APP下载

外源D/L-谷氨酸对玉米幼苗生长的影响

2021-08-09颜廷帅时立波刘海亮裴龙飞张宝千窦宝存

湖南农业科学 2021年6期
关键词:谷氨酸外源营养液

颜廷帅,时立波,刘海亮,裴龙飞,陈 玲,张宝千,窦宝存

[1.宁阳县林业保护发展中心,山东 宁阳 271440;2.中化现代农业(山东)有限公司,山东 济南 250199;3.中化(海南)作物科技有限公司,海南 海口 570100]

谷氨酸以蛋白质的重要组成部分、多功能肽的组分及游离态存在于植物体内,在氮素同化[1-2]、氨基酸合成与代谢[3-4]、叶绿素合成[5]、根系生长调控[6]等过程中具有重要作用,被称为核心氨基酸[7]。同时,外源施用谷氨酸具有促进种子萌发[8-9]、叶绿素合成[10]、根系生长[6]以及提升果实品质[11-12]等效果。

氨基酸有L 型和D 型2 种光学异构体,自然界的氨基酸主要以L 型存在。部分D 型氨基酸如D-丝氨酸、D-丙氨酸对植物生长具有抑制作用,部分D型氨基酸如D-缬氨酸、D-脯氨酸、D-甲硫氨酸等对植物生长具有促进作用[13-18]。而关于D 型谷氨酸的研究目前较少。因此,笔者以玉米幼苗为试验材料,通过水培法研究了外源施加D/L-谷氨酸对玉米叶绿素含量以及根系和地上部生长的影响,以期为谷氨酸的合理应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试玉米品种为郑单958,由河南省农科院粮食作物研究所育成,2000 年通过审定。

1.2 试验方法

采用沙培育苗,待玉米长至2 叶一心时挑选整齐一致的幼苗,将根用蒸馏水冲洗干净,然后移入装有1/8 Hoagland 和Arnon 营养液的黑色塑料桶(上部开口直径25.5 cm,底部直径22.5 cm,高27.0 cm)进行水培[19]。

玉米移入水培桶3 d 后进行处理,即在营养液中添加2 种不同浓度(0.5 和5 mg/L)的D-谷氨酸和L-谷氨酸,分别记为0.5 D、0.5 L、5 D 和5 L;设不添加外源谷氨酸的处理为对照,记为CK。试验共5个处理,每处理3 次重复,共15 盆,随机区组排列。保持各处理光照和温度一致,每3 d 更换1 次营养液。

1.3 采样及测定方法

处理20 d 后,用直尺测量株高,用游标卡尺测量茎基部茎粗。用95 %乙醇浸提比色法测定叶片单位面积叶绿素含量[20],用Win RHIZO PRO 2007 根系分析系统软件(Regent Instr. Inc., Canada)扫描并分析根长、表面积、总体积以及不同径级根长和表面积[21],之后将地上部和根系于105℃杀青30 min,75℃烘干至恒重,分别称量其干重。

2 结果与分析

2.1 外源D/L-谷氨酸对玉米幼苗叶绿素含量的影响

由表1 可知,0.5 D 处理叶绿素a、叶绿素b 和总叶绿素含量分别比CK 高14.68%、14.00%和14.37%,但差异未达显著水平;0.5 L 处理的叶绿素a、叶绿素b 和总叶绿素含量与CK 相当;而5 D 和5 L 处理的叶绿素a、叶绿素b 和总叶绿素含量分别比CK低33.31% 和26.68%、34.47% 和26.93%、33.79% 和26.76%,差异达显著水平。由此可知,低浓度的外源D-谷氨酸处理可增加玉米幼苗叶绿素含量,而高浓度的外源D/L-谷氨酸显著降低了玉米幼苗叶绿素含量。

表1 添加外源D/L-谷氨酸后玉米幼苗的叶绿素含量(mg/dm2)

2.2 外源D/L-谷氨酸对玉米幼苗生长的影响

由表2 可知,0.5 L 和0.5 D 处理的茎粗、株高、地上部干重和根干重均优于CK,其中0.5 L 和0.5 D 处理的茎粗显著粗于CK,0.5 L 处理的地上部干重显著重于CK,但0.5 L 与0.5 D 处理间各生长指标均无显著差异;而5 L 和5 D 处理的茎粗、株高和地上部干重均差于CK,其中5 L 处理的株高显著矮于CK,其他指标与CK 差异不显著。这表明0.5 mg/L D/L-谷氨酸均促进了玉米幼苗地上部的生长,而5 mg/L D/L-谷氨酸对玉米幼苗地上部的生长表现出一定的抑制作用。

表2 添加外源D/L-谷氨酸后玉米幼苗的生长情况

2.3 外源D/L-谷氨酸对玉米幼苗根系发育的影响

由表3 可知,0.5 L 和0.5 D 处理的总根长显著长于CK,总根表面积和总根体积显著高于CK;而5 L 和5 D 处理的总根长短于CK,总根表面积和总根体积低于CK,但差异未达显著水平;总根尖数方面,添加谷氨酸的各处理均与CK 无显著差异,但0.5 D处理的总根尖数显著高于0.5 L 处理和5 D 处理;各处理的根平均直径无显著性差异。这表明添加0.5 mg/L D/L-谷氨酸均显著增加了玉米幼苗的总根长、总根表面积和总根体积;而添加5 mg/L D/L-谷氨酸对玉米幼苗根系各项形态指标均无显著影响。

前人的研究表明,外源谷氨酸能够导致拟南芥根系发育形成“主根短而侧根较多”的特殊形态[6]。结合图1 和表3 的数据可知,0.5 mg/L 的D-谷氨酸处理,玉米幼苗的总根尖数显著多于同浓度的L-谷氨酸处理;5 mg/L 的D-谷氨酸处理总根尖数与同浓度的L-谷氨酸处理无显著差异。可见,低浓度D-谷氨酸能够形成玉米幼苗根系“主根短而侧根较多”的现象(图1)。

图1 添加外源D/L-谷氨酸后玉米幼苗根系的生长情况

表3 添加外源D/L-谷氨酸后玉米幼苗的根系特征参数

3 结论与讨论

Forsum 等[16]的研究表明,无氮MS 培养基中添加1.47 mg/L D-谷氨酸对拟南芥的生长无影响。而笔者的水培试验结果显示,添加0.5 mg/L D-谷氨酸显著促进了玉米幼苗地上部的生长;添加5 mg/L D-谷氨酸对玉米地上部生长产生了一定的不利影响,显著降低了玉米幼苗的叶绿素含量,但对根系的影响不明显。由此可见,不同植物对外源D-谷氨酸的反应浓度不同。

李宗菊等[22]在1/2MS 固体培养基中添加5 mg/L L-谷氨酸,所培养的满天星的干重、叶绿素含量和净光合速率均显著增加;吴良欢等[23]在营养液中添加10 mg/L L-谷氨酸,所培养的水稻生物量显著增加;武雪萍等[24]在营养液中添加20 mg/L L-谷氨酸,提高了烟草的氨基酸含量、叶绿素含量及根系活力;主春福[25]在Hoagland 营养液中添加7.35 mg/L L-谷氨酸,所培养的平邑甜茶的根长和侧根数量均增加,在Hoagland 营养液中添加73.5 mg/L L-谷氨酸,所培养的平邑甜茶的根长和侧根数量均减少;曹小闯等[26]在MS 液体培养基中添加367 mg/L L-谷氨酸,所培养的小白菜生物量下降;杨靖等[27]在N6 培养基中添加882 mg/L L-谷氨酸,所培养的小麦、水稻、二棱大麦的生长均受到抑制;孔凡婧[28]在营养液中添加588 mg/L L-谷氨酸,所培养的红松生物量却增加了。由此可见,低浓度的L-谷氨酸对植物的生长有促进作用,但高浓度的L-谷氨酸对红松除外的大部分植物的生长均产生抑制作用。而在笔者的试验中,添加0.5 mg/L 的L-谷氨酸对玉米地上部生长有显著的促进作用;添加5 mg/L 的L-谷氨酸对玉米幼苗地上部生长有一定的抑制作用,表现为玉米株高显著降低、叶绿素含量显著下降,但对根系的影响不明显。导致上述结果的原因可能是不同作物对L-谷氨酸浓度的敏感程度不同,多年生植物较当年生植物耐受L-谷氨酸的能力更强。这也是添加588 mg/L 的L-谷氨酸时仍然能够促进红松生长的原因。

该试验结果还显示,在低浓度(0.5 mg/L)下,D-谷氨酸对玉米幼苗地上部及根系生长的促进作用稍强于L-谷氨酸;在高浓度(5 mg/L)下,L-谷氨酸显著降低了玉米幼苗的株高,但D-谷氨酸对玉米幼苗株高的影响不显著,其他方面的影响在D/L-谷氨酸之间无明显差异。

总体来看,冲施或水培条件下,低浓度(0.5 mg/L)的D/L-谷氨酸对玉米幼苗生长表现出一定的促进作用,而高浓度(5 mg/L) D/L-谷氨酸对玉米幼苗生长表现出一定的抑制作用。

猜你喜欢

谷氨酸外源营养液
外源甘氨酸促进火龙果根系生长和养分吸收
具有外源输入的船舶横摇运动NARX神经网络预测
不同营养液浓度对阳台生菜品质的影响
CELSS中营养液循环利用应用实例
N-氨甲酰谷氨酸对滩羊乏情期诱导同期发情效果的影响
臭氧治疗对急性期脑梗塞血清谷氨酸浓度的影响研究
扩散性抑制及缺血过程中Ca2+与谷氨酸的同时在体电化学分析
食用菌追肥谨记“两适两要”
食用菌生长后期管理技巧
地衣芽孢杆菌WX—02补硝酸钠发酵产聚γ—谷氨酸工艺