外源褪黑素對苦蕎生理特性、產量及品質的影響

馬仲煉，龔健福，馬永翠，田 虹，劉德福，楊順強

（1.昭通學院農學與生命科學學院，云南 昭通 657000；2.西南大學食品科學學院，重慶 400716）

苦蕎（Fagopyrum tataricum）是一種蓼科（Polygonaceae）蕎麥屬（FagopyrumMill.）1 年生草本植物[1]，營養成分豐富，富含蘆丁、蕎麥堿、微量元素和多種維生素[2]，主要分布在我國西南云、貴、川等省的高寒山區或丘陵地區，這些地區水資源缺乏，交通不便，管理粗放，生產方式落后，品種混雜、老化，廣種薄收，苦蕎產量一直以來都處在較低的水平[3]。目前，苦蕎產量和品質的提高主要是通過控制土、水、肥、密等外部條件以及栽培措施來實現，但挖掘潛力有限。

化學調控技術是通過外源施加植物生長調節物質來調節作物生長發育、增加產量及改善品質的一種有效方法，有利于作物生產潛力的充分發揮[4]。褪黑素又稱褪黑激素、松果體素等，是一種小分子吲哚胺類物質，作為一種新型植物生長調節劑，具有調控根系發育、促進植株生長、延遲葉片衰老、增強采后果實抗氧化能力等生理功能[5-9]，且在植物響應非生物脅迫中發揮重要作用[10-11]。褪黑素在動物和植物中都存在，對人類健康有益[12]，在作物生產中使用褪黑素不會對環境和人類健康造成危害。朱恒達等[13]研究發現，噴施褪黑素能促進低溫下黃瓜幼苗生長，提高黃瓜幼苗葉片抗氧化酶活性和滲透調節能力，維持植物激素平衡，從而提高黃瓜幼苗耐冷性。陳麗珊等[14]研究發現，噴施褪黑素能改變高鹽脅迫下水稻幼苗激素代謝水平，提高抗氧化酶活性和碳氮代謝能力，促進水稻幼苗生長，增強水稻幼苗抵御鹽脅迫的能力。目前，關于褪黑素在作物上的研究主要集中在黑麥[15]、小麥[16]、油菜[17]、番茄[18]和黃瓜[19]等作物，在苦蕎上的研究尚未見報道。為此，研究不同濃度褪黑素對苦蕎生長、生理特性、產量和品質的影響，為褪黑素在苦蕎上的應用提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試苦蕎品種為昭苦2 號，由昭通市農業科學院選育；褪黑素購自云南科儀化玻有限公司（分析純，Macklin）。

1.2 試驗設計

試驗于2022 年3—7 月在昭通學院農學與生命科學學院校內試驗基地進行，采用盆栽（25.4 cm×17.8 cm）試驗，每盆穴播大小一致、飽滿的籽粒10粒，盆栽土為大田耕層土壤，每盆裝土壤7.0 kg，加入2 g 復合肥（金正大3+三硫酸鉀型，N∶P2O5∶K2O=16∶6∶24），待苦蕎苗3 片真葉時，每盆定植6 株?，F蕾時開始葉面噴施褪黑素，分別噴施0 μmol∕L（CK）、50μmol∕L（T1）、100μmol∕L（T2）和150μmol∕L（T3）褪黑素，每處理20 盆，每10 d 噴一次，共計2次，其他按常規田間管理。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 農藝性狀 在噴施褪黑素后的21 d，每盆隨機選取3株苦蕎進行農藝性狀的測定，包括株高、莖粗、有效分枝數和主莖節數。

1.3.2 生理指標 分別于第1 次噴施褪黑素后7、14、21 d 清晨進行取樣，每株取倒三葉，用于測定葉綠素a、b 含量，丙二醛（MDA）含量和可溶性蛋白含量。其中，葉綠素含量采用乙醇浸提法測定[20]，MDA 含量采用TBA 法測定[21]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍比色法測定[22]。

1.3.3 產量及其構成因素 苦蕎成熟后，測量單株粒數、單株粒質量和千粒質量。

1.3.4 品質指標 將苦蕎籽粒去皮粉碎過0.45 mm篩，測定可溶性蛋白、黃酮、可溶性糖、還原糖以及游離總氨基酸含量。其中，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍比色法測定[22]，黃酮含量采用紫外分光光度法測定[23]，可溶性糖含量采用蒽酮-硫酸法測定[24]，還原糖含量采用3-5 二硝基水楊酸法測定[24]，游離總氨基酸含量采用茚三酮法測定[24]。

1.4 綜合評價

為了能更好、更全面地評價褪黑素處理對苦蕎的影響，應用模糊隸屬函數對所測得的各項指標進行綜合評價。公式詳見式（1）。

式中：H（bi）為b處理i指標的隸屬值，Hbi為b處理i指標的測定值，Himax為該指標的最大值，Himin為該指標的最小值[25]；b為某個處理；i為某項指標。

若某個指標與作物的生長及生產呈負相關，則隸屬函數值計算公式詳見式（2）。

將某個處理的所有指標隸屬函數值累加，求平均值，即得該處理的綜合評價值，其公式詳見式（3）。

式中：Hb為綜合評價值，k為指標數。綜合評價值越大則效果越好。

1.5 數據處理

采用Excel 2010 對數據進行整理，采用SPSS 23.0 軟件Duncan’s 新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同濃度褪黑素對苦蕎農藝性狀的影響

由表1 可知，T1、T2、T3 處理苦蕎株高分別比CK 顯著提高16.19%、15.37%、7.29%，T1、T2、T3 處理間差異不顯著；T1、T3處理莖粗分別比CK顯著提高28.00%、22.00%，T1、T3處理間差異不顯著；T1處理主莖節數顯著高于其他處理，其中較CK 提高9.90%；有效分枝數在不同處理間無顯著差異。由此可知，噴施褪黑素能提高苦蕎株高和莖粗，尤其是T1處理。

表1 不同濃度褪黑素對苦蕎農藝性狀的影響Tab.1 Effect of different concentrations of melatonin on agronomic traits of tartary buckwheat

2.2 不同濃度褪黑素對苦蕎生理特性的影響

2.2.1 不同濃度褪黑素對苦蕎葉片葉綠素含量的影響 由表2可知，隨著生育進程的推進，苦蕎葉片葉綠素a 含量逐漸減小，噴施褪黑素能明顯增加葉片葉綠素a 含量。噴施褪黑素后7 d 和14 d 時，T1處理葉綠素a 含量比CK 顯著提高46.15% 和18.88%，T2、T3 處理與CK 間差異總體上不顯著，但均顯著低于T1 處理；噴施褪黑素后21 d 時，T1、T2、T3 處理葉綠素a 含量分別比CK 顯著提高7.58%、30.30%、4.55%，T2處理顯著高于T1、T3處理。不同處理苦蕎葉片葉綠素b 含量變化趨勢表現不一致。噴施褪黑素后7 d 時，T2、T3 處理葉綠素b 含量分別比CK 顯著降低11.76%、14.71%，T1 處理與CK 間差異不顯著；噴施褪黑素后14 d時，T1、T2處理葉綠素b 含量分別比CK 顯著提高18.18%、24.24%，T3 處理顯著低于CK；噴施褪黑素后21 d時，T1、T2、T3處理葉綠素b 含量分別比CK 顯著提高28.27%、133.33%、28.57%，T2處理顯著高于T1、T3處理。綜上，噴施褪黑素可以延緩葉綠素降解，以T1、T2處理效果較好。

表2 不同濃度褪黑素對苦蕎葉片葉綠素a、b含量的影響Tab.2 Effect of different concentrations of melatonin on contents of chlorophyll a and b in leaves of tartary buckwheatmg/g

2.2.2 不同濃度褪黑素對苦蕎葉片可溶性蛋白、MDA 含量的影響 由表3 可知，噴施褪黑素后7 d時，T1、T2、T3處理苦蕎葉片可溶性蛋白含量分別比CK 顯著提高14.78%、29.29%、36.15%，T2、T3 處理顯著高于T1 處理；噴施褪黑素后14 d 時，T1、T2、T3處理可溶性蛋白含量分別比CK 顯著降低23.78%、14.86%、16.14%，T2、T3處理顯著高于T1處理；噴施褪黑素后21 d時，T1、T2、T3處理可溶性蛋白含量分別比CK 顯著降低13.99%、20.99%、15.84%，T1、T3處理顯著高于T2 處理。綜上，隨著苦蕎葉齡的增加，噴施褪黑素會使苦蕎葉片可溶性蛋白含量降低，尤其是T1處理。

表3 不同濃度褪黑素對苦蕎葉片可溶性蛋白、MDA含量的影響Tab.3 Effect of different concentrations of melatonin on contents of soluble protein and MDA in leaves of tartary buckwheat

研究發現，MDA 含量常用來反映細胞膜損傷程度和植物抗逆性[26-27]。噴施褪黑素后7 d 時，T1、T2、T3處理葉片MDA含量分別比CK顯著降低18.72%、23.95%、20.97%，T1、T2、T3 處理間差異不顯著；噴施褪黑素后14 d 時，T1、T2、T3 處理的MDA 含量分別比CK 顯著降低10.64%、19.85%、10.54%，T1、T2、T3 處理間差異不顯著；噴施褪黑素后21 d 時，T1、T2、T3 處理的MDA 含量分別比CK 顯著降低20.85%、6.18%、19.22%，T1、T2、T3 處理間差異不顯著。綜上，噴施褪黑素可以顯著降低MDA 含量，降低葉片衰老引起的細胞膜損傷。

2.3 不同濃度褪黑素對苦蕎產量相關性狀的影響

從表4 可知，T2、T3 處理苦蕎單株粒數顯著高于其他處理，其中分別較CK 提高23.07%、15.71%，T2、T3 處理間差異不顯著，T1 處理與CK 間差異不顯著；T1、T2、T3 處理單株粒質量分別比CK 顯著提高17.63%、39.39%、17.63%，T1、T2、T3 處理間差異不顯著；T2 處理千粒質量比CK 顯著降低5.50%，T2、T3處理與CK間差異不顯著，這可能是由于噴施褪黑素后苦蕎單株粒數提高，營養供應不足造成籽粒不飽滿。由此可知，噴施褪黑素能有效提高單株粒數和單株粒質量，尤其是T2處理。

表4 不同濃度褪黑素對苦蕎產量相關性狀的影響Tab.4 Effect of different concentrations of melatonin on yield related traits of tartary buckwheat

2.4 不同濃度褪黑素對苦蕎品質的影響

由表5 可以看出，T2 處理苦蕎籽?？扇苄缘鞍缀匡@著高于其他處理，較CK 提高10.03%，CK、T1、T3 處理間差異不顯著；T1、T2、T3 處理籽?？扇苄蕴呛糠謩e比CK 顯著提高38.76%、19.56%、18.85%，T1處理顯著高于T2、T3處理；T1、T3處理籽粒黃酮含量均顯著高于CK 和T2 處理，其中分別較CK 提高8.39%、8.15%，T1、T3 處理間差異不顯著；T2處理籽粒還原糖含量顯著低于其他處理，其中較CK 顯著降低20.25%，CK、T1、T3 處理間差異不顯著；T1處理籽粒游離總氨基酸含量顯著高于其他處理，其中較CK 提高10.88%，T3 處理較CK 顯著降低14.21%，T2 處理與CK 間差異不顯著。綜上，T1 處理能顯著提高籽?？扇苄蕴?、黃酮和游離總氨基酸含量，T2 處理能顯著提高籽?？扇苄蕴?、可溶性蛋白含量，T3 處理能顯著提高籽粒黃酮、可溶性糖含量，總體以T1處理對苦蕎籽粒品質提升效果最好。

表5 不同濃度褪黑素對苦蕎品質的影響Tab.5 Effect of different concentrations of melatonin on the quality of tartary buckwheat

2.5 不同濃度褪黑素對苦蕎影響的綜合評價

由表6 可知，CK、T1、T2 和T3 處理的綜合評價值分別為0.451 8、0.572 3、0.494 4 和0.500 3，說明噴施褪黑素對苦蕎的生長發育、產量和品質有一定的益處，T1處理效果最佳，T3處理效果次之。

表6 不同濃度外源褪黑素對苦蕎影響的綜合評價Tab.6 Comprehensive evaluation of the effect of different concentrations of melatonin on tartary buckwheat

3 結論與討論

研究發現，褪黑素可以緩解環境脅迫對植物造成的傷害，促進植物形態建成，提高抗氧化酶活性，調節水分吸收，使根系能有效地吸收土壤水分和養分，并促進水分和養分通過輸導組織輸送到植物的地上部分[28-30]。本研究發現，噴施褪黑素使苦蕎莖粗、主莖節數和有效分枝數增加，以50μmol∕L 處理莖粗、主莖節數最高，100μmol∕L處理有效分枝數最多，隨著褪黑素濃度增加，株高、主莖節數降低。WANG 等[31]研究發現，100 μmol∕L 褪黑素延緩蘋果葉片衰老的效果最佳?？梢娡屎谒卦谥参锷a上的應用具有劑量效應，適量濃度的褪黑素有利于苦蕎生長。

光合作用是作物生長發育及產量形成的基礎[32]，在一定程度上葉綠素含量的高低直接反映光合作用的強弱[33]。褪黑素可以保護植物中的葉綠素，提高植物的光周期，增強植物的抗逆性[34]。褚晶等[35]研究發現，0.1 μmol∕L 褪黑素顯著提高小麥葉片中葉綠素a 和葉綠素b 含量，葉綠素a 和葉綠素b含量分別較不施褪黑素的對照提高20.5% 和15.7%。本研究發現，噴施褪黑素處理苦蕎葉綠素a、葉綠素b 含量在噴施后21 d 時均顯著高于CK，100μmol∕L 效果最好，說明褪黑素能有效緩解葉綠素的降解，這與陳忠誠等[32]研究發現的施用褪黑素可有效提高紅小豆葉片光合色素含量的結果一致。褪黑素是一種廣譜的抗氧化劑和自由基清除劑，可在應激條件下直接清除活性氧[36]。MDA 作為細胞膜脂過氧化反應產物會對生物膜造成嚴重傷害，其含量可衡量細胞膜脂過氧化程度[37]。劉領等[38]研究發現，施用褪黑素可以增強干旱脅迫下烤煙的抗氧化能力、光合能力以緩解干旱脅迫造成的傷害。本研究發現，噴施褪黑素可以顯著降低MDA 含量，有效增強細胞膜的穩定性，減輕葉片衰老引起的細胞膜損傷。

鄒京南等[39]研究發現，干旱脅迫下外源褪黑素可提高抗氧化酶活性，抑制活性氧的產生，增強碳同化能力，增加大豆單株莢數、單株粒數和百粒質量，使產量提高14.7%。本研究發現，噴施100μmol∕L 和150 μmol∕L 褪黑素處理苦蕎單株粒數和單株粒質量均顯著高于CK，但千粒質量反而低于CK，這可能是由于結實率高造成籽粒營養供應不足。周達等[40]研究認為，外源物質可以改變苦蕎的黃酮含量。本研究發現，50μmol∕L褪黑素能顯著提高籽?？扇苄蕴?、黃酮和游離總氨基酸含量，100μmol∕L 褪黑素能顯著提高籽?？扇苄缘鞍?、可溶性糖含量，150μmol∕L 褪黑素能顯著提高籽?？扇苄蕴?、黃酮含量。

綜上，噴施適宜濃度的外源褪黑素可以有效增加苦蕎葉片葉綠素含量，降低MDA 含量，提高單株粒數、單株粒質量。50μmol∕L褪黑素能顯著提高籽?？扇苄蕴?、黃酮和游離總氨基酸含量，100μmol∕L褪黑素能顯著提高籽?？扇苄缘鞍?、可溶性糖含量，150μmol∕L褪黑素能顯著提高籽?？扇苄蕴?、黃酮含量。但是噴施褪黑素處理會降低苦蕎千粒質量，較高濃度的褪黑素還會使籽粒還原糖、游離總氨基酸含量等降低。因此，褪黑素對苦蕎的作用還有待進一步深入研究。