郭溶譽(yù)，張新月，李振東，王曉靜，黃凱豐，黃小燕

（貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院蕎麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

【研究意義】苦蕎（Fgopyrumtataricum）屬蓼科（Polygonaceae）蕎麥屬（FagopyrumMill）[1-2]，其營(yíng)養(yǎng)成分豐富且均衡合理，享有“五谷之王”的美名。作為特色糧食作物栽培于我國(guó)西南高海拔貧困地區(qū)、西北革命老區(qū)、邊疆地區(qū)和藏、彝、苗等少數(shù)民族地區(qū)，一直被認(rèn)為是“貧苦勞動(dòng)人民”的重要糧食作物[3]，在鞏固貧困山區(qū)脫貧攻堅(jiān)成果、推進(jìn)貧困山區(qū)鄉(xiāng)村振興中起到重要的作用?？嗍w籽粒的營(yíng)養(yǎng)成分較其他糧食作物豐富，除了具有較高的膳食纖維，還富含蘆丁、槲皮素等多種黃酮類物質(zhì)[4-5]，在幫助降脂、降糖、抗炎、止咳平喘等方面有著極其重要的作用[6-7]，因其突出的營(yíng)養(yǎng)保健功能，備受矚目，市場(chǎng)前景廣闊[8]。但目前我國(guó)苦蕎的收獲率仍處在較低水平，嚴(yán)重限制了我國(guó)苦蕎產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如何提高苦蕎的產(chǎn)量亟待解決。【前人研究進(jìn)展】赤霉素（Gibberellin，GA3）為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的一類植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，具有促進(jìn)植物種子的萌發(fā)、節(jié)間的生長(zhǎng)、提高作物結(jié)實(shí)率等廣泛用途[9]。此外，赤霉素對(duì)作物產(chǎn)量的形成也有一定的調(diào)控作用，我們的前期研究發(fā)現(xiàn)，適宜的赤霉素處理能顯著提高苦蕎[10]和甜蕎[11]的產(chǎn)量。油菜素內(nèi)酯（Brassinosteroids，BRs）是植物中廣泛存在的一類甾醇類激素[12]。2,4-表油菜素內(nèi)酯（2,4-epibrassinolide，EBR）是目前應(yīng)用于生化研究最多最廣的BR化合物之一，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于EBR的研究主要集中于它與植物抗逆性關(guān)系[13]。也有部分學(xué)者研究了外源EBR對(duì)作物產(chǎn)量形成的調(diào)控作用。唐鑫華等[14]的研究表明，適宜的EBR能提高馬鈴薯單株產(chǎn)量和畝產(chǎn)。劉海英等[15]的研究發(fā)現(xiàn)，噴施外源EBR能提高小麥的粒重和最終的產(chǎn)量?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】但目前缺乏GA3配施EBR的相關(guān)研究，兩種外源激素間是否存在協(xié)同或者拮抗作用、是否對(duì)苦蕎生長(zhǎng)和產(chǎn)量存在影響等未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本試驗(yàn)以苦蕎品種晉蕎2號(hào)為供試材料，設(shè)置6個(gè)不同的GA3和EBR處理，研究其對(duì)苦蕎強(qiáng)弱籽粒之間灌漿特性和淀粉合成酶活性之間的差異，灌漿階段葉片中抗氧化酶活性和光合特性的變化以及對(duì)產(chǎn)量的影響，為明確外源GA3配施EBR對(duì)苦蕎籽粒灌漿和產(chǎn)量形成的生理機(jī)制提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的苦蕎品種為晉蕎2號(hào)，由貴州師范大學(xué)蕎麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心提供。2,4-表油菜素內(nèi)酯（EBR，分子式C28H48O6，含量＞95%）及赤霉素（GA3，分子式C19H22O6，含量＞95%）均購(gòu)于南京都萊公司。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)于2020年8月27日在貴州省貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)下壩鎮(zhèn)貴州師范大學(xué)蕎麥產(chǎn)技術(shù)研究中心種植基地（ 106.9493 ° E， 26.7309 ° N）進(jìn)行。土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分情況為：銨態(tài)氮 8.18 mg·kg-1，速效磷 19.98 mg·kg-1，速效鉀24.92 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)28.16%，前作空閑。小區(qū)面積為2 m×5 m，每小區(qū)一次性施入復(fù)合肥375 g作為基肥 [無(wú)機(jī)復(fù)合肥由貴州西洋肥業(yè)有限公司提供，其中m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=15∶15∶15]，后期不再追肥。各小區(qū)種子播種量為37.5 g，條播，行間距為0.33 m。當(dāng)田間有70%左右籽粒變褐色時(shí)采收，采收日期2020年11月17日。

于始花期（2020年10月11日）的上午9：00且無(wú)風(fēng)條件下用高壓噴壺進(jìn)行外源激素處理，整株噴施，每2 d噴施1次，共處理3次，噴施量約為100 mL·m-2。均勻噴施于苦蕎葉片正反面，以葉面濕潤(rùn)且無(wú)溶液滴落為宜，過(guò)后2 d無(wú)雨。試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理 ： 80 mg·L-1GA3（T1）、 80 mg·L-1GA3+0.1 mg·L-1EBR（T2）、 80 mg·L-1GA3+0.5 mg·L-1EBR（T3）、80 mg·L-1GA3+1 mg·L-1EBR（T4）、 80 mg·L-1GA3+2 mg·L-1EBR（T5），以噴施等量的蒸餾水為對(duì)照（CK）。其中 80 mg·L-1的 GA3施用量為前期研究所得的最佳施用量[10]。小區(qū)按隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，各處理3次重復(fù)，合計(jì)18個(gè)小區(qū)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 灌漿特性測(cè)定 在外源激素處理后的第5天，從各區(qū)域中選取有代表性的植株開(kāi)始做標(biāo)記，在其當(dāng)日開(kāi)花花朵的花萼上進(jìn)行點(diǎn)花標(biāo)記，分別于標(biāo)花后7、14、21、28、35 d取樣，直到籽粒成熟。其中苦蕎主莖上部分枝上的籽粒為強(qiáng)勢(shì)粒，主莖下部二次分枝上的籽粒為弱勢(shì)粒。

苦蕎強(qiáng)、弱籽粒的灌漿過(guò)程通過(guò)Richards方程進(jìn)行擬合：W=A/（1+Be-Kt）1/N[16]。

式中t為開(kāi)花后天數(shù)（d），W為t對(duì)應(yīng)的籽粒千粒質(zhì)量（g），A為最終籽粒質(zhì)量（g），B為初級(jí)參數(shù)，K為生長(zhǎng)速率參數(shù)，N為形狀參數(shù)。

參考楊志遠(yuǎn)等[17]的方法計(jì)算灌漿期3個(gè)階段（前期、中期、后期）內(nèi)平均灌漿速率以及灌漿貢獻(xiàn)率。

1.3.2 淀粉合成酶活性的測(cè)定 參考Nakamura and Yuki[18]的方法測(cè)定苦蕎強(qiáng)弱籽粒中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）和可溶性淀粉合成酶（SSS）的活性。

1.3.3 抗氧化酶活性的測(cè)定 參考李合生[19]的方法，利用紫外分光光度計(jì)測(cè)定苦蕎葉片中過(guò)氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性。

1.3.4 光合特性的測(cè)定 于上午9：30-10：30利用LI-COR-6400光合儀 （Li-Cor, Lincoln，NE, USA）對(duì)灌漿期各處理下的苦蕎葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）測(cè)定。

1.3.5 農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的測(cè)定 參考Wang 等[20]的方法對(duì)農(nóng)藝性狀及單株粒重等產(chǎn)量形成指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 Excel 2019對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算，用SPSS 23.0軟件完成數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦蕎的灌漿特性

由表1可知，苦蕎籽粒的百粒重隨生育期的推進(jìn)表現(xiàn)為慢-快-慢的生長(zhǎng)趨勢(shì)。單施赤霉素處理（T1）與對(duì)照相比，能顯著增加苦蕎強(qiáng)弱勢(shì)粒的百粒重。赤霉素配施不同質(zhì)量濃度的2,4-表油菜素內(nèi)酯處理時(shí)，隨著2,4-表油菜素內(nèi)酯施用量的增加，苦蕎強(qiáng)勢(shì)粒的百粒重呈現(xiàn)為先后降低的趨勢(shì)，均在T3處理時(shí)達(dá)最大；苦蕎弱勢(shì)粒的百粒重則呈現(xiàn)為逐漸降低的變化趨勢(shì)，在T1處理時(shí)最大。

表1 赤霉素與2,4-表油菜素內(nèi)酯對(duì)苦蕎籽粒增重過(guò)程的影響Table 1 Effect of GA3 and EBR treatments on weight gain of buckwheat grains

由表2可知，各處理的曲線方程判斷系數(shù)（R2）=0.976 4～0.990 7，表明用Richards方程可以較好地?cái)M合各處理?xiàng)l件下苦蕎強(qiáng)弱勢(shì)粒的灌漿動(dòng)態(tài)。強(qiáng)勢(shì)粒的A值以T3處理顯著高于其余5個(gè)處理，弱勢(shì)粒則以CK處理顯著高于其余5個(gè)處理。與對(duì)照相比，T5處理顯著提高了強(qiáng)勢(shì)粒的灌漿起始勢(shì)。從表2中還可以看出，弱勢(shì)粒達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間均高于強(qiáng)勢(shì)粒，以CK處理最大，而強(qiáng)勢(shì)粒最大灌漿速率均比弱勢(shì)粒高，以T5處理最大。

表2 赤霉素與2,4-表油菜素內(nèi)酯對(duì)苦蕎籽粒灌漿參數(shù)的影響Table 2 Effect of GA3 and EBR treatments on buckwheat grain-filling parameters

從表3可知，在苦蕎灌漿前期、中期，強(qiáng)勢(shì)粒的灌漿平均速率及貢獻(xiàn)率均顯著高于弱勢(shì)粒，到灌漿后期則相反。強(qiáng)勢(shì)粒的灌漿平均速率和貢獻(xiàn)率在灌漿中期較快，弱勢(shì)粒在灌漿后期較快。在灌漿前期，T4處理的強(qiáng)勢(shì)粒較對(duì)照顯著提高了平均速率和貢獻(xiàn)率，而弱勢(shì)粒在T1處理時(shí)平均速率顯著提高，T3處理時(shí)貢獻(xiàn)率顯著提高；在灌漿中期，T3處理的強(qiáng)勢(shì)粒較對(duì)照顯著提高了平均速率，強(qiáng)勢(shì)粒在T1處理時(shí)，其貢獻(xiàn)率顯著高于其他處理，但與對(duì)照相比不存在顯著差異，弱勢(shì)粒各處理的平均速率均顯著低于對(duì)照，以T1和T5處理時(shí)平均速率最低，在T3處理時(shí)弱勢(shì)粒的貢獻(xiàn)率顯著提高；在灌漿后期，強(qiáng)勢(shì)粒在T3和T5處理下的平均速率較對(duì)照顯著提高，貢獻(xiàn)率以T1處理時(shí)最高，弱勢(shì)粒則均以CK處理顯著提高。從表3中還可以看出，灌漿3個(gè)階段中對(duì)強(qiáng)勢(shì)粒粒重的貢獻(xiàn)率順序?yàn)椋褐衅冢厩捌冢竞笃冢蝗鮿?shì)粒則是：后期＞中期＞前期。

表3 赤霉素與2,4-表油菜素內(nèi)酯對(duì)苦蕎籽粒灌漿速率的影響Table 3 Effect of GA3 and EBR treatments on buckwheat grain-filling rate

2.2 苦蕎籽粒的淀粉合成酶活性

由表4可知，苦蕎強(qiáng)弱勢(shì)粒中的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性隨生育期的推進(jìn)均呈現(xiàn)為先升高后下降的趨勢(shì)，除弱勢(shì)粒的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性在花后28 d時(shí)達(dá)到最大，其余均以花后21 d時(shí)達(dá)到最大。單施赤霉素處理（T1）與對(duì)照相比，能顯著提高了苦蕎強(qiáng)弱勢(shì)粒的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性。赤霉素配施不同質(zhì)量濃度的2,4-表油菜素內(nèi)酯處理時(shí)，隨2,4-表油菜素內(nèi)酯施用量的增加，苦蕎強(qiáng)勢(shì)粒的淀粉合成酶活性表現(xiàn)為先增加后降低，均在T3處理時(shí)達(dá)最大；弱勢(shì)粒表現(xiàn)為下降的趨勢(shì)，以CK處理較高。

表4 赤霉素與2,4-表油菜素內(nèi)酯對(duì)苦蕎籽粒淀粉合成酶活性的影響Table 4 Effect of GA3 and EBR treatments on starch synthase activity in buckwheat grains

2.3 苦蕎葉片的抗氧化酶活性

由表5可知，苦蕎葉片的超氧化物歧化酶和過(guò)氧化物酶活性隨生育期的推進(jìn)呈現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，超氧化物歧化酶活性在花后14 d時(shí)達(dá)最大，過(guò)氧化物酶活性則在花后28 d時(shí)達(dá)最大。單施赤霉素處理（T1）與對(duì)照相比，能顯著增加苦蕎葉片的超氧化物歧化酶和過(guò)氧化物酶活性。赤霉素配施不同質(zhì)量濃度的2,4-表油菜素內(nèi)酯處理時(shí)，隨2,4-表油菜素內(nèi)酯施用量的增加，花后14 d和21 d時(shí)的超氧化物歧化酶和過(guò)氧化物酶活性呈持續(xù)下降的變化趨勢(shì)，其余時(shí)期則表現(xiàn)為先增加后降低。

表5 赤霉素與2,4-表油菜素內(nèi)酯對(duì)苦蕎葉片抗氧化酶活性的影響Table 5 Effect of GA3 and EBR treatments on antioxidant enzyme activities in buckwheat leaves

2.4 苦蕎葉片的光合特性

從表6可知，各處理下苦蕎葉片的光合特性隨生育期的推進(jìn)均呈現(xiàn)為先升高后下降的趨勢(shì)，并且都在花后14 d時(shí)達(dá)到最大，花后21 d以后下降幅度明顯。單施赤霉素處理（T1）與對(duì)照相比，均能顯著提高苦蕎葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率。赤霉素配施不同質(zhì)量濃度的2,4-表油菜素內(nèi)酯處理時(shí)，隨2,4-表油菜素內(nèi)酯施用量的增加，苦蕎葉片的凈光合速率表現(xiàn)為先升高后降低，其中花后7 d和14 d時(shí)以T1處理達(dá)最大，其余時(shí)期則以T3處理達(dá)最大；氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率隨2,4-表油菜素內(nèi)酯施用量的增加表現(xiàn)為先增加后降低，均以T3處理時(shí)達(dá)最大。

表6 赤霉素與2,4-表油菜素內(nèi)酯對(duì)苦蕎葉片光合特性的影響Table 6 Effect of GA3 and EBR treatments on photosynthetic properties of buckwheat leaves

2.5 苦蕎的農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量

由表7可知，與對(duì)照相比，單施赤霉素和赤霉素配施不同質(zhì)量濃度的2,4-表油菜素內(nèi)酯均能增加苦蕎的主莖節(jié)數(shù)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，并且以T5處理時(shí)較為明顯；隨2,4-表油菜素內(nèi)酯施用量的增加，苦蕎的主莖分枝數(shù)及其直徑、單株粒數(shù)及粒重、千粒重、產(chǎn)量均表現(xiàn)為先增加后降低，并在T3處理達(dá)到最大。

表7 赤霉素與2,4-表油菜素內(nèi)酯對(duì)苦蕎農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響Table 7 Effect of GA3 and EBR treatments on agronomic traits and yield of buckwheat

3 討論

3.1 赤霉素與2,4-表油菜素內(nèi)酯對(duì)苦蕎衰老的影響

超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化物酶（POD）活性的高低與作物抗衰老能力的強(qiáng)弱有顯著的正相關(guān)關(guān)系[21]。研究表明，衰老不僅會(huì)降低植物葉片中抗氧化酶活性，還會(huì)阻止活性氧的生成和破壞動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致活性氧積累過(guò)多[22]。李佩艷等[23]的研究發(fā)現(xiàn)，在種植玉米時(shí)通過(guò)適宜的栽培措施后，其葉中的POD、SOD活性在生育后期明顯加強(qiáng)，從而延緩衰老。本團(tuán)隊(duì)的前期研究發(fā)現(xiàn)[24]，通過(guò)適宜的耕作方式能提高苦蕎葉片中POD和SOD的活性，從而延長(zhǎng)葉片功能期。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，赤霉素配施不同質(zhì)量濃度的2,4-表油菜素內(nèi)酯處理時(shí)，隨2,4-表油菜素內(nèi)酯施用量的增加，苦蕎葉片中的SOD和POD活性呈現(xiàn)為單峰變化趨勢(shì)，說(shuō)明施用赤霉素時(shí)配施一定量的2,4-表油菜素內(nèi)酯，能延緩苦蕎葉片的衰老。

3.2 赤霉素與2,4-表油菜素內(nèi)酯對(duì)苦蕎生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

褚孝瑩等[25]的研究發(fā)現(xiàn)噴施一定量的外源GA3能明顯促進(jìn)小黑麥籽粒的灌漿，提高最終的產(chǎn)量。楊建昌等[26]的研究也發(fā)現(xiàn)噴施外源GA3能增加水稻的粒重和產(chǎn)量。杜彥修等[27]通過(guò)研究水稻發(fā)現(xiàn)，施用赤霉素后其結(jié)實(shí)率和粒重有所提高。本團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)對(duì)施用赤霉素的研究發(fā)現(xiàn)，噴施適宜的赤霉素可提高苦蕎產(chǎn)量[10]。本研究結(jié)果得到，單施赤霉素與對(duì)照相比，能顯著提高單株粒數(shù)、單株粒重、千粒重和最終的產(chǎn)量，這與上述研究結(jié)果一致，也與前期在苦蕎[11]上的研究結(jié)果一致。王學(xué)奎等[28]發(fā)現(xiàn)，噴施一定量的2,4-表油菜素內(nèi)酯能提高小麥的產(chǎn)量；劉海英等[15]的研究進(jìn)一步證實(shí)了此結(jié)論。但赤霉素配施2,4-表油菜素內(nèi)酯是否會(huì)對(duì)作物的產(chǎn)量產(chǎn)生影響目前尚未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)中赤霉素配施不同質(zhì)量濃度的2,4-表油菜素內(nèi)酯處理時(shí)，隨著2,4-表油菜素內(nèi)酯施用量的增加，苦蕎的產(chǎn)量先增加后降低，并且在T3處理時(shí)達(dá)到最大，可能是因?yàn)槌嗝顾嘏涫┻m宜的2,4-表油菜素內(nèi)酯處理提高了苦蕎葉片抗氧化酶的活性，使苦蕎葉片的功能期變長(zhǎng)，為籽粒灌漿提供了更多時(shí)間；也有可能是因?yàn)槌嗝顾嘏涫┻m宜的2,4-表油菜素內(nèi)酯處理提高了苦蕎葉片的光合特性，進(jìn)而提高了葉片對(duì)光能的吸收利用，增加了“源”的供應(yīng)，即增加了籽粒所需的灌漿物質(zhì)，同時(shí)促進(jìn)植株莖的生長(zhǎng)，分枝數(shù)的增多，顯著提高了單株粒數(shù)和粒重，最終實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量的增加[29]。

4 結(jié)論

單施適宜質(zhì)量濃度的赤霉素和赤霉素配施適宜質(zhì)量濃度的2,4-表油菜素內(nèi)酯（80 mg·L-1GA3+0.5 mg·L-1EBR）能提高苦蕎強(qiáng)勢(shì)粒淀粉合成酶活性，促進(jìn)籽粒灌漿；能延緩苦蕎的衰老，提高光合利用效率；提高了粒重和最終的產(chǎn)量。