冠菌素(coronatine，以下简称COR)(化学名称为(1S,2S)-2-乙基-1-({[(3aS,6R,7aS)-6-乙基-1-氧代-2,3,3a,6,7,7a-六氢-1H-茚-4-基]羰基}胺基)环丙甲酸，是茉莉酸的结构类似物，由一个含α-氨基酸的冠烷酸(coronamic acid,CMA)和一个聚酮结构的冠菌酸(coronafacic acid,CFA)以酰胺键联结而成，其分子式为C₁₈H₂₅NO₄，化学结构见Scheme 1^[1]。其生理功能与茉莉酸相似，但其生理活性远高于茉莉酸及其甲酯，可引起植物萎黄病和细胞壁加厚，同时还具有控制植物生长、促进成熟衰老、促进器官脱落和增强植物抗逆性等作用^{[2, 3, 4, 5]}。

Scheme 1

研究已表明，外源生长调节物质如烯效唑^[6]、表高油菜素内酯^[7]和脱落酸^[8]等可影响幼苗生长，促进幼苗发育，提高幼苗抗性，培育壮苗。茉莉酸及其甲酯已被证明与植物生长发育的多个进程如种子萌发、根系生长、植株育性、果实成熟和衰老以及植株抗逆性等有关^{[9, 10, 11]}。作为植物生长调节剂，COR对玉米生长及抗性的影响已有一些研究报道。如汪宝卿等^[12]在用20%聚乙二醇(PEG)模拟干旱和控制浇水的沙培干旱试验中发现，COR可通过增加细胞渗透调节能力、降低气孔导度、激活抗氧化酶系统及激素系统的再平衡来提高玉米幼苗的耐旱性。卫晓轶等^[13]发现，在玉米拔节期用COR喷施处理，可显著降低玉米株高、穗位高度和节间长度，提高玉米产量。

本研究在大田条件下，采用不同浓度的COR进行拌种和三叶期叶面喷施处理，通过研究COR对春玉米苗期地上部形态建成、生物量积累和根系形成的调控作用，探讨COR对春玉米苗期形态建成的调控效应，以期为玉米生产中培育壮苗提供新的技术手段。 1 材料与方法 1.1 供试材料及主要仪器

供试玉米(Zea may L.)品种为金海5号，由中国农业大学玉米中心提供。冠菌素(coronatine，COR) 由中国农业大学作物化学控制研究中心发酵生产，分离纯化后经高效液相色谱法标定其纯度质量分数为91.8%，用甲醇稀释并配制成10 mg/L的母液，使用时用水稀释至所需浓度。

Yaxin 1241叶面积仪(北京雅欣理仪科技有限公司)；Epson V700 根系扫描仪 (Seiko Epson Corporation,Japan)； SPAD-502叶绿素仪(Konika Minolta Sensing Inc.,Japan) 1.2 试验设计

试验于2011年4—9月在河北省沧州市吴桥县中国农业大学吴桥试验站(37°41′N,116°37′E)进行。试验地土质为沙壤土，其理化性质(质量分数)为有机质15.8 g/kg，全氮1.27 g/kg，有效钾121.1 mg/kg，有效磷40.8 mg/kg。玉米生长季气象条件见图 1。试验采用春玉米单作，于4月30日播种，种植密度为60 000株/hm²，行距为60 cm。播前深翻旋耕，每公顷施肥质量(kg)的比例为m(N)∶ m(P₂O₅)∶m(K₂O)=220∶90∶90。

图 1

图 1 2011年春玉米生长季月降雨量和平均温度 Fig. 1 Monthly rainfall distribution (Bar) and mean temperature (Line) during maize growing season in 2011

COR处理质量浓度分别为0、0.01、0.1、1和10 mg/L；试验设拌种和三叶期叶面喷施两种处理方式：1)拌种处理。于播种前1 d按V(COR/mL)∶m(种子/g)=1∶50的比例室温拌种过夜。2)三叶期喷施处理。用药量为450 kg/hm²(每小区约1.53 kg)。以喷施等体积的水作为对照。小区面积为7 m×4.8 m，4次重复，裂区设计，COR处理方式为主区。 1.3 测定项目及方法

于三叶期喷施处理后7 d(4展叶，V₄)和15 d(6展叶，V₆)时，每小区选长势一致的植株5株整株连根系挖出(以玉米为中心，人工挖取长×宽×深为40 cm×40 cm×40 cm的土体^[14])，地上部用于株高、茎粗、叶面积和干物重调查。株高用卷尺测定生理株高，茎粗用游标卡尺测定茎基部最大直径，叶面积采用Yaxin 1241叶面积仪扫描单株所有展开叶及可见叶的展开部分。干物重在105 ℃下杀青0.5 h后于80 ℃烘至恒重。

根系经冲洗后，用根系扫描仪扫描成像。图片用 WinRHIZO 5.0 (Regent Instruments Inc.,Quebec City,Canada) 分析得到根系长度、表面积、直径和根系总容积；然后经烘干称重。

V₄和V₆时期，利用SPAD-502 叶绿素仪(Chlorophyll Meter Model SPAD-502，Konica Minolta Sensing,Inc. Japan)测定最上部展开叶SPAD(Soil and Plant Analyzer Development)值(叶绿素相对含量)；取最上部展开叶叶片中部用于测定可溶性蛋白含量^[15]。

结果用Excel 2003分析作图，SSPS 17.0 进行统计分析。 2 结果与分析 2.1 冠菌素对玉米苗期植株生物量积累的调控 2.1.1 冠菌素拌种处理对玉米植株生物量的影响

Table 1表 1(Table 1)

表 1 冠菌素拌种和叶面喷施处理对玉米苗期植株干物质积累和根冠比的影响 Table 1 Effect of COR on biomass accumulation and R/T of maize seedling treated by seed dressing and foliar spray 冠菌素 处理 COR/ (mg/L) 生育时期Growth stage V 4 stage V 6 stage 地上部干重 Shoot dry weight/g 根干重 Root dry weight/g 总生物量 Total biomass/g 根冠比 R/T 地上部干重 Shoot dry weight/g 根干重 Root dry weight/g 总生物量 Total biomass/g 根冠比 R/T 拌种 Seed dressing 0 1.31±0.10 a 0.24±0.02 a 1.55±0.17 a 0.17±0.02 b 6.03±0.67 a 0.61±0.08 a 6.80±0.86 a 0.10±0.02 a 0.01 1.34±0.11 a 0.22±0.02 a 1.55±0.20 a 0.17±0.03 b 6.08±0.93 a 0.63±0.13 a 6.91±1.21 a 0.10±0.03 a 0.1 1.23±0.17 ab 0.22±0.02 a 1.48±0.33 a 0.19±0.03 ab 6.71±0.70 a 0.69±0.11 a 7.49±1.10 a 0.10±0.03 a 1 1.13±0.14 b 0.23±0.05 a 1.45±0.37 a 0.20±0.03 a 6.12±0.70 a 0.61±0.13 a 7.11±1.08 a 0.10±0.03 a 10 1.14±0.10 b 0.20±0.04 a 1.35±0.20 a 0.18±0.04 ab 5.13±0.63 b 0.51±0.11 b 5.92±0.73 b 0.10±0.02 a 三叶期喷施 Foliar spraying at V 3 stage 0 1.28±0.11 b 0.22±0.02 b 1.52±0.13 b 0.17±0.01 a 8.21±0.66 a 0.82±0.12 b 9.00±0.72 ab 0.10±0.01 a 0.01 1.33±0.13 b 0.24±0.03 b 1.56±0.12 b 0.17±0.02 a 8.13±1.51 a 0.86±0.15 b 8.92±1.67 ab 0.11±0.01 a 0.1 1.75±0.29 a 0.30±0.03 a 2.17±0.27 a 0.18±0.02 a 8.34±0.39 a 1.04±0.12 a 9.41±0.50 a 0.11±0.01 a 1 1.71±0.15 a 0.29±0.03 a 2.13±0.19 a 0.16±0.02 a 8.14±0.39 a 0.83±0.07 b 8.97±0.31 ab 0.11±0.01 a 10 1.32±0.18 b 0.22±0.04 b 1.55±0.19 b 0.16±0.02 a 7.03±0.49 b 0.77±0.09 b 7.82±0.40 b 0.11±0.02 a 注：数据经Duncan氏新复极差检验，同列不同字母表示0.05水平差异显著。 Note: Data were tested by Duncan’s multiple range tests. The different letters in the same column indicated significant difference at 0.05 level.

表 1 冠菌素拌种和叶面喷施处理对玉米苗期植株干物质积累和根冠比的影响 Table 1 Effect of COR on biomass accumulation and R/T of maize seedling treated by seed dressing and foliar spray

由表 1数据可看出：在V₄期，0.1 mg/L COR 处理植株地上部干重、根干重和总生物量均达到最大值，分别比对照高36.7%、36.4%和42.8%，而后随着处理浓度增加或降低均呈现下降趋势；植株根冠比在各处理间差异未达到显著水平。在V₆期，与对照相比，10 mg/L COR处理的地上部干重显著(P < 0.05)降低，而0.1 mg/L COR处理的根干重和总生物量显著(P < 0.05)提高；植株根冠比各处理间差异未达到显著水平。 2.2 冠菌素对玉米苗期植株地上部形态的调控 2.2.1 冠菌素对玉米苗期植株株高的调控

图 2A显示：低浓度( < 0.1 mg/L)COR拌种处理对玉米幼苗株高没有显著影响，而1 mg/L拌种却显著 (P < 0.05)降低了V₄期玉米株高，但当植株生长至V₆期时，处理与对照间在P < 0.05水平上差异不显著；10 mg/L COR拌种处理植株株高在V₄和V₆期均显著(P < 0.05)低于对照。图 2B 显示：0.1 mg/L和1 mg/L COR叶面喷施处理显著(P < 0.05)提高了V₄期植株株高，而其他各处理间差异不显著；在V₆期，0.1 mg/L COR叶面喷施处理植株株高显著(P < 0.05)高于其他各处理，而1 mg/L COR叶面喷施处理植株株高显著(P < 0.05)高于10 mg/L COR处理。

图 2

注：数据经Duncan氏新复极差检验，不同字母表示0.05水平差异显著。 Note: Data were tested by Duncan’s multiple range tests. The different letters indicated significant difference at 0.05 level. 图 2 冠菌素拌种(A)和叶面喷施(B)对玉米苗期植株株高的影响 Fig. 2 Effect of COR on plant height of maize seedling treated by seed dressing (A) and foliar spraying (B)

COR拌种处理在V₄期的玉米植株基部茎粗与对照相比差异不显著，但在V₆期10 mg/L COR处理茎粗显著(P < 0.05)小于0.1 mg/L COR处理(图 3A )。0.1 mg/L和1 mg/L COR叶面喷施处理显著(P < 0.05)提高了V₄期植株茎粗，而其他各处理间差异不显著；在V₆期，10 mg/L COR叶面喷施处理植株茎粗显著(P < 0.05)低于其他各处理，其他各处理间差异不显著(图 3B)。

图 3

数据经Duncan氏新复极差检验，不同字母表示0.05水平差异显著。 Note: Data were tested by Duncan’s multiple range tests. The different letters indicated significant difference at 0.05 level. 图 3 冠菌素拌种(A)和叶面喷施(B)对玉米苗期植株茎粗的影响 Fig. 3 Effect of COR on shoot diameter of maize seedling treated by seed dressing (A) and foliar spraying (B)

1 mg/L和10 mg/L COR拌种处理V₄期植株叶面积分别比对照减少了13.9 %和20.0 %，而其他各处理间差异不显著(P < 0.05)(图 4A)。COR拌种处理在V₆期植株叶面积随COR质量浓度增大呈单峰曲线，其中0.1 mg/L 处理显著(P < 0.05)高于其他处理。而10 mg/L处理则显著(P < 0.05)低于其他处理，其中分别比对照和0.1 mg/L COR处理低13.4%和26.9%(图 4A)。COR叶面喷施对V₄和V₆期单株叶面积的调控与拌种处理相似。其中0.1 mg/L和1 mg/L COR处理的V₄期叶面积显著(P < 0.05)高于其他处理，而0.01 mg/L COR处理的V₆期叶面积与0.1 mg/L和1 mg/L COR处理间没有显著差异，但均显著(P < 0.05)高于对照和10 mg/L COR处理(图 4B)。

图 4

注：数据经Duncan氏新复极差检验，不同字母表示0.05水平差异显著。 Note: Data were tested by Duncan’s multiple range tests. The different letters indicated significant difference at 0.05 level. 图 4 冠菌素拌种(A)和叶面喷施(B)对玉米单株叶面积的影响 Fig. 4 Effect of COR on leaf area of maize seedling treated by seed dressing (A) and foliar spraying (B)

0.01 mg/L和0.1 mg/L COR拌种处理显著(P < 0.05)提高了V₄期叶片中叶绿素相对含量(SPAD值)，其他各处理间SPDA值在P < 0.05水平差异不显著(图 5A)。而在V₆期COR各拌种处理与对照间差异均不显著(P < 0.05)。1 mg/L COR叶面喷施处理可显著(P < 0.05)提高V₄期叶片的SPAD值，其他各处理间差异不显著；而在V₆期，0.01~10 mg/L COR叶面喷施处理均可显著(P < 0.05)增加叶片SPAD值，其中0.01 mg/L处理叶片SPAD值最大(图 5B)。

图 5

注：数据经Duncan氏新复极差检验，不同字母表示0.05水平差异显著。 Note: Data were tested by Duncan’s multiple range tests. The different letters indicated significant difference at 0.05 level. 图 5 冠菌素拌种(A)和叶面喷施(B)对玉米叶片叶绿素相对含量(SPAD值)的影响 Fig. 5 Effect of COR on SPAD values in maize seedling treated by seed dressing (A) and foliar spraying (B)

1 mg/L COR拌种处理显著(P < 0.05)提高了V₄期叶片可溶性蛋白含量(比对照提高12.8%)，而10 mg/L COR拌种处理则显著(P < 0.05)降低了叶片可溶性蛋白的含量(比对照降低7.9%)(图 6A)。在V₆期，低浓度( < 1 mg/L)COR拌种处理对叶片可溶性蛋白含量无显著影响，但10 mg/L COR拌种处理可溶性蛋白含量却比对照下降8.5%，差异显著(P < 0.05)。0.1 mg/L COR叶面喷施处理显著(P < 0.05)提高了V₄和V₆期叶片可溶性蛋白含量，而其他各处理间在V₄期无显著差异，但在V₆期，1 mg/L和10 mg/L COR叶面喷施处理叶片可溶性蛋白含量显著(P < 0.05)低于其他各处理(图 6B)。

图 6

注：数据经Duncan氏新复极差检验，不同字母表示0.05水平差异显著。 Note: Data were tested by Duncan’s multiple range tests. The different letters indicated significant difference at 0.05 level. 图 6 冠菌素拌种(A)和叶面喷施(B)对玉米叶片可溶性蛋白含量的影响 Fig. 6 Effect of COR on the soluble protein content in maize seedling treated by seed dressing (A) and foliar spraying (B)

COR处理对玉米苗期总根长、根总表面积、根直径和总容积的调控与地上部形态相似，也呈现为单峰曲线(表 2)。在V₄期，COR拌种和三叶期喷施处理的总根长和根总表面积均在0.1 mg/L COR处理下达到最大值，且显著(P < 0.05)高于其他各处理；而COR拌种和三叶期喷施处理根系平均直径则在0.01 mg/L COR处理时达到最大，但10 mg/L COR拌种显著(P < 0.05)降低根总容积。在V₆期，0.1 mg/L COR 拌种和三叶期喷施处理显著(P < 0.05)提高了玉米苗期植株总根长、根总表面积和根容积，其他各处理随着COR质量浓度增加或降低均低于0.1 mg/L COR处理；拌种处理根系平均直径随COR质量浓度增加有减小趋势，其中1 mg/L和10 mg/L COR处理分别比对照减小12.2%和6.3%，差异显著(P < 0.05)。

Table 2表 2(Table 2)

表 2 冠菌素拌种和三叶期喷施对玉米幼苗根系形态的影响 Table 2 Effect of COR on root morphology of maize seedling treated by seed dressing and foliar spraying 冠菌素 处理 COR/ (mg/L) 生育时期Growth stage V 4 stage V 6 stage 总根长 Length/ cm 根总表面积 Surf area/ cm 2 根直径 Diameter/ mm 根容积 Root volume/ cmh 3 总根长 Length/ cm 根总表面积 Surf area/ cm 2 根直径 Diameter/ mm 根容积 Root volume/ cm 3 拌种 Seed dressing 0 291±32 b 68.7±6.5 b 0.70±0.03 b 1.30±0.14 a 342±25 bc 110±11 b 1.01±0.05 a 2.83±0.41 bc 0.01 286±20 bc 70.7±3.4 ab 0.80±0.05 a 1.35±0.08 a 390±24 a 121±9 ab 0.99±0.08 ab 2.93±0.58 b 0.1 353±6 a 76.8±2.5 a 0.73±0.00 b 1.35±0.05 a 407±30 a 132±11 a 0.98±0.04 ab 3.35±0.23 a 1 273±12 bc 64.8±6.0 b 0.73±0.02 b 1.29±0.09 a 370±35 ab 110±7 b 0.90±0.06 c 2.50±0.48 cd 10 262±20 c 57.6±5.3 c 0.72±0.00 b 1.04±0.07 b 305±37 c 94±7 c 0.95±0.05 bc 2.32±0.20 d 三叶期喷施 Foliar spraying at V 3 stage 0 332±28 bc 80.3±6.8 b 0.76±0.05 bc 1.55±0.26 a 459±21 b 137±13 a 0.93±0.04 a 3.27±0.43 a 0.01 351±41 bc 87.6±15.7 ab 0.87±0.04 a 1.67±0.35 a 586±69 a 161±27 a 0.90±0.13 a 3.57±0.98 a 0.1 401±39 a 92.7±9.2 a 0.74±0.03 c 1.74±0.13 a 661±59 a 176±42 a 0.85±0.16 a 3.82±1.20 a 1 372±26 ab 86.7±7.8 ab 0.73±0.06 c 1.57±0.19 a 455±53 b 137±38 a 0.96±0.06 a 3.24±0.97 a 10 326±55 c 82.3±13.3 ab 0.79±0.04 b 1.65±0.31 a 447±44 b 141±27 a 0.92±0.05 a 3.32±0.59 a 注：数据经Duncan氏新复极差检验，同列不同字母表示0.05水平差异显著。 Note: Data were tested byDuncan’s multiple range tests. The different letters in the same column indicated significant difference at 0.05 level.

表 2 冠菌素拌种和三叶期喷施对玉米幼苗根系形态的影响 Table 2 Effect of COR on root morphology of maize seedling treated by seed dressing and foliar spraying

前人研究发现，COR对植物生长有一定的调控作用，但不同浓度的COR对作物幼苗生长的影响有明显差异。如高浓度的 COR可抑制水稻幼苗的干物质积累，而低浓度的COR则有一定的促进作用^[17]。本研究表明：低浓度(0.1 mg/L)COR 处理下玉米幼苗的生长包括株高伸长、茎粗和叶面积增大，根系伸长、增粗，根表面积增大和生物量积累等均随COR质量浓度增大而逐渐升高；但高浓度(10 mg/L) COR处理结果则相反，表现为对玉米幼苗生长的显著抑制。这与前人的研究相似，如Li等^[17]研究表明，用0.01和0.1 μmol/L COR处理冬小麦，可显著增加幼苗干重和根系长度，提高根冠比，扩大根表面积。艾林等^[16]以不同浓度的COR对旱稻297和水稻越富进行浸种处理，发现低浓度(10^-8～10^-7mol/L)的冠菌素处理可促进旱稻幼苗根系生长和干物质积累，而高浓度(≥10^-5mol/L)的COR处理使旱稻和水稻幼苗的株高、根系活力、干物质积累均明显降低。

本研究表明，COR在适宜浓度如0.1 mg/L下拌种或叶面喷施均能显著提高玉米植株单株叶面积和叶绿素含量，同时显著提高了叶片可溶性蛋白含量。由于叶片中可溶性蛋白的50% 以上是Rubisco^[18]，这表明COR可以调节玉米的光合功能，从而导致生物量积累显著增加。类似研究如高伟等^[19]以水稻日本晴为材料，发现干旱胁迫下COR处理可促进幼苗的可溶性蛋白积累，提高生物量；周于毅等^[20]对小麦灌浆期高温胁迫的研究发现，灌浆前喷施0.1 μmol/L COR可维持小麦旗叶较高的相对含水量，增强小麦旗叶的光合能力，并最终提高粒重和产量。

本研究中，比较COR拌种和三叶期叶面喷施两种处理方式发现，COR拌种处理对地上部的生长包括株高、茎粗和生物量积累等主要表现为抑制作用，但对根系生长包括根长、根表面积和根干重等主要表现为低浓度促进、高浓度抑制作用，并显著提高了根冠比；而三叶期喷施对地上部和地下部均表现为低浓度促进、高浓度抑制作用，对根冠比影响不显著。这可能是由于两方面原因造成的：一方面处理方式和处理部位不同，拌种处理是在种子萌发和幼苗建成初期进行，可能更有利于促进根的生长，而在三叶期进行叶面喷施处理在调控地上和地下部生长的同时对地上部的作用更强；另一方面由于春玉米苗期气温较低，生长较慢，从播种至V₄时期间隔时间较长(31 d)，影响了拌种效果，而从三叶期喷施处理至V₄时期间隔时间较短(6 d)，COR对植株生长调控效果显著，而随着时间延长，至V₆期其调控效应减弱。两种处理方式调控效应的结果是类似的。

综上所述，适宜浓度的COR拌种或叶面喷施处理可调节玉米苗期植株株高和茎粗生长，增加单株叶面积，提高叶片叶绿素和可溶性蛋白含量，促进植株干物质积累。同时，COR促进了玉米苗期根系生长，增加了其根长和根表面积，进而可有效增加根系吸收能力。