外源噴施油菜素內酯對堿脅迫下甜菜生長的影響

劉 丹，郭廣昊，劉 磊，鄒春雷，武沛然，楊芳芳，王玉波，李彩鳳

(東北農業大學 農學院，哈爾濱 150030)

土壤鹽堿化一直以來是農業生產上所面臨的重要問題之一，同時鹽堿土也作為一種重要的后備土壤資源[1]。世界有三大鹽堿土聚集區，在中國黑龍江地區松嫩平原分布著全國面積最大的蘇打鹽堿地就是其中之一，其面積正以每年2萬hm2的速度擴增[2]。

甜菜是世界兩大糖料作物之一，也是北方地區重要的經濟作物，而且甜菜具有很強的耐鹽堿能力，對北方尤其對中國黑龍江松嫩平原大面積鹽堿土的修復、開發及利用具有明顯的作用，深入挖掘耐鹽堿潛力是目前甜菜研究的熱點問題，但是目前在栽培措施上，缺乏進一步提高甜菜耐鹽堿能力的技術，限制了甜菜在鹽堿地上的種植，同時也限制了鹽堿地的開發和利用。

油菜素內酯(Brassinosteroid，BR)又名蕓苔素內酯，廣泛存在于植物的花粉、種子、莖和葉等器官中，是國際上公認的一類高效、廣譜、無毒植物甾醇類生長激素[3]。BR能夠促進植物細胞分裂和增殖，同時BR可以提高細胞抵抗逆境的能力[4]。現有報道大多是將BR主要用于蔬菜作物抵抗逆境條件的研究，有關BR增強甜菜等農作物在逆境條件下的適應能力，改善其品質和提高其產量的報道很少。為此，本試驗重點研究在堿脅迫下苗期噴施不同質量濃度的外源BR對甜菜干物質量、光合特性、內源激素及塊根產量和含糖率的影響，以期為作物生產上施用外源激素增強其抗性，提高產量和品質提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試甜菜(BetavulgarisL.)品種為‘KWS0143’。

1.2 試驗設計

試驗于東北農業大學試驗站內進行。供試土壤為黑土，基礎肥力為速效氮155.26 mg·kg-1，速效磷38.3 mg·kg-1，速效鉀241 mg·kg-1，有機質44.84 g·kg-1。

化學肥料：按N 120 kg·hm-2，P2O590 kg·hm-2，K2O 60 kg·hm-2施入肥料，磷鉀肥和70%的氮肥作基肥一次性施入，30%氮作追肥。

堿性鹽為碳酸鈉和碳酸氫鈉(均無結晶水，分析純99.8%)摩爾比1∶2。堿性鹽占風干土(3%含水量)質量的1.05%，將基肥和堿性鹽與土壤攪拌均勻后裝桶，桶直徑30 cm。試驗共6個處理，分別為正常土壤(CK)、堿土(Alk)、BR 處理質量濃度分別為0.05 mg·L-1、0.1 mg·L-1、0.15 mg·L-1、0.2 mg·L-1(B5、B10、B15、B20)，每個處理12桶，共72桶。

除CK和Alk處理，其余處理待甜菜第2對真葉完全展開，連續2 d噴施不同質量濃度的BR。

噴施7 d和14 d后進行取樣，之后每隔25 d左右在晴天上午進行取樣，共4次，同時利用光合儀測定光合指標，10月1日收獲并測定產量和含糖率。每次取樣時，將各處理的植株裝入冰盒中帶回實驗室，迅速經液氮處理，并保存于-80 ℃超低溫冰箱中用于激素的測定，同時測定植株干物質量。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 植株干物質量 待植株完整取回后，用蒸餾水沖洗干凈，用濾紙吸干表面水，然后將地上部和地下部用刀快速切開，將其分裝后一并放入烘箱中105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒量，分別稱其地上部和地下部的干物質量，每個處理重復3次。

1.3.2 光合指標 利用CI-340手持式光合作用測定系統(CID，USA)，在8:00-10:00釆用CI-340紅藍光光源測定各處理葉片(相同朝向且最新完全展開的綠葉)凈光合速率(Pn)和氣孔導度(Gs)，各處理重復3次，每重復讀取3組數值并記錄其平均值，控制光合有效輻射(PAR)為1 500 μmol·m-2·s-1，相對濕度為83%～85%，葉室溫度為28～30 ℃，葉室CO2濃度為390 μmol·m-2·s-1。

1.3.3 內源激素 采用上海酶聯生物科技有限公司提供的酶聯免疫分析(ELISA)試劑盒進行測定。

樣本處理：將新鮮的甜菜葉片均勻剪碎，稱取0.5 g，經液氮迅速冷凍并保存于-80 ℃超低溫冰箱，備用。樣本取出后經液氮處理后研磨充分，加入一定量的PBS(pH 7.4)。利用離心機(型號MIKRO 220R)離心20 min左右(2 000～3 000 r·min-1)。收集上清液。分裝后一份待檢測，其余放于4 ℃冰箱，備用。用酶標儀在450 nm波長下測定吸光度(OD值)，通過標準曲線計算樣品中植物內源激素(BR、CTK、ABA、GA3)的含量。

1.3.4 含糖率 用便攜式折光儀測定含糖率。

1.4 數據分析

用Excel 2010軟件進行數據處理和制圖， 所有表中數據均以“平均數±標準差”表示，采用SPSS 22.0進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 BR對堿脅迫下甜菜干物質積累的影響

2.1.1 對地上部分干物質量的影響 由表1可以看出，葉面噴施BR后7 d(07-14)和14 d(07-21)，B15較堿處理地上部分干物質量均增加0.58 g；B20較堿處理增加0.49 g、0.57 g。地上部分干物質量隨BR質量濃度的增大呈現先上升后下降的趨勢，即B15>B20>B10>B5。取樣期間，B15顯著高于其他處理，9月3日取樣中，B15與CK的甜菜地上部分干物質量差異不顯著，B15較Alk干物質量增加1.28 g，且B15較Alk干物質量在各個取樣期均達到差異顯著水平。

注:同列數據后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note:Values within same columns with different letters are significantly different between treatments(P<0.05),the same below.

2.1.2 對地下干物質積累量的影響 堿處理在各個取樣期的根干物質積累量明顯小于CK，由表2可以看出，在葉面噴施BR之后的7 d和14 d，B5、B10、B15、B20分別較堿處理根干物質量增加0.04 g和0.07 g、0.15 g和0.1 g、0.02 g和0.06 g、0.21 g和0.19 g。甜菜根干物質量在各個取樣期整體呈現上升趨勢，同時伴隨生育期的推進，根干物質積累量呈現上升趨勢。9月3日，B15高于堿處理1.49 g，差異顯著。

2.1.3 對甜菜根冠比的影響 如圖1所示，處理7 d和14 d后，B10、B15、B20的根冠比分別為堿處理的1.11倍和1.22倍、1.06倍和1.09倍、1.18倍和1.23倍；B5、B10、B15、B20的根冠比分別為CK的72.0%、80.0%、88.0%、76.0%和80.0%、86.7%、93.3%、90.0%。8月14日，B5、B10、B15、B20的根冠比分別比堿處理高12.9%、20.3%、29.6%和27.7%，其中B15和B20較堿處理差異顯著。9月3日，B5、B10、B15、B20與堿處理相比，根冠比上升3.15%、7.4%、12.7%和7.4%；與CK相比根冠比降低16.3%、12.9%、8.6%和12.9%。B5、B10、B20與CK相比達差異顯著水平，B15與CK相比差異不顯著。

表2 不同質量濃度BR對甜菜塊根干物質量的影響Table 2 Effects of different mass concentrations BR on sugarbeet root dry matter mass

圖1 不同質量濃度BR對甜菜根冠比的影響Fig.1 Effects of different mass concentrations of BR on root and shoot ratio of sugar beet

2.2 BR對堿脅迫下甜菜葉片Pn和Gs的影響

由表3可見，隨著生育進程的推進，不同處理葉片Pn不斷增加，由于受到水分、外源激素、光照強度等條件的影響，Gs呈現先升高再下降的趨勢。堿處理在各取樣期與CK相比Pn分別下降55%、59%、45%和46%。噴施不同質量濃度的BR能夠增強甜菜葉片的Pn，8月14日，B5、B10、B15、B20與堿處理相比，Pn分別增加8.2%、1.6%、13.8%和16.1%。

堿處理在各取樣期相比CK的Gs分別下降約48%、54%、36%和35%，BR處理較堿處理Gs均有提升，其中B10在各個取樣期較堿處理分別上升39%、34%、30%和22%，B15在各個取樣期較堿處理分別上升119%、50%、44%和28%，B20在各個取樣期較堿處理上升77%、65%、35%和2%。堿處理下，葉面噴施不同質量濃度的BR可以明顯增強甜菜本身的Pn和Gs，而且在處理之后對甜菜有一個長時間的影響。

表3 不同質量濃度BR對堿脅迫下光合速率(Pn)和氣孔導度的影響(Gs)Table 3 Effects of different mass concentrations of BR on photosynthetic rate(Pn) and stomatal conductance(Gs) under alkali stress

2.3 BR對堿脅迫下甜菜內源激素質量濃度的影響

2.3.1 對ABA質量濃度的影響 如圖2 所示，處理中ABA質量濃度均小于堿處理，在噴施之后的第7天和第14天，B5、B10、B15、B20的ABA質量濃度與堿處理相比分別下降6.7%、10.1%、9.8%、7.1%和5.3%、6.8%、16.7%、9.5%，且各處理與堿處理之間均差異顯著。8月14日，B5、B10、B15、B20的ABA質量濃度與堿處理相比，分別下降1.2%、14.6%、18.3%、4.6%；分別為CK中ABA的1.24倍、1.07倍、1.03倍、1.20倍。B15與CK差異不顯著。這表明噴施BR可以顯著降低甜菜內源ABA的質量濃度，而且對于甜菜的影響有一定持續效應。

2.3.2 對內源BR質量濃度的影響 如下圖3所示，隨著生育期的促進，B5處理，內源BR質量濃度上升顯著高于CK和堿處理。外源BR會影響內源BR質量濃度，對于內源BR質量濃度的影響呈現出先降低再上升的趨勢。噴施BR之后的第7天，內源BR質量濃度均有顯著降低，隨著施用量的增加，質量濃度降低的越明顯，B5、B10、B15、B20葉片中內源BR較CK和堿處理分別下降13.8%、17.9%、17.8%、21.8%和7.0%、11.5%、11.4%、15.7%。其中B10、B15、B20與CK和堿處理達差異顯著水平。

圖2 不同質量濃度BR對堿脅迫下甜菜ABA質量濃度的影響Fig.2 Effects of different mass concentrations of BR on ABA mass concentration in sugar beet under alkaline stress

圖3 不同質量濃度BR對堿脅迫下內源BR質量濃度的影響Fig.3 Effects of different mass concentrations of BR on endogenous BR mass concentration under alkali stress

2.3.3 對CTK質量濃度的影響 如下圖4所示，甜菜葉片CTK質量濃度與內源BR質量濃度變化趨勢基本一致，經BR處理之后的各處理葉片內CTK質量濃度均呈上升趨勢。處理后7 d，B5、B10、B15、B20與堿處理相比，CTK質量濃度升高0.5%、0.7%、2.3%、-9.5%，各處理分別為CK的81%、81%、83%、73%。7月21日和8月14日，B5、B10、B15、B20分別比堿處理高12.7%、17.6%、3.1%、6.5%和23.2%、29.5%、33.9%、20.3%，CTK分別較CK高13.6%、18.5%、3.8%、7.3%和13.3%、19.2%、23.2%、10.6%。B5、B10、B15與CK和堿處理均達差異顯著水平。在8月14日取樣中，B15顯著高于其他各處理。

圖4 不同質量濃度BR對堿脅迫下CTK質量濃度的影響Fig.4 Effects of different mass concentrations of BR on CTK mass concentration under alkali stress

2.3.4 對GA3質量濃度的影響 如下圖5所示，BR處理之后，GA3質量濃度均有所提升，葉噴BR之后的7 d和14 d，甜菜葉片的GA3質量濃度隨BR質量濃度升高而呈下降趨勢，即B5>B10>B15>B20>CK>Alk。其中7月14日取樣，B5、B10、B15、B20分別高于堿處理20.9%、19.7%、17.8%和11.4%；在7月21日分別高于堿處理49.1%、46.9%、44.3%和34.9%；在8月14日分別高于堿處理19.0%、13.9%、29.7%和17.8%，各處理與堿處理均達差異顯著水平。在8月14日的取樣中B15中GA3質量濃度高于B5、B10、B20的9.0%、13.8%、10.0%，均呈差異顯著水平。這表明在甜菜苗期噴施低質量濃度的外源BR有助于提高甜菜葉片GA3的質量濃度。

2.3.5 對ABA與其他激素比值的影響 如圖6所示，從整體來看，堿處理ABA與各激素的比例明顯高于其他處理，且不同激素的比例間隨生育期的推移變化趨勢不同；CK變化趨勢基本一致，隨生育期的推進，ABA與其他激素比例的變化均呈先升高后降低的趨勢；BR處理后，各處理的ABA與其他激素的比例均低于堿處理Alk，且隨BR質量濃度的增加基本呈現出先降低后升高的趨勢，在B15處理達到最低。其中，ABA/GA3除B5處理，其余各BR處理的變化趨勢隨生育期的推移均與ABA/BR的變化趨勢一致；ABA/CTK除B10處理，其余各BR處理的變化趨勢隨生育期的推移均與ABA/BR的變化趨勢一致，這表明甜菜生長過程中，體內的CTK、GA3與BR呈顯著的正相關關系，在一定質量濃度范圍內，隨BR質量濃度的升高，ABA與其他3種激素的比例顯著下降。

圖5 不同質量濃度BR對堿脅迫下甜菜GA3質量濃度的影響Fig.5 Effects of different mass concentrations of BR on mass concentration of GA3 in sugar beet under alkali stress

圖6 不同處理條件下ABA與其他激素比值的變化Fig.6 Changes of ABA and other hormone ratios under different treatment conditions

2.4 BR對堿脅迫下塊根產量和含糖率的影響

如表4所示，隨著BR質量濃度的不斷加大，甜菜塊根產量呈現先上升再下降的趨勢。堿處理、B5、B10、B15、B20與CK相比，產量分別下降57.9%、56.1%、44.4%、33.7%和39.3%。B5、B10、B15、B20與堿處理相比產量分別上升4.2%、31.9%、57.3%和44.2%，B15與其他各處理間均達差異顯著水平。而噴施BR并沒有明顯提高甜菜含糖率，各處理間差異均不顯著。B5、B10、B15、B20與堿處理相比分別增加產糖量4.3 g、18.7 g、28 g和20.8 g，B10、B15、B20顯著高于堿處理和B5。說明噴施適宜質量濃度的BR會提高甜菜塊根產量。

3 討 論

植株干物質積累量是植株形態的重要性狀，能夠直觀地反映作物的生長狀況。而地下部與地上部的干物質量的比能夠反映出作物根系的發育情況，比例越大表明其根系發育越好，植株因此具有較強的吸收水分和礦物質的能力，根系的良好發育對于作物在逆境中生長具有積極的作用。

許多研究顯示，一定質量濃度的BR可以顯著提高植株的光合作用和抵抗逆境的能力。噴施0.1 mg·L-1BR可以有效緩解高溫脅迫對“巨峰”葡萄葉綠素含量和葉片Pn的影響[5]。在甜菜的糖分積累初期噴施0.1 mg·L-1BR，甜菜根部可以繼續膨大，根冠比達到最大，明顯高于對照處理[6]。經過BR浸種處理之后的小麥種子，其地上部分高度、根數、根長、地上部分干物質量與根干物質量均得到增大，地上部分的膜透性顯著降低，從而能夠顯著提高小麥抗鹽性[7]。但是高質量濃度的BR會抑制植株根系的生長，研究表明在馬鈴薯離體培養過程中，低質量濃度的BR(0.01 μg·L-1和0.1 μg·L-1)會促進根系生長，而質量濃度高于1 μg·L-1則會抑制根系的生長[8]。本試驗研究表明，在堿脅迫下噴施BR可在堿脅迫下顯著增加甜菜地上部和地下部的干物質量。當BR質量濃度達到0.15 mg·L-1時，甜菜地下部的干物質量最大；當質量濃度達到0.2 mg·L-1時地下部的干物質量小于0.15 mg·L-1，這也驗證了前人的試驗，低質量濃度會促進根系的生長而高質量濃度抑制根系發育，根據作物類型不同則會出現不同質量濃度的峰值。

表4 堿脅迫下不同質量濃度BR對于甜菜塊根產量和含糖率的影響Table 4 Effects of different mass concentrations of BR on root yield and sugar content of sugar beet under alkali stress

外源BR能夠提高葉片光合能力，進而提升植物對脅迫的抵抗能力。謝云燦等[9]研究外源BR緩解大豆高溫脅迫顯示，外源BR顯著提高了高溫脅迫大豆葉片凈Pn和干物質積累量；也有研究顯示，外源BR能夠使刺槐幼苗在鹽脅迫下維持一定的光合作用 ，并能維護葉綠體結構的完整性[10]。本試驗研究結果也表明，噴施BR后可提高甜菜葉片的光合能力和干物質量。但楊艷君等[11]研究發現，隨著外源BR質量濃度的升高，谷子葉片的凈Pn呈先上升后下降的趨勢，這與本試驗研究結果不一致；而干物質積累量則均呈現先上升后下降的趨勢，這可能是甜菜的葉片寬大，高質量濃度的BR同時伴隨著高強度的呼吸作用，消耗了有機物，因而干物質量并沒有繼續增加。

前人研究發現，經過1 μmol·L-1BR處理水稻根系在12 h和24 h后， CTK和GA3的質量濃度顯著上升，而IAA和ABA質量濃度與對照相比沒有明顯變化[12]，但不同的是，當油菜在受到高溫脅迫時，其內源ABA和BR質量濃度都得到顯著提高，施加外源BR可以顯著提高短期內高溫脅迫下油菜葉片的內源ABA質量濃度[13]，這與本試驗中在堿脅迫下，外源BR對ABA質量濃度的影響所致的變化相反。還有研究發現，弱光脅迫可以降低番茄植株葉片中IAA、GA3和BR的質量濃度，提高ABA質量濃度；而在施用BR之后，IAA、GA3和BR的質量濃度升高，ABA質量濃度降低，促進葉片生長發育，緩解弱光脅迫對果實產量及品質的不利影響[14]，這與本試驗結果基本一致。出現2種不同情況的原因可能是不同植物所需的BR量的差異所致。在甜菜生長過程中前期外源噴施BR可以在短期內抑制內源BR的合成，隨著生育期的推進，在生長后期則提高甜菜內源BR的質量濃度，同時降低葉片內源ABA的質量濃度，提高葉片CTK和GA3質量濃度，從而提高甜菜的生長適應能力，緩解堿脅迫，增強甜菜的抗逆性，提高產糖量。

本試驗僅在甜菜苗期對其進行噴葉處理，對于在其不同生育期分別噴施BR對堿脅迫產生的影響還有待進一步研究。

4 結 論

苗期葉面噴施BR可以增加堿脅迫下甜菜地上部和根干物質量，短期內會顯著降低甜菜內源BR質量濃度，但在生長后期則增加其質量濃度，同時降低葉片內源ABA，提高CTK和GA3質量濃度，提高堿處理的塊根產量和產糖量，其中葉面噴施0.15 mg·L-1效果最佳。試驗結果表明，苗期噴施適宜質量濃度的BR可以緩解堿土對甜菜生長的脅迫，增加干物質積累，增強甜菜的光合作用及降低葉片ABA與其他激素的比值，提高甜菜的抗堿能力。