芸苔素内酯对树番茄幼苗生长及养分吸收的影响

崔桐灏，周辉轩，鲍荣粉，肖云英，徐湘婷，董依萍，林立金

（1.四川农业大学园艺学院，成都 611130；2.马龙区经济作物技术推广站，云南 曲靖 655100；3.四川农业大学果蔬研究所，成都 611130）

近年来，随着经济快速的发展和人民生活水平的提高，人们对于农业污染情况越来越重视，对于优质果蔬的潜在需求也在逐渐增加。农业农村部明确“一控、两减、三基本”的目标来推进农业污染治理，其中更是提出要减少化肥和农药的使用[1]。植物生长调节剂是继化肥、农药之后，又一项重要的农业生产产品，其种类多、广谱、高效、安全、绿色，能够有效调节植物生长发育，具有巨大的社会效益和经济效益，前景十分广阔[2-3]。芸苔素内酯（brassinolide），又称油菜素内酯或芸薹素内酯，是一种新型植物生长调节剂，广泛存在于植物界，被认为是继生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯之后的第六大植物内源激素[4]。近年来的研究表明，芸苔素内酯具有促进植物生长及影响养分吸收的双重作用。研究发现，叶面喷施芸苔素内酯能够增加茶枝生长速率，增加鲜叶产量[5]。喷施芸苔素内酯也被报道能够显著增加三七生物量，但存在低浓度促进生长，高浓度对其生长抑制的双重作用[6]。在低温胁迫下，叶面喷施芸苔素内酯能够显著增加玉米幼苗生物量，增强其光合与抗氧化能力，调节植物内源激素系统[7]。在盐胁迫下，叶面喷施芸苔素内酯显著提高了大豆光合特性以及养分分配，维持植株生长[8]。外源喷施芸苔素内酯也能够有效增强‘巨峰’葡萄叶片光合速率，增加叶绿素含量[9]。也有研究表明，芸苔素内酯还能够提高种子活力与酶活性[10]，促进植株根系生长及其对矿质元素等养分的吸收[11-12]。外源喷施芸苔素内酯能够显著增加油用牡丹‘凤丹’叶片的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性[13]。研究指出，芸苔素内酯能够通过调节参与生长素信号转导的基因来促进植物根系发育，增加根长及侧根数[14]。用芸苔素内酯对绿豆进行浸种可以显著改善不同播期绿豆的生长情况及增加氮、磷、钾含量[15]。同时，叶面喷施芸苔素内酯能够有效增加油茶叶片的氮、磷和钾含量[16]。这些研究表明，芸苔素内酯对植物的生长有积极效应，但是有关芸苔素内酯对果树养分吸收及生长的作用报道较少，还仍有待研究。

树番茄（Cyphomandra beracea）为茄科树番茄属多年生常绿果树，又称木本番茄、鸡蛋果等，具有观赏、经济和食用等多种价值[17-18]。树番茄四季结果，果肉含丰富果胶质，果实含糖、酸和蛋白质，还含有丰富矿物质、维生素以及多种有益元素[19-20]。鉴于此，本文以树番茄幼苗为材料，研究喷施不同浓度芸苔素内酯对树番茄幼苗生长及养分吸收的影响，以期筛选出能够促进树番茄幼苗生长与养分吸收的最佳芸苔素内酯浓度，为树番茄及其他果树生产提供参考。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试树番茄种子于2019年9月采自四川农业大学5 a生树番茄结果树。供试土壤为潮土，取自成都市温江区农田，其基本理化性质为：pH值7.09、全氮1.50 g/kg、全磷0.76 g/kg、全钾18.02 g/kg、碱解氮 94.82 mg/kg、有效磷6.30 mg/kg和速效钾149.59 mg/kg。

1.2 试验方法

2019年9月，将潮土风干、压碎、混匀后，分别称取3.0 kg风干土装于15 cm×18 cm（高×直径）的塑料盆内。将供试种子播种于装有潮湿基质的穴盘中，并置于日间温度25℃、相对湿度70%、14 h光照时长、4 000 lx光照强度，夜间温度20℃、相对湿度90%、10 h光照时长、0 lx光照强度条件下的培养室中育苗。2个月后，选择植株健壮、长势一致，具有4片真叶的树番茄幼苗分别移栽至塑料盆中，每盆种植树番茄幼苗4株。将移栽后的树番茄幼苗放置在白天温度为25℃、相对湿度70%、光照强度为4 000 lx、光照时长14 h，夜间温度20℃、相对湿度90%、光照强度为0 lx、光照时长10 h的人工气候室中培养。培养15 d后，向树番茄幼苗叶面喷施不同浓度的芸苔素内酯溶液，均匀喷洒至每片叶子的正反面和茎杆以湿润不流滴为宜，喷施前对盆表面进行覆膜以保证芸苔素内酯不滴入土壤，次日解除覆膜。每盆喷施的量约为25 mL，15 d后喷施第2次，共喷施2次。试验共设5个处理，分别为0.0、0.5、1.0、1.5和2.0 mg/L芸苔素内酯，一盆为一个重复，每个处理重复3次。盆与盆间距为15 cm，完全随机摆放。在树番茄幼苗生长期间，根据盆中土壤水分实际情况不定期浇水，同时不定期地交换盆与盆的位置以减弱边际效应的影响，并及时去除杂草，防治病虫害。

移栽2个月后，从上往下选择植株第3片成熟叶片进行取样。取叶片尖端1.0 g，加入6 mL磷酸缓冲液（pH值=7.0）研磨成匀浆并离心，将上清液分别使用硝基蓝四唑光还原法、愈创木酚比色法和紫外分光光度法测定超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性[21-22]。同时取相同叶片的中部0.2 g，用乙醇-丙酮浸提法测定光合色素（叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素）含量，并计算叶绿素总量[21-22]。之后，整株收获树番茄幼苗，并将根系、茎杆和叶片拆分，用自来水洗净后，再用去离子水反复冲洗，于105℃的烘箱中杀青15 min后，在70℃条件下烘干至恒重，用电子天平分别称量根系、茎杆、叶片干重（生物量），计算地上部分生物量（茎杆生物量+叶片生物量）。将树番茄幼苗各干燥器官进行粉碎，H2SO4-H2O2消煮后，用凯氏定氮法测定全氮含量，钼锑抗吸光光度法测定全磷含量，火焰分光光度计法进行测定全钾含量[23]，并计算地上部分养分含量（茎杆中养分含量×茎杆生物量+叶片中养分含量×叶片生物量）/地上部分生物量。收集盆栽后的土壤，风干，过1 mm筛后用于化学分析。分别称取10.0 g土样于烧杯中，加入去离子水25 mL，搅拌混匀后静置30 min，用8205型笔式pH计测定悬液pH值[23]。土壤碱解氮含量采用扩散皿法测定；土壤有效磷含量采用NaHCO3提取，钼锑抗比色法测定；土壤速效钾含量采用NH4OAc提取，火焰分光光度计法测定[24]。转运系数（TFA-B）=B器官中养分含量/A器官中养分含量。将树番茄幼苗地上部分养分含量和根系养分含量之比作为转运系数TF根系-地上部分，茎杆养分含量和根系养分含量之比作为转运系数TF根系-茎杆，叶片养分含量与茎杆养分含量之比作为转运系数TF茎杆-叶片。

1.3 数据处理

采用统计软件 SPSS 20.0（IBM，Chicago，IL，USA），通过单向ANOVA和Duncan的多范围检验在P=0.05置信水平下对试验结果进行统计分析，各指标间相关性通过皮尔逊相关性进行分析，采用Cyto‐scape 3.6.0做图。

2 结果与分析

2.1 芸苔素内酯对树番茄幼苗生物量的影响

由表1可知，随着芸苔素内酯浓度的升高，树番茄幼苗根系、茎杆、叶片及地上部分的生物量均出现先增加后降低的趋势。与对照相比，不同浓度的芸苔素内酯均在一定程度上提高了树番茄幼苗各器官生物量，且在芸苔素内酯浓度为1.5 mg/L时，树番茄幼苗根系、茎杆、叶片及地上部分的生物量均达到最大，分别较对照提高了112.92%、65.14%、55.57%和57.61%（P<0.05)。

表1 芸苔素内酯对树番茄幼苗生物量的影响Table 1 Effects of brassinolide on biomass of C.betacea seedlings

2.2 芸苔素内酯对树番茄幼苗光合色素含量的影响

由表2可知，与对照相比，随着芸苔素内酯浓度的升高，树番茄幼苗叶片的叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量和叶绿素总量均表现出先上升后下降的趋势，且在芸苔素内酯浓度为1.5 mg/L时显著达到最大值，显著大于对照，分别较对照提高了21.03%、40.75%、14.36%和26.14%（P<0.05）。

表2 芸苔素内酯对树番茄幼苗光合色素含量的影响Table 2 Effects of brassinolide on the content of photosynthetic pigments in C.betacea seedlings

2.3 芸苔素内酯对树番茄幼苗抗氧化酶活性的影响

由表3可知，随着芸苔素内酯浓度的升高，树番茄幼苗叶片的POD活性表现出下降的趋势，而树番茄幼苗叶片的SOD活性与CAT活性表现出上升的趋势。当芸苔素内酯浓度为2.0 mg/L时，树番茄幼苗叶片的POD活性均显著低于对照，并达到最小，较对照降低了30.37%（P<0.05）。当芸苔素内酯浓度为2.0 mg/L时，树番茄幼苗叶片的SOD活性与CAT活性显著高于对照并达到最大，分别较对照提高了101.96%和47.52%（P<0.05）。

表3 芸苔素内酯对树番茄幼苗抗氧化酶活性的影响Table 3 Effects of brassinolide on antioxidant enzyme activities of C.betacea seedlings

2.4 芸苔素内酯对树番茄幼苗养分含量的影响

由表4可知，树番茄幼苗根系、茎杆、叶片及地上部分全氮含量随着芸苔素内酯浓度升高出现先上升后下降趋势。当芸苔素内酯浓度为1.5 mg/L时，树番茄幼苗的根系全氮含量均显著高于对照并达到最大值，较对照升高了8.92%（P<0.05）。就树番茄幼苗茎杆与叶片全氮含量而言，芸苔素内酯处理显著提高了番茄幼苗茎杆与叶片全氮含量，但不同浓度之间差异不显著（P>0.05）。

表4 芸苔素内酯对树番茄幼苗全氮含量的影响Table 4 Effects of brassinolide on total N content in C.betacea seedlings

由表5可知，随着芸苔素内酯浓度升高，树番茄幼苗根系、茎杆、叶片及地上部分全磷含量均出现先上升后下降趋势。当芸苔素内酯浓度为1.0 mg/L和1.5 mg/L时，树番茄幼苗的根系和叶片全磷含量均显著高于对照并达到最高，分别较对照升高了10.23%和16.95%（P<0.05）。就树番茄幼苗茎杆和地上部分全磷含量而言，相比于对照，芸苔素内酯能显著增加树番茄幼苗茎杆和地上部分全磷含量，但不同浓度间差异不显著（P>0.05）。

表5 芸苔素内酯对树番茄幼苗全磷含量的影响Table 5 Effects of brassinolide on total P content in C.betacea seedlings

由表6可知，随着芸苔素内酯浓度升高，树番茄幼苗根系、茎杆、叶片及地上部分全钾含量均存在先上升后下降趋势。当芸苔素内酯浓度为1.5 mg/L时，树番茄幼苗的根系、茎杆、叶片及地上部分全钾含量均显著高于对照，并达到最高，分别较对照提高了14.59%、45.90%、37.64%和39.83%（P<0.05）。

表6 芸苔素内酯对树番茄幼苗全钾含量的影响Table 6 Effects of brassinolide on total K content in C.betacea seedlings

2.5 芸苔素内酯对树番茄幼苗转运系数的影响

由表7可以看出，芸苔素内酯在一定程度上促进了养分由根系向地上部分、茎杆和叶片转运。芸苔素内酯对树番茄幼苗全氮转运影响不显著（P>0.05），但对树番茄幼苗全磷由根系向地上部分转运及全钾由根系向地上部分、茎杆和叶片转运影响显著（P<0.05）。浓度为1.5 mg/L的芸苔素内酯显著促进了全磷由根系向地上部分转运，但是对其由根系向茎杆及由茎杆向叶片的转运影响不显著（P>0.05）。与对照相比，1.0、1.5和2.0 mg/L的芸苔素内酯显著促进了全钾由根系转移到地上部分及茎杆，对全钾由茎杆向叶片的转运影响不显著，而浓度为0.5 mg/L的芸苔素内酯则显著抑制了树番茄幼苗全钾由茎杆向叶片转运（P<0.05）。

表7 芸苔素内酯对树番茄幼苗转运系数的影响Table 7 Effects of brassinolide on transport coefficient of C.betacea seedlings

2.6 芸苔素内酯对土壤养分含量及土壤pH值的影响

由表8可知，随着芸苔素内酯浓度升高，土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量均存在先上升后下降的趋势。当芸苔素内酯浓度为1.5 mg/L时，土壤碱解氮含量显著高于对照并达到最高，较对照升高了6.22%（P<0.05）。相比于对照，浓度高于0.5 mg/L的芸苔素内酯均能提高土壤有效磷和速效钾含量，但不同浓度间差异不显著（P<0.05）。对土壤pH值而言，芸苔素内酯使土壤pH值出现先下降再上升的趋势，当芸苔素内酯浓度为1.5 mg/L时，土壤pH值显著低于对照并达到最低，较对照降低了4.92%（P<0.05）。

表8 芸苔素内酯对土壤有效态氮磷钾含量及土壤pH值的影响Table 8 Effects of brassinolide on soil available N,P and K contents and soil pH value

2.7 树番茄幼苗养分含量与生物量、土壤养分含量的相关性分析

如图1可知，树番茄幼苗根系生物量与根系全氮、全磷和全钾含量呈极显著正相关（P<0.01）。树番茄幼苗茎杆生物量与茎杆全氮和全磷含量呈显著正相关（0.01≤P<0.05），与树番茄幼苗茎杆全钾含量呈极显著正相关（P<0.01）。树番茄幼苗叶片生物量与叶片全氮、全磷和全钾含量呈极显著正相关（P<0.01）。同时，树番茄幼苗根系、茎杆和叶片全氮含量均与土壤碱解氮含量呈极显著正相关（P<0.01）。树番茄幼苗根系、茎杆和叶片全磷含量均与土壤有效磷含量呈极显著正相关（P<0.01）。树番茄幼苗根系、茎杆及叶片全钾含量均与土壤速效钾含量呈极显著正相关（P<0.01）。

图1 树番茄幼苗各器官养分含量与各器官生物量及土壤养分含量相关性分析Figure 1 Correlation analysis of nutrient content in each organ of C.betacea seedlings with each organ biomass and soil nutrient content

3 讨论

芸苔素内酯可以通过促进细胞分裂、促进根系生长和增强植株光合作用等多重作用促进植物生长。研究发现，在低温胁迫下，叶面喷施芸苔素内酯能够显著增加黄瓜幼苗生物量[25]。也有研究表明，芸苔素内酯能够显著增加烤烟幼苗各器官生物量，提高壮苗指数、根系活力，改善根系形态结构，并在高浓度对烤烟幼苗生长表现出抑制效果[26]。而对水稻种子与幼苗进行芸苔素内酯处理，有利于水稻秧苗根冠生长，显著促进植株养分吸收与生长，但较高浓度的芸苔素内酯对地上部组织的细胞伸长产生了一定的抑制作用[27]。本试验结果表明，随着对树番茄幼苗芸苔素内酯浓度的升高，树番茄幼苗生物量出现先上升再下降趋势并在1.5 mg/L浓度达到最高，这与前人研究结果一致[27]。这可能是由于芸苔素内酯能够影响树番茄幼苗生理生化反应（包括细胞分裂和分化）及植物内源活性物质含量和代谢，并提高了幼苗的光合适性，增加同化物积累运输，进而促进生长[28-29]。

光合作用对植物生物量积累及生长有重要意义，芸苔素内酯促进植物光合色素合成，进而增强光合作用，促进植物生长[30]。也有研究发现，在室温和高温条件下，1.0 mg/L芸苔素内酯处理有利于提高植物叶绿素和类胡萝卜素的含量[31]。在低温胁迫下，施用芸苔素内酯能够增加棉花幼苗叶绿素含量并延缓叶片衰老[32]。此外，叶片喷施芸苔素内酯能够显著增加低温胁迫下油桐幼苗的叶绿素含量，并提高叶绿素荧光参数[33]。本研究表明，芸苔素内酯能够显著增加树番茄幼苗的光合色素含量（叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素），并在浓度1.5 mg/L时达到最大，这与前人研究结果一致[31-33]，说明芸苔素内酯能够通过增强光合作用来促进其生物量增加。树番茄幼苗光合色素含量增加可能归因于叶片喷施芸苔素内酯可以保持叶片结构、形态及功能稳定性，减少叶绿素氧化降解，提高其光合潜力[33]，同时增强植株抗氧化能力，增强光合作用[34]。

抗氧化酶在清除活性氧、维持植物正常氧化代谢中发挥着重要作用。有研究发现，花期进行叶面喷施油菜素内酯，能够增加大豆叶片抗氧化酶的活性[35]。草铵膦胁迫下，叶面喷施芸苔素内酯能够显著提高栝楼叶片SOD和POD活性[36]。也有研究发现，叶面喷施3种芸苔素内酯在不同浓度下均可以提高干旱胁迫下玉米幼苗叶片中SOD、POD和CAT活性[37]。3种不同类型的芸苔素内酯处理诱导了SOD、POD和CAT活性增加和基因表达，并增加脯氨酸含量[38]。盐胁迫下，叶面喷施水杨酸和芸苔素内酯可显著提高黑芥的生理性能和抗氧化能力[39]。本试验中，施用芸苔素内酯增加树番茄幼苗CAT和SOD活性，但降低了POD活性。这些结果与前人研究结果相似[37-39]，这可能与芸苔素内酯参与调控植物的抗坏血酸-谷胱甘肽循环有关；抗坏血酸是一种直接的抗氧化剂，能与自由基进行一定的化学反应并由过氧化物酶催化，谷胱甘肽本身也参与其中，能够对细胞氧化还原不平衡进行感知，进而影响抗氧化酶活性[40]。同时，施用芸苔素内酯也参与调控抗氧化酶的mRNA编码基因转录，增加抗氧化酶的生物合成及活性[41]。

植物对土壤中养分吸收主要通过根系吸收、木质部转运到地上部分来进行[42]。芸苔素内酯参与植物根系生长、转运代谢，养分吸收等多种活动的调控[43]。前人研究发现，叶面喷施芸苔素内酯能够显著增加棕榈叶片质量及叶片氮、磷、钾及蛋白质含量[44]。在一定氮水平下，叶施芸苔素内酯显著促进了小白菜氮磷钾总量的积累，且叶片中氮磷钾总含量随浓度增加出现先升高后下降的趋势[45]。V.Otie等[46]研究发现，田间渍水胁迫下，叶面喷施芸苔素内酯能够促进土壤中营养含量（有机物、全氮、有效磷）和可交换碱（钾、钙、镁、钠）的释放和利用，从而改善玉米田间涝渍胁迫。还有研究表明，芸苔素内酯可有效促进水稻幼苗根系生长，且因施用方法和浓度的变化表现出不同的促进效果[47]。草铵膦胁迫下，叶面喷施芸苔素内酯也被报道能够显著增强根系活力，进而促进养分吸收[36]。本试验研究发现，随着芸苔素内酯浓度的增加，树番茄幼苗的根系、茎杆和叶片的全氮、全磷和全钾含量增加并出现先上升后下降趋势，树番茄幼苗根系附近土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量也出现先上升后下降趋势。同时本研究发现，芸苔素内酯能够促进植株全磷和全钾含量从根系向地上部分转运，但对植株全氮转运系数无显著影响，这与前人研究结果一致[44-46]。树番茄幼苗各器官养分含量增加可能归因于细胞间渗透势改变，也可能与芸苔素内酯能够改变植物质膜，增加养分吸收同化物运输有关[8]。而养分转运系数的变化可能是由于芸苔素内酯能够促进细胞分裂、幼苗生长及养分运输，导致地上部分养分含量及生物量增加。芸苔素内酯也参与影响根系附近土壤环境改变，能够促进树番茄幼苗根系释放H+降低土壤pH值，进而影响土壤养分的固定及养分的有效性、迁移率及吸收利用[48]。本研究也对土壤养分含量与树番茄幼苗养分含量进行相关性分析，发现二者呈显著正相关关系，说明芸苔素内酯既能促进土壤营养物质释放，也能够促进植物对养分的吸收，即土壤养分含量增加同时树番茄幼苗养分含量也随之增加[49]，但在未来对于芸苔素内酯影响植株体内养分含量的转运仍需要开展进一步详细研究。