程相国, 李丽杰, 王小辉, 张晓甜, 王素芳, 张志勇

(河南科技学院生命科技学院,河南新乡 453000)

花生是我国重要的油料和经济作物,含有丰富的氨基酸、脂类和蛋白质,是重要的食用油脂和蛋白质的重要来源,也是食品工业的理想原料,在我国植物油供给、食品加工及农民增收中占有重要地位[1]。2020年我国花生种植面积为473.07万hm2、总产量1 799万t,分别占国内油料作物总面积的36%和油料总量的50.2%[2]。因此,提高花生产量,对农民增收和进一步实现粮油等原料自给自足具有重要意义[3-4]。

拓宽双边合作渠道。进一步挖掘国际合作潜力，扩大合作领域，丰富合作内涵，完善合作机制。继续坚持高层次的交流与务实合作，坚持发达国家与发展中国家并重。积极落实与芬兰等国的合作谅解备忘录，举办中巴等双边定期交流会，落实2013年高访活动达成的合作意向。结合水利中心任务和重点工作，学习引进国外先进的理念、技术和经验教训，避免工作中走弯路。进一步深化南南合作，展示负责任大国形象，同时推动中国水利技术的输出。

施用植物生长调节剂是促进作物形态建成和提高产量的重要手段之一[5-6]。褪黑素(N-乙酰基-5-甲氧基色胺)是一类小分子吲哚化合物,最早在1958年由Lerner等从牛松果体中分离提纯,并证实它是一种类激素物质,参与动物的生长、发育调控和信号转导[7]。自1995年在高等植物中发现褪黑素后,其在植物生长发育过程(如营养生长、种子萌发、生根和开花等)和逆境响应中的多项调节功能也逐渐被发现,现已被认为是一种新型植物激素[8-9]。Hernández‐Ruiz等最先发现褪黑素在刺激植物生长中的直接作用,他们报道了褪黑素对金丝雀草(Phalariscanariensis)、小麦(Triticumaestivum)、大麦(Hordeumvulgare)和燕麦(Avenasativa)胚芽鞘生长的促进作用[10]。褪黑素处理还促进了各种植物如大豆(Glycinemax)[11]、小麦[12]、燕麦[13]、玉米(Zeamays)[14]和芥菜(BrassicajunceaL.)[15]的营养生长。同时,褪黑素在植物光合作用中也发挥着重要调控作用[16]。Zhong等研究发现,褪黑素喷施处理可通过提高叶片叶绿素含量,增强叶片的光合性能,进而促进葡萄幼苗的生长[17]。Li等研究发现,褪黑素喷施处理可通过提高叶片气孔导度,改善光系统Ⅱ中的光能吸收和电子传递,进而缓解盐胁迫对西瓜幼苗光合作用的抑制作用[18]。

褪黑素对多种作物生长发育有调控作用,但针对不同作物及不同的施用方式,所适宜的褪黑素浓度不同。因此本研究以花生为材料,探究不同浓度的褪黑素对花生苗期生长和光合作用的影响,以期筛选出适宜的褪黑素浓度,为其在花生高产栽培生产中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以花生品种豫花37(由河南省农业科学院选育的高油酸品种)为材料。褪黑素购自Sigma试剂公司。

1.2 试验设计

试验于2022年3—9月在河南科技学院人工气候室(113°56′28″E,35°17′17″N)进行。挑选大小均匀一致的种子,用10%过氧化氢(H2O2)消毒 5 min,用水冲洗3～4次,用自来水浸种12 h。利用卷纸法进行萌发,即将浸种后的种子置于双层的吸水纸中间,在距吸水纸顶部3～4 cm处排列8粒种子,种子之间间隔2 cm,然后将双层吸水纸从一端卷起并用橡皮筋固定。最后将卷纸直立在装有1 L饱和硫酸钙的塑料盆(长×宽×高为25 cm×15 cm×20 cm)中。待种子在黑暗中于28 ℃条件下萌发5 d后,挑选长势一致的幼苗,转移至装有5 L改良的霍格兰氏营养液的塑料盆中培养。改良的霍格兰氏营养液为2.5 mmol/L Ca(NO3)2、1.0 mmol/L MgSO4、0.5 mmol/L KH2PO4、2.0 mmol/L NaCl、0.1 mmol/L EDTA-FeNa、2×10-4mmol/L CuSO4、1×10-3mmol/L ZnSO4、2×10-2mmol/L H3BO3、5×10-6mmol/L (NH4)6Mo7O24、1×10-3mmol/L MnSO4。本试验在人工培养室[昼夜温度28 ℃/25 ℃;湿度45%;光照时长12 h,光照度 400 μmol/(m2·s)] 中进行培养。每5 d换1次营养液。待幼苗长有1对复叶时,分别进行叶面喷施0.1、0.5、5.0、20.0 μmol/L褪黑素(喷施至叶面布满水珠且将要滴落为止,每株约2 mL溶液),并分别记作MT1、MT2、MT3和MT4处理,以喷施等量清水为对照(CK)。每个处理设置5盆,每盆8株幼苗。连续喷施处理2 d,分别于处理第4天和第8天测定气体交换参数和叶绿素荧光参数,同时取植株,用于生物量、根系形态指标和叶绿素含量的测定。

1.3 测定项目与方法

1.3.4 叶绿素荧光参数的测定 在处理后第4天和第8天,以倒2分枝顶叶为测定部位,置于黑暗条件下暗适应20 min,采用Handy-PEA荧光仪(Hansatech,英国)测定叶片的叶绿素a荧光参数,包括最小荧光量(Fo)、最大荧光量(Fm)、光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)和光合性能指数(PIabs)的变化。

1.3.2 根系形态指标的测定 用直尺测量主根长度和侧根区间(根茎交界处到肉眼可见侧根之间的距离)长度,记录主根上肉眼可见的长于0.5 mm的一级侧根数量。利用Epson-V800扫描仪进行根系扫描,并用Win RHIZO软件对总根长、总表面积、总体积、平均直径等进行分析。

褪黑素对花生根系形态建成具有低浓度促进、高浓度抑制的作用(图2、表1)。随着褪黑素浓度的增加,幼苗的主根长、一级侧根数、侧根区间的数值呈先增加后降低的趋势,且均在MT2处理下促进效果达到显著水平。同时发现,不同浓度的褪黑素均可增加花生根系的一级侧根密度,且MT1和MT2处理下一级侧根密度与对照相比达到显著水平。与对照相比,MT2处理下幼苗主根长在第4天和8天分别增加19.8%和18.5%(P<0.05),一级侧根数分别增加27.4%和35.6%(P<0.05),侧根区间分别增加10.5%和18.1%(P<0.05),侧根密度分别增加16.6%和12.9%(P<0.05)。

1.3.1 生物量的测定 每个处理选取5株植株,用自来水冲洗植株表面灰尘,然后利用吸水纸吸干植株的表面水分。将植株从根茎交界处分成地上部(茎、叶)和地下部(根),分别称取鲜质量后,置于烘箱中杀青(105 ℃)20 min,然后恒温(80 ℃)烘至恒质量,称取干质量。

(3)为与国际矿产资源资产评估规范接轨，SME成立了SME评估标准委员会，积极参与国际评估规范的商讨。

随着褪黑素浓度的增加,Pn、Ci、Gs、Tr的数值均呈先增加后降低的趋势(图4)。与对照相比,在MT2处理的第4天和第8天Ci均显著增加;Pn、Gs、Tr在处理第8天时显著增加。与对照相比,在处理的第8天时,MT2处理下Pn、Ci、Gs、Tr分别增加15.0%、15.1%、24.4%、11.4%(P<0.05)。

目前，常州尚未制定全市性科技人才发展规划，对科技人才范围定位不清，管理职能不够明确，人才工作合力机制尚未完善。人才政策令出多门，衔接不够，沟通不足，宣传不到位，服务效能不高。常州现有人才引进、培育政策缺少系统性、连续性，存在重引进轻培养，重管理人才轻一线专业技术人才，重外来人才轻乡土人才，重高层次人才轻中青年后备人才等现象，不利于科技人才队伍结构完善、发展壮大。相应的人才使用、人才激励和人才分类评价机制建设缺乏系统性，人才激励效能偏低。

1.4 数据分析

为了能使3种DSP分离开，通过流动相条件的筛选，最终选择梯度洗脱的方式分离毒素。流动相A：水溶液，流动相B：乙腈溶液，二者均含有2 mmol/L甲酸铵和0.1%甲酸；0.01～7.00 min流动相B的比例从20%升高至90%；7.00～10.00 min，维持90%流动相B；10.00～10.01 min，流动相B降为20%，平衡色谱柱2 min。流动相梯度洗脱条件见表2，在此流动相洗脱梯度下的3种DSP的总离子流图见图1。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施不同浓度褪黑素对花生幼苗植株生长的影响

随着褪黑素浓度的增加,Fm、Fv/Fm和PIabs均呈先增加后降低的趋势,而Fo的数值呈先降低后增加的趋势(图5)。在处理的第4天,与对照相比,MT2处理下Fv/Fm和PIabs均显著增加,分别增加8.0%和29.6%(P<0.05),而Fo的数值显著降低,降低18.1%。在处理的第8天,与对照相比,MT2处理下Fm、Fv/Fm和PIabs均显著增加,分别增加18.1%、3.9%和22.6%(P<0.05),而Fo的数值显著降低,降低12.8%(P<0.05)。

采用Excel 2019和SPSS 20.0进行数据分析和作图。采用单因素方差分析(One-way ANOVA)和最小显著差异法(LSD)比较不同处理间的差异显著性(α=0.05)。

1.3.3 叶绿素含量的测定 在处理后第4天和第8天,参照李小方等的方法利用丙酮提取并测定叶绿素含量[19]。取倒2分枝顶叶,约0.5 g剪成小碎片放入盛有5 mL 95%乙醇的10 mL离心管中,放置在黑暗条件下24 h,至叶片变白,用Tecan酶标仪(Spark 20M)在665、649 nm波长下测定吸光度值,并计算叶绿a、叶绿素b和总叶绿素(叶绿素a+b)含量。

表1 不同浓度褪黑素处理对花生幼苗根系生长参数的影响

2.2 叶面喷施不同浓度褪黑素对花生幼苗根系特征参数的影响

由图3可知,随着褪黑素浓度的增加,对幼苗总根长、根体积、根表面积呈先促进后抑制的趋势,且均在MT2处理下数值达到最大。与对照相比,在MT2处理第4天时,总根长、根体积、根表面积分别增加20.4%、18.9%和17.9%(P<0.05);处理第8天时,总根长、根体积、根表面积分别增加19.1%、20.4%和17.1%(P<0.05)。根系平均直径随着褪黑素浓度的增加,呈先降低后增加的趋势,但各处理与对照之间的差异未达到显著水平。

2.3 叶面喷施不同浓度褪黑素对花生幼苗叶绿素含量的影响

随着褪黑素浓度的增加,叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b的含量均呈先增加后降低的趋势,均在MT2处理下数值达到最大(表2)。与对照相比,MT2处理下叶绿素a和叶绿素a+b含量在第4天和第8天均显著增加,分别增加17.3%、11.5%和17.4%、12.2%(P<0.05);而叶绿素b含量在第4天和第8天也有所增加,但与对照相比均未达到显著水平。

设计断面均为梯形，采用C20 F50 W4混凝土衬砌，衬砌厚度6～8 cm。每隔8～10 m设一道横缝。渠道衬砌断面在水力计算的基础上，结合当地没有取土场地和群众接受度的实际情况，进行了经济比较后确定，结果见表1。

表2 不同浓度褪黑素处理对花生幼苗叶片叶绿素含量的影响

2.4 叶面喷施不同浓度褪黑素对花生幼苗叶片气体交换参数的影响

1.3.5 气体交换参数的测定 在处理后第4、第8天10:00,以倒2分枝顶叶为测定部位,用Li-6800光合测定仪测定净光合速率(Pn)、叶片气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO2浓度(Ci),设定内置光照度为600 μmol/(m2·s),CO2供应浓度为400 μmol/mol,叶片温度为27 ℃,相对湿度约60%。

2.5 叶面喷施不同浓度褪黑素对花生幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

由图1可知,植株地上部干质量和根系干质量随着褪黑素浓度的增加呈先增加后降低的趋势,且均在MT2处理下达到最大值。与对照相比,在MT2处理的第4天和8天,植株地上部干质量分别增加25.6%和17.5%(P<0.05);根系干质量分别增加30.0%和23.5%(P<0.05)。

3 讨论

物质积累是衡量植物生长发育的重要指标。Wang等研究发现,低浓度褪黑素处理促进燕麦生长,高浓度褪黑素处理则抑制燕麦幼苗的生长[13];同时在小麦[12]、红小豆[20]等作物中也发现了相同的调控效应。本研究发现,随着褪黑素的浓度增加,根系和地上部的干物质量呈先上升后下降的现象,在0.5 μmol/L褪黑素处理下效果达到最大值,与对照相比有显著差异。这可能是由于适量浓度褪黑素处理一方面能够促进根系的生长,有利于水分养分的吸收,同时能够增强叶片光合作用,进而增加干物质积累,促进植株的生长。

研究发现,褪黑素因与生长素具有相同的合成底物(色氨酸)和相似的结构而具有相似的生理功能[9]。与IAA类似,褪黑素对植物根系的生长呈浓度依赖性抑制作用[10]。Chen等研究发现,0.1 μmol/L 褪黑素处理对芥菜型油菜根系生长具有促进作用,而100 μmol/L褪黑素则表现出抑制作用[21]。Hernández-Ruiz等研究发现,促进金丝雀草、大麦、小麦和燕麦等单子叶植物根系生长的最佳褪黑素浓度为1×10-7mol/L[10]。在拟南芥中,0.001～1.000 μmol/L褪黑素促进了拟南芥初生根的伸长,对侧根形成无显著影响[22];而100～1 000 μmol/L 褪黑素抑制了拟南芥初生根伸长,但促进了侧根形成[23]。本试验研究了不同浓度褪黑素对花生形态指标的影响,结果表明,形态指标随褪黑素浓度增加而先上升后下降,在0.5 μmol/L褪黑素处理下效果达到最大值,主根长、一级侧根数、侧根区间、总根长、总表面积、总体积均有显著差异,而一级侧根密度、根系平均直径分别在0.5、20 μmol/L 褪黑素处理下达到最大值。这说明褪黑素对花生根系形态建成存在“低促高抑”的现象。

光合作用是植物利用光能驱动进行的一系列光化学反应和有机化合物合成的过程,是植物生产的基础[24]。研究表明,褪黑素可以通过调控植物光合特性和保持叶绿体结构和功能的完整性,进而促进植株物质积累[25-26]。Liu等研究发现,褪黑素预处理可提高番茄光系统 Ⅱ的光化学效率,使植株叶片保持较高的CO2同化速率和气孔导度,缓解干旱胁迫对光合作用的抑制作用[27]。Mir等研究发现,褪黑素对芥菜(BrassicajunceaL.)植株生长和光合效率的促进作用呈显著的剂量依赖性,且适宜浓度褪黑素可增大叶片气孔孔径[15]。气孔是植物与环境之间交换二氧化碳、氧气和水蒸气等气体的通道。气孔保卫细胞运动在控制光合作用和蒸腾作用中起关键作用[16]。另有研究表明,褪黑素不仅影响植物气孔的大小[28-30],还可能通过调节脱落酸(ABA)信号或直接通过调节CAND2/PMTR1参与气孔运动[8,31]。本试验中,Pn、Gs、Tr和Ci等参数均随褪黑素的浓度增加呈先上升高后下降的趋势,0.5 μmol/L 褪黑素处理下达到最大值,说明适宜浓度的褪黑素可提高花生光合作用,促进有机化合物的合成。这可能是通过调控光系统基因的表达,调节气孔运动,最终提高了叶片净光合速率[9,16]。

叶绿素是植物光合作用中必不可少的色素,对光能的吸收和利用起重要的作用。大量研究表明,褪黑素对叶绿素有很好的保护作用[32],同时可促进其从头合成[16]。褪黑素还可通过调节钒胁迫下西瓜叶片[33]和镍胁迫下番茄叶片[34]中叶绿素生物合成酶的转录丰度来提高叶绿素含量。Szafrańska等观察到褪黑素能加速百草枯胁迫下豌豆受损叶片的叶绿素分解,并促进叶绿素从头合成[32]。本研究结果表明,0.1～0.5 μmol/L褪黑素处理显著提高了花生叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b的含量,这与褚晶等在小麦幼苗中的研究结果[35]类似。适宜浓度的褪黑素可能是通过调控相关基因和激素信号的转录,进而调节了叶绿素的合成[16]。

光能被色素分子吸收以后,部分光能被传递到光反应中心,用于光化学反应;而其他部分光能则以辐射成荧光和热辐射的方式被耗散掉[36]。PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)反映了PSⅡ反应中心原初光能的转换效率,而光合性能指数(PIabs)是可以综合反映PSⅡ反应中心密度、光吸收以及电子传递的重要参数[36]。陈忠诚等研究发现,100 μmol/L褪黑素可显著提高红小豆PSⅡ光化学的电子传递速率和量子产率,提升光合能力[20]。外施褪黑素可以改善渗透胁迫下燕麦[37]、铬胁迫下油菜[38]和低钾胁迫下百慕大草[39]Fv/Fm和PIabs的下降,减缓胁迫对生长的抑制作用。本试验利用快相叶绿素荧光动力学技术研究了叶面喷施褪黑素处理对花生叶片PSⅡ反应中心的活性和电子传递能力的调节作用。结果表明,随着褪黑素浓度的增加,花生叶片的Fm、Fv/Fm和PIabs呈先增加后降低的趋势。因此,上述结果表明,适宜浓度的褪黑素处理能够提高花生叶片光能利用效率和电子传递能力,增强花生植株叶片潜在光合能力。

通过上述表格可知，灾害点密度大小与易发性分区结果呈正相关，且较符合实际情况。研究区内地质灾害易发性分区说明如下：

4 结论

叶面喷施低浓度褪黑素对花生根系形态建成和物质积累有一定的促进作用,而高浓度则起到抑制的作用效果,其中以0.5 μmol/L褪黑素处理下的增幅最大。同时适宜浓度的褪黑素可通过提高光合色素含量和PSⅡ的光化学效率,从而提高光合效率。本研究结果可以为褪黑素在作物高产优质绿色生产上的应用提供一定的参考和科学依据。