油菜素內酯對水稻種子萌發及幼苗生長的影響

周梓杰，何順宇，蘇 益

（湖南農業大學生物科學技術學院，湖南 長沙 410128）

蕓薹素（Brassinosteroids，簡稱BRs）是一類廣泛存在于植物中的生理活性物質，對植物的生長發育具有重要的調控作用[1]。BRs 對植物具有多重作用，例如：提高質膜ATP 酶的活性，增加細胞壁的可塑性，促進細胞伸長；提高植物細胞中DNA 和RNA聚合酶的活性[2]；誘導植物保護酶表達，緩解多種脅迫的影響，減輕逆境條件對植物生長發育的損害[2]；促進細胞伸長和分裂，進而促進莖葉生長和種子萌發[3]；提高花粉的發芽率，促進花粉管伸長和受精，減少敗育率，提高結實率和坐果率，促進增產增收[4]。此外，BRs 與其他植物激素存在復雜、廣泛的相互作用，共同調控植物的環境響應和生長發育。BRs 影響其他激素合成、信號轉導，并與其他植物激素形成復雜的調控網絡，從而在不同的時間、空間上控制植物的生長發育。BRs 與生長素（auxin）具有促進細胞伸長的協同作用[5]；BRs 和細胞分裂素（cytokinin，CTK）共同促進細胞分裂增殖[6-7]；BRs 表現出對脫落酸（abscisic acid，ABA）的拮抗作用，可抵消脫落酸對植物生長的抑制[8-11]。

基于植物激素及其作用原理而生產的植物生長調節劑具有毒性小、作用濃度低、用量少、效果顯著等優點，因此被國際公認為是綠色環保型藥劑。其中，BRs 在植物細胞增殖、細胞分化、維管束分化、光合作用、開花、衰老、抗逆等方面發揮了至關重要的調節作用，在農業生產中能夠促進作物均衡生長，進而抵抗各種逆境，提高作物產量，改善農產品品質，顯示出巨大的應用前景。油菜素內酯（brassinolide，BL）是目前發現的生物活性最高的一種蕓薹素，在極低濃度下便可顯著提高光合作用效率和生物產量，已經開發成高效、廣譜、無毒的植物生長調節劑，取得了巨大的經濟效益。研究以水稻為供試材料，通過萌發率、水稻根系活力和抗氧化酶活性等指標探討了BL 對水稻種子萌發及幼苗生長的影響，以期為BL 在水稻種植中的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

研究以湘晚17 號為供試材料，油菜素內酯購于Sigma 公司，其他常規試劑購于國藥集團公司。

1.2 水稻種子萌發

試驗設計4 個處理：（1）10 mg/L 的油菜素內酯（BL）；（2）50 mg/L 脫落酸（ABA）；（3）50 mg/L ABA+10 mg/L BL；（4）以蒸餾水為對照。具體操作：取100 粒水稻種子置于10 cm 的培養皿中，分別加入20 mL 處理溶液；將培養皿放入培養箱，在30℃、黑暗條件下浸種24 h；用蒸餾水清洗后，將種子放在含有濕潤濾紙的培養皿中，在30℃、黑暗條件下繼續培養2 d。統計萌發率，測量根的長度。

1.3 水稻幼苗培養

將均勻萌發后的水稻種子播種于蛭石中，然后加入Hoagland 培養液，置于光照培養箱；在30℃、16 h光照、8 h 黑暗的條件下培養水稻幼苗，7 d 后分別用10 mg/L 的油菜素內酯和水噴灑水稻幼苗，處理后第14 天后以株高和單株干量為考察指標分析油菜素內酯對水稻幼苗生長的影響。

1.4 水稻根系活力測定

1.4.1 繪制標準曲線 吸取0.25 mL 0.4% TTC（氧化三苯基四氮唑）溶液放入10 mL 容量瓶，加少許Na2S2O4粉末后搖勻，再用乙酸乙酯定容至10 mL，搖勻。分別取此液0.25、0.5、1.0、1.5、2.0 mL 置10 mL 容量瓶中，用乙酸乙酯定容至10 mL，以乙酸乙酯為對照，在485 nm 波長下測定吸收值，繪制標準曲線。

1.4.2 水稻根樣品處理和根系活力測定 準確稱取0.5 g 新鮮的水稻幼苗根放入培養皿中，加入0.4% TTC 溶液和磷酸緩沖液的混合液（體積比為1 ∶1）10 mL，充分浸沒，在37℃下暗處保溫1 h；取出培養皿加入1 mol/L 硫酸2 mL，靜置10 min；取出根用吸水紙吸干根表面液體，放入研缽中，加入4 mL 乙酸乙酯和少量石英砂一起磨碎，將紅色提取液移入離心管，用1 mL 乙酸乙酯清洗研缽3 次，皆移入離心管，12 000 r/min 離心后取上清，用乙酸乙酯定容至10 mL。以乙酸乙酯為對照，利用分光光度計在485 nm 下讀取吸光度，對比標準曲線，以四氮唑還原量代表根系活力。

1.5 抗氧化酶測定

分別用10 mg/L 的油菜素內酯和水噴灑7 d 齡水稻幼苗，3 d 后取葉片測定抗氧化酶活性。利用南京建成生物工程研究所生產的試劑盒測定水稻幼苗的過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）活性，具體操作按照附帶說明書進行。

2 結果與分析

2.1 油菜素內酯對水稻種子萌發的影響

種子萌發是種子從吸脹作用開始的一系列有序的生理過程和形態發生過程。種子萌發的前提是種子不僅解除了休眠，而且具有了生活力，更重要的是具有適宜的條件，例如適宜的溫度、適量的水分和充足的氧氣，有的種子萌發還需要光照以及后熟過程。該研究分析了10 mg/L 油菜素內酯（BL）浸種后水稻種子的萌發情況，結果如圖1 所示。從圖1A 可以看出，相對于蒸餾水處理，10 mg/L BL 浸種顯著促進了水稻種子萌發和胚根生長；對照組胚根長小于6 mm，BL 處理組胚根長約為8 mm，二者間差異極顯著（圖1B）；BL 浸種后，水稻種子萌發率接近100%，但對照組水稻種子萌發率不足90%（圖1C）；從各處理不同長度胚根所占比例（圖1D、E）來看，對照組胚根長分布的一致性較差，59.7%的胚根長度不足6 mm，6～9 mm 的胚根僅占26.4%，而BL 處理組的胚根長主要分布在6～9 mm，比例達65.5%，顯著高于對照組。上述結果說明，BL 處理對種子萌發和胚根生長具有顯著促進作用。

圖1 BL 對水稻種子萌發的影響

2.2 油菜素內酯與脫落酸對水稻種子萌發的互作影響

脫落酸（ABA）可以加快果實與葉片的脫落、促進器官衰老，抑制種子萌發。為了進一步分析了BL在種子萌發方面與ABA 的互作關系，分別用50 mg/L ABA 和50 mg/L ABA+10 mg/L BL 浸種，比較2 種溶液對水稻種子萌發的影響，結果如圖2 所示。由圖2A可知，ABA 處理顯著抑制了種子萌發，而ABA+BL處理的水稻種子發芽情況顯著好于ABA 處理的；ABA 處理的水稻種子胚根長小于4 mm，而ABA+BL處理的水稻種子平均胚根長度達6 mm，二者的差異達極顯著水平（圖2B）；從萌發率看，ABA 處理的種子萌發率僅約50%，而ABA+BL 處理的種子發芽率接近100%，極顯著高于ABA 處理（圖2 C）。這表明BL可以抵消ABA對種子萌芽的抑制作用。

圖2 BL 與ABA 對水稻種子萌發的互作影響

2.3 油菜素內酯對水稻幼苗生長的影響

油菜素內酯處理能顯著促進上胚軸伸長生長。從圖3A 和B 中可以看出，相對于對照組，噴灑了BL的水稻幼苗又高又壯；對照組幼苗株高低于20 cm，而BL 處理的幼苗株高約為35 cm，極顯著高于CK處理的（圖3C）；對照組幼苗單株干重小于40 mg/株，而BL 處理的幼苗單株干重約為62 mg/株，極顯著重于CK 處理的（圖3D）。上述結果表明，與對照組相比，BL 能夠顯著促進水稻幼苗的生長。

圖3 BL 對水稻幼苗生長的影響

2.4 油菜素內酯對根系活力的影響

植物的根系不僅是活躍的吸收器官而且還是重要的同化、轉化和合成器官，根的生長情況和活力水平可以直接影響地上部的生長和營養狀況及產量水平。為了解釋BL 對水稻幼苗生長的促進作用，研究應用TTC 法測定了各處理的根系活力，結果如圖4 所示，BL 處理下的水稻根系活力極顯著高于對照組，說明BL 能夠提高水稻根系活力，從而促進根對營養物質的吸收和利用，進而促進水稻幼苗的生長。

圖4 不同處理水稻幼苗的根系活力

2.5 油菜素內酯對水稻抗氧化酶活性的影響

植物的抗逆性是指植物具有的抵抗不利環境的某些性狀，例如抗寒、抗旱、抗鹽、抗病蟲害等。抗逆性的增強可以減輕外界惡劣環境條件對植物的損害，使植物更好地存活，而抗氧化酶活力的增強則是抗逆性增強的一種表現。如圖5 所示，對照組水稻幼苗的POD、 CAT 、SOD 活性分別為18、20、32 U/g，而BL 處理水稻幼苗的POD、 CAT 、SOD 活性分別為21、27、40 U/g。總的來說，相對于對照組，噴施了BL 的水稻幼苗中POD、 CAT 、SOD 活性都有顯著增強，表明BL 可以通過提高植株抗氧化酶活性來增強水稻的抗逆性。

圖5 不同處理水稻幼苗的抗氧化酶活性

3 討 論

蕓薹素是一類重要的植物激素，能增強細胞強度、調節植物體內酶活性及其他植物激素的平衡，從而廣泛調控植物生長發育和環境響應[12-14]，主要功效表現在以下4 個方面。第一，能夠增強植物光合效率，促進植物生長發育。第二，可提高植物的抗病、抗旱、抗鹽堿等抗逆能力。第三，可以提高酶活性和種子活力，提高種子在惡劣環境中的生存率。第四，可在一定程度上緩解自然條件或人為條件造成的蟲害、肥害、藥害及化學污染等危害，實現促長、保花、保果等目的。蕓薹素的種類很多，油菜素內酯（BL）是目前發現的活性最高的蕓薹素類物質。相較于其他生長調節劑，BL 的生物活性更高、使用濃度更低、作用范圍更廣，因此是一種高效、廣譜、綠色安全的植物生長調節劑。筆者研究了BL 對水稻種子萌發和幼苗生長的影響，結果顯示，相較于蒸餾水對照組，10 mg/L 油菜素內酯處理組可以促進種子萌發和幼苗生長，具體表現為提高種子萌發率、促進胚根生長、增強胚根長度的一致性、增加幼苗的高度和干重；同時，BL 處理還能夠增強水稻幼苗的根系活力，提高植株的抗氧化酶活性。其中，BL 對水稻根系活力的影響可能是其能夠促進水稻生長的主要原因；而BL 對水稻幼苗POD、CAT 和SOD 活性的影響是其提高水稻抗逆性的主要原因。因此，BL 在水稻浸種和育苗中顯示出較大的應用潛力，在水稻生產中具有重要的指導意義。此外，50 mg/L 的脫落酸（ABA）可抑制水稻種子萌發，但10 mg/L BL 可顯著抵消ABA 對水稻種子萌發的抑制作用。這表明BL 與ABA 可互作調控植物種子萌發，其調控機制值得深入研究。