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摘要：以小麦品种淮麦30为材料，通过二次回归正交旋转组合设计，水杨酸、硅酸钾、甜菜碱3种药剂不同浓度的复配组合为处理，以小麦旗叶中测定的过氧化物酶（POD）活性为判断指标，确定小麦抗低温胁迫植物生长调节剂的最佳浓度和配方。结果表明，POD活性的二次回归正交组合旋转设计的模型的优化数学方程为：Y=13.386 05-0486 89X2 1.494 65X3-1.269 83X21-1.75279X22-1.836 91X1X2-1.04738X2X3 。通过对二次回归方程的方差分析，得出小麦抗低温胁迫的最适配方浓度为：硅酸钾浓度1 841 mg/L、水杨酸浓度50 mg/L、甜菜碱浓度468.2 mg/L。
关键词：小麦；低温胁迫；植物生长调节剂；研发；过氧化物酶（POD）
中图分类号： S482.8 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2015）03-0067-03
小麦冻害发生频率高，面积大、危害重，一直是許多地区农业生产主要自然灾害之一，在黄淮海地区冬麦、春麦区也常常发生[1-2]，给生产带来了严重的损失。应用植物生长调节剂可有效缓解低温伤害。目前，国内外科学家对低温胁迫下植物生长调节剂对蔬菜[3-5]、大田作物[6-10]、果树[11]生长的影响研究较多，并对抗寒机理进行了大量研究[9-12]。研究表明，甜菜碱（SA）作为渗透调节物质可以提高植物的抗寒性[5-6]。陈文超等研究发现，适宜浓度的诱导剂（甜菜碱）处理均能减轻辣椒幼苗的低温伤害程度，过氧化物酶（POD）活性均高于对照植株，呈先升后降趋势[3]。黄丽华等研究表明，甜菜碱浸种能够提高低温胁迫下幼苗脯氨酸含量、蛋白质含量及抗氧化酶的活性，降低丙二醛的积累量和相对电导率，提高植物幼苗的抗寒力[7]。齐付国等研究发现，经水杨酸处理后，小麦酶活性明显上升，对低温下膜的结构和功能具有一定的保护作用，从而提高了植物的抗寒性[8]。范琼花等研究发现，加硅处理后的小麦膜脂流动性大，酶活性提高，加硅处理可能参与了提高小麦的抗低温能力[10]。二次正交旋转组合设计通过统计软件对试验结果进行非线性数学模型拟合，将正交回归均匀和较高饱和程度融为一体的试验设计方法[13]。模型建立之后，可以从多角度对模型进行模拟分析，充分发掘模型所提供的信息[14]。本研究通过模拟小麦苗期低温胁迫条件，应用二次回归旋转组合设计的3因素5水平试验，研究外施复配植物生长调节剂对小麦幼苗抗低温胁迫能力的影响。
1 材料与方法
1.1 材料
冬小麦品种为淮麦30号，由江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所培育并提供。
1.2 幼苗培养
试验于2011—2012年在江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所园区内进行。种子用10%高锰酸钾消毒15 min，然后用蒸馏水反复清洗，最后放在滤纸上置于25 ℃恒温箱内催芽。将萌发后的种子播于塑料盆中，基质为蛭石。幼苗在温度（20±2） ℃、光照度（PAR）250 μmol/（m2·s）、相对湿度50%～60%、光照14 h/d的人工控制环境条件下生长。营养液采用Hoagland（霍格兰）营养液，pH值用KOH或H2SO4稀溶液调节至5.5，每4 d更换1次。
1.3 试验设计
参考单因素试验结果，并针对其不足，通过二次正交旋转回归法确定最佳植物生长调节剂浓度，因素水平见表1。当麦苗生长至2叶1心时（7 d），用复配浓度进行喷施后分为23个不同浓度的喷施处理，每个处理重复3次，8 d后将小麦转移至（-4±1） ℃的培养箱中生长，处理5 d后测定POD活性[15]。
1.4 数据分析与处理
试验数据采用DPS软件、 Microsoft Excel 2007对试验数据进行处理和方差分析并作图。
2 结果与分析
2.1 小麦叶片中POD活性
2.1.1 数学模型
将表2试验数据输入计算机经DPS统计软件处理，采用二次回归旋转组合试验统计方法对数据进行拟合[14，16]，建立POD活性与硅酸钾浓度（X1）、水杨酸浓度（X2）、甜菜碱浓度（X3）3个因子的数学回归模型，拟合结果见表2。
2.1.2 重建二次回归模型
从方差分析（表3）中各回归系数的显著水平P可以看出水杨酸浓度X2对POD活性在α=0.10水平显著，甜菜碱浓度X3对POD含量在α=0.01水平显著。各个因素对POD活性影响从强到弱依次为甜菜碱浓度>水杨酸浓度>硅酸钾浓度，表明甜菜碱对小麦叶片中POD活性的影响最强，其次是水杨酸的浓度，最后是硅酸钾的浓度。通过方差分析，剔除回归方程中α=0.10水平上的不显著项，得到简化后的回归方程为：
水平（468.2 mg/L），水杨酸浓度在0水平（50 mg/L），硅酸钾浓度在0水平（1 000 mg/L）。在此最佳浓度组合条件下通过实际试验得出POD最佳活性为11.69U/（g·min）。
2.1.5 浓度筛选的优化及验证
通过频率分析法[18-19]寻优，经DPS软件分析结果，活性大于11.69U/（g·min）的方案有32个，对数学回归模型分析结果见表4。
通过表4可以看出，在95%的置信区间内活性高于1169U/（g·min）的优化方案：硅酸钾浓度为-0.053～0.641，水杨酸浓度为-0.844～-0.286，甜菜碱浓度为0.800～1.297，取优化后测量条件的平均值方案，X1=0.294，X2=-0.565，X3=1.048。按照最优工艺对优化结果验证，实测POD活性Y=15.38U/（g·min），与其理论值Y=11.69 U/（g·min）接近，进一步验证了数学回归模型的合理性。 2.1.6 抗低温调理剂的田间药效试验 2013年在江苏省沭阳县陇集镇李徐村建立综合示范基地。试验地小麦品种为济麦22，抗低温调理剂试验品由江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所提供，用量1 500 mL/hm2，兑水450 kg/hm2，叶面喷施，试验面积1 333.4 m2。 喷施时间为2013年4月18日（4月19—21日发生寒潮，其中4月20日平均气温只有5.9 ℃，最低气温1 ℃左右）。4月25日田间随机调查受冻叶片、幼穗和籽粒等；小麦成熟后田间随机取样，统计未结实小花比例、产量结构、实际产量等。试验结果（表5）表明，与对照相比，喷施抗低温调理剂后受冻叶片率减少了59.1%，受冻穗数减少了55.6%，受冻粒数减少了33.3%，未结实小花数减少了33.3%，穗粒数增加了6.6%，千粒质量增加了4.88%，增产效果明显。
3 结论与讨论
本试验应用二次回归旋转组合设计得出小麦抗低温胁迫POD活性优化数学方程为Y=13.386 05-0.486 89X2 1494 65X3-1.269 83X21-1.752 79X22-1.836 91X1X2-1047 38X2X3 。通过此模型在试验范围内能较准确预测POD活性的测定量。通过贡献率法计算出在试验范围内各因子对小麦丙二醛（MDA）含量作用的大小依次为甜菜碱浓度>水杨酸浓度>硅酸钾浓度，表明甜菜碱对小麦叶片中POD活性的影响最大，其次是水杨酸的浓度，最后是硅酸钾的浓度。通过频率分析法得出小麦抗低温胁迫最优浓度硅酸钾为 1 841 mg/L、水杨酸为50 mg/L、甜菜碱为468.2 mg/L。比较小麦叶片中POD活性和MDA含量（本试验同时测定）的二次回归旋转组合试验的结果显示：小麦抗低温胁迫最适浓度中，硅酸钾浓度在2个指标的试验分析中均为1 841 mg /L，可以将其定为最终的最适浓度；而水杨酸、甜菜碱浓度在2个指标的试验中得出最适浓度不一致。根据方差分析结果，小麦抗低温胁迫POD活性和MDA含量的优化数学方程中的X2均不显著、X3显著，优先考虑X3，将X3选为468.2 mg/L，X2则为50 mg/L。植物生长调节剂作用复杂，在各种作物上发挥的作用及使用浓度各不相同，生产中使用单一调节剂存在一些不足[20]，复配植物生长调节剂可在一定程度上弥补这些不足，相关配方和浓度须在生产中反复试验、实践并逐步完善。
参考文献：
[1]李春燕，朱新开，王龙俊，等. 小麦苗期、拔节期冻害诊断与防御补救措施[J]. 江苏农业科学，2014，42（1）：71-72.
[2]李春燕，李東升，宋森楠，等. 小麦阶段性冻害的生理机制及预防途径研究进展[J]. 麦类作物学报，2010，30（6）：1175-1179.
[3]陈文超，杨博智，周书栋，等. 3种诱导剂对辣椒幼苗抗寒性的影响[J]. 湖南农业大学学报：自然科学版，2011，37（4）：396-399.
[4]Asghari M，Aghdam M S. Impact of salicylic acid on post-harvest physiology of horticultural crops[J]. Trends in Food Science
关键词：小麦；低温胁迫；植物生长调节剂；研发；过氧化物酶（POD）
中图分类号： S482.8 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2015）03-0067-03
小麦冻害发生频率高，面积大、危害重，一直是許多地区农业生产主要自然灾害之一，在黄淮海地区冬麦、春麦区也常常发生[1-2]，给生产带来了严重的损失。应用植物生长调节剂可有效缓解低温伤害。目前，国内外科学家对低温胁迫下植物生长调节剂对蔬菜[3-5]、大田作物[6-10]、果树[11]生长的影响研究较多，并对抗寒机理进行了大量研究[9-12]。研究表明，甜菜碱（SA）作为渗透调节物质可以提高植物的抗寒性[5-6]。陈文超等研究发现，适宜浓度的诱导剂（甜菜碱）处理均能减轻辣椒幼苗的低温伤害程度，过氧化物酶（POD）活性均高于对照植株，呈先升后降趋势[3]。黄丽华等研究表明，甜菜碱浸种能够提高低温胁迫下幼苗脯氨酸含量、蛋白质含量及抗氧化酶的活性，降低丙二醛的积累量和相对电导率，提高植物幼苗的抗寒力[7]。齐付国等研究发现，经水杨酸处理后，小麦酶活性明显上升，对低温下膜的结构和功能具有一定的保护作用，从而提高了植物的抗寒性[8]。范琼花等研究发现，加硅处理后的小麦膜脂流动性大，酶活性提高，加硅处理可能参与了提高小麦的抗低温能力[10]。二次正交旋转组合设计通过统计软件对试验结果进行非线性数学模型拟合，将正交回归均匀和较高饱和程度融为一体的试验设计方法[13]。模型建立之后，可以从多角度对模型进行模拟分析，充分发掘模型所提供的信息[14]。本研究通过模拟小麦苗期低温胁迫条件，应用二次回归旋转组合设计的3因素5水平试验，研究外施复配植物生长调节剂对小麦幼苗抗低温胁迫能力的影响。
1 材料与方法
1.1 材料
冬小麦品种为淮麦30号，由江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所培育并提供。
1.2 幼苗培养
试验于2011—2012年在江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所园区内进行。种子用10%高锰酸钾消毒15 min，然后用蒸馏水反复清洗，最后放在滤纸上置于25 ℃恒温箱内催芽。将萌发后的种子播于塑料盆中，基质为蛭石。幼苗在温度（20±2） ℃、光照度（PAR）250 μmol/（m2·s）、相对湿度50%～60%、光照14 h/d的人工控制环境条件下生长。营养液采用Hoagland（霍格兰）营养液，pH值用KOH或H2SO4稀溶液调节至5.5，每4 d更换1次。
1.3 试验设计
参考单因素试验结果，并针对其不足，通过二次正交旋转回归法确定最佳植物生长调节剂浓度，因素水平见表1。当麦苗生长至2叶1心时（7 d），用复配浓度进行喷施后分为23个不同浓度的喷施处理，每个处理重复3次，8 d后将小麦转移至（-4±1） ℃的培养箱中生长，处理5 d后测定POD活性[15]。
1.4 数据分析与处理
试验数据采用DPS软件、 Microsoft Excel 2007对试验数据进行处理和方差分析并作图。
2 结果与分析
2.1 小麦叶片中POD活性
2.1.1 数学模型
将表2试验数据输入计算机经DPS统计软件处理，采用二次回归旋转组合试验统计方法对数据进行拟合[14，16]，建立POD活性与硅酸钾浓度（X1）、水杨酸浓度（X2）、甜菜碱浓度（X3）3个因子的数学回归模型，拟合结果见表2。
2.1.2 重建二次回归模型
从方差分析（表3）中各回归系数的显著水平P可以看出水杨酸浓度X2对POD活性在α=0.10水平显著，甜菜碱浓度X3对POD含量在α=0.01水平显著。各个因素对POD活性影响从强到弱依次为甜菜碱浓度>水杨酸浓度>硅酸钾浓度，表明甜菜碱对小麦叶片中POD活性的影响最强，其次是水杨酸的浓度，最后是硅酸钾的浓度。通过方差分析，剔除回归方程中α=0.10水平上的不显著项，得到简化后的回归方程为：
水平（468.2 mg/L），水杨酸浓度在0水平（50 mg/L），硅酸钾浓度在0水平（1 000 mg/L）。在此最佳浓度组合条件下通过实际试验得出POD最佳活性为11.69U/（g·min）。
2.1.5 浓度筛选的优化及验证
通过频率分析法[18-19]寻优，经DPS软件分析结果，活性大于11.69U/（g·min）的方案有32个，对数学回归模型分析结果见表4。
通过表4可以看出，在95%的置信区间内活性高于1169U/（g·min）的优化方案：硅酸钾浓度为-0.053～0.641，水杨酸浓度为-0.844～-0.286，甜菜碱浓度为0.800～1.297，取优化后测量条件的平均值方案，X1=0.294，X2=-0.565，X3=1.048。按照最优工艺对优化结果验证，实测POD活性Y=15.38U/（g·min），与其理论值Y=11.69 U/（g·min）接近，进一步验证了数学回归模型的合理性。 2.1.6 抗低温调理剂的田间药效试验 2013年在江苏省沭阳县陇集镇李徐村建立综合示范基地。试验地小麦品种为济麦22，抗低温调理剂试验品由江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所提供，用量1 500 mL/hm2，兑水450 kg/hm2，叶面喷施，试验面积1 333.4 m2。 喷施时间为2013年4月18日（4月19—21日发生寒潮，其中4月20日平均气温只有5.9 ℃，最低气温1 ℃左右）。4月25日田间随机调查受冻叶片、幼穗和籽粒等；小麦成熟后田间随机取样，统计未结实小花比例、产量结构、实际产量等。试验结果（表5）表明，与对照相比，喷施抗低温调理剂后受冻叶片率减少了59.1%，受冻穗数减少了55.6%，受冻粒数减少了33.3%，未结实小花数减少了33.3%，穗粒数增加了6.6%，千粒质量增加了4.88%，增产效果明显。
3 结论与讨论
本试验应用二次回归旋转组合设计得出小麦抗低温胁迫POD活性优化数学方程为Y=13.386 05-0.486 89X2 1494 65X3-1.269 83X21-1.752 79X22-1.836 91X1X2-1047 38X2X3 。通过此模型在试验范围内能较准确预测POD活性的测定量。通过贡献率法计算出在试验范围内各因子对小麦丙二醛（MDA）含量作用的大小依次为甜菜碱浓度>水杨酸浓度>硅酸钾浓度，表明甜菜碱对小麦叶片中POD活性的影响最大，其次是水杨酸的浓度，最后是硅酸钾的浓度。通过频率分析法得出小麦抗低温胁迫最优浓度硅酸钾为 1 841 mg/L、水杨酸为50 mg/L、甜菜碱为468.2 mg/L。比较小麦叶片中POD活性和MDA含量（本试验同时测定）的二次回归旋转组合试验的结果显示：小麦抗低温胁迫最适浓度中，硅酸钾浓度在2个指标的试验分析中均为1 841 mg /L，可以将其定为最终的最适浓度；而水杨酸、甜菜碱浓度在2个指标的试验中得出最适浓度不一致。根据方差分析结果，小麦抗低温胁迫POD活性和MDA含量的优化数学方程中的X2均不显著、X3显著，优先考虑X3，将X3选为468.2 mg/L，X2则为50 mg/L。植物生长调节剂作用复杂，在各种作物上发挥的作用及使用浓度各不相同，生产中使用单一调节剂存在一些不足[20]，复配植物生长调节剂可在一定程度上弥补这些不足，相关配方和浓度须在生产中反复试验、实践并逐步完善。
参考文献：
[1]李春燕，朱新开，王龙俊，等. 小麦苗期、拔节期冻害诊断与防御补救措施[J]. 江苏农业科学，2014，42（1）：71-72.
[2]李春燕，李東升，宋森楠，等. 小麦阶段性冻害的生理机制及预防途径研究进展[J]. 麦类作物学报，2010，30（6）：1175-1179.
[3]陈文超，杨博智，周书栋，等. 3种诱导剂对辣椒幼苗抗寒性的影响[J]. 湖南农业大学学报：自然科学版，2011，37（4）：396-399.
[4]Asghari M，Aghdam M S. Impact of salicylic acid on post-harvest physiology of horticultural crops[J]. Trends in Food Science