“青禾”增产剂的筛选

【作者】 胡胜； 谭廷鸿； 张凯； 董庆坤； 彭帅； 马金英； 李倩； 杨晓刚； 王思华； 司蓟可； 韩梦； 刘胜格； 刘鑫晶； 刘超； 马冬梅； 马博仕； 马宁； 田聪； 赵文倩； 邱念伟；

【机构】 曲阜师范大学生命科学学院；

【摘要】 在转基因安全性还不明确的今天,农业栽培措施的进步和新品种的培育已经逐渐使粮食产量接近极限。采用生理学措施提高作物产量仍是一个不可或缺的选择。如通过叶面喷施增产剂的方法就是进一步提高粮食产量的有效途径之一。目前粮食作物增产剂的研究报道较多,但能够在农业生产上广泛推广的增产剂较少,受重视程度不够。叶片喷施增产剂相对杂交育种其优势较小;相对转基因先进性又似乎不足。但是如果喷施增产剂能够在现有优良品种和栽培措施的基础上,进一步提高作物的产量,仍然是具有重要意义的。根据经济产量=净光合速率×光合面积×光合时间×经济系数。我们主要从维持叶片光合功能、延长叶片光合时间两个角度,以重要农作物小麦为试验材料,筛选增产剂。因本课题组所研制的增产剂的一个重要特征是延缓叶片衰老,延长"青禾"时间,所以命名为"青禾"增产剂。小麦开花后,从"座脐"到"完熟"的时间不足一个月,这一阶段是小麦产量的关键期,如果能够维持小麦的高光合效率或者延长"青禾"时间均可达到增产效果。为此,本课题组先后有20余位本科生和研究生参加,在山东省曲阜市西郊小麦试验田历时4年,筛选了渗透保护剂、pH缓冲剂、植物激素、大量元素、微量元素、乙烯抑制剂等20余种化合物的增产效果。筛选出了有明显增产效果的化合物5种。具体试验方法和试验结果简介如下。每种被筛化合物设定3～4个浓度梯度（用1‰的吐温水配制）,每个浓度梯度设定5个2m×2m的小麦样方。小麦座脐后,开始喷施各类化合物,每个样方喷施约200 mL,以1‰的吐温水为对照。每天17:00以后喷施,每5 d喷施1次至小麦叶片变黄为止。每1～2 d取样测定小麦叶片活力,方法是连根挖取部分小麦,置于水盆中,带回实验室暗适应0.5h以上,然后用便携式植物效率分析仪测定小麦旗叶的PSⅡ最大光化学效率(F_Y/F_m),每个浓度随机测定20株。当半数以上的旗叶(F_Y/F_m)小于0.7时,作为小麦叶片已经衰老的标志,分析各类化合物的延青效果。同时测定小麦净光合速率、叶绿素含量、蛋白质含量、丙二醛含量等生理参数,进一步分析叶片活力。小麦收获后测定千粒重,分析增产效果。小麦品种为获得国家科技进步奖的优良小麦品种‘济麦22’。渗透保护剂有盐酸甜菜碱、脯氨酸、海藻糖、甘氨酸4种,筛选浓度梯度为5、10、15、20 mmol·L^-1。其中10～15 mmol·L^-1盐酸甜菜碱和海藻糖的延青和增产效果较为显著,旗叶光合时间延长1d,增产5%左右。酸性pH缓冲剂用醋酸.醋酸钠(50 mmol·L^-1)缓冲液,pH分别为3.6、4.6、5.6;碱性pH缓冲剂用甘氨酸(50 mmol·L^1-)-氢氧化钠缓冲液,pH分别为8.6,9.6、10.6。筛选结果显示,酸性缓冲液加速了小麦旗叶衰老,反而减产。pH9.6的甘氨酸(50 mmol·L^-1)-氢氧化钠处理使旗叶光合时间延长1d,增产5%左右。激素及喷施浓度为:水杨酸(1、2、4 mmol·L^-1),NAA（25、50、100 ppm）,6-BA（25、50、100 ppm）,GA（25、50、100 ppm）,4种激素的延青和增产效果均不显著。大量元素为0.1%Ca（NO₃）₂+0.1%KNO₃+0.1%KH₂PO₄组合,单纯喷施0.1%Ca（NO₃）₂无延青和增产效果,含有0.1%KN0,和0.1%KH:PO₄的组合增产效果显著,达5%～6%。微量元素0.01%ZnCl₂+0.01%MnCl₂+0.01%HBO₃组合,微量元素各组合延青和增产效果均不显著。植物衰老与乙烯活性有关,抑制乙烯的产生或活性可以延缓衰老,增加产量。2013年筛选的乙烯抑制剂有Ca（NO₃）₂（0.05%、0.1%、0.2%）、氯化钴（0.02%、0.05%、0.10%）、高锰酸钾（0.02%、0.05%、0.10%）。3类乙烯抑制剂并未呈现延缓衰老的效果,增产效果亦不显著。综上所述,我们所筛选的具有延青效果的化合物有甜菜碱、海藻糖和碱性缓冲液3种,具有增产效果的化合物有甜菜碱、海藻糖、碱性缓冲液、KNO₃和0.1%KH₂PO₄等5种。但最佳增产效果仅5%～6%,未达到我们设定的10%目标。主要困难可能在于促进衰老的激素乙烯是气体,小麦在5月底至6月初可能大量释放乙烯,集中死亡,大田样方试验很难控制外界乙烯对样方的影响,可能掩盖了所筛选的增产剂的生物学效应。我们将继续开展样方隔离试验,继续筛选有效的小麦增产剂。更多还原