质一般用在医疗消毒杀菌上比较多[1],而且其效果也非常优异,在其他工业领域也有涉及,如相转移催化剂氯化苄基三乙基铵和硫酸氢四丁基铵,在柔软抗静电剂、絮凝剂、破乳剂、钻井液、VES压裂液、减阻剂、增稠剂、增效剂等产品中也会见到季铵盐的身影[2-4],季铵盐用在农业上并不多,文献[5]报道了三类异喹啉季铵盐在农业上的抑菌效果,矮壮素[(CH3)3NCH2CH2Cl]Cl是一种季铵盐化合物,矮壮素是一类植物生长调节剂[6-8],能使植株变矮,杆茎变粗,可使作物耐旱耐涝,防止作物徒长倒伏,参照矮壮素的结构性能和应用情况,前期本课题组合成了萘酐酰胺季铵盐化合物[9],并对其用于真菌的抑制和种子的促生上,取得了较好的效果。本研究继续合成两个季铵盐化合物(山梨酰胺季铵盐SLJA和肉桂酰胺季铵盐RGJA),将其运用到植物真菌的抑制、种子萌发、作物品质改善以及田间作物的生长上[10-13],研究其在农业领域的作用效果,以期为季铵盐在农业上的应用提供大量的数据支持。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

恒温光照培养箱,250D型,常州市华普达教学仪器有限公司;净化工作台,SW-CG-2FD型,苏州安泰空气技术有限公司;立式压力蒸汽灭菌器,LDZM-80 KCS型,上海申安医疗器械厂;分光光度计,722型,上海棱光公司;微波炉,WD900B型,顺德市格兰仕微波电器有限公司。

山梨酰胺季铵盐(SLJA)、肉桂酰胺季铵盐(RGJA),由青岛科技大学农用化学品研究所制备并表征确认结构,该化合物已经获得国家发明专利,本实验用其5%水剂剂型;葡萄糖,琼脂,均为分析纯,阿拉丁试剂公司;柑橘炭疽病菌(Citr usanthr ax)、棉花枯萎病菌(Fusarium)、小麦全蚀病菌(Greumannomyces)、白菜灰斑病菌(Cabbagealter naria)等植物病原真菌的菌种均由山东省农业仿生应用工程技术研究中心提供,菌种使用前均进行继代培养;水合茚三酮、碳酸钙、L-抗坏血酸、考马斯亮蓝等试剂均为分析纯。

1.2 实验方法

1.2.1 季铵盐类化合物的抑菌实验

将山梨季铵盐(SLJA)和肉桂酰胺季铵盐(RGJA)水剂配成0.4 mg·mL－1(记做RGJA-1、SLJA-1)、0.8 mg·mL－1(RGJA-2、SLJA-2)、1.6 mg·mL－1(RGJA-3、SLJA-3)的浓度,采用菌丝生长速率法来测定其室内抑菌活性,计算各药剂的抑制率。每组实验重复5次,数据取平均值。

1.2.2 季铵盐类化合物的促生实验

1.2.2.1 萝卜种子发芽实验

采用纸床发芽的方法,分别用0.4、0.8、1.6 mg·mL－1浓度的季铵盐水剂进行浸种,每个小烧杯中平均分配30粒萝卜种子,用蒸馏水作为对照组,保持湿润状态培养种子发芽,各重复3次,统计种子的发芽数,取平均值计算种子的发芽率。

1.2.2.2 萝卜种子生根实验

分别用0.4、0.8、1.6 mg·mL－1浓度的季铵盐水剂进行浸种,采用室内琼脂生根法进行,测量的指标有:主根长度、茎长度,各重复3次,取平均值计算生根促进率。

1.2.3 蛋白质含量的测定

采取考马斯亮蓝染色法,游离氨基酸含量的测定采取茚三酮显色分光光度法,叶绿素含量的测定采取分光光度法[14]。每组实验重复5次,数据取平均值。

1.2.4 田间试验

供试作物为两年生柳树和国槐,地点山东省阳信县农业示范园,土质松软,有灌溉条件,肥力状况良好,管理精细。化合物及其处理浓度同上,实验采取随机区组排列方法,实验设3个处理(清水RGJA-2、SLJA-2),各3次重复,分别进行叶面喷洒和灌根处理各3次,每次取样在小区东、西、南、北4个方向各取2个树样测定。所有叶面喷湿时间均选择在上午9点～11点,下午4点～6点,无风晴天,如遇雨天,需要重喷,喷施前需要对供试药剂充分摇匀,人工喷洒,喷施时要求均匀,仔细,所有的叶片都要喷施到,采用每个小区用量一致的原则。

1.3 数据统计

数据统计采用EXCEL进行,用origin7.5作图。显著性分析采用SPSS17.0进行。

2 结果与讨论

2.1 两种季铵盐水剂对抑菌效果的影响

两种季铵盐水剂的抑菌数据见表1。从表1可以看出,随着浓度的增加两种季铵盐的抑菌率呈现增加的趋势,其中SLJA对小麦全蚀真菌的抑菌率达到70.22%,RGJA对白菜灰斑的抑菌率达到70.91%,从数据可以看出SLJA和RGJA对真菌具有一定的抑制效果。从两种季铵盐的结构式可以看出,之所以二者在真菌的抑制上具有较好的效果主要来自结构中的氮正离子的存在。

表1 化合物SLJA和RGJA抑制真菌数据Table 1 Antif ungal data of co mpounds SLJA and RGJA

2.2 两种季铵盐水剂对发芽数据的影响

两种季铵盐水剂对萝卜种子发芽的数据见图1。从图1可以看出,在4 h统计的发芽率数据显示各药剂的发芽率只有SLJA-2,RGJA-3高于CK,其余的均低于CK;但是随着时间的延长,在8 h时,发芽率均升高,升高的幅度不等;在16 h统计的数据可以看出,所有供试药剂的发芽率均高于CK,与文献[9]中的季铵盐相类似,在种子的萌发上,本研究的季铵盐SLJA和RGJA两种化合物对萝卜种子的发芽有一定的促进作用,其机理有可能是SLJA和RGJA两种化合物能够刺激植物体内细胞及其周围的细胞壁的伸长来达到促萌发的作用。

图1 不同化合物对萝卜种子的发芽数据Fig.1 Ger mination data of different co mpounds on radish seeds

2.3 两种季铵盐水剂对生根的影响

两季铵盐水剂对萝卜幼苗的生根影响的数据见表2。从表2可以看出,SLJA化合物的3个浓度对萝卜幼苗的根长均有促进作用,且SLJA-2、SLJA-3对茎高也有促进作用,RGJA化合物在3个浓度下,对萝卜幼苗的根长和茎高均有较显著的促进作用,其中SLJA-2较CK主根增长3.18%,茎高增长3.42%,RGJA-2较CK主根长增长4.41%,达到显著水平,其促进生根的机理可能是SLJA和RGJA两种化合物对根部根尖的胞间连丝有刺激作用,这样有利于植物体内的水、无机物质、生物大分子等物质的运输,有利于传递植物发育的信号,从而有利于根尖强壮快速的生长。

表2 不同化合物对萝卜幼苗的生根的影响Table 2 Rooting data of different co mpounds on radish seedlings

2.4 两种季铵盐水剂对萝卜幼苗叶片的品质影响

两种季铵盐水剂对萝卜幼苗叶片品质的影响见图2。从图2可以看出,两种季铵盐对萝卜幼苗叶片的蛋白质含量、叶绿素含量和氨基酸含量上的影响不是很明显,与CK相比较,没有很显著的优势。也可以认为这两种季铵盐对植物前期的种子萌发和生根上的刺激作用较强,而在作物的后期发育过程中的品质改善上的效果并不大。

图2 两种季铵盐水剂对萝卜幼苗叶片品质的影响Fig.2 Quality data of radish seedling leaves treated with a mmoniu m salt solution

2.5 两种季铵盐水剂对田间树木数据的影响

将两种季铵盐(0.80 mg·mL－1)分别使用于林间作物柳树和国槐上,见表3和表4。从表3可以看出,SLJA-2采取灌根方式时的苗高成长促进率为28.26%,树茎成长促进率为58.80%,RGJA-2采取灌根方式时的苗高成长促进率为44.61%,树茎成长促进率为42.50%,而且采取灌根方式较叶面喷洒方式较有利于柳树的增长。从表4可以看出,SLJA和RGJA采取灌根的方式比叶面喷洒有利于生长。可见这两种季铵盐化合物再调控植物的农艺性状上有着积极的作用,可以预计本文所用两种季铵盐化合物在林产业具有较大的生产实用价值和较大的发展空间。

表3 两种季铵盐水剂对柳树田间促长数据的影响Table 3 Growt h pr o moting data of Salix babylonica with a mmoniu m salt solution

表4 两种季铵盐水剂对国槐田间促长数据的影响Table 4 Gro wt h pro moting data of Sophor a j aponica with a mmoniu m salt solution

3 结 论

通过季铵盐化合物(山梨酰胺季铵盐SLJA和肉桂酰胺季铵盐RGJA)对真菌的抑制、对种子萌发及提高田间作物生长的研究发现,两种化合物在1.6 mg·mL－1的浓度下对供试真菌的抑制率最高可达70%以上,对萝卜种子的萌发率在16 h均高于CK,对萝卜幼苗根长和茎高上均有较大程度的促进作用,但是在对幼苗叶片中的蛋白质含量、叶绿素含量及氨基酸含量上没有达到显著的差异,采取灌根的方式比叶面喷洒对柳树具有增长作用,其中SLJA-2对柳树灌根后苗高增长促进率为28.26%,树茎增长促进率为58.8%,RGJA-2对柳树灌根后苗高增长促进率为44.61%,树茎增长促进率为42.50%。可见所用的两种季铵盐可以运用到农业上,对于种子萌发、真菌抑制、促进作物生长方面均具有较好的促进作用。