油菜素内酯对水稻种子萌发及幼苗生长的影响

周梓杰，何顺宇，苏 益

（湖南农业大学生物科学技术学院，湖南 长沙 410128）

芸薹素（Brassinosteroids，简称BRs）是一类广泛存在于植物中的生理活性物质，对植物的生长发育具有重要的调控作用[1]。BRs 对植物具有多重作用，例如：提高质膜ATP 酶的活性，增加细胞壁的可塑性，促进细胞伸长；提高植物细胞中DNA 和RNA聚合酶的活性[2]；诱导植物保护酶表达，缓解多种胁迫的影响，减轻逆境条件对植物生长发育的损害[2]；促进细胞伸长和分裂，进而促进茎叶生长和种子萌发[3]；提高花粉的发芽率，促进花粉管伸长和受精，减少败育率，提高结实率和坐果率，促进增产增收[4]。此外，BRs 与其他植物激素存在复杂、广泛的相互作用，共同调控植物的环境响应和生长发育。BRs 影响其他激素合成、信号转导，并与其他植物激素形成复杂的调控网络，从而在不同的时间、空间上控制植物的生长发育。BRs 与生长素（auxin）具有促进细胞伸长的协同作用[5]；BRs 和细胞分裂素（cytokinin，CTK）共同促进细胞分裂增殖[6-7]；BRs 表现出对脱落酸（abscisic acid，ABA）的拮抗作用，可抵消脱落酸对植物生长的抑制[8-11]。

基于植物激素及其作用原理而生产的植物生长调节剂具有毒性小、作用浓度低、用量少、效果显著等优点，因此被国际公认为是绿色环保型药剂。其中，BRs 在植物细胞增殖、细胞分化、维管束分化、光合作用、开花、衰老、抗逆等方面发挥了至关重要的调节作用，在农业生产中能够促进作物均衡生长，进而抵抗各种逆境，提高作物产量，改善农产品品质，显示出巨大的应用前景。油菜素内酯（brassinolide，BL）是目前发现的生物活性最高的一种芸薹素，在极低浓度下便可显著提高光合作用效率和生物产量，已经开发成高效、广谱、无毒的植物生长调节剂，取得了巨大的经济效益。研究以水稻为供试材料，通过萌发率、水稻根系活力和抗氧化酶活性等指标探讨了BL 对水稻种子萌发及幼苗生长的影响，以期为BL 在水稻种植中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

研究以湘晚17 号为供试材料，油菜素内酯购于Sigma 公司，其他常规试剂购于国药集团公司。

1.2 水稻种子萌发

试验设计4 个处理：（1）10 mg/L 的油菜素内酯（BL）；（2）50 mg/L 脱落酸（ABA）；（3）50 mg/L ABA+10 mg/L BL；（4）以蒸馏水为对照。具体操作：取100 粒水稻种子置于10 cm 的培养皿中，分别加入20 mL 处理溶液；将培养皿放入培养箱，在30℃、黑暗条件下浸种24 h；用蒸馏水清洗后，将种子放在含有湿润滤纸的培养皿中，在30℃、黑暗条件下继续培养2 d。统计萌发率，测量根的长度。

1.3 水稻幼苗培养

将均匀萌发后的水稻种子播种于蛭石中，然后加入Hoagland 培养液，置于光照培养箱；在30℃、16 h光照、8 h 黑暗的条件下培养水稻幼苗，7 d 后分别用10 mg/L 的油菜素内酯和水喷洒水稻幼苗，处理后第14 天后以株高和单株干量为考察指标分析油菜素内酯对水稻幼苗生长的影响。

1.4 水稻根系活力测定

1.4.1 绘制标准曲线 吸取0.25 mL 0.4% TTC（氧化三苯基四氮唑）溶液放入10 mL 容量瓶，加少许Na2S2O4粉末后摇匀，再用乙酸乙酯定容至10 mL，摇匀。分别取此液0.25、0.5、1.0、1.5、2.0 mL 置10 mL 容量瓶中，用乙酸乙酯定容至10 mL，以乙酸乙酯为对照，在485 nm 波长下测定吸收值，绘制标准曲线。

1.4.2 水稻根样品处理和根系活力测定 准确称取0.5 g 新鲜的水稻幼苗根放入培养皿中，加入0.4% TTC 溶液和磷酸缓冲液的混合液（体积比为1 ∶1）10 mL，充分浸没，在37℃下暗处保温1 h；取出培养皿加入1 mol/L 硫酸2 mL，静置10 min；取出根用吸水纸吸干根表面液体，放入研钵中，加入4 mL 乙酸乙酯和少量石英砂一起磨碎，将红色提取液移入离心管，用1 mL 乙酸乙酯清洗研钵3 次，皆移入离心管，12 000 r/min 离心后取上清，用乙酸乙酯定容至10 mL。以乙酸乙酯为对照，利用分光光度计在485 nm 下读取吸光度，对比标准曲线，以四氮唑还原量代表根系活力。

1.5 抗氧化酶测定

分别用10 mg/L 的油菜素内酯和水喷洒7 d 龄水稻幼苗，3 d 后取叶片测定抗氧化酶活性。利用南京建成生物工程研究所生产的试剂盒测定水稻幼苗的过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）活性，具体操作按照附带说明书进行。

2 结果与分析

2.1 油菜素内酯对水稻种子萌发的影响

种子萌发是种子从吸胀作用开始的一系列有序的生理过程和形态发生过程。种子萌发的前提是种子不仅解除了休眠，而且具有了生活力，更重要的是具有适宜的条件，例如适宜的温度、适量的水分和充足的氧气，有的种子萌发还需要光照以及后熟过程。该研究分析了10 mg/L 油菜素内酯（BL）浸种后水稻种子的萌发情况，结果如图1 所示。从图1A 可以看出，相对于蒸馏水处理，10 mg/L BL 浸种显著促进了水稻种子萌发和胚根生长；对照组胚根长小于6 mm，BL 处理组胚根长约为8 mm，二者间差异极显著（图1B）；BL 浸种后，水稻种子萌发率接近100%，但对照组水稻种子萌发率不足90%（图1C）；从各处理不同长度胚根所占比例（图1D、E）来看，对照组胚根长分布的一致性较差，59.7%的胚根长度不足6 mm，6～9 mm 的胚根仅占26.4%，而BL 处理组的胚根长主要分布在6～9 mm，比例达65.5%，显著高于对照组。上述结果说明，BL 处理对种子萌发和胚根生长具有显著促进作用。

图1 BL 对水稻种子萌发的影响

2.2 油菜素内酯与脱落酸对水稻种子萌发的互作影响

脱落酸（ABA）可以加快果实与叶片的脱落、促进器官衰老，抑制种子萌发。为了进一步分析了BL在种子萌发方面与ABA 的互作关系，分别用50 mg/L ABA 和50 mg/L ABA+10 mg/L BL 浸种，比较2 种溶液对水稻种子萌发的影响，结果如图2 所示。由图2A可知，ABA 处理显著抑制了种子萌发，而ABA+BL处理的水稻种子发芽情况显著好于ABA 处理的；ABA 处理的水稻种子胚根长小于4 mm，而ABA+BL处理的水稻种子平均胚根长度达6 mm，二者的差异达极显著水平（图2B）；从萌发率看，ABA 处理的种子萌发率仅约50%，而ABA+BL 处理的种子发芽率接近100%，极显著高于ABA 处理（图2 C）。这表明BL可以抵消ABA对种子萌芽的抑制作用。

图2 BL 与ABA 对水稻种子萌发的互作影响

2.3 油菜素内酯对水稻幼苗生长的影响

油菜素内酯处理能显著促进上胚轴伸长生长。从图3A 和B 中可以看出，相对于对照组，喷洒了BL的水稻幼苗又高又壮；对照组幼苗株高低于20 cm，而BL 处理的幼苗株高约为35 cm，极显著高于CK处理的（图3C）；对照组幼苗单株干重小于40 mg/株，而BL 处理的幼苗单株干重约为62 mg/株，极显著重于CK 处理的（图3D）。上述结果表明，与对照组相比，BL 能够显著促进水稻幼苗的生长。

图3 BL 对水稻幼苗生长的影响

2.4 油菜素内酯对根系活力的影响

植物的根系不仅是活跃的吸收器官而且还是重要的同化、转化和合成器官，根的生长情况和活力水平可以直接影响地上部的生长和营养状况及产量水平。为了解释BL 对水稻幼苗生长的促进作用，研究应用TTC 法测定了各处理的根系活力，结果如图4 所示，BL 处理下的水稻根系活力极显著高于对照组，说明BL 能够提高水稻根系活力，从而促进根对营养物质的吸收和利用，进而促进水稻幼苗的生长。

图4 不同处理水稻幼苗的根系活力

2.5 油菜素内酯对水稻抗氧化酶活性的影响

植物的抗逆性是指植物具有的抵抗不利环境的某些性状，例如抗寒、抗旱、抗盐、抗病虫害等。抗逆性的增强可以减轻外界恶劣环境条件对植物的损害，使植物更好地存活，而抗氧化酶活力的增强则是抗逆性增强的一种表现。如图5 所示，对照组水稻幼苗的POD、 CAT 、SOD 活性分别为18、20、32 U/g，而BL 处理水稻幼苗的POD、 CAT 、SOD 活性分别为21、27、40 U/g。总的来说，相对于对照组，喷施了BL 的水稻幼苗中POD、 CAT 、SOD 活性都有显著增强，表明BL 可以通过提高植株抗氧化酶活性来增强水稻的抗逆性。

图5 不同处理水稻幼苗的抗氧化酶活性

3 讨 论

芸薹素是一类重要的植物激素，能增强细胞强度、调节植物体内酶活性及其他植物激素的平衡，从而广泛调控植物生长发育和环境响应[12-14]，主要功效表现在以下4 个方面。第一，能够增强植物光合效率，促进植物生长发育。第二，可提高植物的抗病、抗旱、抗盐碱等抗逆能力。第三，可以提高酶活性和种子活力，提高种子在恶劣环境中的生存率。第四，可在一定程度上缓解自然条件或人为条件造成的虫害、肥害、药害及化学污染等危害，实现促长、保花、保果等目的。芸薹素的种类很多，油菜素内酯（BL）是目前发现的活性最高的芸薹素类物质。相较于其他生长调节剂，BL 的生物活性更高、使用浓度更低、作用范围更广，因此是一种高效、广谱、绿色安全的植物生长调节剂。笔者研究了BL 对水稻种子萌发和幼苗生长的影响，结果显示，相较于蒸馏水对照组，10 mg/L 油菜素内酯处理组可以促进种子萌发和幼苗生长，具体表现为提高种子萌发率、促进胚根生长、增强胚根长度的一致性、增加幼苗的高度和干重；同时，BL 处理还能够增强水稻幼苗的根系活力，提高植株的抗氧化酶活性。其中，BL 对水稻根系活力的影响可能是其能够促进水稻生长的主要原因；而BL 对水稻幼苗POD、CAT 和SOD 活性的影响是其提高水稻抗逆性的主要原因。因此，BL 在水稻浸种和育苗中显示出较大的应用潜力，在水稻生产中具有重要的指导意义。此外，50 mg/L 的脱落酸（ABA）可抑制水稻种子萌发，但10 mg/L BL 可显著抵消ABA 对水稻种子萌发的抑制作用。这表明BL 与ABA 可互作调控植物种子萌发，其调控机制值得深入研究。