混合鹽堿脅迫對飼用高粱幼苗生理特性的影響

劉 歡，張玉霞，2，孫明雪，夏全超，孫 昊，杜曉艷

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028043；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)飼用作物工程技術(shù)研究中心，內(nèi)蒙古通遼 028000）

飼用高粱屬（Sorghum moench）是目前世界上的飼用作物中生物量較高的一種，也是畜牧業(yè)很好的飼草來源之一［1］。飼用高粱屬作物又包括飼草高粱、蘇丹草、高丹草、飼用甜高粱等類型［2-3］。飼用高粱的根系發(fā)達(dá)，有較強的從土壤中吸收水分的能力［4-5］，且具有抗旱、耐澇、抗逆、耐鹽堿貧瘠的生物學(xué)特性。近些年來，中國鹽堿化土壤正在不斷增加，相關(guān)研究表明，我國有近10%的耕地受到土壤鹽堿化的危害［6］。而飼用高粱由于其耐鹽堿的生物學(xué)特性，可以在鹽堿化的土地上得到更好的利用［7］。植物受到鹽堿脅迫后，會引起膜質(zhì)氧化過程發(fā)生，進而產(chǎn)生大量丙二醛（MDA），所以可通過MDA含量的多少判斷細(xì)胞膜質(zhì)損害程度及植物抗逆性強弱［8］；鹽堿脅迫下，植物為克服吸水困難，會通過調(diào)節(jié)游離氨基酸（AA）、可溶性糖（SS）和可溶性蛋白（SP）等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢，以維持細(xì)胞正常生命活動［9］；而CAT、POD、SOD這幾種酶會在逆境脅迫下相互協(xié)調(diào)、作用，把植物體內(nèi)的活性氧維持在一定范圍內(nèi)［10］。筆者采用混合鹽堿脅迫處理飼用高粱品種，探索在不同濃度的混合鹽堿脅迫下不同品種高粱幼苗生理指標(biāo)的變化，分析不同飼用高粱品種耐鹽堿能力的差異，為在鹽堿地種植飼用高粱提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 試驗材料為加拿大、牧樂、N52K1009和SU9002等4個飼用高粱品種，種子來源于北京克勞沃生態(tài)技術(shù)發(fā)展有限公司。

1.2 試驗設(shè)計 本試驗采用盆栽試驗。首先在高15 cm的花盆上套上塑料袋，選擇飽滿、大小均勻一致、品質(zhì)優(yōu)良的4個飼用高粱品種的種子，分別用0.1%的HgCl2消毒10 min，用蒸餾水沖洗干凈，鹽堿組成為NaCl∶NaHCO∶3Na2CO∶3Na2SO4按照1∶9∶9∶1的摩爾比混合，處理濃度為40、80、120 mmol·L-1，以蒸餾水處理為對照（CK），共16個處理，每個處理設(shè)置3次重復(fù)，每個花盆播種50粒種子，每盆加500 g按照2∶1混合的沙土和蛭石培養(yǎng)基質(zhì)，將種子均勻撒上后覆土3 cm，每盆加200 mL相應(yīng)濃度的混合鹽堿溶液，最后把塑料袋封口，防止土壤水分快速蒸發(fā)。將花盆放置于通風(fēng)、光照良好的日光溫室中，出苗后打開塑料袋，培養(yǎng)一個星期后取葉片測定生理指標(biāo)。

1.3 測定方法 過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測定［11］，過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚比色法［11］進行測定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT顯色法測定［11］，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸比色法［12］測定，游離氨基酸（AA）含量采用茚三酮顯色法進行測定［12］，可溶性糖（SS）采用蒽酮比色法測定［11］，可溶性蛋白（SP）采用考馬斯亮藍(lán)G-250法［11］測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理 試驗數(shù)據(jù)采用WPS 2019軟件整理數(shù)據(jù)和繪制圖表，用DPS 7.0軟件進行方差顯著性分析及相關(guān)性分析，采用Duncan新復(fù)極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對飼用高粱幼苗丙二醛含量的影響 加拿大、牧樂、N52K1009和SU9002飼用高粱品種在不同鹽堿脅迫濃度下的MDA含量均高于CK，且均在120 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下達(dá)到最大值；加拿大和牧樂在不同鹽堿處理下MDA含量差異不顯著，N52K1009和SU9002的MDA含量在120 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下顯著高于CK（P＜0.05），分別增加了27.1%和28.6%；N52K1009和SU9002的MDA含量在不同鹽堿脅迫濃度處理下均高于加拿大、牧樂，且在120 mmol·L-1處理下，SU9002的MDA含量顯著高于加拿大和牧樂（表1），說明N52K1009和SU9002幼苗細(xì)胞膜質(zhì)氧化更嚴(yán)重，細(xì)胞膜損傷更大，即抗鹽堿能力更弱。

表1 鹽堿脅迫下不同飼用高粱品種MDA含量Tab.1 MDA content of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

2.2 鹽堿脅迫對飼用高粱幼苗CAT活性的影響 加拿大、牧樂在不同鹽堿脅迫濃度下的CAT活性均高于CK，且在80 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下達(dá)到最大值；加拿大、牧樂和SU9002的CAT活性在80 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下顯著高于CK（P＜0.05），分別增加了36.2%、21.2%和105.7%；加拿大、牧樂的CAT活性在不同鹽堿脅迫濃度處理下均高于N52K1009和SU9002，其中，牧樂在各濃度鹽堿脅迫處理下CAT活性均顯著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05）（表2），說明加拿大、牧樂CAT活性更強，即可以更好地清除H2O2，保護細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。

表2 鹽堿脅迫下不同飼用高粱品種CAT活性Tab.2 CAT activity of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

2.3 鹽堿脅迫對飼用高粱幼苗POD活性的影響 加拿大在不同鹽堿脅迫濃度下的POD活性均顯著高于CK（P＜0.05）；4個高粱品種均在120 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下POD活性達(dá)到最大值，其中，加拿大和SU9002的POD活性在120 mmol·L-1鹽堿脅迫濃度處理下顯著高于CK（P＜0.05），分別增加了31.9%和33.3%；加拿大、牧樂的POD活性在不同鹽堿脅迫濃度處理下均高于N52K1009和SU9002（表3），說明加拿大、牧樂POD活性更強，即能有效地清除活性氧使其保持在較低水平，降低細(xì)胞膜受到的損害。

表3 鹽堿脅迫下不同飼用高粱品種POD活性Tab.3 POD activity of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

2.4 鹽堿脅迫對飼用高粱幼苗SOD活性的影響 加拿大、牧樂、N52K1009和SU9002均在80 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下SOD活性達(dá)到最大值，且均顯著高于CK（P＜0.05），分別增加了45.7%、50.3%、104.8%和48.3%；加拿大、牧樂的SOD活性在不同鹽堿脅迫濃度處理下均高于N52K1009和SU9002，其中，牧樂在40 mmol·L-1和80 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下SOD活性顯著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05），加拿大在CK處理、80 mmol·L-1和120 mmol·L-1鹽堿脅迫濃度處理下SOD活性顯著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05）（表4），說明加拿大、牧樂的SOD活性更強，即能清除更多鹽堿脅迫處理下產(chǎn)生的活性氧和自由基，以減緩細(xì)胞的衰老氧化。

表4 鹽堿脅迫下不同飼用高粱品種SOD活性Tab.4 SOD activity of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

2.5 鹽堿脅迫對飼用高粱幼苗游離氨基酸含量的影響 加拿大、牧樂和SU9002在不同鹽堿脅迫濃度下的游離氨基酸含量均高于CK，其中，牧樂的游離氨基酸含量與CK達(dá)到顯著性差異（P＜0.05）；4個高粱品種的游離氨基酸含量均在80 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下達(dá)到最大值，其中，牧樂和SU9002在80 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下游離氨基酸含量顯著高于CK（P＜0.05），分別增加了134.3%和51.4%；加拿大、牧樂的游離氨基酸含量在不同鹽堿脅迫濃度處理下均高于N52K1009和SU9002（CK除外），其中，牧樂在80 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下游離氨基酸含量顯著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05），加拿大在40 mmol·L-1鹽堿脅迫濃度處理下游離氨基酸含量顯著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05）（表5），說明加拿大、牧樂游離氨基酸含量積累更多，更能維持細(xì)胞在鹽堿環(huán)境中生存。

表5 鹽堿脅迫下不同飼用高粱品種游離氨基酸含量Tab.5 Free amino acid content of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

2.6 鹽堿脅迫對飼用高粱幼苗可溶性糖含量的影響 加拿大、牧樂、N52K1009和SU9002均在80 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下可溶性糖含量達(dá)到最大值，其中，加拿大、N52K1009和SU9002的可溶性糖含量在80 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下顯著高于CK（P＜0.05），分別增加了50.8%、40.2%和72.5%；加拿大、牧樂的可溶性糖含量在不同鹽堿脅迫濃度處理下均高于N52K1009和SU9002，其中，加拿大和牧樂的可溶性糖含量在CK、80 mmol·L-1和120 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下均顯著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05）（表6），說明加拿大、牧樂積累可溶性糖含量的能力更強，使細(xì)胞質(zhì)濃度變大，以維持細(xì)胞滲透勢的平衡，增強其耐鹽堿性。

表6 鹽堿脅迫下不同飼用高粱品種可溶性糖含量Tab.6 Soluble sugar content of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

2.7 鹽堿脅迫對飼用高粱幼苗可溶性蛋白含量的影響 4個飼用高粱品種在40 mmol·L-1和80 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度下的可溶性蛋白含量均高于CK（牧樂在40 mmol·L-1鹽堿脅迫濃度下的可溶性蛋白含量除外），其中，加拿大、牧樂和N52K1009可溶性蛋白含量在80 mmol·L-1的鹽堿脅迫濃度處理下顯著高于CK（P＜0.05），分別增加了26.8%、34.1%和34.3%；加拿大、牧樂的可溶性蛋白含量在不同鹽堿脅迫濃度處理下均高于N52K1009和SU9002，其中，加拿大在不同濃度鹽堿脅迫處理下可溶性蛋白含量顯著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05）（表7），說明加拿大、牧樂積累的可溶性蛋白更多，更有利于維持細(xì)胞內(nèi)較低的滲透壓。

表7 鹽堿脅迫下不同飼用高粱品種可溶性蛋白含量Tab.7 Soluble protein content of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

3 討論與結(jié)論

丙二醛（MDA）是植物遭受逆境脅迫后細(xì)胞膜上的不飽和脂肪酸過氧化的產(chǎn)物，其含量的變化在一定程度上可以反映出植物受傷害的程度［13］。本研究表明，鹽堿脅迫濃度對不同飼用高粱品種幼苗丙二醛含量有明顯影響，隨著鹽堿脅迫濃度的增加，丙二醛含量呈上升趨勢。何淼等［14］研究表明，在受到復(fù)合鹽堿脅迫處理時，丙二醛含量不斷升高，與本研究結(jié)果一致，表明膜脂過氧化加劇。4個飼用高粱品種中加拿大、牧樂飼用高粱品種幼苗丙二醛含量在鹽堿脅迫下均低于N52K1009、SU9002飼用高粱品種，說明加拿大、牧樂飼用高粱品種更耐鹽堿。

POD、CAT、SOD是植物體內(nèi)能清除由于逆境脅迫產(chǎn)生的H2O2的主要酶類，而SOD是植物體內(nèi)能清除活性氧的主要酶類［15-16］，它們同其他酶類組成抗氧化防御系統(tǒng)［17］，通過相互協(xié)調(diào)、相互作用，清除植物體內(nèi)由于逆境脅迫產(chǎn)生的自由基［18］，從而使植物能夠在一定范圍內(nèi)忍耐逆境的傷害。本研究結(jié)果表明，隨著鹽堿脅迫濃度的增加，CAT和SOD活性呈先上升后下降的趨勢，且加拿大、牧樂飼用高粱品種幼苗CAT和SOD活性均高于N52K1009、SU9002飼用高粱品種。侯文靜等［19］研究結(jié)果表明，隨鹽堿脅迫濃度的增加，CAT和SOD活性表現(xiàn)為先上升后下降的變化趨勢，與本研究結(jié)果一致，說明一定范圍內(nèi)的鹽堿脅迫濃度能促進啟動抗氧化酶系統(tǒng)［16］，進而使飼用高粱CAT和SOD活性提高，當(dāng)鹽堿脅迫濃度過高時，抗氧化酶系統(tǒng)遭到破壞，導(dǎo)致酶活性降低。本研究結(jié)果表明，不同濃度的鹽堿脅迫對不同飼用高粱品種幼苗POD活性變化影響顯著，隨著鹽堿脅迫濃度的增加，POD活性表現(xiàn)為持續(xù)增長，與于爽等［16］研究結(jié)果一致，且加拿大、牧樂飼用高粱品種幼苗POD活性均高于N52K1009、SU9002飼用高粱品種幼苗處理，說明加拿大、牧樂飼用高粱品種抗氧化酶活性更強，能更好地保持活性氧代謝平衡，以減緩活性氧對膜的傷害。

游離氨基酸、可溶性糖和可溶性蛋白是植物體內(nèi)非常重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物受到脅迫后大量積累以抵御不良環(huán)境產(chǎn)生的影響［20-21］。本研究表明，隨著鹽堿脅迫濃度的增加，不同飼用高粱品種幼苗游離氨基酸含量呈先上升后下降的變化趨勢，張良等［9］研究結(jié)果表明，在低濃度的鹽堿脅迫下，游離氨基酸含量呈現(xiàn)出增加趨勢，但超過一定濃度后游離氨基酸含量下降趨勢明顯，與本研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果表明，可溶性糖和可溶性蛋白含量隨著鹽堿脅迫濃度的增加呈先上升后下降的變化趨勢，與劉曉涵等［22］、徐曉雪［23］的研究結(jié)果一致，說明植物受到鹽堿脅迫后會積累大量滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)緩解脅迫傷害［24］，直至達(dá)到細(xì)胞耐鹽堿閾值，細(xì)胞膜破壞；并且4個飼用高粱品種中，加拿大和牧樂飼用高粱品種的游離氨基酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均高于N52K1009和SU9002飼用高粱品種，由此可以說明，加拿大和牧樂飼用高粱品種較N52K1009、SU9002飼用高粱品種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量更高，更有利于維持細(xì)胞內(nèi)滲透勢，增強細(xì)胞的吸水能力，以抵抗由鹽堿脅迫產(chǎn)生的滲透脅迫。

綜上所述，4個飼用高粱品種的CAT、SOD活性和游離氨基酸總量及可溶性糖、可溶性蛋白含量在鹽堿脅迫濃度為0～80 mmol·L-1處理下呈增加趨勢，在鹽堿脅迫濃度為80～120 mmol·L-1處理下表現(xiàn)為下降趨勢，POD活性隨著鹽堿脅迫濃度的增加而升高，且加拿大和牧樂飼用高粱品種處理下的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及抗氧化酶活性高于N52K1009和SU9002飼用高粱品種；丙二醛含量隨著鹽堿脅迫濃度的增加呈上升的趨勢，且加拿大和牧樂飼用高粱品種處理下的丙二醛含量低于N52K1009和SU9002飼用高粱品種。加拿大和牧樂飼用高粱品種的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量更高，抗氧化酶活性更強，即更耐鹽堿。