郝青南，鄧軍波，楊 芳，楊中路，陳海峰，單志慧，周新安

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所，武漢 430062；2.荊門（中國農(nóng)谷）農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，湖北 荊門 448000）

大豆［Glycine max（Linn.）Merr.］屬于高蛋白類經(jīng)濟(jì)作物，既是優(yōu)質(zhì)蛋白的主要來源，又是重要的糧油兼用作物［1］。榨油、飼用和食用是大豆最為重要的3種用途。目前，中國大豆單產(chǎn)水平僅為世界平均水平的60%，單產(chǎn)低而不穩(wěn)是制約大豆生產(chǎn)發(fā)展的主要因素，其中品種產(chǎn)量水平低是主因。提高大豆的產(chǎn)量和品質(zhì)是大豆栽培研究的核心問題。協(xié)同提高大豆的產(chǎn)量和品質(zhì)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要課題之一。作物的栽培生產(chǎn)中，可以采用化學(xué)調(diào)控技術(shù)等來提高作物的光合效率、通過調(diào)控激素合成與代謝等內(nèi)在機(jī)理去調(diào)控植物的生長發(fā)育等過程，達(dá)到增加作物產(chǎn)量、改良作物品質(zhì)的目的［2，3］。

褪黑素（N-acetyl-5-methoxytryptamine，MT），化學(xué)名N-乙?；?5-甲氧基色胺，是植物王國中廣泛存在的多功能代謝物。褪黑素可對植物生長過程產(chǎn)生一系列的細(xì)胞和生理影響。褪黑素不僅調(diào)控多種脅迫反應(yīng)，比如低溫脅迫［4］、鹽脅迫［5］、干旱脅迫［6］、氧化應(yīng)激［7］以及營養(yǎng)脅迫［8］，還與發(fā)育調(diào)節(jié)相關(guān)，如植物生長［9］、延緩植物衰老［10，11］、根器官發(fā)生［12］以及開花［13］等方面?；谕屎谒氐纳L特性和抗氧化功能［14-17］，研究發(fā)現(xiàn)在正常生長條件和脅迫條件下，外源應(yīng)用褪黑素可影響植物的多種生長指標(biāo)，如根伸長、芽生長、氣孔孔徑和寬度、總生物量和光合速率等。Hernández-ruiz等［18］研究發(fā)現(xiàn)，褪黑素可以有效促進(jìn)小麥和大麥等單子葉植物的營養(yǎng)生長，其作用與生長素IAA相似。還發(fā)現(xiàn)外源褪黑素在玉米種子萌發(fā)過程中對玉米胚蛋白質(zhì)組有很好的修飾作用［19］。張銳敏等［20］研究表明，滲透脅迫條件下外源褪黑素處理黃瓜幼苗，可以提高幼苗生長、養(yǎng)分吸收效率和氮代謝效率。褪黑素在大豆上的應(yīng)用也有一些研究，外源褪黑素可以增強(qiáng)大豆抵御干旱的能力并提高其產(chǎn)量［21］；韋偉等［22］也證明了褪黑素具有巨大的潛力促進(jìn)大豆生長，提高產(chǎn)量。

基于褪黑素在植物生長發(fā)育方面的作用，本研究對褪黑素在不同類型南方大豆品種中的作用進(jìn)行了研究，探討了葉面噴施褪黑素對幾種南方大豆光合特性的調(diào)控效應(yīng)，分析了其對大豆產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，為褪黑素在南方大豆生產(chǎn)上的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)，以期為選育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的大豆品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年5月在荊門（中國農(nóng)谷）農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院湖北省院士工作站團(tuán)林雙碑試驗(yàn)基地（經(jīng)度：112°11′31″，緯度：30°52′29″）進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤類型為黏土，土質(zhì)肥力中等，地勢平坦。播種前施三元復(fù)合肥375 kg/hm2。

1.2 供試材料

試驗(yàn)材料選取5個代表性的南方大豆品種：中晚熟國審夏大豆新品種中豆41；國審大豆品種中豆44；中早熟夏大豆新品種油6019；大豆新品種中豆63。以上材料由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物科學(xué)研究所提供。大豆品種皖豆28，由安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計，采用拉線點(diǎn)播種植方式，3次重復(fù)，行長3 m，行距0.5 m，株距0.1 m，5行區(qū)，小區(qū)面積7.5 m2，設(shè)計密度19.5萬株/hm2，試驗(yàn)設(shè)保護(hù)行10行。2019年5月20日播種，人工點(diǎn)播，每穴播3粒種子，確保全苗。試驗(yàn)于6月15日間苗、定苗，2019年5月23日實(shí)施化學(xué)封閉，人工除草，6月15日精喹禾靈、氟磺胺草醚人工噴霧，每公頃噴施600 mL。8月下旬大豆陸續(xù)成熟，人工收獲。

試驗(yàn)設(shè)2種處理，N1：初花期（R1）和鼓粒期（R5）葉面噴施200μmol/L褪黑素，用水量375 L/hm2；N0：噴施清水處理作對照。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

選擇晴天上午8：00至11：00，處理后鼓粒期（R5）連續(xù)選取5株大豆，采用Li-6800便攜式光合系統(tǒng)分析儀（美國Li-Cor公司）分別測定各處理功能葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、細(xì)胞間隙CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）。通過測定的凈光合速率、蒸騰速率計算葉片水分利用效率，水分利用效率為凈光合速率與蒸騰速率的比值。采用YMJC活體葉面積儀測量葉面積，采用SPAD-502型便攜式葉綠素儀進(jìn)行葉綠素含量測定，田間測定大豆倒3葉。

成熟時每個小區(qū)取10株有代表性的植株進(jìn)行室內(nèi)考種及品質(zhì)性狀分析。蛋白質(zhì)、脂肪含量的測定采用美國Zeltex ZX50手持式谷物分析儀。收獲時取小區(qū)中間3行進(jìn)行測產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 17.0軟件進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計分析，采用Microsoft Excel 2010計算數(shù)據(jù)并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源褪黑素對不同品種大豆光合特性的影響

由表1可知，噴施褪黑素對不同品種南方大豆的光合特性均有一定的影響。光合作用的第一步是光能被葉綠素吸收并將葉綠素離子化。因此，葉綠素和光合作用密切相關(guān)。與對照相比（表1），噴施褪黑素使5個品種大豆葉片SPAD值均有所增加，其中中豆44和油6019達(dá)到顯著水平。高蛋白品種皖豆28差異最小。同時，品種之間的SPAD值自身存在差異，表現(xiàn)為：皖豆28＞中豆44＞中豆63＞中豆41＞油6019，褪黑素處理使品種之間SPAD值差異有所減小。

葉面積是光合速率的一個重要的指標(biāo)，由表1所示，外源褪黑素處理對大豆葉面積影響較小，5個大豆品種的葉面積無明顯變化。植物葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和水分利用率的大小直接影響其光合作用的強(qiáng)弱，從而影響整個植株的生命力與長勢［23］。從表1可以看出，與N0相比，N1處理的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和水分利用率均有所升高。中豆44凈光合速率增加達(dá)到顯著水平，而高蛋白品種皖豆28增加較少，對褪黑素敏感性較弱。中豆63的氣孔導(dǎo)度增加呈顯著水平，同樣皖豆28差異最小。褪黑素處理后，水分利用率明顯提高，中豆44、皖豆28、中豆41和油6019均達(dá)到顯著增加水平，證明褪黑素在水分利用率方面的作用明顯。在表1中還發(fā)現(xiàn)，處理后大豆品種蒸騰速率和胞間CO2濃度均略有降低，但差異不明顯。

表1 外源褪黑素對不同南方大豆光合特性的影響

綜合以上品種的光合特性可以看出，水分利用效率和氣孔導(dǎo)度與葉片凈光合速率有直接關(guān)系，外源褪黑素對大豆光和特性有直接影響，可以提高光合速率，從而影響產(chǎn)量和品質(zhì)。

2.2 外源褪黑素對不同品種大豆農(nóng)藝性狀的影響

從表2可以看出，噴施褪黑素后，不同南方大豆品種的株高、主莖節(jié)數(shù)和主莖有效分支數(shù)均有不同程度的變化。褪黑素處理后，5個品種的株高均沒有明顯變化。中豆63、皖豆28、中豆41和油6019的主莖節(jié)數(shù)有所增加，中豆44沒有明顯變化。中豆63、皖豆28和中豆41的主莖有效分枝數(shù)略有增加。綜合來看，外源褪黑素對5個大豆品種的農(nóng)藝性狀影響較小。

表2 外源褪黑素對不同南方大豆農(nóng)藝性狀的影響

2.3 外源褪黑素對不同南方大豆產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表3可以看出，褪黑素處理后，不同大豆品種的單株有效莢數(shù)均有所增加，中豆63、皖豆28和中豆41增加達(dá)顯著水平；不同大豆品種的單株粒數(shù)和單株粒重都有所增加，除油6019外均達(dá)到顯著水平；褪黑素處理對百粒重沒有明顯的影響。外源褪黑素處理使5個品種產(chǎn)量均有所增加，其中中豆41和油6019增加達(dá)到顯著水平，而產(chǎn)量的增加與其單株莢數(shù)和單株粒數(shù)的增加有直接關(guān)系。方差分析結(jié)果表明，噴施褪黑素與不噴褪黑素，處理間差異達(dá)到顯著水平。而褪黑素對百粒重的影響不明顯，處理間差異不顯著，可能是影響大豆百粒重的主要因素為大豆品種自身的遺傳因素。

表3 外源褪黑素對不同南方大豆產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

2.4 外源褪黑素對不同南方大豆品質(zhì)性狀的影響

從表4可以看出，不同處理間，各品種脂肪和蛋白質(zhì)均沒有明顯的變化。褪黑素處理后，中豆44、中豆63、中豆41和油6019的脂肪含量略有增加，而高蛋白品種皖豆28的脂肪含量略有降低，都沒有達(dá)到顯著水平。與對照相比，噴施褪黑素后，中豆44、中豆63和皖豆28的蛋白含量略有增加。綜合分析，噴施褪黑素對南方大豆品種的蛋白和脂肪含量的影響較小。

表4 外源褪黑素對不同南方大豆品質(zhì)性狀的影響

3 小結(jié)與討論

光合作用是影響作物產(chǎn)量的重要影響因素，葉綠素含量可直接影響作物光合效率［24］。研究發(fā)現(xiàn)，單位面積上的葉綠素含量與產(chǎn)量呈正相關(guān)［25］。本研究對褪黑素處理后的大豆的光合特性進(jìn)行了研究，5個大豆品種經(jīng)過葉噴處理后，葉綠素含量和凈光合速率顯著增加，高油品種中豆44增加最為明顯，說明褪黑素可以有效提高大豆品種的光合作用，促進(jìn)功能葉片光合產(chǎn)物合成與分配，有利于大豆子粒產(chǎn)量的提高和品質(zhì)的改善。

劉月等［26］研究發(fā)現(xiàn)水培大豆幼苗添加褪黑素能促進(jìn)大豆幼苗生長，Wei等［22］研究發(fā)現(xiàn)褪黑素浸種處理可增加大豆株高、主莖節(jié)數(shù)以及有效莢數(shù)，從而提高大豆產(chǎn)量。通過分析外源褪黑素對大豆農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響，發(fā)現(xiàn)褪黑素處理提高了南方大豆品種的單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重，這是外源化控最終使大豆增產(chǎn)的重要原因。

綜合分析可知，大豆植株噴施褪黑素不同程度地增加了葉片葉綠素含量、光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，增強(qiáng)了葉片的光合作用。褪黑素處理顯著增加了大豆植株的單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重，進(jìn)而顯著提高了大豆整體產(chǎn)量水平，同時其蛋白質(zhì)含量和脂肪含量保持不變，為褪黑素處理實(shí)現(xiàn)大豆產(chǎn)量和品質(zhì)協(xié)同提高提供了理論基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，不同大豆品種對褪黑素的敏感性有差異，品種油6019產(chǎn)量受褪黑素影響較大，葉面噴施褪黑素可以有效提高油6019的產(chǎn)量，同時其蛋白和脂肪的含量沒有明顯變化，為大豆品種選育提供了參考價值。