楊東清，董文華，駱永麗,2，宋文挺，蔡鐵，李勇，尹燕枰，王振林

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外源6-BA對兩種氮素水平下小麥幼苗葉片光合性能及內(nèi)源激素含量的影響

楊東清1，董文華1，駱永麗1,2，宋文挺1，蔡鐵3，李勇1，尹燕枰1，王振林1

（1山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018；2山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東泰安 271018；3西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100）

在盆栽和大田種植條件下，研究兩種氮素水平與噴施外源細(xì)胞分裂素（6-BA）對小麥幼苗葉片葉綠素含量、光合參數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、硝酸還原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性和內(nèi)源激素含量、產(chǎn)量和其構(gòu)成因素的影響，為外源激素調(diào)控苗期小麥生長提供理論依據(jù)。選用濟(jì)麥22（JM22）為試驗(yàn)材料，盆栽種植條件下，設(shè)置低濃度氮（0.63 mmol·L-1）、高濃度氮（3.75 mmol·L-1）和葉面噴施清水、30 mg·L-1的6-芐基腺嘌呤（6-BA）及300 mg·L-1的洛伐他?。↙ovastatin）6個(gè)噴施組合處理，即高氮下噴清水的對照（HN）、高氮下噴施外源細(xì)胞分裂素（HN+6-BA）、高氮下噴施細(xì)胞分裂素合成抑制劑（HN+Lov）、低氮下噴清水的對照（LN）、低氮下噴施外源細(xì)胞分裂素（LN+6-BA）、低氮下噴施細(xì)胞分裂素合成抑制劑（LN+Lov）。處理后每隔3 d，測定葉綠素含量、光合參數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、GS和NR活性、內(nèi)源激素含量。大田條件下，設(shè)置低施氮量（120 kg·hm-2，N1）、常規(guī)施氮量（240 kg·hm-2，N2）、葉面噴施清水、30 mg·L-1的6-BA和300 mg·L-1的Lovastatin 6個(gè)噴施組合處理，即N1、N1+6-BA、N1+Lov、N2、N2+6-BA、N2+Lov。于成熟期測定籽粒產(chǎn)量、單位面積穗數(shù)、千粒重和穗粒數(shù)。盆栽條件下，與對照相比，噴施外源6-BA顯著提高了小麥幼苗地上部植株干重；噴施抑制劑Lovastatin則顯著降低小麥幼苗地上部植株干重。與對照HN和LN相比，處理后12d，HN+6-BA和LN+6-BA兩處理的植株干重分別提高21.39%、43.92%。與對照HN相比，HN+6-BA處理顯著提高了葉片氣孔導(dǎo)度（s）、蒸騰速率（r）、胞間二氧化碳濃度（i）、凈光合速率（n）；處理后12 d，HN+6-BA處理的s、r、N、i分別提高68.32%、58.66%、30.72%、51.61%。高氮水平的葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）分別比低氮水平高103.39%、94.44%。與對照HN相比，HN+6-BA處理顯著提高了9—12 d Chl a含量和3—12 d 的葉片Chl b含量。高低氮水平下，噴施Lovastatin均顯著降低了Chl a和Chl b含量。高低氮水平下，噴施6-BA顯著體高了葉片硝酸還原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性，而外噴Lovastatin則顯著降低了葉片NR及GS活性?？焖偃~綠素a熒光誘導(dǎo)動力學(xué)分析表明外源6-BA處理改變了OJIP曲線。與對照HN相比，HN+6-BA顯著提高了Ψo和PIabs，降低了Wk和Vj值。與對照LN處理相比，LN+6-BA處理的Wk和Vj分別降低22.09%和36.05%。外源6-BA對小麥幼苗葉片內(nèi)源激素含量影響顯著。與對照HN相比，HN+6-BA顯著提高了3—12 d 葉片Zt含量和6—12 d葉片IAA含量。噴施6-BA顯著降低了葉片ABA含量，而Lovastatin處理則顯著提高了葉片ABA含量。大田試驗(yàn)結(jié)果表明，與對照N1和N2相比，噴施外源6-BA顯著提高了小麥籽粒產(chǎn)量，N1+6-BA和N2+6-BA處理的籽粒產(chǎn)量分別提高10.48%和16.61%。外源6-BA與氮素配合施用，通過提高內(nèi)源Zt含量，降低內(nèi)源ABA含量，一方面提高了Chl a及CHl b含量和NR及GS活性，進(jìn)而改善了葉片氮素同化能力和光能捕獲、傳遞轉(zhuǎn)化能力；另一方面提高了PSII反應(yīng)中心電子傳遞鏈供體側(cè)和受體側(cè)的電子傳遞能力，進(jìn)而改善了改善光系統(tǒng)性能，提高葉片光合性能，葉片積累較多的光合產(chǎn)物，從而提高苗期地上部植株干重，最終提高了籽粒產(chǎn)量。

小麥苗期；氮素；激素；光合作用；葉綠素a熒光

0 引言

【研究意義】冬小麥生育時(shí)期中幼苗期是形成根、葉片、分蘗等器官的重要時(shí)期，是培育壯苗、為奪取小麥高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)的關(guān)鍵時(shí)期，而此階段也是小麥對土壤氮素含量的敏感期[1-2]。因此，研究小麥壯苗發(fā)育的生理機(jī)制及其對栽培措施的響應(yīng)，對小麥品種選育、生育前期栽培管理等具有重要理論參考意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】氮素是作物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素，氮肥運(yùn)籌和施肥技術(shù)的改善是獲取作物高產(chǎn)的重要措施[3-4]。前人研究表明適當(dāng)增施氮肥可顯著提高作物葉片葉綠素含量，提高抗氧化酶活性，延緩衰老，提高小麥光合性能[5-6]。但近年來研究發(fā)現(xiàn)過高的氮肥投入對作物產(chǎn)量提升的作用減弱，不僅使得氮肥利用率降低[7]，而且流失的氮素進(jìn)入水體、大氣，造成環(huán)境污染[8-9]。此外，過高的施氮量也不利于作物個(gè)體的生長發(fā)育，研究表明基肥施氮量過大導(dǎo)致小麥苗期分蘗發(fā)生增多，生育后期小麥植株個(gè)體間相互遮擋，群體中下部透光弱[10]，降低植株莖稈木質(zhì)素含量，導(dǎo)致莖稈細(xì)弱抗倒伏能力降低[11]。因此，研究氮肥農(nóng)藝管理措施對小麥高產(chǎn)高效生產(chǎn)有重要意義[12]。植物激素如細(xì)胞分裂素（CTK）、生長素（IAA）、脫落酸（ABA）等在作物生長發(fā)育中，尤其在氮素吸收代謝進(jìn)程中起著重要作用[13-14]。同時(shí)，氮素供應(yīng)也影響內(nèi)源激素的合成代謝，兩者相互作用調(diào)控作物發(fā)育[15]。增加氮素供給可促進(jìn)細(xì)胞分裂素合成[16]，細(xì)胞分裂素則增強(qiáng)硝酸還原酶活性，提高葉片氮素同化能力[17]。低氮素下莖中IAA向根系運(yùn)輸，且根系中IAA合成增強(qiáng)，促使根系伸長[18-19]。氮肥和CTK對谷子植株發(fā)育有顯著交互作用[20]。外源CTK與適量氮肥配合施用可提高小麥花后葉片的光合性能，提高籽粒產(chǎn)量[21]。【本研究切入點(diǎn)】施氮對小麥生長發(fā)育影響的研究已有報(bào)道，但外源細(xì)胞分裂素對不同氮素水平下小麥苗期葉片光合性能、內(nèi)源激素和產(chǎn)量形成的影響需要深入研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過分析不同氮素水平與外源6-BA配合對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素、苗期地上部植株干重、葉片葉綠素含量、硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性、熒光參數(shù)和內(nèi)源激素含量等影響，研究兩種氮素水平下外源激素改善幼苗光合性能的生理機(jī)制，以期為噴施外源激素調(diào)控小麥生長提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)包括室外大田試驗(yàn)和室內(nèi)營養(yǎng)液培養(yǎng)試驗(yàn)。田間試驗(yàn)于2014—2015年在山東省泰安市山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場進(jìn)行。試驗(yàn)地耕層（0—20 cm）土壤含有機(jī)質(zhì)14.7 g·kg-1、全氮1.24 g·kg-1、速效氮87.2 mg·kg-1、速效磷9.6 mg·kg-1、速效鉀85.3 mg·kg-1。選用濟(jì)麥22（JM22）為試驗(yàn)材料，種植密度為300×104株/hm2。前茬為玉米，籽粒收貨后秸稈全部田。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以氮肥為主區(qū)，噴施激素為副區(qū)。試驗(yàn)以尿素作氮源設(shè)2個(gè)施氮水平，以純氮計(jì)，低施氮量120 kg·hm-2、常規(guī)施氮量240 kg·hm-2。于小麥3葉期（GS13[22]），分別于7:00和19:00葉面噴施濃度為30 mg·L-1的人工合成細(xì)胞分裂素（6-BA）和300 mg·L-1洛伐他?。╨ovastatin）（一種細(xì)胞分裂素合成抑制劑），清水為對照，6-BA和lovastatin試劑的溶解及噴施濃度分別參照Xu等[23]和Crowell等[24]的方法。試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理，即N1、N1+6-BA、N1+Lov、N2、N2+6-BA、N2+Lov。為使激素能更好地附著于葉片，激素及清水均含0.5%的吐溫-20，連續(xù)噴施2 d。試驗(yàn)小區(qū)面積9 m2，各小區(qū)10行種植，行距0.25 m，行長3 m，隨機(jī)區(qū)組排列。磷肥用量為100 kg P2O5·hm-2，鉀肥用量為100 kg K2O·hm-2。播種前基施50%氮肥和全部磷鉀肥，拔節(jié)期（GS31）追施50%氮肥。其他田間管理同一般高產(chǎn)田。

室內(nèi)試驗(yàn)的小麥種植于RXZ-500D人工氣候培養(yǎng)箱（寧波江南儀器廠，浙江寧波市）。小麥種子用1%次氯酸鈉浸泡30 min，再用去離子水沖洗多次去除殘留次氯酸鈉，在去離子水中浸泡催芽。挑選大小一致露白的種子，以珍珠巖代替土壤，種植于塑料花盆中（高15 cm，直徑15 cm），每盆播種10株，花盆放置在塑料盒（50 cm×40 cm×10 cm）中，每盒6盆。每盒倒入1.5 L營養(yǎng)液，每日更換。營養(yǎng)液成分如下：以硝酸銨為氮源，設(shè)置高氮（3.75 mmol·L-1）和低氮（0.63 mmol·L-1）兩個(gè)水平。營養(yǎng)液其他成分分別為4 mmol CaCl2，5 mmol KCl，4 mmol MgSO4，1 mmol KH2PO4，25 μmol Fe–EDTA，0.5 μmol H3BO3，0.74 μmol MnSO4，0.27 μmol ZnSO4，0.001 μmol CuSO4，0.001 μmol CoCl2，0.005 μmol Na2MoO4。氣候箱內(nèi)溫濕度及光照變化如圖1所示。小麥生長至3葉期時(shí)，分別于氣候箱設(shè)定時(shí)間的7:00和19:00葉面噴施濃度為30 mg·L-1的6-BA和300 mg·L-1的lovastatin，以噴施清水為對照，共6個(gè)噴施組合處理，即HN、HN+6-BA、HN+Lov、LN、LN+6-BA、LN+Lov。為使激素能更好地附著于葉片，用0.5%Tween20混合于激素溶液中。每處理6盆，3次重復(fù)。

1.2 室內(nèi)試驗(yàn)測定項(xiàng)目和方法

室內(nèi)試驗(yàn)中每處理選取小麥植株基部全展開葉10片，用于測定葉綠素組分含量、光合參數(shù)、熒光參數(shù)和內(nèi)源激素含量。

1.2.1 葉片葉綠素組分測定 參考趙世杰等[25]的方法，測定葉片葉綠素a（Chl a）和葉綠素b（Chl b）含量。

1.2.2 光合參數(shù)測定 采用Li-6400便攜式光合儀（Li-Cor Inc.，USA）測定葉片凈光合速率（n，μmol CO2·m-2·s-1）、氣孔導(dǎo)度（s，mmol·m-2·s-1）、胞間CO2濃度（i，μmol·mol-1）和蒸騰速率（r，mmol H2O·m-2·s-1）。測定時(shí)使用開放式氣路系統(tǒng)，選用紅藍(lán)2葉室，葉室溫度設(shè)定為25°C，光照強(qiáng)度為1 200 μmol·m-2·s-1。

圖1 人工氣候箱中溫度、光照、相對濕度變化

1.2.3 熒光參數(shù)測定 參考Strasser[26]和Schansker等[27]的方法測定并計(jì)算葉片快速葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)。測定前夾上夾子，葉片暗適應(yīng)30 min。然后用Handy-PEA植物效率分析儀（Hansatech, UK）測定葉片快速葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)曲線（O-J-I-P曲線）。以下為本試驗(yàn)用到的熒光參數(shù)：Fo（20 μs 測得的熒光，O相）；Fk（300 μs 時(shí)熒光，K 相）；Fj（2 ms 時(shí)熒光，J 相）；Fi（30 ms 時(shí)熒光， I 相）；Fm（最大熒光， P 相）；Vk、 Vj、Vi（K、J、、I相的相對可變熒光）；Wk（相對可變熒光Fk占Fj- Fo振幅的比例）；Ψo（捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中超過QA的其他電子受體的概率）；PIabs（PIabs=RC/ABS×[φPo/(1-φPo)]×[ψo(hù)/(1-ψo(hù))]，以吸收光能為基礎(chǔ)的光化學(xué)性能指數(shù)）。

1.2.4 葉片內(nèi)源激素含量測定 采用高效液相色譜法（HPLC）測定葉片中4種內(nèi)源激素的含量[28]。流動相為甲醇﹕乙腈﹕0.6%乙酸（50﹕45﹕5，v/v），所用分析柱為Symmetry C18（150 mm×4.6 mm，5 μm），柱溫為25℃，流動相流速0.6 mL·min-1，檢測波長為254 nm。玉米素、赤霉素、生長素、脫落酸標(biāo)樣均購自美國Sigma公司。

1.2.5 植株干重測定 每處理取5株，3次重復(fù)，60℃下烘干至恒重。

1.3 大田試驗(yàn)測定項(xiàng)目和方法

成熟期各處理選取不帶邊行的1 m2小麥，統(tǒng)計(jì)穗數(shù)、穗粒數(shù)，3次重復(fù)，收獲后脫粒，晾干至恒重稱量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

用DPS7.05統(tǒng)計(jì)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)（LSD法），用SigmaPlot 10.0進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果

2.1 田間條件下噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可以看出，常規(guī)施氮量處理的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量均顯著高于低氮肥處理。與對照N1、N2處理相比，噴施外源6-BA顯著提高了小麥籽粒產(chǎn)量，N1+6-BA和N2+6-BA處理的籽粒產(chǎn)量分別提高10.48%和16.61%，這是由于噴施外源6-BA顯著提高了產(chǎn)量構(gòu)成因素中的單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)；與對照N1、N2處理相比，N1+6-BA和N2+6-BA處理的單位面積穗數(shù)分別提高12.74%和12.31%。與對照N1、N2處理相比，噴施抑制劑lovastatin降低了單位面積穗數(shù)，顯著提高了穗粒數(shù)，但對籽粒千粒重和產(chǎn)量無顯著性影響。

表1 細(xì)胞分裂素及其抑制劑對小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

不同字母表示0.05水平差異顯著。下同 Values followed by different letters mean significant at 0.05 level. The same as below

2.2 室內(nèi)條件下噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥植株地上部干重的影響

從圖2可知，噴施外源6-BA及其抑制劑lovastatin后，小麥地上部植株干重隨著時(shí)間推移呈逐漸增加的趨勢（圖2），高氮水平下的植株干重顯著高于低氮水平。與對照HN、LN相比，噴施外源6-BA顯著提高了小麥植株干重，HN+6-BA、LN+6-BA處理12 d后的植株干重分別提高21.39%、43.92%，而噴施抑制劑lovastatin顯著降低了小麥植株干重，HN+Lov、LN+Lov處理后12 d的植株干重分別降低58.55%、30.69%。由此表明，細(xì)胞分裂素可促進(jìn)小麥植株地上部光合產(chǎn)物的積累。

2.3 噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥葉片葉綠素含量的影響

由表2可以看出，高氮水平的葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）含量均顯著高于低氮水平，12 d后Chl a、Chl b含量分別提高103.39%、94.44%。與對照HN處理相比，外源6-BA顯著提高了9—12 d Chl a含量和3—12 d Chl b含量；處理后12 d，Chl a和Chl b含量分別提高35.83%和48.57%；與對照LN相比，LN+6-BA處理12 d后Chl a和Chl b含量分別提高35.59%和83.33%。與對照HN、LN相比，噴施lovastatin顯著降低了Chl a和Chl b含量，HN+Lov、LN+Lov處理后12 d的Chl a和Chl b含量分別降低45.00%和79.66%、45.71%和88.89%。這表明內(nèi)源細(xì)胞分裂素能促進(jìn)葉綠素a及葉綠素b的合成，尤其是促進(jìn)葉綠素b的合成。

HN、HN+6-BA、HN+Lov、LN、LN+6-BA、LN+Lov分別表示高氮下噴清水的對照、高氮下噴施外源細(xì)胞分裂素、高氮下噴施細(xì)胞分裂素合成抑制劑、低氮下噴清水的對照、低氮下噴施外源細(xì)胞分裂素、低氮下噴施細(xì)胞分裂素合成抑制劑

表2 細(xì)胞分裂素及其抑制劑對小麥葉片葉綠素組分含量的影響

2.4 噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥葉片光合性能的影響

由圖3可知，噴施外源6-BA及其抑制劑3—12 d，各處理葉片氣孔導(dǎo)度（s）基本不變，而葉片蒸騰速率（r）呈升高趨勢。與對照HN處理相比，HN+6-BA處理顯著提高了葉片s、r、i、n；處理后12 d，s、r、n、i分別提高68.32%、58.66%、30.72%、51.61%；但與對照LN處理相比，LN+6-BA處理顯著降低了葉片的r及i。與對照HN、LN相比，噴施lovastatin顯著降低了s、r、n。

圖3 細(xì)胞分裂素及其抑制劑對小麥葉片光合參數(shù)的影響

2.5 噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥葉片熒光特性的影響

2.5.1 快速葉綠素a熒光誘導(dǎo)動力學(xué)曲線及拐點(diǎn)的變化 由圖4可以看出，與對照HN、LN相比，噴施外源6-BA使OJIP曲線下降，而噴施抑制劑lovastatin處理使OJIP曲線上升，處理后12 d，曲線中出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)K（圖4-A，C）。以HN+6-BA處理的OJIP曲線作為參照，將其他處理的OJIP曲線標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)果表明，低氮水平在J（2 ms）點(diǎn)和I（30 ms）點(diǎn)的熒光強(qiáng)度明顯高于高氮水平（圖4-B，D）。噴施lovastatin明顯提高了葉片J點(diǎn)和I點(diǎn)相對可變熒光值。與HN+6-BA相比，LN+Lov處理的J點(diǎn)和I點(diǎn)熒光值較高。與對照LN相比，LN+6-BA處理明顯降低了葉片J點(diǎn)和I點(diǎn)熒光。值得注意的是處理后3 d，與HN+6-BA處理相比，LN+Lov處理的OJIP曲線在30 ms（I點(diǎn)）附近上升最明顯，而處理后12 d，LN+Lov處理的OJIP曲線在2 ms（J點(diǎn)）附近上升最明顯。各處理相比，J點(diǎn)的熒光強(qiáng)度趨勢表現(xiàn)為：LN+Lov＞LN＞HN+Lov＞LN+6-BA＞HN＞HN+6-BA。

2.5.2 不同處理對熒光參數(shù)的影響 處理后0—12 d，各處理捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中QA下游的其他電子受體的概率（Ψo）和以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)（PIabs）總體表現(xiàn)為下降的趨勢；而K點(diǎn)的可變熒光Fk占振幅Fo- Fj的比例（Wk）和J點(diǎn)的可變熒光Fj占振幅Fo- Fp的比例（Vj）總體表現(xiàn)為上升的趨勢（圖5）。

與對照HN、LN相比，噴施6-BA顯著提高了Ψo和PIabs，顯著降低了Wk和Vj值；處理后12 d，HN+6-BA處理的Ψo和PIabs分別提高24.69%和64.82%；Wk和Vj分別降低37.52%和15.46%。處理后12 d，LN+6-BA處理的Ψo和PIabs分別提高42.38%和194.07%；Wk和Vj分別降低22.09%和36.05%。與對照HN、LN相比，噴施lovastatin顯著降低了Ψo和PIabs，而顯著提高了Wk和Vj。

圖4 細(xì)胞分裂素及其抑制劑對葉片快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線、相對可變熒光差值（ΔVt）的影響

2.6 噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥葉片內(nèi)源激素含量的影響

處理后0—12 d，葉片內(nèi)源玉米素（Zt）含量在3 d含量最高，之后呈逐漸降低的趨勢（圖6-A）。與對照HN、LN相比，噴施6-BA顯著提高了3—12 d葉片Zt含量，處理后12 d，HN+6-BA、LN+6-BA處理葉片Zt含量分別提高108.71%和138.50%。與對照HN、LN相比，噴施lovastatin顯著降低了內(nèi)源Zt含量，處理后12 d，HN+Lov和LN+Lov處理葉片Zt含量分別降低59.70%和79.91%。

高氮水平的葉片赤霉素（GA3）含量呈雙峰變化趨勢，分別在處理后3、9 d有峰值；低氮水平的葉片GA3含量呈先升高后降低趨勢，其含量在處理后6 d有最大值（圖6-B）。與對照HN、LN相比，噴施6-BA顯著降低了3—12 d葉片GA3含量；處理后12 d，HN+6-BA和LN+6-BA處理葉片GA3含量分別降低14.79%和8.03%，噴施lovastatin則顯著提高了葉片GA3含量，處理后12 d，HN+Lov和LN+Lov處理葉片GA3含量分別提高73.02%和22.57%。

處理后0—12 d，葉片內(nèi)源生長素（IAA）含量呈先升高后降低的變化趨勢（圖6-C）。與對照HN相比，HN+6-BA降低了處理后3 d的葉片IAA含量，但顯著提高了其6—12 d含量；與對照LN相比，LN+6-BA降低了處理后3—6 d 葉片IAA含量，但提高了其葉片9—12 d含量；與對照HN、LN相比，噴施lovastatin則顯著降低了葉片IAA含量，HN+Lov處理后12 d IAA含量降低14.61%，LN+Lov處理后12 d葉片IAA含量降低18.65%。

處理后0—12 d，葉片內(nèi)源脫落酸（ABA）含量呈先升高后降低的變化趨勢（圖6-D）。與對照HN、LN相比，噴施6-BA顯著降低了3—12 d葉片ABA含量；處理后12 d，HN+6-BA和LN+6-BA處理葉片ABA含量分別降低25.04%和29.40%。噴施lovastatin則顯著提高了葉片ABA含量，處理后12 d，HN+Lov和LN+Lov處理葉片ABA含量分別提高18.32%和20.20%。

2.7 噴施外源6-BA及其抑制劑對小麥葉片硝酸還原酶（NR）與谷氨酰胺合成酶（GS）活性的影響

處理后0—15 d，小麥葉片硝酸還原酶（NR）及谷氨酰胺合成酶（GS）活性呈先上升后下降趨勢。與對照HN、LN相比，噴施6-BA顯著提高了葉片NR及GS活性；處理后15 d，HN+6-BA和LN+6-BA處理葉片NR、GS活性分別提高40.60%、48.56%和82.90%、43.03%。外噴抑制劑lovastatin則顯著降低了葉片NR及GS活性，處理后15 d，HN+Lov和LN+Lov處理葉片NR、GS活性分別降低64.81%、25.47%和57.31%、57.67%（圖7）。

圖6 細(xì)胞分裂素及其抑制劑對小麥葉片內(nèi)源激素含量的影響

2.8 小麥葉片內(nèi)源激素含量與光合參數(shù)及綜合性能指數(shù)的關(guān)系

由表3相關(guān)分析結(jié)果表明，葉片內(nèi)源玉米素（Zt）含量與凈光合速率（n）、氣孔導(dǎo)度（s）呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與胞間二氧化碳濃度（i）、蒸騰速率（r）相關(guān)性不顯著。赤霉素（GA3）含量與i呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與n、s、r無顯著性相關(guān)關(guān)系。生長素（IAA）含量與n、s呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，脫落酸（ABA）含量則與n、s呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與i呈顯著性正相關(guān)關(guān)系。綜合性能指數(shù)（PIabs）是反映植物光合機(jī)構(gòu)活性最敏感的指標(biāo)，相關(guān)分析結(jié)果表明PIabs與葉片內(nèi)源Zt、IAA含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；PIabs與ABA含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與GA3含量的相關(guān)不顯著（圖8）。這表明提高內(nèi)源Zt、IAA含量，降低ABA含量，有利改善小麥幼苗期葉片光合機(jī)構(gòu)活性，提高葉片光合速率。

圖7 細(xì)胞分裂素及其抑制劑對小麥葉片NR及GS活性的影響

表3 葉片內(nèi)源激素含量與光合參數(shù)的相關(guān)性

*，0.05水平差異顯著；**，0.01水平差異顯著

*, ** represent significant differences at 0.05 and 0.01 levels

2.9 小麥葉片內(nèi)源激素含量與硝酸還原酶（NR）與谷氨酰胺合成酶（GS）活性關(guān)系

相關(guān)分析結(jié)果表明，葉片內(nèi)源Zt、IAA含量與硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）活性呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系（圖9）；GA3含量與NR、GS活性相關(guān)關(guān)系不顯著；內(nèi)源脫落酸ABA含量與NR、GS活性呈二次曲線相關(guān)關(guān)系且達(dá)顯著水平。由此說明，提高葉片內(nèi)源Zt或IAA含量，有利葉片氮素合成代謝，而葉片ABA含量過高不利葉片氮素合成代謝。

圖8 葉片內(nèi)源激素與綜合性能指數(shù)的相關(guān)關(guān)系

圖9 小麥葉片內(nèi)源激素含量與谷氨酰胺合成酶及硝酸還原酶活性的關(guān)系

3 討論

3.1 噴施外源6-BA對小麥籽粒產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)

小麥苗期的植株生長情況是生育中后期生長的基礎(chǔ)，調(diào)控苗期植株發(fā)育對中后期植株個(gè)體和群體的發(fā)展起決定作用。前人研究表明產(chǎn)量三要素中粒重、穗粒數(shù)、單位面積穗數(shù)可被氮肥運(yùn)籌和外源生長調(diào)節(jié)劑等的栽培措施調(diào)控[4, 10, 21]。本研究中與低施氮量相比，常規(guī)施氮量顯著提高了小麥單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，顯著提高籽粒產(chǎn)量。一方面，前人研究發(fā)現(xiàn)，增施氮肥可促進(jìn)分蘗節(jié)中細(xì)胞分裂素的合成，有利分蘗的發(fā)生，促進(jìn)了分蘗的發(fā)育成穗，最終提高單位面積穗數(shù)[29-30]。另一方面較高的氮肥供應(yīng)促進(jìn)了小麥穗高位小花的發(fā)育，減少了不孕小穗數(shù)，提高結(jié)實(shí)率，最終穗粒數(shù)顯著提高[31]。再者，增大施氮量提高了籽粒中淀粉合成酶活性，可促進(jìn)粒籽粒灌漿，提高籽粒粒重[32]。兩種施氮量水平下噴施外源6-BA顯著提高了小麥籽粒產(chǎn)量，這是由于外源6-BA顯著提高了小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)。分析原因后認(rèn)為，外源細(xì)胞分裂素可提高分蘗節(jié)和分蘗芽中內(nèi)源細(xì)胞分裂素的含量，有利于分蘗芽從休眠轉(zhuǎn)向萌發(fā)轉(zhuǎn)換，促進(jìn)分蘗芽的生長[29]。Zheng等[33]的研究結(jié)果表明外源6-BA降低了小麥穗中部和基部小穗的小花退化速率，提高了小花結(jié)實(shí)率，最終提高了穗粒數(shù)。

3.2 噴施外源6-BA對小麥苗期葉片光合和熒光特性的調(diào)控效應(yīng)

植物干物質(zhì)積累主要來源于葉片的光合作用，而綠色植物則通過光合膜上的葉綠素蛋白復(fù)合體利用光能進(jìn)行光合作用。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明兩種氮素水平下噴施6-BA處理均提高了小麥苗期地上部干物質(zhì)積累量，噴施抑制劑降低了地上部干物質(zhì)積累量。這是由于外源6-BA處理的葉片氣孔導(dǎo)度較高，且凈光合速率高于對照處理，葉片制造的光合產(chǎn)物較多地積累在植株中。葉片較高的葉綠素含量有利于光合作用[34]，兩種氮素水平下噴施外源6-BA提高了葉綠素a（Chl a）和葉綠素b（Chl b）含量。一方面細(xì)胞分裂素可促進(jìn)葉綠素循環(huán)及PSII相關(guān)關(guān)鍵基因的上調(diào)表達(dá)，維持色素蛋白復(fù)合體的穩(wěn)定，減少葉綠素降解[35]。另一方面細(xì)胞分裂素可提高葉綠素合成中間產(chǎn)物5-氨基酮戊酸的合成速率，進(jìn)而有利葉綠素的合成[36]。

Chl a和Chl b是葉綠素的兩種重要組分。Chl a 可吸收和傳遞光能，少數(shù)激發(fā)態(tài)Chl a 具有光化學(xué)活性，能將光能轉(zhuǎn)化為電能[37]。Chl b 不具有光化學(xué)活性，但可吸收和傳遞光能，調(diào)控捕光天線大小及維持其穩(wěn)定[38]。適量增加氮肥供應(yīng)可提高PSII的活性和光化學(xué)最大效率，提高表觀光合作用電子傳遞速率，降低非輻射能量耗散，使葉片所吸收的光能較充分地用于光合作用[39]。本研究采用快速熒光動力學(xué)分析方法，結(jié)果表明與低氮水平相比較，高氮水平的Chl a 熒光誘導(dǎo)動力學(xué)曲線發(fā)生改變，低氮水平的J點(diǎn)和I點(diǎn)相對可變熒光值升高，而高氮水平則降低了Wk和Vj數(shù)值，提高了Ψo值，這說明提高氮素供應(yīng)可減弱放氧復(fù)合體損傷，顯著提高PSII反應(yīng)中心電子傳遞鏈供體側(cè)和受體側(cè)的電子傳遞能力。前人研究認(rèn)為植物光合機(jī)構(gòu)的發(fā)育與功能維持都有細(xì)胞分裂素的參與調(diào)控[40]。提高內(nèi)源細(xì)胞分裂素含量可阻止光合蛋白復(fù)合體的降解[41]。低氮素條件下噴施外源6-BA也可降低Wk和Vj數(shù)值，提高Ψo和PIabs值，表明噴施外源細(xì)胞分裂素可修復(fù)因氮素供應(yīng)減少導(dǎo)致的放氧復(fù)合體損傷，提高PSII反應(yīng)中心電子傳遞鏈供體側(cè)和受體側(cè)的電子傳遞能力。相關(guān)性分析表明內(nèi)源Zt含量與凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、光系統(tǒng)性能指數(shù)PIabs呈極顯著正相關(guān)，ABA含量與凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、PIabs呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。噴施抑制劑lovastatin降低了內(nèi)源Zt含量，提高了ABA含量，這進(jìn)一步證明了噴施外源6-BA能提高葉片內(nèi)源Zt含量，降低ABA含量，有利于改善葉片光系統(tǒng)性能，提高葉片光合能力。

3.3 噴施外源6-BA對小麥苗期葉片谷氨酰胺合成酶（GS）和硝酸還原酶（NR）活性的調(diào)控效應(yīng)

硝酸還原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）是氮素同化的關(guān)鍵酶[42]。較高的氮素同化酶活性有利于葉片保持較高的光合性能[43]。Krouk[44]研究認(rèn)為氮素與激素信號通路之間是雙向連接的關(guān)系，氮素依賴其濃度影響植物發(fā)育進(jìn)程，而激素可反饋調(diào)控植物對氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)和積累。有研究認(rèn)為細(xì)胞分裂素（CTK）、生長素（IAA）、脫落酸（ABA）參與了硝酸鹽信號系統(tǒng)調(diào)控植株整體水平的發(fā)育[45]。有研究表明較高的氮素供應(yīng)可促進(jìn)細(xì)胞分裂素合成關(guān)鍵基因的上調(diào)表達(dá)，從而促進(jìn)細(xì)胞分裂素的合成[46]。施用外源細(xì)胞分裂素則可提高氮素高親和力轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)氮素由根系向地上部運(yùn)輸[47]。有研究認(rèn)為氮素濃度對根、莖內(nèi)源ABA含量無顯著性影響，且氮素信號系統(tǒng)是否與內(nèi)源ABA含量變化有關(guān)尚不明確，然而，近年來，越來越多的證據(jù)表明ABA參與了氮素信號系統(tǒng)[13]。Signora等[48]研究發(fā)現(xiàn)ABA在參與調(diào)控氮素影響植物根系發(fā)育中起重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)兩種氮素水平下噴施外源6-BA顯著提高了GS和NR活性，噴施抑制劑lovastatin則顯著降低了兩種酶活性。兩種氮素平下噴施6-BA提高了葉片內(nèi)源Zt含量，降低ABA含量，噴施抑制劑lovastatin則降低了葉片內(nèi)源Zt含量，提高了ABA含量。相關(guān)性分析表明葉片Zt和IAA含量均與GS和NR活性呈極顯著或顯著性線性正相關(guān)關(guān)系，內(nèi)源ABA含量則與GS和NR活性呈顯著性二次曲線關(guān)系，這表明內(nèi)源Zt、IAA和ABA含量變化在氮素同化中起重要作用。噴施外源細(xì)胞分裂素通過調(diào)節(jié)內(nèi)源Zt、IAA、ABA含量，進(jìn)而調(diào)控GS和NR活性。

4 結(jié)論

噴施外源6-BA處理提高了葉片內(nèi)源Zt和IAA含量，降低了ABA含量，一方面提高了葉片Chl a、Chl b含量和NR和GS活性，從而提高葉片氮素同化能力和光能捕獲、傳遞轉(zhuǎn)化能力；另一方面提高了PSII反應(yīng)中心電子傳遞鏈供體側(cè)和受體側(cè)的電子傳遞能力，提高光系統(tǒng)II活性，最終改善葉片的光合性能，幼苗能夠積累更多的光合產(chǎn)物，提高地上部植株干重。低氮與外源6-BA配合使用可修復(fù)因氮素供應(yīng)減少而導(dǎo)致的光系統(tǒng)性能降低，提高小麥幼苗植株干重。因此苗期噴施外源6-BA可促進(jìn)幼苗發(fā)育成壯苗，提高小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)，提高籽粒產(chǎn)量。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effects of Exogenous 6-BA on Photosynthetic Characteristics and Endogenous Hormone Content in Wheat Leaves Under Two Nitrogen Application Levels at Seedling Stage

YANG DongQing1, DONG WenHua1,LUO YongLi1, 2, SONG WenTing1, CAI Te3, LI Yong1, YIN YanPing1, WANG ZhenLin1

(1College of Agronomy, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, Shandong;2College of Life Sciences, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, Shandong;3College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi)

The purpose of this study was to test the effects of nitrogen concentrations and spraying exogenous cytokinin (6-BA) on photosynthetic characteristics, chlorophyll a fluorescence, nitrate reductase (NR) and glutamine synthetase (GS) activities, changes of endogenous hormones in leaves of wheat at seedling stage and grain yield, and then provide a theoretical basis for improving the development of winter wheat seedlings.Wheat (Jimai 22) was sown in the field and pot culture experiments with two nitrogen levels ( N1, 120 kg·hm-2; N2, 240 kg·hm-2) and modified Hoagland nutrient solutions containing two nitrogen levels (HN, 3.75 mmol·L-1; LN, 0.63 mmol·L-1), respectively. 6-BA (30 mg·L-1) and lovastatin (300 mg·L-1) were sprayed to the whole plants at a rate of 100 mL·m-2at the three-leaf stage. Ten wheat plants were sampled at 3 d intervals to test chlorophyll contents, NR and GS activities, photosynthetic parameters (s,r,iandn), chlorophyll fluorescence parameters (Wk, Vj, Ψoand PIabs), and endogenous hormones. In addition, grain yield, kernels per spike, 1000-grain weight, and ear numbers were determinedat maturity stage.The above ground biomass (AGBM) was significantly increased by exogenous 6-BA treatment in the pot experiment. Conversely, application of lovastatin significantly decreased AGBM. Compared with HN treatment, AGBM under HN+6-BA treatment increased by 21.39% at 12 days after treatment (DAT), and that of LN+6-BA treatment increased by 43.92%, compared with LN treatment. Application of 6-BA significantly increased values ofs,r,iandnunder high nitrogen condition. Especially,s,r,nandiincreased by 68.32%、58.66%、30.72%、51.61% at 12 DAT, respectively. Chl a increased by application of 6-BA at 9 to 12 DAT, while content of Chl b has significantly increased by exogenous 6-BA from 3 to 12 DAT. Conversely, both Chl a and Chl b have significantly decreased by application of lovastatin. Compared with HN treatment, HN+6-BA treatment significantly increased the activity of nitrate reductase (NR) and glutamine synthetase (GS). While application of lovastatin significantly decreased NR and GS activity. Exogenous 6-BA treatments changed the fast chlorophyll fluorescence induction kinetics curves. Application of 6-BA significantly increased Ψoand PIabs, and decreased Wkand Vj. Wkand Vjdecreased by 22.09% and 36.05%, respectively, under LN+6-BA treatment, compared with LN treatment. Application of 6-BA significantly increased Zt content from 3 to 12 DAT, increased IAA content from 6 to 12 DAT, and decreased ABA content. However, spraying exogenous lovastatin obviously increased ABA content. Application of 6-BA significantly increased grain yield in the field experiment. Compared with N1 and N2, grain yield of N1+6-BA and N2+6-BA increased by 10.48% and 16.61%, respectively.Exogenous 6-BA increased aboveground biomass due to increasing the leaf photosynthesis and nitrogen assimilation through regulating endogenous hormones contents to enhance chlorophyll content and NR and GS activity, and to improve the electron transfer capability of both the donor and the acceptor sides at PSII reaction center resulting in improved PSII performance. Grain yield has significantly increased under 6-BA combined with nitrogen application treatments.

wheat seedling; nitrogen; hormone; photosynthetic characteristics; chlorophyll a fluorescence

2017-02-27；接受日期：2017-07-07

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”計(jì)劃）（2015CB150404）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0300400）、山東省泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才項(xiàng)目、山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新課題、山東省高等學(xué)?？萍加?jì)劃（J14LF12）、作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題基金（2016KF04）

楊東清，E-mail：chengyang2364@126.com。董文華，E-mail：whdong105@126.com。楊東清和董文華為同等貢獻(xiàn)作者。通信作者王振林，E-mail：zlwang@sdau.edu.cn