外源褪黑素对苦荞生理特性、产量及品质的影响

马仲炼，龚健福，马永翠，田 虹，刘德福，杨顺强

（1.昭通学院农学与生命科学学院，云南 昭通 657000；2.西南大学食品科学学院，重庆 400716）

苦荞（Fagopyrum tataricum）是一种蓼科（Polygonaceae）荞麦属（FagopyrumMill.）1 年生草本植物[1]，营养成分丰富，富含芦丁、荞麦碱、微量元素和多种维生素[2]，主要分布在我国西南云、贵、川等省的高寒山区或丘陵地区，这些地区水资源缺乏，交通不便，管理粗放，生产方式落后，品种混杂、老化，广种薄收，苦荞产量一直以来都处在较低的水平[3]。目前，苦荞产量和品质的提高主要是通过控制土、水、肥、密等外部条件以及栽培措施来实现，但挖掘潜力有限。

化学调控技术是通过外源施加植物生长调节物质来调节作物生长发育、增加产量及改善品质的一种有效方法，有利于作物生产潜力的充分发挥[4]。褪黑素又称褪黑激素、松果体素等，是一种小分子吲哚胺类物质，作为一种新型植物生长调节剂，具有调控根系发育、促进植株生长、延迟叶片衰老、增强采后果实抗氧化能力等生理功能[5-9]，且在植物响应非生物胁迫中发挥重要作用[10-11]。褪黑素在动物和植物中都存在，对人类健康有益[12]，在作物生产中使用褪黑素不会对环境和人类健康造成危害。朱恒达等[13]研究发现，喷施褪黑素能促进低温下黄瓜幼苗生长，提高黄瓜幼苗叶片抗氧化酶活性和渗透调节能力，维持植物激素平衡，从而提高黄瓜幼苗耐冷性。陈丽珊等[14]研究发现，喷施褪黑素能改变高盐胁迫下水稻幼苗激素代谢水平，提高抗氧化酶活性和碳氮代谢能力，促进水稻幼苗生长，增强水稻幼苗抵御盐胁迫的能力。目前，关于褪黑素在作物上的研究主要集中在黑麦[15]、小麦[16]、油菜[17]、番茄[18]和黄瓜[19]等作物，在苦荞上的研究尚未见报道。为此，研究不同浓度褪黑素对苦荞生长、生理特性、产量和品质的影响，为褪黑素在苦荞上的应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试苦荞品种为昭苦2 号，由昭通市农业科学院选育；褪黑素购自云南科仪化玻有限公司（分析纯，Macklin）。

1.2 试验设计

试验于2022 年3—7 月在昭通学院农学与生命科学学院校内试验基地进行，采用盆栽（25.4 cm×17.8 cm）试验，每盆穴播大小一致、饱满的籽粒10粒，盆栽土为大田耕层土壤，每盆装土壤7.0 kg，加入2 g 复合肥（金正大3+三硫酸钾型，N∶P2O5∶K2O=16∶6∶24），待苦荞苗3 片真叶时，每盆定植6 株。现蕾时开始叶面喷施褪黑素，分别喷施0 µmol∕L（CK）、50µmol∕L（T1）、100µmol∕L（T2）和150µmol∕L（T3）褪黑素，每处理20 盆，每10 d 喷一次，共计2次，其他按常规田间管理。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 农艺性状 在喷施褪黑素后的21 d，每盆随机选取3株苦荞进行农艺性状的测定，包括株高、茎粗、有效分枝数和主茎节数。

1.3.2 生理指标 分别于第1 次喷施褪黑素后7、14、21 d 清晨进行取样，每株取倒三叶，用于测定叶绿素a、b 含量，丙二醛（MDA）含量和可溶性蛋白含量。其中，叶绿素含量采用乙醇浸提法测定[20]，MDA 含量采用TBA 法测定[21]，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝比色法测定[22]。

1.3.3 产量及其构成因素 苦荞成熟后，测量单株粒数、单株粒质量和千粒质量。

1.3.4 品质指标 将苦荞籽粒去皮粉碎过0.45 mm筛，测定可溶性蛋白、黄酮、可溶性糖、还原糖以及游离总氨基酸含量。其中，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝比色法测定[22]，黄酮含量采用紫外分光光度法测定[23]，可溶性糖含量采用蒽酮-硫酸法测定[24]，还原糖含量采用3-5 二硝基水杨酸法测定[24]，游离总氨基酸含量采用茚三酮法测定[24]。

1.4 综合评价

为了能更好、更全面地评价褪黑素处理对苦荞的影响，应用模糊隶属函数对所测得的各项指标进行综合评价。公式详见式（1）。

式中：H（bi）为b处理i指标的隶属值，Hbi为b处理i指标的测定值，Himax为该指标的最大值，Himin为该指标的最小值[25]；b为某个处理；i为某项指标。

若某个指标与作物的生长及生产呈负相关，则隶属函数值计算公式详见式（2）。

将某个处理的所有指标隶属函数值累加，求平均值，即得该处理的综合评价值，其公式详见式（3）。

式中：Hb为综合评价值，k为指标数。综合评价值越大则效果越好。

1.5 数据处理

采用Excel 2010 对数据进行整理，采用SPSS 23.0 软件Duncan’s 新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同浓度褪黑素对苦荞农艺性状的影响

由表1 可知，T1、T2、T3 处理苦荞株高分别比CK 显著提高16.19%、15.37%、7.29%，T1、T2、T3 处理间差异不显著；T1、T3处理茎粗分别比CK显著提高28.00%、22.00%，T1、T3处理间差异不显著；T1处理主茎节数显著高于其他处理，其中较CK 提高9.90%；有效分枝数在不同处理间无显著差异。由此可知，喷施褪黑素能提高苦荞株高和茎粗，尤其是T1处理。

表1 不同浓度褪黑素对苦荞农艺性状的影响Tab.1 Effect of different concentrations of melatonin on agronomic traits of tartary buckwheat

2.2 不同浓度褪黑素对苦荞生理特性的影响

2.2.1 不同浓度褪黑素对苦荞叶片叶绿素含量的影响 由表2可知，随着生育进程的推进，苦荞叶片叶绿素a 含量逐渐减小，喷施褪黑素能明显增加叶片叶绿素a 含量。喷施褪黑素后7 d 和14 d 时，T1处理叶绿素a 含量比CK 显著提高46.15% 和18.88%，T2、T3 处理与CK 间差异总体上不显著，但均显著低于T1 处理；喷施褪黑素后21 d 时，T1、T2、T3 处理叶绿素a 含量分别比CK 显著提高7.58%、30.30%、4.55%，T2处理显著高于T1、T3处理。不同处理苦荞叶片叶绿素b 含量变化趋势表现不一致。喷施褪黑素后7 d 时，T2、T3 处理叶绿素b 含量分别比CK 显著降低11.76%、14.71%，T1 处理与CK 间差异不显著；喷施褪黑素后14 d时，T1、T2处理叶绿素b 含量分别比CK 显著提高18.18%、24.24%，T3 处理显著低于CK；喷施褪黑素后21 d时，T1、T2、T3处理叶绿素b 含量分别比CK 显著提高28.27%、133.33%、28.57%，T2处理显著高于T1、T3处理。综上，喷施褪黑素可以延缓叶绿素降解，以T1、T2处理效果较好。

表2 不同浓度褪黑素对苦荞叶片叶绿素a、b含量的影响Tab.2 Effect of different concentrations of melatonin on contents of chlorophyll a and b in leaves of tartary buckwheatmg/g

2.2.2 不同浓度褪黑素对苦荞叶片可溶性蛋白、MDA 含量的影响 由表3 可知，喷施褪黑素后7 d时，T1、T2、T3处理苦荞叶片可溶性蛋白含量分别比CK 显著提高14.78%、29.29%、36.15%，T2、T3 处理显著高于T1 处理；喷施褪黑素后14 d 时，T1、T2、T3处理可溶性蛋白含量分别比CK 显著降低23.78%、14.86%、16.14%，T2、T3处理显著高于T1处理；喷施褪黑素后21 d时，T1、T2、T3处理可溶性蛋白含量分别比CK 显著降低13.99%、20.99%、15.84%，T1、T3处理显著高于T2 处理。综上，随着苦荞叶龄的增加，喷施褪黑素会使苦荞叶片可溶性蛋白含量降低，尤其是T1处理。

表3 不同浓度褪黑素对苦荞叶片可溶性蛋白、MDA含量的影响Tab.3 Effect of different concentrations of melatonin on contents of soluble protein and MDA in leaves of tartary buckwheat

研究发现，MDA 含量常用来反映细胞膜损伤程度和植物抗逆性[26-27]。喷施褪黑素后7 d 时，T1、T2、T3处理叶片MDA含量分别比CK显著降低18.72%、23.95%、20.97%，T1、T2、T3 处理间差异不显著；喷施褪黑素后14 d 时，T1、T2、T3 处理的MDA 含量分别比CK 显著降低10.64%、19.85%、10.54%，T1、T2、T3 处理间差异不显著；喷施褪黑素后21 d 时，T1、T2、T3 处理的MDA 含量分别比CK 显著降低20.85%、6.18%、19.22%，T1、T2、T3 处理间差异不显著。综上，喷施褪黑素可以显著降低MDA 含量，降低叶片衰老引起的细胞膜损伤。

2.3 不同浓度褪黑素对苦荞产量相关性状的影响

从表4 可知，T2、T3 处理苦荞单株粒数显著高于其他处理，其中分别较CK 提高23.07%、15.71%，T2、T3 处理间差异不显著，T1 处理与CK 间差异不显著；T1、T2、T3 处理单株粒质量分别比CK 显著提高17.63%、39.39%、17.63%，T1、T2、T3 处理间差异不显著；T2 处理千粒质量比CK 显著降低5.50%，T2、T3处理与CK间差异不显著，这可能是由于喷施褪黑素后苦荞单株粒数提高，营养供应不足造成籽粒不饱满。由此可知，喷施褪黑素能有效提高单株粒数和单株粒质量，尤其是T2处理。

表4 不同浓度褪黑素对苦荞产量相关性状的影响Tab.4 Effect of different concentrations of melatonin on yield related traits of tartary buckwheat

2.4 不同浓度褪黑素对苦荞品质的影响

由表5 可以看出，T2 处理苦荞籽粒可溶性蛋白含量显著高于其他处理，较CK 提高10.03%，CK、T1、T3 处理间差异不显著；T1、T2、T3 处理籽粒可溶性糖含量分别比CK 显著提高38.76%、19.56%、18.85%，T1处理显著高于T2、T3处理；T1、T3处理籽粒黄酮含量均显著高于CK 和T2 处理，其中分别较CK 提高8.39%、8.15%，T1、T3 处理间差异不显著；T2处理籽粒还原糖含量显著低于其他处理，其中较CK 显著降低20.25%，CK、T1、T3 处理间差异不显著；T1处理籽粒游离总氨基酸含量显著高于其他处理，其中较CK 提高10.88%，T3 处理较CK 显著降低14.21%，T2 处理与CK 间差异不显著。综上，T1 处理能显著提高籽粒可溶性糖、黄酮和游离总氨基酸含量，T2 处理能显著提高籽粒可溶性糖、可溶性蛋白含量，T3 处理能显著提高籽粒黄酮、可溶性糖含量，总体以T1处理对苦荞籽粒品质提升效果最好。

表5 不同浓度褪黑素对苦荞品质的影响Tab.5 Effect of different concentrations of melatonin on the quality of tartary buckwheat

2.5 不同浓度褪黑素对苦荞影响的综合评价

由表6 可知，CK、T1、T2 和T3 处理的综合评价值分别为0.451 8、0.572 3、0.494 4 和0.500 3，说明喷施褪黑素对苦荞的生长发育、产量和品质有一定的益处，T1处理效果最佳，T3处理效果次之。

表6 不同浓度外源褪黑素对苦荞影响的综合评价Tab.6 Comprehensive evaluation of the effect of different concentrations of melatonin on tartary buckwheat

3 结论与讨论

研究发现，褪黑素可以缓解环境胁迫对植物造成的伤害，促进植物形态建成，提高抗氧化酶活性，调节水分吸收，使根系能有效地吸收土壤水分和养分，并促进水分和养分通过输导组织输送到植物的地上部分[28-30]。本研究发现，喷施褪黑素使苦荞茎粗、主茎节数和有效分枝数增加，以50µmol∕L 处理茎粗、主茎节数最高，100µmol∕L处理有效分枝数最多，随着褪黑素浓度增加，株高、主茎节数降低。WANG 等[31]研究发现，100 µmol∕L 褪黑素延缓苹果叶片衰老的效果最佳。可见褪黑素在植物生产上的应用具有剂量效应，适量浓度的褪黑素有利于苦荞生长。

光合作用是作物生长发育及产量形成的基础[32]，在一定程度上叶绿素含量的高低直接反映光合作用的强弱[33]。褪黑素可以保护植物中的叶绿素，提高植物的光周期，增强植物的抗逆性[34]。褚晶等[35]研究发现，0.1 µmol∕L 褪黑素显著提高小麦叶片中叶绿素a 和叶绿素b 含量，叶绿素a 和叶绿素b含量分别较不施褪黑素的对照提高20.5% 和15.7%。本研究发现，喷施褪黑素处理苦荞叶绿素a、叶绿素b 含量在喷施后21 d 时均显著高于CK，100µmol∕L 效果最好，说明褪黑素能有效缓解叶绿素的降解，这与陈忠诚等[32]研究发现的施用褪黑素可有效提高红小豆叶片光合色素含量的结果一致。褪黑素是一种广谱的抗氧化剂和自由基清除剂，可在应激条件下直接清除活性氧[36]。MDA 作为细胞膜脂过氧化反应产物会对生物膜造成严重伤害，其含量可衡量细胞膜脂过氧化程度[37]。刘领等[38]研究发现，施用褪黑素可以增强干旱胁迫下烤烟的抗氧化能力、光合能力以缓解干旱胁迫造成的伤害。本研究发现，喷施褪黑素可以显著降低MDA 含量，有效增强细胞膜的稳定性，减轻叶片衰老引起的细胞膜损伤。

邹京南等[39]研究发现，干旱胁迫下外源褪黑素可提高抗氧化酶活性，抑制活性氧的产生，增强碳同化能力，增加大豆单株荚数、单株粒数和百粒质量，使产量提高14.7%。本研究发现，喷施100µmol∕L 和150 µmol∕L 褪黑素处理苦荞单株粒数和单株粒质量均显著高于CK，但千粒质量反而低于CK，这可能是由于结实率高造成籽粒营养供应不足。周达等[40]研究认为，外源物质可以改变苦荞的黄酮含量。本研究发现，50µmol∕L褪黑素能显著提高籽粒可溶性糖、黄酮和游离总氨基酸含量，100µmol∕L 褪黑素能显著提高籽粒可溶性蛋白、可溶性糖含量，150µmol∕L 褪黑素能显著提高籽粒可溶性糖、黄酮含量。

综上，喷施适宜浓度的外源褪黑素可以有效增加苦荞叶片叶绿素含量，降低MDA 含量，提高单株粒数、单株粒质量。50µmol∕L褪黑素能显著提高籽粒可溶性糖、黄酮和游离总氨基酸含量，100µmol∕L褪黑素能显著提高籽粒可溶性蛋白、可溶性糖含量，150µmol∕L褪黑素能显著提高籽粒可溶性糖、黄酮含量。但是喷施褪黑素处理会降低苦荞千粒质量，较高浓度的褪黑素还会使籽粒还原糖、游离总氨基酸含量等降低。因此，褪黑素对苦荞的作用还有待进一步深入研究。