豬血多肽對鹽脅迫下小白菜種子萌發及幼苗生長的影響

鄭文龍，周偉偉，孫奉良，劉灝，李俊良

（1.青島農業大學資源與環境學院，山東 青島 266109；2.襄陽維恩生物科技有限公司，湖北 襄陽 441000）

土壤鹽漬化是一個世界性的資源和生態環境問題，當前全球的鹽堿土地約為9.54億公頃，有約20%的耕地面積受到不同程度的鹽害［1-3］。我國鹽堿地面積近3 600萬公頃，占我國當前耕地面積的2／3左右［4］。鹽脅迫是造成全球農作物減產的主要原因之一，可使大多數主要農作物的平均產量下降50%以上［5，6］。同時，由于保護地栽培中不能進行合理輪作、盲目過量施用肥料及保護地栽培過程中高溫高濕的特殊環境，使保護地土壤中積累了大量鹽分，加劇了保護地土壤的次生鹽漬化［7］。大多數植物在土壤含鹽量為0.3%時便受到危害，大于0.5%時即不能生長，土壤鹽漬化嚴重影響著農業經濟作物的產量、品質和效益［8］，對我國糧食安全造成嚴重影響，已成為限制農業生產發展的一個重要因素［9］。因此，提高作物耐鹽性以及進行鹽漬土的生物治理和綜合開發，對于解決農業生產中的作物鹽害問題具有重要意義。

植物生長調節物質作用于植物生長發育的整個生命周期，是一類能夠調節作物生長發育、改善果實品質、緩解逆境脅迫以及衰老過程的高分子活性物質［10，11］。大量研究表明，赤霉素、氨基酸、細胞分裂素和殼聚糖等物質在促進植物生長和增強作物抗逆性等方面發揮著重要作用［12-15］。多肽是分子結構介于氨基酸和蛋白質之間的一類化合物，分子間通過肽鍵相連接，是蛋白質降解過程中的中間產物［16］。近幾年的研究表明，多肽除了具有蛋白分子的特性外，還在調節植物生長、發育、生殖以及對外界環境脅迫的響應中發揮著極其重要的調節作用［17-19］，被認為是繼赤霉素、生長素、脫落酸、細胞分裂素和乙烯5大植物激素以外的又一類新型植物生長調節物質［20］。豬血是一種優質的蛋白質資源，同時也是生產多肽的優質資源。我國是生豬生產大國，據國家統計局相關數據顯示，我國生豬年屠宰量達7億頭，年產豬血量高達245萬噸，占我國畜禽血液總產量的近一半，為豬血多肽的生產提供了豐富的資源。但關于豬血多肽對鹽脅迫下植物生長的影響及其抗鹽效果尚未見報道。

小白菜（Brassica campestris L.ssp.Chinensis Makino）為十字花科蕓苔屬蔬菜，是深受人們喜愛的蔬菜之一。近年來隨著土壤鹽漬化程度的加重，小白菜的萌發和生長受到明顯抑制，產量和品質降低［21］。為此，本試驗開展了外源豬血多肽對鹽脅迫下小白菜種子萌發和幼苗生長特性的影響研究，旨在闡明豬血多肽在提高小白菜耐鹽脅迫中的作用效果，并為深入開展豬血多肽對提高作物耐鹽脅迫的作用機理研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年在青島農業大學實驗室進行。小白菜品種為金華王，豬血多肽由襄陽維恩生物科技有限公司提供。

1.2 試驗設計及方法

1.2.1 種子萌發試驗 選擇籽粒飽滿、大小一致的小白菜種子，經5%次氯酸鈉消毒10 min后用蒸餾水沖洗干凈，并用吸水紙吸干表面水分，再分別用蒸餾水（T0）以及0.5 g／L（T1）、1.0 g／L（T2）、2.0 g／L（T3）、4.0 g／L（T4）、10.0 g／L（T5）豬血多肽溶液浸種處理，浸種24 h后用蒸餾水沖洗干凈，然后將其放置于墊有雙層濾紙的培養皿（直徑為9 cm）內，每皿60粒，再分別在培養皿內添加100 mmol／L的NaCl溶液10 mL，以添加等量蒸餾水為無鹽脅迫對照（CK），每處理重復4次，置于恒溫培養箱中（27±1）℃黑暗培養。每24 h觀察記錄發芽種子數并用稱重法補充蒸發的水分。小白菜種子萌發以胚根突破種皮為標準，每天統計種子的萌發情況，并記錄發芽種子數。

1.2.2 幼苗水培試驗 營養液配方采用華南農業大學葉菜B配方，并稍作修改。選取籽粒飽滿、無病蟲害的小白菜種子，經消毒、浸種、催芽后，播于紗網中，置于人工氣候室培養。氣候室內白天溫度25℃，夜間溫度16℃，相對濕度67%，16 h光照、8 h黑暗。育苗時間為20 d，待育苗結束后，將長勢一致的小白菜幼苗水培，每盆定植5株幼苗，加入1 L營養液。試驗設置0、100、200 mmol／L NaCl濃度梯度以及0（清水）、1.0、2.0 g／L豬血多肽濃度梯度，共9個處理（表1），每處理重復3次，隨機區組排列。豬血多肽采用葉面噴施的方式，每次噴施10 mL，連續噴施5 d后進行鹽分脅迫處理，脅迫時長設置為72 h。

表1 小白菜幼苗水培試驗設計

1.3 測定指標及方法

種子發芽特性的測定參照王學奎［22］的方法。發芽勢（GE）＝N4／T×100%，N4表示第4 d發芽種子數，T表示供試種子總數；發芽率（GR）＝N7／T×100%，N7表示第7 d發芽種子數；發芽指數（GI）＝∑Gt／Dt，其中Dt為發芽時間（d），Gt為與Dt相對應的每天發芽種子數；相對鹽害率（RSH）＝（對照組萌發率-處理組萌發率）／對照組萌發率×100%。在第7 d發芽結束后，每個重復隨機選取10粒發芽種子，用游標卡尺測量芽高和胚根長。

小白菜幼苗經鹽脅迫處理72 h后取樣，記錄幼苗地上部和根系鮮重，并計算根冠比；葉綠素含量采用SPAD葉綠素儀測定；葉片電導率采用電導率儀測定，參照文獻［23］的方法計算葉片離子滲漏率；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定［24］。

1.4 數據處理

試驗數據用DPS軟件進行統計分析，用鄧肯氏新復極差法進行多重比較，用Microsoft Excel 2013和Origin軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 豬血多肽對鹽脅迫下小白菜種子萌發的影響

由表2可知，鹽脅迫顯著降低小白菜幼苗的發芽勢、發芽率、發芽指數；在100 mmol／L NaCl脅迫下，隨著豬血多肽濃度的升高，小白菜種子的發芽勢、發芽率和發芽指數均呈現先升高后降低的趨勢，T1、T2、T3、T4處理發芽率分別較T0提高14.6%、18.5%、22.9%、21.6%，其中在T2和T3處理時發芽勢和發芽率達到最高，分別為91.66%和80.42%，均顯著高于T0；T3處理發芽勢略低于T2，為88.75%，但差異不顯著。T3處理小白菜種子相對鹽害率最低，較T0降低50.04%，差異顯著。表明在鹽脅迫條件下，適宜濃度的豬血多肽浸種可以提高小白菜的發芽勢和發芽率，降低相對鹽害率，以2.0 g／L處理效果最佳。

表2 鹽脅迫下不同濃度豬血多肽對小白菜種子萌發的影響

表3 鹽脅迫下不同濃度的豬血多肽對小白菜種苗生長的影響

2.2 豬血多肽對鹽脅迫下小白菜種苗生長的影響

在鹽脅迫下，小白菜種苗芽高和胚根長均顯著下降（表3）。采用不同濃度豬血多肽溶液對小白菜浸種預處理后，其芽高和胚根長均有不同程度提高，其中2.0 g／L豬血多肽溶液的T3處理增幅最大，與T0相比，芽高和胚根長分別提高1.04倍和69.94%，達到顯著差異（P＜0.05）；但豬血多肽浸種濃度繼續增加，反而對小白菜種苗生長產生了抑制作用。因此，豬血多肽最佳浸種濃度為2.0 g／L。

圖1 豬血多肽對鹽脅迫下小白菜地上部鮮重（a）、株高（b）、根冠比（c）和SPAD值（d）的影響

2.3 葉面噴施豬血多肽對鹽脅迫下小白菜幼苗生長的影響

由圖1可知，NaCl脅迫嚴重抑制小白菜幼苗地上部生長，降低地上部鮮重和株高，200 mmol／L NaCl抑制效果顯著；但對根冠比和葉綠素含量（SPAD值）有提升作用，100 mmol／L NaCl脅迫時最高。葉面噴施豬血多肽可提高小白菜幼苗的耐鹽性，促進鹽脅迫下小白菜的生長（圖2），提高鹽脅迫下和正常生長小白菜的地上部鮮重、株高、根冠比和葉綠素含量，2.0 g／L處理效果最佳，各指標均顯著高于對照。

圖2 豬血多肽對鹽脅迫下小白菜生長的影響

2.4 葉面噴施豬血多肽對鹽脅迫下小白菜MDA含量和離子滲漏率的影響

鹽脅迫會引起活性氧類（ROS）在植物細胞內大量積累，造成對細胞的氧化脅迫，由過剩ROS引起的膜脂過氧化一般被認為是高鹽脅迫對細胞的主要傷害。MDA是膜脂過氧化的產物，通常細胞內的MDA濃度能直接反映ROS對植物細胞的傷害程度［25］。由圖3a可知，在鹽脅迫下，小白菜葉片中MDA含量先顯著下降后顯著升高（P＜0.05），重度鹽脅迫（200 mmol／L）下與無鹽對照組相比提高41.5%。而隨著葉噴豬血多肽濃度的增加，小白菜葉片中MDA含量降低，2.0 g／L豬血多肽處理效果最佳，在不同鹽濃度下與CK相比分別降低7.9%、11.6%、9.6%，差異顯著（P＜0.05）。豬血多肽可顯著降低鹽脅迫下小白菜葉片離子滲漏率（圖3b）。在200 mmol／L NaCl處理下，小白菜離子滲漏率在1.0 g／L和2.0 g／L豬血多肽處理時比對照分別降低25.7%、34.9%，均達到顯著差異（P＜0.05）。

圖3 豬血多肽對鹽脅迫下小白菜丙二醛含量（a）和離子滲漏率（b）的影響

3 討論

鹽脅迫是干旱和半干旱地區土壤限制作物生長和產量的重要障礙因子，常引起植物體內氧化還原狀態紊亂，造成氧化損傷，嚴重抑制植物種子萌發和生長［26，27］。植物在幼苗和繁殖階段對鹽的敏感性更高［28，29］。研究表明，外源施用脯氨酸、細胞分裂素、赤霉素和殼聚糖等物質能有效緩解植物的氧化損害，顯著提高植物耐鹽脅迫能力，促進鹽脅迫下的植物生長［30-33］。

發芽率、發芽勢及發芽指數能反映植物種子萌發速率、發芽整齊度和出苗健壯等特性，相對鹽害率可反映種子受到的鹽害程度［34］。本試驗結果表明，在鹽脅迫下，小白菜種子的發芽率、發芽勢、發芽指數明顯低于對照，表明鹽脅迫對小白菜種子的萌發有明顯抑制作用。適宜濃度的豬血多肽溶液浸種預處理后，其發芽率、發芽勢、發芽指數呈現先升高后下降趨勢，相對鹽害率顯著降低，而且小白菜種苗的芽高、胚根長也明顯提高。表明豬血多肽可以有效緩解鹽脅迫對小白菜種子萌發的負效應，提高其發芽率、發芽勢、發芽指數，并促進幼苗的生長，其中2.0 g／L豬血多肽溶液浸種處理效果最佳。這與魚蛋白多肽［35］、聚天冬氨基酸［36］等在作物鹽脅迫上的緩解效果相似。

逆境脅迫引起活性氧過量積累造成細胞膜系統的過氧化傷害被認為是逆境對植物的直接原初傷害。過多活性氧積累會引起細胞膜脂過氧化，使細胞膜穩定性降低，透性增加，離子滲漏率增加，因此可以用離子滲漏率表示細胞膜受損傷的程度［37］。MDA是膜脂過氧化的主要產物，在一定程度上也可以代表細胞膜的受傷害程度［38］。研究表明，冷害、高溫和鹽脅迫等都會誘導植物體內活性氧的過量累積，引起MDA含量和離子滲漏率的提高，對植物體內生物大分子物質造成損傷，而外源多肽可有效緩解上述脅迫引起的損傷［39，19］。如0.5%大豆多肽處理可顯著提高巴西蕉葉片的超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性，進而顯著降低葉片的離子滲漏率和MDA含量，提高幼苗抗冷性［40］。本研究結果發現，鹽脅迫處理可誘導小白菜幼苗MDA含量和離子滲漏率顯著提高，而葉面噴施適宜濃度的豬血多肽后小白菜葉片MDA含量顯著降低7.9% ～11.6%，離子滲漏率顯著降低23.6% ～34.9%，表明葉面噴施適宜濃度的豬血多肽可以減輕小白菜膜脂過氧化，從而減緩鹽脅迫對小白菜生長的抑制作用。葉綠素是參與植物光合作用的重要色素，其含量可反映逆境下植物生長發育狀況及光合能力強弱，同時也是衡量作物耐鹽性的參考指標之一［41］。本研究結果表明，在鹽脅迫下，小白菜幼苗葉綠素含量明顯降低，葉片噴施2.0 g／L豬血多肽溶液后，葉綠素含量明顯提高，從而緩解鹽脅迫對幼苗葉綠素合成和光合作用的影響。

4 結論

綜上所述，鹽脅迫顯著抑制小白菜種子萌發及幼苗生長，而2.0 g／L豬血多肽浸種預處理可顯著提高其發芽率、發芽勢、發芽指數、芽高、胚根長，且隨濃度增加效果減弱。此外，2.0 g／L豬血多肽處理也顯著降低鹽脅迫下小白菜葉片的離子滲漏率和丙二醛含量，促進小白菜幼苗的生長。可見，使用2.0 g／L豬血多肽浸種以及葉面噴施，能有效緩解鹽脅迫對小白菜種子萌發及幼苗生長的抑制，提高其耐鹽脅迫能力。