兩種新季銨鹽化合物在抑菌和促生長方面的作用

陳蔚燕,師進生,李俊良

(青島農業大學a.化學與藥學院;b.資源與環境學院,山東 青島266109)

季銨鹽物質一般用在醫療消毒殺菌上比較多[1],而且其效果也非常優異,在其他工業領域也有涉及,如相轉移催化劑氯化芐基三乙基銨和硫酸氫四丁基銨,在柔軟抗靜電劑、絮凝劑、破乳劑、鉆井液、VES壓裂液、減阻劑、增稠劑、增效劑等產品中也會見到季銨鹽的身影[2-4],季銨鹽用在農業上并不多,文獻[5]報道了三類異喹啉季銨鹽在農業上的抑菌效果,矮壯素[(CH3)3NCH2CH2Cl]Cl是一種季銨鹽化合物,矮壯素是一類植物生長調節劑[6-8],能使植株變矮,桿莖變粗,可使作物耐旱耐澇,防止作物徒長倒伏,參照矮壯素的結構性能和應用情況,前期本課題組合成了萘酐酰胺季銨鹽化合物[9],并對其用于真菌的抑制和種子的促生上,取得了較好的效果。本研究繼續合成兩個季銨鹽化合物(山梨酰胺季銨鹽SLJA和肉桂酰胺季銨鹽RGJA),將其運用到植物真菌的抑制、種子萌發、作物品質改善以及田間作物的生長上[10-13],研究其在農業領域的作用效果,以期為季銨鹽在農業上的應用提供大量的數據支持。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

恒溫光照培養箱,250D型,常州市華普達教學儀器有限公司;凈化工作臺,SW-CG-2FD型,蘇州安泰空氣技術有限公司;立式壓力蒸汽滅菌器,LDZM-80 KCS型,上海申安醫療器械廠;分光光度計,722型,上海棱光公司;微波爐,WD900B型,順德市格蘭仕微波電器有限公司。

山梨酰胺季銨鹽(SLJA)、肉桂酰胺季銨鹽(RGJA),由青島科技大學農用化學品研究所制備并表征確認結構,該化合物已經獲得國家發明專利,本實驗用其5%水劑劑型;葡萄糖,瓊脂,均為分析純,阿拉丁試劑公司;柑橘炭疽病菌(Citr usanthr ax)、棉花枯萎病菌(Fusarium)、小麥全蝕病菌(Greumannomyces)、白菜灰斑病菌(Cabbagealter naria)等植物病原真菌的菌種均由山東省農業仿生應用工程技術研究中心提供,菌種使用前均進行繼代培養;水合茚三酮、碳酸鈣、L-抗壞血酸、考馬斯亮藍等試劑均為分析純。

1.2 實驗方法

1.2.1 季銨鹽類化合物的抑菌實驗

將山梨季銨鹽(SLJA)和肉桂酰胺季銨鹽(RGJA)水劑配成0.4 mg·mL－1(記做RGJA-1、SLJA-1)、0.8 mg·mL－1(RGJA-2、SLJA-2)、1.6 mg·mL－1(RGJA-3、SLJA-3)的濃度,采用菌絲生長速率法來測定其室內抑菌活性,計算各藥劑的抑制率。每組實驗重復5次,數據取平均值。

1.2.2 季銨鹽類化合物的促生實驗

1.2.2.1 蘿卜種子發芽實驗

采用紙床發芽的方法,分別用0.4、0.8、1.6 mg·mL－1濃度的季銨鹽水劑進行浸種,每個小燒杯中平均分配30粒蘿卜種子,用蒸餾水作為對照組,保持濕潤狀態培養種子發芽,各重復3次,統計種子的發芽數,取平均值計算種子的發芽率。

1.2.2.2 蘿卜種子生根實驗

分別用0.4、0.8、1.6 mg·mL－1濃度的季銨鹽水劑進行浸種,采用室內瓊脂生根法進行,測量的指標有:主根長度、莖長度,各重復3次,取平均值計算生根促進率。

1.2.3 蛋白質含量的測定

采取考馬斯亮藍染色法,游離氨基酸含量的測定采取茚三酮顯色分光光度法,葉綠素含量的測定采取分光光度法[14]。每組實驗重復5次,數據取平均值。

1.2.4 田間試驗

供試作物為兩年生柳樹和國槐,地點山東省陽信縣農業示范園,土質松軟,有灌溉條件,肥力狀況良好,管理精細?；衔锛捌涮幚頋舛韧?實驗采取隨機區組排列方法,實驗設3個處理(清水RGJA-2、SLJA-2),各3次重復,分別進行葉面噴灑和灌根處理各3次,每次取樣在小區東、西、南、北4個方向各取2個樹樣測定。所有葉面噴濕時間均選擇在上午9點～11點,下午4點～6點,無風晴天,如遇雨天,需要重噴,噴施前需要對供試藥劑充分搖勻,人工噴灑,噴施時要求均勻,仔細,所有的葉片都要噴施到,采用每個小區用量一致的原則。

1.3 數據統計

數據統計采用EXCEL進行,用origin7.5作圖。顯著性分析采用SPSS17.0進行。

2 結果與討論

2.1 兩種季銨鹽水劑對抑菌效果的影響

兩種季銨鹽水劑的抑菌數據見表1。從表1可以看出,隨著濃度的增加兩種季銨鹽的抑菌率呈現增加的趨勢,其中SLJA對小麥全蝕真菌的抑菌率達到70.22%,RGJA對白菜灰斑的抑菌率達到70.91%,從數據可以看出SLJA和RGJA對真菌具有一定的抑制效果。從兩種季銨鹽的結構式可以看出,之所以二者在真菌的抑制上具有較好的效果主要來自結構中的氮正離子的存在。

表1 化合物SLJA和RGJA抑制真菌數據Table 1 Antif ungal data of co mpounds SLJA and RGJA

2.2 兩種季銨鹽水劑對發芽數據的影響

兩種季銨鹽水劑對蘿卜種子發芽的數據見圖1。從圖1可以看出,在4 h統計的發芽率數據顯示各藥劑的發芽率只有SLJA-2,RGJA-3高于CK,其余的均低于CK;但是隨著時間的延長,在8 h時,發芽率均升高,升高的幅度不等;在16 h統計的數據可以看出,所有供試藥劑的發芽率均高于CK,與文獻[9]中的季銨鹽相類似,在種子的萌發上,本研究的季銨鹽SLJA和RGJA兩種化合物對蘿卜種子的發芽有一定的促進作用,其機理有可能是SLJA和RGJA兩種化合物能夠刺激植物體內細胞及其周圍的細胞壁的伸長來達到促萌發的作用。

圖1 不同化合物對蘿卜種子的發芽數據Fig.1 Ger mination data of different co mpounds on radish seeds

2.3 兩種季銨鹽水劑對生根的影響

兩季銨鹽水劑對蘿卜幼苗的生根影響的數據見表2。從表2可以看出,SLJA化合物的3個濃度對蘿卜幼苗的根長均有促進作用,且SLJA-2、SLJA-3對莖高也有促進作用,RGJA化合物在3個濃度下,對蘿卜幼苗的根長和莖高均有較顯著的促進作用,其中SLJA-2較CK主根增長3.18%,莖高增長3.42%,RGJA-2較CK主根長增長4.41%,達到顯著水平,其促進生根的機理可能是SLJA和RGJA兩種化合物對根部根尖的胞間連絲有刺激作用,這樣有利于植物體內的水、無機物質、生物大分子等物質的運輸,有利于傳遞植物發育的信號,從而有利于根尖強壯快速的生長。

表2 不同化合物對蘿卜幼苗的生根的影響Table 2 Rooting data of different co mpounds on radish seedlings

2.4 兩種季銨鹽水劑對蘿卜幼苗葉片的品質影響

兩種季銨鹽水劑對蘿卜幼苗葉片品質的影響見圖2。從圖2可以看出,兩種季銨鹽對蘿卜幼苗葉片的蛋白質含量、葉綠素含量和氨基酸含量上的影響不是很明顯,與CK相比較,沒有很顯著的優勢。也可以認為這兩種季銨鹽對植物前期的種子萌發和生根上的刺激作用較強,而在作物的后期發育過程中的品質改善上的效果并不大。

圖2 兩種季銨鹽水劑對蘿卜幼苗葉片品質的影響Fig.2 Quality data of radish seedling leaves treated with a mmoniu m salt solution

2.5 兩種季銨鹽水劑對田間樹木數據的影響

將兩種季銨鹽(0.80 mg·mL－1)分別使用于林間作物柳樹和國槐上,見表3和表4。從表3可以看出,SLJA-2采取灌根方式時的苗高成長促進率為28.26%,樹莖成長促進率為58.80%,RGJA-2采取灌根方式時的苗高成長促進率為44.61%,樹莖成長促進率為42.50%,而且采取灌根方式較葉面噴灑方式較有利于柳樹的增長。從表4可以看出,SLJA和RGJA采取灌根的方式比葉面噴灑有利于生長?？梢娺@兩種季銨鹽化合物再調控植物的農藝性狀上有著積極的作用,可以預計本文所用兩種季銨鹽化合物在林產業具有較大的生產實用價值和較大的發展空間。

表3 兩種季銨鹽水劑對柳樹田間促長數據的影響Table 3 Growt h pr o moting data of Salix babylonica with a mmoniu m salt solution

表4 兩種季銨鹽水劑對國槐田間促長數據的影響Table 4 Gro wt h pro moting data of Sophor a j aponica with a mmoniu m salt solution

3 結 論

通過季銨鹽化合物(山梨酰胺季銨鹽SLJA和肉桂酰胺季銨鹽RGJA)對真菌的抑制、對種子萌發及提高田間作物生長的研究發現,兩種化合物在1.6 mg·mL－1的濃度下對供試真菌的抑制率最高可達70%以上,對蘿卜種子的萌發率在16 h均高于CK,對蘿卜幼苗根長和莖高上均有較大程度的促進作用,但是在對幼苗葉片中的蛋白質含量、葉綠素含量及氨基酸含量上沒有達到顯著的差異,采取灌根的方式比葉面噴灑對柳樹具有增長作用,其中SLJA-2對柳樹灌根后苗高增長促進率為28.26%,樹莖增長促進率為58.8%,RGJA-2對柳樹灌根后苗高增長促進率為44.61%,樹莖增長促進率為42.50%?？梢娝玫膬煞N季銨鹽可以運用到農業上,對于種子萌發、真菌抑制、促進作物生長方面均具有較好的促進作用。