CN101347125A - 一种提高旱地小麦拔节期生长特性的植物生长调节剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高旱地小麦拔节期生长特性的植物生长调节剂，由质量百分比为83％～93％硝普钠SNP和17％～7％细胞分裂素6－BA组成。该调节剂能够较快地被根系或者叶片吸收，提高旱区小麦的生理生态抗旱性，为麦田稳产高产奠定了坚实的基础；使用成本低，用量少，无残留，无环境污染；施用技术简单，便于大面积推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高旱地小麦拔节期生长特性的植物生长调节剂。
背景技术
我国干旱、半干旱地区占国土面积的一半以上，其旱区耕地大约5057×104hm2，约占全国总耕地面积的51％。旱农区地域辽阔、气候多样、资源丰富，是我国重要的粮食产区。但是该区农业生产一直以雨养为主，水资源匮乏是限制旱农发展的主要环境因子。因此，通过各种栽培技术对旱地作物生长生理特性进行定向调控，对于提高旱地农业生产力具有重要意义。
水分亏缺时，植物根系对水分的吸收(Nunes et al.2008)和细胞膜的稳定性(Sampietro and Vattuone 2006)受到显著影响，其体内的代谢途径也会发生明显变化，如促进生长类激素的含量降低，导致对作物生长特性的抑制，包括植株高度、叶片数量和面积、根系长度和生物量积累等(Caruso etal.2008；Wu et al.2008)。同时，受旱植物体内会产生一种信号分子-一氧化氮(NO)，这种分子在过去很长一段时间内，被看作毒性气体来研究，但是近年来的很多工作表明，NO在生命过程中扮演着极其重要的角色。1992年，美国Science杂志将NO评为该年度的“年度分子”。目前关于NO在植物体内的研究，尤其在逆境条件下(如干旱、盐害、高温和病虫害)的调控作用取得了较大进展。同时，研究过程中还发现，NO在植物体内具有剂量效应，低浓度的NO参与了植物的生长发育进程，在对逆境的生理适应机理中起着非常重要的作用(Wendehenne et al.2004；Perazzolli et al.2006；Neill etal.2008)，高浓度的NO则具有生理毒性(Neill et al.2008)。
细胞分裂素(cytokinin)被认为是一种很重要的植物生长调节物质。由于干旱时植物体内的cytokinin含量降低，因此与cytokinin相关的植物生长发育过程，如根系的形成和生长(Frugier et al.2008)、叶片和叶绿体的发育(Kulaeva et al.2002，Mancera et al.2007)也将受到干旱的抑制。实验研究也证明低浓度6-BA(人工合成的细胞分裂素，6-苄基氨基腺嘌呤)处理的植物体内cytokinin含量上升，干旱对植物生长发育的限制也会被缓解。
植物激素对生长代谢的调节是复杂的，生长调节物质间的相互效应也普遍存在(Pospisilova et al.2005)。植物受旱时，SNP处理释放的NO气体分子参与的生理调节反应是与传统的植物激素间的相互作用分不开的(Lamattina et al.2003)。例如，cytokinin刺激了植物体内NO的产生，并且，其对植物根系的调节效应也是由NO浓度控制的(Georgy et al.2008)，但是，目前还没有发现其它激素有此功能(Tun et al.2001；Georgy et al.2008)。所以，NO与cytokinin在调控植物特定生命过程中的相互作用。
小麦是旱区农业生产的主要粮食作物之一，拔节期是小麦主根、茎、叶生长最旺盛的时期，并且穗的分化发育主要也在这个时期(赵海祯和梁哲军，2002)。因此，在小麦分化拔节期，促进旱地小麦根、茎、叶的生长发育对小麦有明显的增产作用。目前，很多研究者都在极力寻找能提高旱地小麦拔节期生长特性的生长物质，但由于成本与使用效果等问题，在旱地小麦生产中还没有得到广泛的推广与应用。
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发明内容
针对生产中存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型的用于提高旱地小麦拔节期生长特性的生长的植物生长调节剂，该调节剂生产成本低、无污染、效果好、使用方便。
实现上述发明目的的技术方案是：一种提高旱地小麦拔节期生长特性的植物生长调节剂，该调节剂由83％～93％硝普钠SNP和17％～7％细胞分裂素6-BA(按质量百分比)组成。
本发明的提高旱地小麦拔节期生长特性的植物生长调节剂制备和使用方法：
将硝普钠(SNP)和细胞分裂素(6-BA)按上述质量百分比溶于水中，配成浓度为17～54ppm的溶液，于小麦拔节期进行微喷灌(2～4m3/亩)或叶面喷施(0.5～1m3/亩)。
本发明提高旱地小麦拔节期生长特性的方法的理论依据：拔节期是小麦主根、茎、叶生长最旺盛的时期，并且穗的分化发育也主要在这个时期，因此，在此时期对生长特性的调节对小麦的高产稳产来说具有重要的现实意义。水分是限制旱地小麦生长的主要环境因素，因此如何能充分合理高效地利用有限水分，是目前旱地小麦增产的关键。本发明是由一种生长调节剂NO供体SNP和一种人工合成细胞分裂素6-BA共同配制的溶液，其被作物吸收后能增加植物体内源NO和cytokinin水平。NO在干旱条件下与ROS作用发挥抗氧化功能，保护细胞膜不受氧化损伤，增加光合特性从而提高作物的抗旱性。而Cytokinin能改善受旱植物的生长特性，如根系的伸长、叶面积的增大等方面来提高作物的抗旱性。所以，SNP和6-BA二者在调控植物的生命过程中具有功能的补偿作用，共同处理受旱植物后的协同效应更显著，不仅能保护植物的细胞膜、提高其相对含水量，而且还能够促进根系的生长和叶片的发育从而更显著地增强旱地作物的抗逆能力。
与现有技术相比，本发明的植物生长调节剂具有以下优点：
1.使用成本低，用量少。
2.见效快，无残留，无环境污染。本发明的调节剂能较快地被根系或者叶片吸收，效果明而且对人、畜安全无害，对环境无污染。
3.施用技术简单，便于大面积推广。在小麦拔节期通过喷灌或叶面喷施本发明的配方溶液，可明显提高旱区小麦的生理生态抗旱性，为麦田稳产高产奠定了坚实的基础。
4.由于SNP和6-BA对植物的调节功能和相互作用，二者在旱地的其它作物上也得到了推广应用。
具体实施方式
以下通过发明人给出的具体实施例、试验例来进一步证明本发明提高旱地小麦拔节期生长特性的方法和有益效果。
实施例1
2008年4月于陕西省长武县洪家乡王东村长武农业生态试验站小麦(长武135)试验田进行叶面喷施试验，该区年均降雨量为540mm，属典型黄土高原半湿润易旱气候区，在小麦拔节生长期，于傍晚将浓度为0.05mmol·L-1的SNP和0.008mmol·L-1的6-BA配方溶液0.5m3/亩喷施，将同量的自来水作为对照处理，喷施到小麦叶面直到滴水为止，每个处理重复4次。在喷施3天后，测定生长指标叶面积指数、植株高度、茎基粗度和根系活性的变化。本发明的植物生长调节剂的小麦叶面积指数、植株高度、茎基粗度和根系活性分别比对照增加10.7％、8.3％、5.5％、16.8％。
实施例2
2008年3月于陕西省杨陵区五泉乡小麦(小偃22)试验田利用微喷灌设施灌水时加入本发明的植物生长调节剂进行喷施试验，该区年均降雨量为650mm，属半湿润气候区。在小麦拔节生长期，将浓度为0.1mmol·L-1的SNP和0.01mmol·L-1的6-BA配方溶液3m3/亩施入小麦根际，以等量的自来水作为对照处理，每个处理重复3次。在滴灌3天后，取样测定生长指标如叶面积指数、植株高度、茎基粗度和根系活性。喷施SNP和6-BA配方溶液的小麦的以上生长指标分别比对照增加13.1％、12.3％、16.5％、26.0％。
实施例3
2008年4月于陕西省长武县洪家乡王东村长武农业生态试验站小麦(长武135)试验田进行叶面喷施试验，该区年均降雨量为540mm，属典型黄土高原半湿润易旱气候区，在小麦拔节生长期，将浓度为0.15mmol·L-1的SNP和0.04mmol·L-1的6-BA配方溶液0.5m3/亩施入麦田，以等量的自来水作为对照处理，每个处理重复3次。在滴灌3天后，取样测定小麦生长指标如叶面积指数、植株高度、茎基粗度和根系活性。喷施SNP和6-BA配方溶液的小麦的以上生长指标分别比对照增加4.0％、7.5％、13.3％、11.9％。
试验例1本发明的植物生长调节剂改善旱地小麦拔节期生长特性的试验
1.材料培养
以小麦品种小偃22为例，精选种子经3％双氧水消毒5min后，用去离子水冲洗干净，25℃浸种20h后置25℃恒温箱内暗中催芽，萌发后选取露白一致的种子播种在沙盘上，沙面用浸水的纱布覆盖以保持适宜的湿度。前期每天加水一次，后期定量补充1/4 Hoagland营养液。当幼苗长至1叶1心时，选择长势均匀的幼苗转移至20cm×14cm×7cm塑料盒内培养。幼苗在ZPW-280B植物生长箱内用1/2 Hoagland营养液水培，生长条件是：昼/夜温度(25/18℃±2℃)、光强(400μmol·m-2·s-1)、湿度(60％±5％)，培养箱内生长7天后，换用全Hoagland营养液进行培养。每隔2天换一次营养液，每天通气8～10h。待幼苗长至3叶1心时，选取长势一致健康的植株进行根际饲喂处理，处理期间每天更换营养液，每个处理重复3次。为避免生长箱内的生长条件不均，每次更换营养液时交换摆放次序。
2.处理设计
当小麦充分展开第4片叶时，对根际进行处理，共包括11个处理：
(1)1/1 Hoagland营养液(表中表示为CK)；
(2)-0.5 MPaPEG(表中表示为D)；
(3)-0.5MPa PEG+0.008mmol·L-16-BA(表中表示为D+0.008mmolBA)；
(4)-0.5MPa PEG+0.01mmol·L-16-BA(表中表示为D+0.01mmolBA)；
(5)-0.5MPa PEG+0.04mmol·L-16-BA(表中表示为D+0.04mmolBA)；
(6)-0.5MPaPEG+0.05mmol·L-1SNP(表中表示为D+0.05mmolSNP)；
(7)-0.5MPaPEG+0.1mmol·L-1SNP(表中表示为D+0.1mmolSNP)；
(8)-0.5MPaPEG+0.15mmol·L-1SNP(表中表示为D+0.15mmolSNP)；
(9)-0.5MPaPEG+0.008mmol·L-16-BA+0.05mmol·L-1SNP(表中表示为D+0.008mmolBA+0.05mmolSNP)；
(10)-0.5MPaPEG+0.01mmol·L-16-BA+0.1mmol·L-1SNP(表中表示为D+0.01mmolBA+0.1mmolSNP)；
(11)-0.5MPaPEG+0.04mmol·L-16-BA+0.15mmol·L-1SNP(表中表示为D+0.04mmolBA+0.15mmolSNP)
处理期间每天更换营养液，处理后第3天对11个处理进行生理指标的测定，分别测定根系、地上部的干重和根系的长度，倒二叶的相对含水量和膜透性。
3.测定方法
3.1根冠比和根长的测定
处理后第3天分别测定根系和地上部的干物质积累，用数字式测微尺测定根系长度(MDC-25M，Mitsutoyo，Kawasaki，Japan)。
3.2小麦相对含水量(RWC)的测定
RWC(％)＝(鲜重-干重)/(饱和干重-干重)×100
其中，叶片鲜重，取样后用蒸馏水冲洗干净，擦净叶片上的水珠再称鲜重；叶片饱和鲜重，是叶片在室温下蒸馏水中浸泡24h后测定的；叶片干重，在105℃下烘干至恒重为止。
3.3小麦抗逆性的测定
取0.2g倒二叶的叶片用蒸馏水冲洗干净，并用洁净滤纸吸干。剪约1cm的小段放入盛有30ml去离子水的小杯中，浸没叶片。放入真空干燥器，用抽气机抽气7-8min以抽出细胞间隙中的空气。重新缓缓放入空气，叶组织下沉。静置20min后在20-25℃恒温下用电导仪(DDS-11A，Shanghai)测定溶液电导率(L1)。再放入100℃沸水中15min，以杀死植物组织，取出放入自来水中冷却10min，在20-25℃恒温下测定煮沸电导率(L2)。膜透性增大的程度与逆境胁迫强度，小麦幼苗抗逆性的强弱有关。
细胞膜透性或伤害率(％)＝(L1/L2)×100
试验例2本发明的植物生长调节剂对受旱小麦生长特性的影响
1.受旱小麦根冠比、根系长度的变化
虽然干旱胁迫下单独的BA或SNP处理与不加任何调节剂的单独干旱处理没有差异，但是当本发明的植物生长调节剂施入到PEG溶液中时，例如，0.01mmolBA+0.1mmolSNP配方使受旱小麦的根冠比上升至12％(表1)。对于根系生长的影响，干旱胁迫抑制了小麦根系的伸长，但是BA或SNP加入到PEG溶液后根系有明显伸长的趋势，特别是在本发明的植物生长调节剂加入时，对根系伸长的促进效果更明显。
表1不同处理的配方溶液对受旱小麦根冠比、根系长度的影响
表中数据为5次重复的平均值±标准误，同一列中数据后不同字母表示差异达显著水平。
2.受旱小麦相对含水量的变化
受旱胁迫的小麦与对照相比，相对含水量(RWC)降低。单独的BA或SNP加入到PEG溶液时使受旱小麦的RWC有所增加。且本发明的植物生长调节剂处理时，受旱小麦的RWC恢复到对照水平，比单独的BA、SNP处理的RWC值都高(表2)。因此，可以推测本发明的植物生长调节剂对受旱小麦相对含水量的保持具有协同效应。
表2不同处理的配方溶液对受旱小麦叶片相对含水量的影响
表中数据为5次重复的平均值±标准误，同一列中数据后不同字母表示差异达显著水平。
3.受旱小麦细胞膜透性(抗逆性)的变化
干旱胁迫使细胞膜透性发生明显的变化，单独的BA或SNP加入PEG溶液后对细胞膜起保护作用，例如0.01mmolBA、0.1mmolSNP分别降低了细胞膜透性30％和19％，小麦的抗逆性增强。当本发明的植物生长调节剂处理时，受旱小麦叶片的细胞膜透性下降更明显(表3)，尤其0.01mmolBA+0.1mmolSNP配方与不加任何调节剂处理相比降低了51％，且BA与SNP共同处理的配方明显比单独的BA、SNP处理后的细胞膜透性低。以上说明本发明的植物生长调节剂对细胞膜有保护效应(抗逆性)。
表3不同处理的配方溶液对受旱小麦叶片细胞膜透性的影响
表中数据为5次重复的平均值±标准误，同一列中数据后不同字母表示差异达显著水平。
Claims (1)
1.一种提高旱地小麦拔节期生长特性的植物生长调节剂，其特征在于：由质量百分比为83％～93％硝普钠SNP和17％～7％细胞分裂素6-BA组成。
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Legal Events
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Granted publication date: 20110720 Termination date: 20110908 |