CN108848744B - 乙烯生物合成抑制剂用于增强作物耐渍性的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了乙烯生物合成抑制剂用于增强作物种子萌发期耐渍性的新用途，将乙烯生物合成抑制剂浸种预处理作物种子，所述乙烯生物合成抑制剂为使用浓度为5～15mmol/L的氨氧基乙酸盐(AOA)；乙烯生物合成抑制剂预处理可显著促进渍水胁迫后种子萌发，提高作物的耐渍性，乙烯生物合成抑制剂通过调节内源乙烯生物合成而增强作物种子萌发期的耐渍性，为作物抗渍直播栽培提供了技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及农业生产技术领域，尤其涉及乙烯生物合成抑制剂用于增强作物种子萌发期耐渍性的新用途。
背景技术
我国约有12％的耕地易遭受渍涝危害，主要分布在南方地区。土壤渍涝对作物的伤害实质是低氧胁迫，导致作物根系活力减弱，生理代谢受抑，生长发育受阻，结实率降低。在全球范围内，因渍涝危害对作物造成的产量损失达20％。近年来，受农村劳动力资源短缺等因素的影响，传统上采用育苗移栽的一些作物如油菜、棉花、水稻等的直播栽培面积在南方特别是长江流域不断扩大。直播技术具有省工、省力、省时，降低生产成本，提高生产效率和经济效益等优点，已发展成为主要的耕作技术之一。然而，作物种子萌发期对渍涝非常敏感，在大面积直播条件下由于土壤条件难以控制，在播种后如遇强降雨天气极易对种子的出苗和幼苗生长造成影响，甚至产生致命伤害，导致大量缺苗断垄现象。
近几十年来，以植物生长调节剂为手段的作物化学调控技术在农业生产上的应用范围、规模和产生的经济效益迅速扩大，特别是在解决一些传统技术无能为力的生产难题中发挥了重要作用，已成为作物高产、优质、高效生产的重要保障技术。然而，目前开发出的作物耐渍性调节剂不多，应用较多的主要为赤霉素及其合成调节剂类物质，如多效唑(PP333)、赤霉酸(GA3)等。在生产上多效唑的残留问题较为突出，极易影响下茬作物的生长；同时，多效唑处理会降低正常水分条件下的种子发芽率。在花生中研究发现，喷施多效唑易诱发叶斑病和早衰。应用GA3长时间浸种反而降低种子萌发期的耐渍性。因此，开发一种有效增强作物种子萌发期耐渍性的调节剂迫在眉睫。
乙烯生物合成抑制剂用于抑制内源乙烯的合成；而现有技术中乙烯可增强某些植物成株期的耐淹水性，具体为：已知乙烯在植物响应淹水胁迫中起着重要作用，在植物叶的偏性生长，节间、叶柄、叶片伸长，不定根发生、通气组织形成等过程中，乙烯都扮演着关键角色。植物激素如乙烯、生长素、赤霉素、细胞分裂素在促进植物适应渍涝胁迫环境方面都有较多报道。王文泉等(2003) 对不同基因型芝麻研究发现，相比对照组，耐渍品种植株在渍水后根中乙烯释放量增加了6.6倍，不定根数量增加了0.79-1.8倍，初生根和不定根皮层中有典型的通气组织形成。因此，根据现有技术得知，乙烯生物合成抑制剂可能是降低作物成株期的耐渍性的。然而，本申请人通过对种子萌发期的研究却得出了截然相反的结论：经乙烯生物合成抑制剂浸种预处理后，作物种子萌发期的耐渍性得到增强，即乙烯生物合成抑制剂可作为有效增强作物种子萌发期耐渍性的调节剂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，发现了乙烯生物合成抑制剂用于增强作物种子萌发期耐渍性的新用途，乙烯生物合成抑制剂预处理可显著促进渍水胁迫后种子萌发，提高作物的耐渍性。
本发明是这样实现的：
本发明目的在于提供乙烯生物合成抑制剂用于增强作物耐渍性的新用途，将乙烯生物合成抑制剂浸种预处理作物种子，所述乙烯生物合成抑制剂为使用浓度为5～15mmol/L的氨氧基乙酸盐(AOA)；具体地，
1、本发明应用0～25mmol/L的AOA浸种预处理沣油737油菜种子8h，将吸胀种子置于双层湿润滤纸上培养至对渍水最敏感的胚根伸长期；然后，将胚根伸长期种子置于烧杯中渍水处理36h(淹水深度1cm)。渍水处理完成后，将种子播种于试验盆中在正常水分条件下培养，观察AOA预处理对渍水胁迫后种子萌发及幼苗生长的影响，确定AOA预处理有效浓度为5～15mmol/L，较优的浓度为5～10mmol/L，最优的预处理浓度为5mmol/L。
2、通过文献调研，找出常用的植物耐渍性调节剂，包括赤霉酸(GA3)、多效唑(PP333)和1-甲基环丙烯(1-MCP，简称MCP)，设置不同预处理浓度按上述方法进行试验，筛选出各调节剂的适宜预处理浓度；然后，在相同条件下以各调节剂的适宜预处理浓度与AOA进行比较，观察不同调节剂预处理对渍水胁迫下和正常水分条件下油菜种子萌发及幼苗生长的影响，进一步确认AOA 的有效性和实用性；相比于GA3和1-MCP，本发明的AOA在缓解渍水对幼苗主根生长的胁迫作用上尤其显著，且AOA预处理不影响正常水分条件下种子的萌发出苗与幼苗生长。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：
1、乙烯生物合成抑制剂AOA预处理可显著促进渍水胁迫后种子萌发，提高作物的耐渍性；
2、乙烯生物合成抑制剂AOA预处理不影响正常条件下种子萌发与幼苗生长，使用安全；
3、乙烯生物合成抑制剂AOA价格便宜，应用成本低廉；
4、乙烯生物合成抑制剂AOA为水溶性液体，可浸种、可包衣，使用方式灵活，使用方便。
附图说明
图1-图5为实施例1中胚根伸长期渍水后不同浓度AOA预处理的油菜种子出苗和幼苗生长情况比较；其中，图1：出苗率和出苗指数；图2：下胚轴和主根长度；图3：子叶长和宽；图4：第一片真叶长和宽；图5：单株干重；
图6-图10为实施例2中胚根伸长期渍水后不同调节剂预处理的油菜种子出苗和幼苗生长情况比较；其中，图6：出苗率和出苗指数；图7：下胚轴和主根长度；图8：子叶长和宽；图9：第一片真叶长和宽；图10：单株干重；
图11-图15为实施例3中正常水分条件下不同调节剂预处理的油菜种子出苗和幼苗生长情况比较；其中，图11：出苗率和出苗指数；图12：下胚轴和主根长度；图13：子叶长和宽；图14：第一片真叶长和宽；图15：单株干重；
图16为实施例2中胚根伸长期渍水后不同调节剂预处理的油菜幼苗生长情况；预处理浓度：5mmol/L AOA、50mg/L GA3、40mg/L PP333、5μL/L 1-MCP。
具体实施方式
实施例1：胚根伸长期渍水后不同浓度AOA预处理的油菜种子出苗和幼苗生长情况
1、处理方法：精选沣油737油菜种子，在培养箱(25℃/20℃，光照12h/12h，平均光强2508lx)中分别应用0、5、10、15、20、25mmol/LAOA浸种预处理 8h；将预处理后的吸胀种子转移到垫有双层湿润滤纸的培养皿中在培养箱 (25℃/20℃，光照12h/12h，平均光强2508lx)内培养至对渍水最敏感的胚根伸长期，再将种子转入到150mL烧杯中，加水至淹没种子1cm，在培养箱中渍水处理36h；然后播种在湿度为65％饱和含水量的培养基质中，上覆0.2cm厚洗净的黄沙，在培养室(26℃/20℃，光照16h/黑暗8h，平均光强5113lx)中培养至1片真叶期。以蒸馏水浸种、不进行渍水处理为对照(Control)。
2、培养期间，每天用称重法检查基质含水量，实时补充水分以维持培养基质含水量稳定；每天调换试验盆位置2次，以维持培养条件一致。
3、在出苗率达到稳定时(渍水后恢复培养的第9天)调查显示，不同处理的种子出苗率和出苗指数差异显著，在渍水处理中以5mmol/LAOA预处理的出苗率和出苗指数最高，显著高于未进行AOA预处理的渍水处理；但随着AOA 预处理浓度的提高种子出苗率和出苗指数呈降低趋势，在AOA预处理浓度≥20 mmol/L时出苗指数低于未进行AOA预处理的渍水处理(图1)。
4、在渍水处理后恢复生长的第10天测定显示，渍水处理的幼苗下胚轴长、主根长、子叶长和宽、第一片真叶长和宽，以及幼苗单株干重均显著低于不渍水对照处理(Control)(图2-图5)。在渍水处理中，上述幼苗生长形态指标均以5mmol/LAOA预处理最高，在AOA预浓度≥15mmol/L时子叶长宽显著低于未进行AOA预处理的渍水处理；在AOA预处理浓度≥20mmol/L时，主根长和第一片真叶长宽显著低于未进行AOA预处理的渍水处理；在AOA预处理浓度达到25mmol/L时，幼苗下胚轴长显著低于未进行AOA预处理的渍水处理，但不同浓度AOA预处理的单苗干重与未进行AOA预处理的渍水处理差异不显著 (图2-图5)。
实施例2：胚根伸长期渍水后不同调节剂预处理的油菜种子出苗和幼苗生长情况比较
1、处理方法：精选沣油737油菜种子，在培养箱(25℃/20℃，光照12h/12h，平均光强2508lx)中分别用蒸馏水(Water)、AOA(5mmol/L)、GA3(50mg/L) 和PP333(40mg/L)浸种预处理8h；或者，在培养箱中先用蒸馏水浸种8h至种子吸胀，再在20℃的密闭容器中用5μL/L的1-MCP熏蒸吸胀种子10h。将经预处理后的种子转移到垫有双层湿润滤纸的培养皿中，在培养箱中培养至胚根伸长期，再将种子转入到150mL烧杯中，加水至淹没种子1cm，在培养箱中渍水处理36h；然后播种在湿度为65％饱和含水量的培养基质中，上覆0.2cm厚洗净的黄沙，在培养室(26℃/20℃，光照16h/黑暗8h，平均光强5113lx)中培养至1片真叶期。以蒸馏水浸种、不进行渍水处理为对照(Control)。
2、培养期间，每天用称重法检查基质含水量，实时补充水分以维持培养基质含水量稳定；每天调换试验盆位置2次，以维持培养条件一致。
3、在渍水处理后恢复培养的第9天出苗达到稳定时进行调查，图6-图10 为胚根伸长期渍水后不同调节剂预处理的油菜种子出苗和幼苗生长情况比较的统计结果。不同处理的种子出苗率和出苗指数差异显著，渍水处理显著低于未渍水处理；与蒸馏水浸种的渍水处理(Water)相比，AOA、GA3、1-MCP预处理显著提高渍水后种子的出苗率和出苗指数，AOA预处理的种子出苗率和出苗指数有高于GA3和1-MCP预处理的趋势但未达差异显著水平；PP333预处理则显著降低种子出苗率和出苗指数(图6)。
4、在渍水处理后恢复培养第10天调查表明，不同处理的幼苗下胚轴长、主根长、子叶长和宽、第1片真叶长和宽，以及苗干重差异显著，渍水处理均不同程度地低于未渍水处理(图7-图10)。与蒸馏水浸种的渍水处理(Water) 比较，AOA、1-MCP预处理显著提高胚根伸长期渍水后幼苗下胚轴长和主根长，其中AOA预处理的主根长达到不渍水对照(Control)的水平；GA3预处理也可显著促进幼苗下胚轴生长，但对主根长影响不大；而PP333预处理则抑制下胚轴和主根生长(图7)；AOA预处理显著提高幼苗子叶和第1片真叶长和宽，GA3预处理显著增加子叶长、宽，但对第1片真叶长的影响不显著；其他调节剂预处理对幼苗子叶和第一片真叶生长影响不显著(图8和图9)。在渍水处理中， AOA预处理的幼苗干重有高于蒸馏水(Water)和其他调节剂预处理的趋势但未达差异显著水平(图10)。图16为胚根伸长期渍水后不同调节剂预处理的油菜幼苗生长情况实图。
5、综上所述，本发明的乙烯生物合成抑制剂AOA可显著促进渍水胁迫后种子萌发，提高作物的耐渍性，其耐渍性调节效果优于现有常用的耐渍性调节剂多效唑(PP333)，比赤霉酸(GA3)略好，在缓解渍水对幼苗主根生长的胁迫作用方面尤其显著，有利于渍水后幼苗恢复生长。
实施例3：正常水分条件下不同调节剂预处理的油菜种子出苗和幼苗生长情况比较
1、处理方法：精选沣油737油菜种子，在培养箱(25℃/20℃，光照12h/12h，平均光强2508lx)中分别用蒸馏水(Water)、AOA(5mmol/L)、GA3(50mg/L) 和PP333(40mg/L)浸种预处理8h；或者，在培养箱中先用蒸馏水浸种8h至种子吸胀，再在20℃的密闭容器中用5μL/L的1-MCP熏蒸吸胀种子10h。将预处理后的种子转移到垫有双层湿润滤纸的培养皿中，在培养箱中培养至胚根伸长期，然后播种在湿度为65％饱和含水量的培养基质中，上覆0.2cm厚洗净的黄沙，在培养室(26℃/20℃，光照16h/黑暗8h，平均光强5113lx)中培养至1 片真叶期。
2、培养期间，每天用称重法检查基质含水量，实时补充水分以维持培养基质含水量稳定；每天调换试验盆位置2次，以维持培养条件一致。
3、在播种后第9天出苗达到稳定时调查，结果显示，不同处理的种子出苗率和出苗指数差异显著(图11)。与蒸馏水浸种的对照相比，AOA、GA3、1-MCP 处理的出苗率和出苗指数无显著差异，但PP333处理的出苗率和出苗指数显著降低(图11)。
4、在播种后第11天测定表明，不同处理的幼苗下胚轴长、主根长差异显著；但子叶和第一片真叶长、宽以及单苗干重差异不显著(图12-图15)。与蒸馏水浸种的对照比较，PP333处理的下胚轴长显著降低，而主根长显著增加(图 12)；其他调节剂处理的幼苗生长形态指标与对照差异不显著。在各调节剂处理之间，幼苗下胚轴长以GA3处理最大，PP333处理最小，二者差异显著，但PP333处理的主根长显著高于其他调节剂处理(图12)。综上表明，应用本发明的AOA 预处理不影响正常水分条件下种子的萌发出苗与幼苗生长。
实施例1-实施例3表明，在种子吸胀期应用AOA、GA3和1-MCP预处理均可有效缓解胚根伸长期渍水对油菜种子出苗的胁迫作用，提高种子出苗率和出苗指数，促进渍水后幼苗的恢复生长，其中以5mmol/L的AOA预处理效应最佳，在缓解渍水对幼苗主根生长的胁迫作用尤其显著，且AOA预处理不影响正常水分条件下种子的萌发出苗与幼苗生长。
所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.乙烯生物合成抑制剂用于增强作物耐渍性的用途，其特征在于，用乙烯生物合成抑制剂预处理作物种子，所述乙烯生物合成抑制剂为使用浓度为5～15mmol/L的氨氧基乙酸盐。
2.如权利要求1所述的乙烯生物合成抑制剂用于增强作物耐渍性的用途，其特征在于，所述乙烯生物合成抑制剂为使用浓度为5～10mmol/L的氨氧基乙酸盐。
3.如权利要求1所述的乙烯生物合成抑制剂用于增强作物耐渍性的用途，其特征在于，所述乙烯生物合成抑制剂为使用浓度为5mmol/L的氨氧基乙酸盐。
4.如权利要求1所述的乙烯生物合成抑制剂用于增强作物耐渍性的用途，其特征在于，所述预处理为直接用乙烯生物合成抑制剂对作物种子浸种预处理。
5.如权利要求4所述的乙烯生物合成抑制剂用于增强作物耐渍性的用途，其特征在于，所述预处理浸种时间为6～10h。
6.如权利要求4所述的乙烯生物合成抑制剂用于增强作物耐渍性的用途，其特征在于，所述预处理时，温度为20℃～25℃。
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