高海拔繁育對藜麥耐鹽性的影響

韋良貞，郭曉農,2*，柴薇薇*，江田田，袁 爽

（1.西北民族大學生命科學與工程學院，甘肅蘭州730030；2.西北民族大學生物醫學研究中心生物工程與技術國家民委重點實驗室，甘肅蘭州730030）

由于全球氣候變化、工業污染加劇及化肥不正確使用等因素的影響，土壤鹽漬化問題日益嚴重。目前全世界鹽堿地面積約9.54億hm2，我國現有各類鹽堿土地共9 913萬hm2[1]，主要分布在西北地區，其中甘肅省鹽漬土壤面積約為141.3萬hm2[2]。因此，利用和改良鹽漬化土壤已經成為西北地區農業生產亟需解決的關鍵問題。前人研究表明，種植耐鹽堿植物是利用和改良鹽漬化土壤最直接有效的方式[3]。藜麥（Chenopodium quinoaWild）是一種耐鹽堿的糧食作物，又被稱為藜谷、奎藜，是藜科藜屬雙子葉植物，原產地主要分布在南美洲安第斯山脈海拔2 800～4 200 m的玻利維亞、厄瓜多爾和秘魯等地，距今已有7 000多年歷史，是古代印第安人的傳統食物，被印加民族稱為“糧食之母”[4-5]。藜麥富含大量高品質蛋白質和多種人體必需氨基酸，被聯合國糧農組織（FAO）認定為唯一一種單體植物即可滿足人體基本物質需求的完美全營養食品[6-7]。

在高海拔鹽漬化地區推廣種植并獲得優質高產藜麥，對藜麥產業化發展具有重要意義。迄今為止，國內外學者對藜麥的耐鹽性開展了大量的研究。Gomez-Pando等報道了鹽脅迫條件下不同藜麥資源之間的發芽率存在很大差異，鹽脅迫對藜麥根干質量影響最大[8-9]。Hariadi等研究表明，不同品種的藜麥耐鹽性表現出明顯差異[9-11]。呂亞慈等研究發現，低鹽處理可以促進藜麥的生長，而高濃度鹽處理則抑制藜麥生長[12]。戚維聰等研究表明，供試的123份藜麥種質材料耐鹽性存在較大差異，鹽脅迫對藜麥的產量影響甚微[13]。此外，早在1987年我國西藏地區就開始進行了藜麥的高海拔地區引種栽培試驗，并試種成功[14]。由于藜麥有耐寒、耐旱、耐鹽堿等生物學特性，具有良好的抗逆性，可以應對多變不良的環境，目前在我國甘肅、青海等高海拔地區均有種植[15]。韓發等研究表明，隨著海拔高度的增加，矮嵩草植株高度明顯降低，葉綠素含量和干物質積累減少，類胡蘿卜素和類黃酮含量增加[16]。鄭順林等研究表明，高海拔地區種植的紫色馬鈴薯品質和產量較低海拔地區的高[17]。氮平衡指數（NBI）是重要的脅迫熒光參數，也是反映作物長勢的重要指標。通過測量NBI可以快速評估葉片氮素盈虧狀況，為農業生產和管理提供精準信息[18]。葉綠素及類黃酮化合物在植物生長發育及各種抗逆的生物學過程中發揮重要作用，通過測定其含量可知植物的抗逆性變化。目前對藜麥的研究多集中在其耐鹽性、耐旱性等各種生理生化特征以及種子萌發方面，對藜麥經高海拔繁育前后的抗逆性變化研究未見報道。為了有效地提高高海拔鹽漬化地區土地的利用率，篩選培育適宜種植的藜麥品種十分重要。本研究以高海拔繁育后藜麥和未經高海拔繁育藜麥為試驗材料，對藜麥幼苗進行不同濃度的鹽處理，并在不同處理時期測定生理指標，探究其生理特性的差異，為今后藜麥在高海拔鹽漬化地區推廣種植提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為高海拔繁育后的藜麥（臨潭隴藜4號，簡稱LD）和未經高海拔繁育的藜麥（甘肅省農業科學院隴藜4號，簡稱ND）。通過引進甘肅省農業科學院隴藜4號藜麥品種，在平均海拔為2 825 m的臨潭縣進行種植，收獲的臨潭隴藜4號藜麥種子與未經高海拔繁育的隴藜4號進行比對。

1.2 試驗方法

挑選飽滿、大小一致且無病蟲害的LD和ND藜麥種子，分別用0.5%高錳酸鉀溶液浸泡10 min，無菌水沖洗至無色，均勻置于90 mm的培養皿中，每個培養皿50粒，光照培養箱溫度（25±1）℃，濕度80%，避光發芽48 h。

待發芽率達到90%時，將發芽一致的種子移入裝有滅菌蛭石的穴盤中（21 cm×21 cm），每個穴孔3株。20～25℃，光照12 h/d，1/2 Hoagland營養液培養。生長2周后進行間苗，保證幼苗生長一致。生長4周后開始進行鹽處理，設置對照組（0 mmol/L NaCl，營養液培養），試驗組分別用1 L的75、150、300 mmol/L NaCl（以下均稱鹽溶液）培養藜麥幼苗，每2 d更換1次鹽溶液，進行連續3周的鹽處理。

1.3 測定指標和方法

生長指標的測定：分別在鹽脅迫處理第1、2、3周后，取樣，洗凈根部蛭石后用濾紙吸干根部及葉面水分，將其分成地上和地下2個部分，分別用直尺和分析天平測定株高和鮮質量，分別測定5次[19]。

植株生物量測定：分別將植株根、莖與葉裝于紙袋中，于105℃殺青24 h，75℃烘干至恒質量，用直接法分別稱量[20]。

生理指標的測定：使用Dualex植物氮平衡指數測量儀（DUALEX SCIENTIFIC+TM，Force-A，法國）測定氮、葉綠素、類黃酮及花青素含量。

1.4 數據分析

采用Excel 2010對數據進行處理及繪圖，結果以“平均值±標準誤”表示，采用SPSS 21.0統計分析軟件對數據進行差異顯著性檢驗，多重比較采用SSR法。

2 結果與分析

2.1 不同濃度鹽處理對藜麥幼苗生長的影響

由表1可知，LD的株高在鹽處理第1、2周時隨鹽濃度升高呈先升后降的趨勢，處理第3周則呈下降趨勢；ND幼苗株高在處理第1周隨著鹽濃度的升高呈先升后降的趨勢，第2、3周均逐漸下降，處理間變化差異顯著（P＜0.05）。在相同處理濃度下，隨著處理時間的延長，LD和ND幼苗株高逐漸升高。在鹽濃度為300 mmol/L時，第1、2、3周鹽處理LD株高分別比ND高8.2%、8.6%、12.0%。

由表2可知，相同鹽濃度下，LD和ND幼苗地上部、根的鮮質量和干質量隨著處理時間的延長呈逐漸增加的變化趨勢。相同時間內隨著鹽濃度的升高，LD和ND幼苗地上部鮮質量和干質量總體呈降低趨勢，根鮮質量和干質量呈先升后降的趨勢。在鹽濃度為75 mmol/L時，LD在鹽處理的第1、2、3周的根鮮質量分別比對照升高144.1%、25.0%、58.1%，根干質量分別升高57.1%、14.3%、8.3%；ND鹽處理的第1、2、3周根鮮質量與對照相比分別升高250.0%、41.4%、33.8%，根干質量分別升高60.0%、50.0%、5.9%。

表1 不同濃度鹽處理對藜麥幼苗株高的影響

表2 不同濃度鹽處理對藜麥幼苗生物量的影響

由表3可知，在鹽處理1周后，LD氮平衡指數隨著鹽濃度的升高呈先降后升的趨勢，鹽處理2周，呈先上升后下降再上升的趨勢，第3周則呈先升后降的變化趨勢。ND氮平衡指數在處理第1周時隨著鹽濃度的升高呈逐漸升高的趨勢，第2周時呈先下降后上升再下降的變化趨勢，第3周時呈先下降后上升趨勢。在鹽濃度為0和300 mmol/L時，LD氮平衡指數隨著處理時間的增加呈降低的趨勢；當鹽濃度為75和150 mmol/L時呈先升后降的變化趨勢。在同一鹽濃度處理下，ND氮平衡指數隨著處理時間的增加呈降低趨勢。

表3 不同濃度鹽處理對氮平衡指數的影響

以上結果說明，雖然鹽濃度的升高抑制了藜麥幼苗地上部生長及生物量的累積，但一定濃度的鹽處理可以促進根的生長及生物量的積累。不同濃度鹽處理下，LD和ND株高、地上部和根生物量及氮平衡指數變化總體上差異顯著（P＜0.05）。在最大鹽處理濃度（300 mmol/L NaCl）下，LD的株高比ND略高，LD的氮平衡指數也比ND高；而在75 mmol/L鹽處理下，LD地上部干鮮質量及根干鮮質量均比ND的高。由此可以說明，LD在鹽處理下具有更好的生長表現。

2.2 不同濃度鹽處理對藜麥幼苗葉片葉綠素的影響

由圖1-A可知，LD幼苗葉片葉綠素含量隨著鹽濃度的增加呈先升高后下降的變化趨勢，ND的則是呈先下降后上升再下降的變化趨勢；由圖1-B可知，LD和ND的葉綠素含量隨著鹽濃度的升高呈先降后升再降的趨勢；從圖1-C可知，隨著鹽濃度的升高，LD呈先升高后下降的變化趨勢，ND呈先下降后上升再下降的趨勢。從圖1中可以看出，LD葉綠素含量均高于ND，但各處理間差異不顯著。在處理的第1、2、3周，LD和ND幼苗葉片葉綠素含量在鹽濃度150 mmol/L時達到最大值，且LD幼苗葉片葉綠素含量均比ND的高，分別高8.1%、5.6%、7.1%。

2.3 不同濃度鹽處理對藜麥幼苗葉片類黃酮含量的影響

如圖2-A所示，隨著鹽處理濃度的升高，LD幼苗葉片類黃酮含量呈先升高后下降的趨勢，ND呈先降后升再降的趨勢。如圖2-B所示，隨著鹽濃度的增加，LD類黃酮含量呈先降后升再降的趨勢，ND則呈先下降后上升的變化趨勢。由圖2-C可知，隨著鹽濃度的升高，LD類黃酮含量呈先下降后上升的趨勢，ND則呈先上升后下降的趨勢。從圖2中可以看出，LD和ND處理間葉片類黃酮含量變化差異顯著（P＜0.05）。在NaCl處理的第1周，不同鹽濃度下LD類黃酮含量與ND相比分別升高27.7%、71.8%、41.5%、22.2%。

2.4 不同濃度鹽處理對藜麥幼苗葉片花青素含量的影響

如圖3所示，鹽處理第1周LD花青素含量隨著鹽濃度的升高呈先下降后上升再下降的趨勢，處理間差異不顯著；第2周呈先下降后上升的趨勢，300 mmol/L鹽濃度處理下與對照差異顯著；第3周呈先下降后上升的趨勢，但在150、300 mmol/L鹽濃度下LD葉片花青素含量與對照（CK）有顯著差異（P＜0.05）。鹽處理第1周ND花青素含量隨著鹽濃度的升高呈先下降后上升再下降的變化趨勢；第2周呈先升后降再升的趨勢；第3周呈下降的趨勢。但LD花青素含量始終高于ND，其中在高鹽處理下（300 mmol/L）LD和ND處理間有顯著差異，不同時間鹽處理下LD花青素含量分別較ND高70%、11.8%、95.5%。

3 討論

3.1 鹽處理與藜麥幼苗生長

鹽脅迫對植物生長發育最顯著的效應就是抑制植物生長、降低植物的生物量[21-22]。韓冰等的研究表明，鹽脅迫下黃瓜幼苗株高下降，生物量積累受到顯著抑制[23]。朱義等報道，隨著鹽濃度增加，高羊茅（Festuca arundinacea）的生長量降低，株高下降，同時根冠比增大，表明鹽脅迫對地上部分的影響大于根部[24]。本試驗結果發現，鹽脅迫下，LD和ND幼苗地上部的生長及生物量的積累均受到顯著抑制；對根系的影響表現為鹽濃度75 mmol/L促進根系生長及其生物量的積累，當鹽濃度超過75 mmol/L時，同時抑制LD和ND根系生長及其生物量的積累。在同一處理濃度下，ND葉片的氮平衡指數隨著處理時間的增加而下降；LD葉片氮平衡指數在75和150 mmol/L時是先升高后降低，在0和300 mmol/L時則是下降趨勢。在鹽濃度為300 mmol/L時，LD株高及氮平衡指數均高于ND，且ND對鹽濃度反應的敏感性高于LD，說明經高海拔繁育后的藜麥對鹽脅迫的適應性有一定提高。

葉綠素是植物進行光合作用的主要光合色素，鹽脅迫下植物會積累光合色素，維持植株正常的光合作用，增強植株對鹽脅迫的耐受能力[25]。隨著海拔的升高，植物葉片葉綠素含量會相應減少[26]。但本試驗結果表明，LD葉片葉綠素比ND高，這可能是藜麥的一種特殊的適應環境的策略，因為藜麥原產地為南美洲高海拔地區，而隴藜4號為低海拔選育品種，隨著海拔升高，藜麥光合作用增強，這與王頔等的研究結果[27]一致。鹽濃度為300 mmol/L時，LD和ND葉綠素含量仍較對照的高，表明此時的鹽濃度仍對藜麥葉片葉綠素的積累有促進作用，這說明適量濃度鹽促進LD和ND幼苗葉片葉綠素的積累，有助于提高植株對鹽脅迫的適應能力，這與文獻報道結果[28]一致。

3.2 鹽處理與藜麥幼苗葉片物質代謝

類黃酮是植物體內一類重要的次生代謝物質，廣泛參與調控植物生長發育和抗逆的各種生物學過程[29]。宋曉敏等的研究表明，鹽處理促進了類黃酮物質的積累，提高了抗氧化能力，從而提高秋茄的抗鹽性，維持秋茄在鹽脅迫下的正常生長[30]。汪海峰等的研究表明，高海拔區獨特的生態條件可以促進銀杏葉黃酮苷含量的積累[31]。本試驗結果表明，長期鹽處理可以促進藜麥類黃酮的積累。而高海拔繁育的LD類黃酮含量始終比ND高，是因為藜麥在高海拔獨特的氣候條件下可以通過積累較高的類黃酮含量來適應自然環境的脅迫[31]。

花青素是一種廣泛存在于植物花朵和其他部位的水溶性色素，是植物多酚類黃酮化合物，是一種自由基清除劑，具有較強的抗氧化能力。光照直接影響花青素的合成，花青素含量隨著光照的增強而增加[32]。沈學善等的研究表明，高海拔繁育的馬鈴薯花青素含量顯著高于低海拔繁育的馬鈴薯[33]。鄭順林等的研究表明，紫色馬鈴薯花青素含量隨著海拔的升高呈不斷增加的趨勢[34]。本試驗結果表明，不同時間鹽處理下LD花青素含量顯著高于ND。LD和ND花青素含量在0～150 mmol/L鹽濃度下隨著處理時間的延長而逐漸升高，300 mmol/L鹽處理下呈先升高后降低的趨勢。說明高海拔繁育可以顯著提高藜麥植株花青素含量。此外，一定濃度的鹽處理也可以促進藜麥花青素的合成，增強其抗氧化能力，進而提高對鹽的耐受性。一旦長期或過度的鹽脅迫超出了植物的耐受范圍，就會使得花青素的合成代謝過程受到阻礙[17]。

4 結論

經過高海拔繁育后的藜麥在鹽脅迫處理下可以通過積累葉綠素、類黃酮和花青素的含量來提高藜麥的光合作用和抗氧化能力，從而使其適應環境變化，促進藜麥的生長發育。因此，初步認為藜麥經高海拔繁育后耐鹽性得到了一定的提高，其具體機制有待進一步研究。