小麥抗低溫脅迫復(fù)配植物生長調(diào)節(jié)劑研發(fā)

王連臻　杜小鳳　吳傳萬等

摘要：以小麥品種淮麥30為材料，通過二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計，水楊酸、硅酸鉀、甜菜堿3種藥劑不同濃度的復(fù)配組合為處理，以小麥旗葉中測定的過氧化物酶（POD）活性為判斷指標(biāo)，確定小麥抗低溫脅迫植物生長調(diào)節(jié)劑的最佳濃度和配方。結(jié)果表明，POD活性的二次回歸正交組合旋轉(zhuǎn)設(shè)計的模型的優(yōu)化數(shù)學(xué)方程為：Y=13.386 05-0486 89X2+1.494 65X3-1.269 83X21-1.75279X22-1.836 91X1X2-1.04738X2X3 。通過對二次回歸方程的方差分析，得出小麥抗低溫脅迫的最適配方濃度為：硅酸鉀濃度1 841 mg/L、水楊酸濃度50 mg/L、甜菜堿濃度468.2 mg/L。

關(guān)鍵詞：小麥；低溫脅迫；植物生長調(diào)節(jié)劑；研發(fā)；過氧化物酶（POD）

中圖分類號： S482.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0067-03

小麥凍害發(fā)生頻率高，面積大、危害重，一直是許多地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要自然災(zāi)害之一，在黃淮海地區(qū)冬麥、春麥區(qū)也常常發(fā)生[1-2]，給生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的損失。應(yīng)用植物生長調(diào)節(jié)劑可有效緩解低溫傷害。目前，國內(nèi)外科學(xué)家對低溫脅迫下植物生長調(diào)節(jié)劑對蔬菜[3-5]、大田作物[6-10]、果樹[11]生長的影響研究較多，并對抗寒機(jī)理進(jìn)行了大量研究[9-12]。研究表明，甜菜堿（SA）作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可以提高植物的抗寒性[5-6]。陳文超等研究發(fā)現(xiàn)，適宜濃度的誘導(dǎo)劑（甜菜堿）處理均能減輕辣椒幼苗的低溫傷害程度，過氧化物酶（POD）活性均高于對照植株，呈先升后降趨勢[3]。黃麗華等研究表明，甜菜堿浸種能夠提高低溫脅迫下幼苗脯氨酸含量、蛋白質(zhì)含量及抗氧化酶的活性，降低丙二醛的積累量和相對電導(dǎo)率，提高植物幼苗的抗寒力[7]。齊付國等研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)水楊酸處理后，小麥酶活性明顯上升，對低溫下膜的結(jié)構(gòu)和功能具有一定的保護(hù)作用，從而提高了植物的抗寒性[8]。范瓊花等研究發(fā)現(xiàn)，加硅處理后的小麥膜脂流動性大，酶活性提高，加硅處理可能參與了提高小麥的抗低溫能力[10]。二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計通過統(tǒng)計軟件對試驗結(jié)果進(jìn)行非線性數(shù)學(xué)模型擬合，將正交回歸均勻和較高飽和程度融為一體的試驗設(shè)計方法[13]。模型建立之后，可以從多角度對模型進(jìn)行模擬分析，充分發(fā)掘模型所提供的信息[14]。本研究通過模擬小麥苗期低溫脅迫條件，應(yīng)用二次回歸旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計的3因素5水平試驗，研究外施復(fù)配植物生長調(diào)節(jié)劑對小麥幼苗抗低溫脅迫能力的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

冬小麥品種為淮麥30號，由江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所培育并提供。

1.2 幼苗培養(yǎng)

試驗于2011—2012年在江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所園區(qū)內(nèi)進(jìn)行。種子用10%高錳酸鉀消毒15 min，然后用蒸餾水反復(fù)清洗，最后放在濾紙上置于25 ℃恒溫箱內(nèi)催芽。將萌發(fā)后的種子播于塑料盆中，基質(zhì)為蛭石。幼苗在溫度（20±2） ℃、光照度（PAR）250 μmol/（m2·s）、相對濕度50%～60%、光照14 h/d的人工控制環(huán)境條件下生長。營養(yǎng)液采用Hoagland（霍格蘭）營養(yǎng)液，pH值用KOH或H2SO4稀溶液調(diào)節(jié)至5.5，每4 d更換1次。

1.3 試驗設(shè)計

參考單因素試驗結(jié)果，并針對其不足，通過二次正交旋轉(zhuǎn)回歸法確定最佳植物生長調(diào)節(jié)劑濃度，因素水平見表1。當(dāng)麥苗生長至2葉1心時（7 d），用復(fù)配濃度進(jìn)行噴施后分為23個不同濃度的噴施處理，每個處理重復(fù)3次，8 d后將小麥轉(zhuǎn)移至（-4±1） ℃的培養(yǎng)箱中生長，處理5 d后測定POD活性[15]。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

試驗數(shù)據(jù)采用DPS軟件、 Microsoft Excel 2007對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和方差分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥葉片中POD活性

2.1.1 數(shù)學(xué)模型

將表2試驗數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)經(jīng)DPS統(tǒng)計軟件處理，采用二次回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗統(tǒng)計方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合[14，16]，建立POD活性與硅酸鉀濃度（X1）、水楊酸濃度（X2）、甜菜堿濃度（X3）3個因子的數(shù)學(xué)回歸模型，擬合結(jié)果見表2。

2.1.2 重建二次回歸模型

從方差分析（表3）中各回歸系數(shù)的顯著水平P可以看出水楊酸濃度X2對POD活性在α=0.10水平顯著，甜菜堿濃度X3對POD含量在α=0.01水平顯著。各個因素對POD活性影響從強(qiáng)到弱依次為甜菜堿濃度>水楊酸濃度>硅酸鉀濃度，表明甜菜堿對小麥葉片中POD活性的影響最強(qiáng)，其次是水楊酸的濃度，最后是硅酸鉀的濃度。通過方差分析，剔除回歸方程中α=0.10水平上的不顯著項，得到簡化后的回歸方程為：

水平（468.2 mg/L），水楊酸濃度在0水平（50 mg/L），硅酸鉀濃度在0水平（1 000 mg/L）。在此最佳濃度組合條件下通過實際試驗得出POD最佳活性為11.69U/（g·min）。

2.1.5 濃度篩選的優(yōu)化及驗證

通過頻率分析法[18-19]尋優(yōu)，經(jīng)DPS軟件分析結(jié)果，活性大于11.69U/（g·min）的方案有32個，對數(shù)學(xué)回歸模型分析結(jié)果見表4。

通過表4可以看出，在95%的置信區(qū)間內(nèi)活性高于1169U/（g·min）的優(yōu)化方案：硅酸鉀濃度為-0.053～0.641，水楊酸濃度為-0.844～-0.286，甜菜堿濃度為0.800～1.297，取優(yōu)化后測量條件的平均值方案，X1=0.294，X2=-0.565，X3=1.048。按照最優(yōu)工藝對優(yōu)化結(jié)果驗證，實測POD活性Y=15.38U/（g·min），與其理論值Y=11.69 U/（g·min）接近，進(jìn)一步驗證了數(shù)學(xué)回歸模型的合理性。