何瑞，方淑梅，2，王慶燕，朱洪德，樊琦，王夢(mèng)欣，胡慧迪，包笑璨，梁喜龍，2

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，大慶 163319；2.黑龍江省植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑工程技術(shù)研究中心）

大豆（Glycine nax（Linn.）Merr.）不僅是重要的食用油和蛋白食品原料，而且還是重要的飼料蛋白來(lái)源，在我國(guó)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位[1]。大豆屬于高光耗的C3 作物，在其生育期間光合產(chǎn)物的形成、轉(zhuǎn)化與調(diào)控不僅影響植株生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程，還關(guān)系到產(chǎn)量的高低和品質(zhì)的改善。源是籽粒形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，源的大小和能力可直接影響到庫(kù)的擴(kuò)大與充實(shí)，而源庫(kù)學(xué)說(shuō)認(rèn)為庫(kù)容增加又可以提高光合源的生產(chǎn)能力，從而提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，所以合理調(diào)控光合特性和碳代謝對(duì)大豆的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)至關(guān)重要[2-3]。

葉片是作物進(jìn)行光合作用與合成糖類物質(zhì)的主要場(chǎng)所，糖不僅可以參與碳代謝，而且可在分子水平上調(diào)控植株生理及發(fā)育過(guò)程，包括光合作用[4]。應(yīng)用作物化學(xué)調(diào)控技術(shù)能夠改變大豆葉片與莢果光合性能，促進(jìn)大豆植株生長(zhǎng)發(fā)育[5]。細(xì)胞分裂素是一類促進(jìn)胞質(zhì)分裂的物質(zhì)，在細(xì)胞生長(zhǎng)、分化及其他相關(guān)生理活動(dòng)過(guò)程中，合理使用細(xì)胞分裂素可以調(diào)控大豆植株生長(zhǎng)發(fā)育[6-7]，并能提高葉片碳代謝能力[8]。前人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞分裂素類調(diào)節(jié)劑胺鮮酯（DA-6）能有效提高玉米、大豆等作物的光合速率，增加葉綠素含量[9]，6-芐基腺嘌呤（6-BA）可調(diào)控大豆葉片轉(zhuǎn)化酶活性與糖含量[10]。植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑噻苯?。═hidiazuron）的研究結(jié)果已經(jīng)顯示其具有強(qiáng)烈的細(xì)胞分裂素類似作用，其誘導(dǎo)植物細(xì)胞分裂的作用可達(dá)6-BA 的100倍。目前其主要的應(yīng)用是促進(jìn)棉花落葉，另有研究發(fā)現(xiàn)噻苯隆與其他調(diào)節(jié)劑復(fù)配可提高坐果率、改善品質(zhì)[11]。同時(shí)在功能上，噻苯隆可誘導(dǎo)或增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)的許多生理生化反應(yīng)，作用機(jī)制可能是直接或間接修飾內(nèi)源激素系統(tǒng)，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育[12-13]。

細(xì)胞分裂素類調(diào)節(jié)劑可以有效調(diào)控作物的碳代謝相關(guān)指標(biāo)，噻苯隆誘導(dǎo)植物細(xì)胞分裂的作用效果高倍超出其他調(diào)節(jié)劑，但關(guān)于其對(duì)大豆光合作用及產(chǎn)物作用效果的研究鮮有報(bào)道。試驗(yàn)將從細(xì)胞分裂素發(fā)揮作用的角度出發(fā)，利用環(huán)境友好型細(xì)胞分裂素類植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑噻苯隆解析大豆后期生育過(guò)程中的碳代謝和產(chǎn)量表現(xiàn)，進(jìn)而為噻苯隆在大豆優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)中的科學(xué)利用及廣泛推廣提供重要基礎(chǔ)與理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選擇大豆品種墾農(nóng)18，由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)科研所提供。植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑噻苯隆，購(gòu)于四川潤(rùn)爾科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用盆栽方式進(jìn)行，于2020 年在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)種植盆栽128 桶，盆栽所用白色塑料桶高43 cm，直徑30 cm，桶底均鉆5 個(gè)1 cm 直徑小孔，種植土為土∶沙子（3∶1）的混合土，每桶裝土16 kg，于5月16 日用自來(lái)水將盆土澆透，次日選取大小飽滿、顏色健康且均勻一致的大豆種子8 粒播種，然后覆蓋2 kg 相同土壤（覆土深度為3 cm），V1 期定苗，每盆保苗4 株。待大豆植株生長(zhǎng)至盛花期（R2 時(shí)期）葉面噴施不同濃度的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑噻苯隆，噴藥時(shí)確保大豆植株的整株葉片全部均勻的分布藥劑，試驗(yàn)共設(shè)4 個(gè)處理，每處理噴施30 桶，共120 桶，并于噴藥后在大豆植株自上向下對(duì)第三節(jié)完全展開(kāi)的三出復(fù)葉用細(xì)繩做出標(biāo)記，以此作為固定取樣點(diǎn)進(jìn)行取樣與測(cè)定。噴施噻苯隆濃度為0.20 mg·L-1（T1），1.00 mg·L-（1T2），5.00 mg·L-（1T3），對(duì)照噴施清水（TCK），于噴藥后9、18、27、36、45 d 時(shí)進(jìn)行取樣并測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 光合色素含量的測(cè)定

參照胡秉芬等[14]的方法測(cè)定葉片光合色素含量，取新鮮大豆功能葉片剪碎混勻，用95%乙醇浸泡避光提取12 h，然后將浸提液在649 nm 和665 nm 波長(zhǎng)下比色。計(jì)算葉綠素濃度，參考公式Chla=13.95A665-6.88A649，Chlb=24.96A649-7.32A665。

1.3.2 光合參數(shù)的測(cè)定

采用Li-6400 便攜式光合儀（Li-Cor，USA）測(cè)定大豆固定取樣點(diǎn)葉片中間小葉的凈光合速率Pn、胞間CO2濃度Ci 及氣孔導(dǎo)度Gs。

1.3.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

采用OS-5p+熒光儀（OPTI-sciences，USA）測(cè)定與計(jì)算葉片中葉綠素的熒光特性。測(cè)量大豆固定取樣點(diǎn)葉片PSII 的最大光化學(xué)效率Fv/Fm，PSII 的量子產(chǎn)額ΦPSII，光化學(xué)猝滅系數(shù)qP，PSII 有效光化學(xué)量子產(chǎn)量，最大光能轉(zhuǎn)化潛力Fv/Fo，表觀光合電子傳遞速率ETR。

1.3.4 碳代謝酶活性的測(cè)定

取大豆固定取樣點(diǎn)葉片用液氮速凍，保存于-40 ℃冰箱中，參照Tsai 等[15]方法測(cè)定酸性轉(zhuǎn)化酶和中性轉(zhuǎn)化酶活性，參照Chopra 等[16]方法測(cè)定蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性。

1.3.5 光合產(chǎn)物的測(cè)定取大豆固定取樣點(diǎn)葉片及其籽粒用液氮速凍，保存于-40 ℃冰箱中，參照張志良[17]的方法測(cè)定葉片與籽粒中蔗糖、淀粉、可溶性糖及果糖含量。

1.3.6 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的測(cè)定

2020 年秋季收獲時(shí)每處理選擇10 株測(cè)量單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重及產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析，并用Excel 2019 進(jìn)行圖表處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 噻苯隆對(duì)大豆光合色素含量的影響

由表1 可知，葉片內(nèi)葉綠素a、葉綠素b 及總?cè)~綠素含量在處理后27 d 達(dá)到最高后開(kāi)始降低，葉面噴施適宜濃度的噻苯隆可促進(jìn)光合色素含量升高，T1、T2、T3 處理與T-CK 相比在9、18 和27 d 葉綠素a 含量增長(zhǎng)幅度依次為14.88%～19.39%、4.67%～7.19%和5.44%～10.19%；在9 d 和18 d 葉綠素b 含量增長(zhǎng)幅度為5.35%～17.88%和4.26%～6.36%；在9 d 各處理較T-CK 相比，總?cè)~綠素含量分別增長(zhǎng)了17.59%、20.53%和18.98%，在18 d 時(shí)T2 處理較TCK 增長(zhǎng)了13.92%，其中T2 處理在18、36 及45 d 時(shí)達(dá)到顯著差異水平。

表1 噻苯隆對(duì)大豆葉片光合色素含量的影響Table 1 Effect of thidiazuron on photosynthetic pigment content of soybean leaves

2.2 噻苯隆對(duì)大豆光合參數(shù)的影響

如圖1-A，與T-CK 相比，葉面噴施噻苯隆能使Pn 維持在較高水平，Pn 呈先上升后下降的趨勢(shì)，在生育中期達(dá)到最高后隨生育時(shí)間延長(zhǎng)逐漸下降，T1、T2 及T3 處理較T-CK 在9、18 和27 d 的增長(zhǎng)幅度依次為3.87%～30.73%、18.81%～31.38%和10.87%～14.18%；由圖1-B 可知，Gs 隨處理時(shí)間逐漸升高并在生育末期下降，各處理較T-CK 在9、18 和27 d 的增長(zhǎng)幅度依次為7.14%～28.57%、6.25%～12.5%和10.00%～16.67%，T2、T3 處理Gs 在噴藥后36 d 有顯著提高，增長(zhǎng)了23.26%、20.93%；葉面噴施噻苯隆有效提高了大豆葉片的Ci，在18 d 與36 d，分別增長(zhǎng)了4.19%～13.13%和1.86%～4.89%，其中T2 處理達(dá)到顯著性差異。

圖1 噻苯隆對(duì)大豆葉片光合參數(shù)的影響Fig.1 Effect of thidiazuron on photosynthetic parameters of soybean leaves

2.3 噻苯隆對(duì)大豆熒光參數(shù)的影響

由圖2 可知，與T-CK 相比，噻苯隆對(duì)Fv′/Fm′（圖2-D）的作用效果不顯著，但提高了Fv/Fm（圖2-A）、ETR（圖2-C）和Φps II（圖2-E），其促進(jìn)作用主要表現(xiàn)在噴藥后18 d 和27 d，各處理分別提高了1.31%～4.29%、2.99%～3.12%、2.99%～3.12%，T2 處理與T-CK 相比在噴藥后27 d Fv/Fo（圖2-F）顯著增長(zhǎng)了2.68%，通過(guò)Fv/Fo 的變化趨勢(shì)可知噻苯隆促進(jìn)了光系統(tǒng)II 實(shí)際最大光能轉(zhuǎn)化效率，有效增強(qiáng)了光合系統(tǒng)II 的光合活力。在噴藥后36 d，T3 處理對(duì)qP（圖2-B）和Φps II 出現(xiàn)了抑制作用，分別降低了3.75%和4.36%。

圖2 噻苯隆對(duì)大豆葉片熒光參數(shù)的影響Fig.2 Effect of thidiazuron on fluorescence parameters of soybean leaves

2.4 噻苯隆對(duì)大豆葉片碳代謝相關(guān)酶活性的影響

從圖3 可以看出，噻苯隆處理促進(jìn)了葉片內(nèi)的蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性、蔗糖合成酶（SS）活性和酸性轉(zhuǎn)化酶活性（AI）活性，噻苯隆處理9、18、27 和36 d 后，T1 及T2 處理大豆葉片SPS 活性與T-CK 相比增長(zhǎng)幅度分別為6.98%～11.63%、4.08%～6.12%、5.26%～10.53%和6.82%～9.09%；SS 活性（圖3-B）隨著生育時(shí)間推進(jìn)呈整體呈逐漸下降的趨勢(shì)，處理后9 d和18 d 各處理較T-CK 增長(zhǎng)幅度為4.17%～10.42%和4.44%～8.89%，達(dá)到顯著差異；AI（圖3-C）活性整體呈逐漸下降的趨勢(shì)，處理后9、18 d 各處理較TCK 增長(zhǎng)幅度分別為4.17%～8.33%和4.76%～11.90%，達(dá)到顯著差異，說(shuō)明外源噴施噻苯隆能夠明顯提高大豆碳代謝相關(guān)酶活性。

圖3 噻苯隆對(duì)大豆葉片碳代謝相關(guān)酶活性的影響Fig.3 Effect of thidiazuron on carbon metabolism related enzyme activity of soybean leaves

2.5 噻苯隆對(duì)大豆葉片光合產(chǎn)物的影響

從圖4 可知，大豆葉片蔗糖（圖4-A）與果糖（圖4-D）含量整體表現(xiàn)為持續(xù)降低的趨勢(shì)，淀粉（圖4-B）與可溶性糖（圖4-C）含量呈先上升后下降的趨勢(shì)。與CK 相比，T2 處理在9 d 與18 d 顯著促進(jìn)了葉片蔗糖與淀粉含量增長(zhǎng)，分別提升了6.36%、9.39%、11.37%和4.57%；在噴藥后27、36 和45 d 時(shí)，噻苯隆對(duì)大豆葉片可溶性糖含量較T-CK 有顯著提升，增長(zhǎng)幅度為2.51%～4.87%，T2 處理在18、27、36 和45 d與T-CK 相比分別顯著增長(zhǎng)了5.71%、5.52%、7.28%和16.01%。

圖4 噻苯隆對(duì)大豆葉片光合產(chǎn)物含量的影響Fig.4 Effect of thidiazuron on photosynthetic product content of soybean leaves

2.6 噻苯隆對(duì)大豆單株產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2 可知，葉面噴施噻苯隆可以促進(jìn)大豆單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重及單株產(chǎn)量（單株粒重）增長(zhǎng)，與T-CK 相比T1、T2 處理分別促進(jìn)單株莢數(shù)增長(zhǎng)了16.70%和15.46%，單株粒數(shù)增長(zhǎng)了16.09%和11.68%，百粒重增長(zhǎng)了8.04%和6.74%，噻苯隆對(duì)大豆單株產(chǎn)量有顯著促進(jìn)效果，其中T1 與T2 處理較T-CK 分別增長(zhǎng)了2.12%和2.84%。

表2 噻苯隆對(duì)大豆單株產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 2 Effect of thidiazuron on soybean yield per plant and its constituent factors

3 討論

葉綠素是將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的關(guān)鍵物質(zhì)，其含量的高低決定了葉片功能期的長(zhǎng)短，葉綠素b 作為光合作用的天線色素之一吸收并傳遞光能，較高的光合色素含量可以影響植物光合作用[18]。試驗(yàn)在噻苯隆處理下9 d 和18 d 葉綠素b 含量平均增長(zhǎng)了11.62%和7.44%，總?cè)~綠素含量有顯著提升。而噻苯隆能夠影響植物體內(nèi)的許多參數(shù)，如對(duì)天竺葵離體葉片的葉綠素降解有保護(hù)作用[19]，所以噻苯隆對(duì)光合色素含量的提升作用可能是通過(guò)抑制葉綠素的降解達(dá)到的。大豆葉片的Pn 高，有利于光合產(chǎn)物的供應(yīng)，Pn 可以表現(xiàn)為葉綠體合成有機(jī)物的量，而Gs 是限制作物葉片光合作用提高的重要因素之一，葉片Gs 增加，有利于氣體交換，Gs 越大葉片對(duì)二氧化碳的吸收量就越多，Ci 則會(huì)越大，從而提高葉片光合速率。試驗(yàn)中，噻苯隆對(duì)Gs 的調(diào)控作用達(dá)到顯著性差異，通過(guò)促進(jìn)Gs 增長(zhǎng)提高光能利用效率，提高葉片糖含量和蔗糖酶活性。試驗(yàn)在18 d 噻苯隆對(duì)Fv/Fm、ETR、ΦpsII、Fv/Fo 的促進(jìn)效果顯著，說(shuō)明噻苯隆在前期促進(jìn)了電子傳遞效率，使光系統(tǒng)Ⅱ?qū)嶋H光化學(xué)效率升高，光能轉(zhuǎn)換效率增長(zhǎng)。在生育后期，噻苯隆通過(guò)調(diào)控葉綠素含量，抑制其在衰老過(guò)程中的降解，使葉綠素?zé)晒夥磻?yīng)在后期的光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)效率獲得一定增長(zhǎng)。胡志輝[19]的研究表明，噴施細(xì)胞分裂素可使豇豆葉片的熒光參數(shù)在生育后期維持較高水平，在此期間，葉綠素含量的提升同樣會(huì)促進(jìn)熒光反應(yīng)活性，所以在生育后期，Pn 在噻苯隆處理后有顯著增長(zhǎng)，不僅是Gs 增大加速了氣體交換，同樣也有熒光反應(yīng)維持較高活性的原因。

植物光合作用產(chǎn)生的磷酸丙糖轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中后通過(guò)蔗糖合成酶（SPS 和SS）的催化作用形成蔗糖，蔗糖轉(zhuǎn)化酶（NI 和AI）可以調(diào)控水解蔗糖轉(zhuǎn)化葡萄糖和果糖的速率，在大豆葉片中積累的蔗糖如果不能運(yùn)輸?shù)礁岛妥蚜．?dāng)中，在葉片中過(guò)度積累反而會(huì)抑制葉片光合作用，導(dǎo)致植株生長(zhǎng)減緩[20]。試驗(yàn)在噻苯隆處理后9 d 和18 d，SPS、SS 與AI 活性顯著提升，加速了蔗糖從葉片通過(guò)韌皮部向庫(kù)器官輸送碳源和能量，供應(yīng)植物的生長(zhǎng)和貯藏物質(zhì)的合成。噻苯隆對(duì)糖代謝的調(diào)控作用可能不僅直接表現(xiàn)在對(duì)酶活性的調(diào)控，張鋆[21]研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞分裂素對(duì)于植物光合作用和碳水化合物的分配與運(yùn)輸都有一定的調(diào)控作用，它可以有效促進(jìn)光合同化物的輸出，增加碳水化合物的輸入，所以噻苯隆可能對(duì)糖類物質(zhì)的運(yùn)輸途徑同樣有調(diào)控作用。植物光合作用產(chǎn)生的磷酸丙糖在葉片的葉綠體中被轉(zhuǎn)化并合成淀粉，作為能量物質(zhì)儲(chǔ)存在葉片中，大豆葉片的生長(zhǎng)發(fā)育依靠少部分的淀粉和大部分的蔗糖作為碳源，蔗糖是莢果形成的重要組分[22]。在噴藥處理后27 d，是籽粒灌漿關(guān)鍵時(shí)期，試驗(yàn)中與對(duì)照相比葉片生長(zhǎng)前中期蔗糖、淀粉含量有顯著增長(zhǎng)，在中后期可溶性糖含量有顯著提高，源的生產(chǎn)能力與葉片碳代謝的同化能力得到提升，使籽粒粒重升高從而促進(jìn)單株產(chǎn)量增長(zhǎng)。

大豆的莢粒數(shù)及籽粒大小是產(chǎn)量的重要組成部分，試驗(yàn)在噴藥處理后，大豆的莢數(shù)與粒數(shù)得到顯著增長(zhǎng)，可能是噻苯隆表現(xiàn)出細(xì)胞分裂素功能，誘導(dǎo)天然的細(xì)胞分裂素樣反應(yīng)，內(nèi)源生長(zhǎng)素、乙烯和ABA濃度在噻苯隆處理后改變[23]。劉曉雙等[11]發(fā)現(xiàn)噻苯隆-乙烯利復(fù)配劑可以增加灌漿后期春玉米籽粒中IAA 和GA 含量，調(diào)節(jié)激素比例，增加籽粒粒重。從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出噻苯隆能夠促進(jìn)大豆碳代謝能力與產(chǎn)量提升，可能是與噻苯隆調(diào)控了大豆內(nèi)源激素含量有關(guān)。李穎[24]研究表示施用外源細(xì)胞分裂素可以促進(jìn)花生單株結(jié)果數(shù)，郝青南[25]研究同樣發(fā)現(xiàn)外源細(xì)胞分裂素可以促進(jìn)大豆莢數(shù)與粒數(shù)增加，增產(chǎn)率為8.8%，與試驗(yàn)所得結(jié)果相同，但試驗(yàn)的大豆莢數(shù)及粒數(shù)的增加幅度與其相比更高。

4 結(jié)論

噻苯隆能促進(jìn)葉片中光合色素含量增長(zhǎng)，提升PSII 系統(tǒng)電子傳遞及利用效率，從而提升光合能力與碳代謝同化能力。并且噻苯隆還可調(diào)控碳代謝相關(guān)酶活性，促進(jìn)葉片糖的積累和轉(zhuǎn)化，使籽粒中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量增加，同時(shí)莢數(shù)與粒數(shù)顯著增長(zhǎng)，從而使產(chǎn)量得到提升。其中噻苯隆的最優(yōu)濃度范圍為0.20～1.00 mg·L-1。