李祖夏，劉 念，2，喬 楓，2，3

(1.青海師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，青海 西寧 810008；2.青海省青藏高原藥用動(dòng)植物資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810008；3.高原科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展研究院，青海 西寧 810008)

土壤鹽堿化是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的全球性生態(tài)問(wèn)題[1]。碳酸氫鈉(NaHCO3)對(duì)種子萌發(fā)、種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)具有一定的影響。周愛(ài)蓉等(2005)采用紙上發(fā)芽的方法，利用不同濃度的NaHCO3溶液處理窄葉鮮卑花種子，研究了 NaHCO3對(duì)窄葉鮮卑花種子萌發(fā)的影響。結(jié)果表明，NaHCO3對(duì)窄葉鮮卑花種子萌發(fā)的影響表現(xiàn)為低促高抑的效應(yīng)；NaHCO3對(duì)種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈負(fù)相關(guān)[2]。黃萍等(2021)研究了不同濃度的NaCl脅迫對(duì)阿拉伯婆婆納種子萌發(fā)及葉片生理特性的影響，25～50 mmol/l NaCl脅迫能促進(jìn)阿拉伯婆婆納種子萌發(fā)、刺激幼根生長(zhǎng)，75～100 mmol/l NaCl脅迫對(duì)發(fā)芽率影響不明顯，但影響幼苗子葉展開(kāi)[3]。畢春竹等(2021)比較了不同鹽堿脅迫處理下沙棗種子的萌發(fā)情況，以期為沙棗種子萌發(fā)期的耐鹽堿特性和引種提供參考依據(jù)[4]。本實(shí)驗(yàn)采用不同濃度(0、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、6.4% g/l)的NaHCO3溶液處理水培裸燕麥幼苗，研究了NaHCO3對(duì)其生理指標(biāo)的變化。

裸燕麥(Avenanuda)屬一年生禾本科(Gramineae)燕麥屬雜糧作物，是我國(guó)西北鹽堿地普遍種植的地方優(yōu)勢(shì)特色作物[5]，依種子帶殼與否分皮燕麥和裸燕麥兩大類型。燕麥具有極高的營(yíng)養(yǎng)、醫(yī)療保健、飼用與生態(tài)價(jià)值，是一種糧、飼、藥多用途作物，也是對(duì)抗生態(tài)環(huán)境退化的先鋒作物[6]。我國(guó)以種植裸燕麥為主，是大粒裸燕麥的起源中心[7]，主要分布在華北、西北、西南、東北高海拔、高緯度的干旱、冷涼地區(qū)。其他國(guó)家以種植皮燕麥為主，少數(shù)食用，大多為飼用。近年來(lái)，因燕麥兼具保健功效[8，9]和優(yōu)質(zhì)飼草[10]的雙重優(yōu)勢(shì)，并且具有喜冷涼、耐瘠、抗旱的特性。因此，主要分布在我國(guó)華北北部、西北和西南的高緯度、高海拔、高寒干旱半干旱地區(qū)。

1 材料與方法

材料為裸燕麥。

1.1 處理方法

挑選顆粒飽滿的種子，用自來(lái)水沖洗3～5次，沖洗表面灰塵和雜質(zhì)后備用，再用離子水沖洗1～2次，用0.1%HgCl2處理10 min后用去離子水沖洗1～2 次。培養(yǎng)皿(直徑為13 cm)洗凈后，晾干，放上2～3張濾紙，用水打濕。將備用的燕麥種子平鋪在濾紙上，放入21個(gè)培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，放到陽(yáng)光充足、溫度適宜的地方進(jìn)行培養(yǎng)，隔1～2 d澆1次水。觀察祼燕麥生長(zhǎng)情況，待祼燕麥葉片蔥綠，高度約7 cm時(shí)準(zhǔn)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[11]。分別用0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、6.4 g/l不同濃度的NaHCO3處理用水培裸燕麥6 d后進(jìn)行生理生化指標(biāo)的測(cè)定。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

葉長(zhǎng)、根長(zhǎng)、葉綠素含量、丙二醛、可溶性糖、脯氨酸、SOD、POD、CAT、APX含量的測(cè)定參考郝再彬等[12]、張志良[13]的方法，氧自由基產(chǎn)生速率的測(cè)定參考《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》第四版[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 幼苗長(zhǎng)度和葉綠素含量的變化

隨著NaHCO3濃度的增加，裸燕麥幼苗葉片長(zhǎng)度呈下降的趨勢(shì)(見(jiàn)圖1)，0.2～6.4 g/lNaHCO3處理下，葉片長(zhǎng)度顯著下降(P<0.05)，6.4 g/lNaHCO3處理與空白對(duì)照相比下降了35.90%。裸燕麥幼苗根長(zhǎng)長(zhǎng)度呈下降的趨勢(shì)(見(jiàn)圖2)，0.2～6.4 g/lNaHCO3處理下，根長(zhǎng)長(zhǎng)度顯著下降(P<0.05)，6.4 g/lNaHCO3處理與空白對(duì)照相比根長(zhǎng)下降了54.63%(P<0.05)。

圖2 根長(zhǎng)度的變化(cm)

裸燕麥幼苗中葉片的葉綠素含量呈下降的趨勢(shì)(見(jiàn)圖3)，0.2～6.4 g/lNaHCO3處理下，葉片的葉綠素含量顯著下降(P<0.05)，6.4 g/lNaHCO3處理與空白對(duì)照相比下降了10.42%(P<0.05)。

圖3 葉綠素含量

2.2 幼苗葉片中丙二醛和可溶性糖含量的變化

隨著NaHCO3濃度的增加，裸燕麥幼苗葉片中丙二醛含量呈升高的趨勢(shì)(見(jiàn)圖4)。0.2～6.4 g/lNaHCO3處理下，葉片中丙二醛含量顯著升高(P<0.05)，3.2～6.4 g/lNaHCO3處理與空白對(duì)照相比，上升了84.2%～89.31%。

圖4 丙二醛含量

裸燕麥幼苗中可溶性糖含量呈先減小后增大的趨勢(shì)(見(jiàn)圖5)，0.4～0.8 g/lNaHCO3處理下，可溶性糖含量顯著降低(P<0.05)，其中在0.8 g/lNaHCO3處理下得到最低的可溶性糖含量，與對(duì)照相比顯著下降了58.81%(P<0.05)。

圖5 可溶性糖含量

2.3 脯氨酸含量的變化

以脯氨酸質(zhì)量為縱坐標(biāo)，A520nm處的吸光度為橫坐標(biāo)，繪制了的標(biāo)準(zhǔn)曲線(見(jiàn)圖6)，得到的線性回歸方程為y=15.179x+1.2287，R2=0.9935。由此可以計(jì)算出裸燕麥葉片中脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

圖6 脯氨酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線

隨著NaHCO3濃度的增加，裸燕麥幼苗葉片中脯氨酸含量呈先升高后降低的趨勢(shì)(見(jiàn)圖7)。0.2～6.4 g/lNaHCO3處理下，葉片中脯氨酸含量顯著升高(P<0.05)，0.8 g/lNaHCO3處理下，相比較對(duì)照組增加86.19%(P<0.05)。

圖7 脯氨酸含量分?jǐn)?shù)

2.4 氧自由基產(chǎn)生速率的變化

以亞硝酸鈉質(zhì)量為縱坐標(biāo)，A530nm處的吸光度為橫坐標(biāo)，繪制了(如圖8)的亞硝酸根標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到的線性回歸方程為y=430.13x-7.2685，R2=0.9918。

圖8 亞硝酸鈉的質(zhì)量(mg)

隨著NaHCO3濃度的增加，裸燕麥幼苗葉片中氧自由基產(chǎn)生速率呈先升高后降低的趨勢(shì)(見(jiàn)圖9)。0.2～0.4 g/lNaHCO3處理下，葉片中氧自由基產(chǎn)生速率顯著升高(P<0.05)。0.4 g/lNaHCO3處理下，相比較對(duì)照組增加78.57%(P<0.05)。6.4 g/lNaHCO3處理下，相比于對(duì)照組降低了94.85%。

圖9 氧自由基產(chǎn)生速率

2.5 超氧化物歧化酶活性的測(cè)定

隨著NaHCO3濃度的增加，裸燕麥幼苗葉片中超氧化物歧化酶活性(SOD)活性呈先增大后減小的趨勢(shì)(見(jiàn)圖10)。0.4～0.8 g/lNaHCO3處理下，SOD活性變化顯著(P<0.05)。0.8 g/lNaHCO3處理下相比于對(duì)照組，上升了23.83%(P<0.05)。6.4 g/lNaHCO3處理下，SOD活性顯著降低，相比于對(duì)照組下降了72.60%(P<0.05)。

圖10 SOD活性

2.6 POD活性測(cè)定

隨著NaHCO3濃度的增加，裸燕麥幼苗葉片中POD活性測(cè)定含量呈先增大后減小的趨勢(shì)(見(jiàn)圖11)。0.2～3.2 g/lNaHCO3處理下，POD活性測(cè)定含量變化顯著(P<0.05)。0.4 g/lNaHCO3處理下相比于對(duì)照組，上升了67.26%(P<0.05)。

圖11 POD酶活

2.7 CAT活性的變化

隨著NaHCO3濃度的增加，裸燕麥幼苗葉片中過(guò)氧化氫酶(CAT)活性呈先增大后減小的趨勢(shì)(見(jiàn)圖12)。1.6～6.4 g/lNaHCO3處理下，CAT活性變化顯著(P<0.05)。1.6 g/lNaHCO3處理下相比于對(duì)照組，上升了55.60%(P<0.05)，6.4 g/lNaHCO3處理下相比于對(duì)照組，下降了86.36%(P<0.05)。

圖12 CAT 酶活性

2.8 APX酶活性的變化

隨著NaHCO3濃度的增加，裸燕麥幼苗葉片中APX酶活性的含量呈減小的趨勢(shì)(見(jiàn)圖13)。0.2～6.4 g/lNaHCO3處理下，CAT活性顯著降低(P<0.05)，6.4 g/lNaHCO3處理相比與對(duì)照組下降了74.95%(P<0.05)。

圖13 APX活性

3 討論

葉綠素是綠色植物進(jìn)行光合作用的基礎(chǔ)物質(zhì)，是植物葉片的主要光合色素，是研究祼燕麥生長(zhǎng)特性[15]、生理變化的重要指標(biāo)[16]。高濃度HCO3對(duì)祼燕麥幼苗生長(zhǎng)、活性氧自由基生成以及植物體內(nèi)酶系統(tǒng)有中影響[17]，保護(hù)酶清除活性氧，活性氧自由基 O—·2是氧進(jìn)行單電子還原時(shí)首先生成的，它可進(jìn)一步生成 H2O2、羥自由基等，參與膜脂過(guò)氧化和膜脂脫脂作用[17]。

脯氨酸呈先增后減的趨勢(shì)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)可能有幾種機(jī)制：首先脯氨酸可以作為植物的一種營(yíng)養(yǎng)劑，在植物受到逆境脅迫而影響光合作用的合成能力時(shí)作為一種外源營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充為植物生長(zhǎng)提供能量；其次脯氨酸的積累可能提高了植物滲透調(diào)節(jié)能力，從而使植物的各項(xiàng)生理功能盡可能平衡。MDA是衡量膜質(zhì)過(guò)氧化水平的一個(gè)指標(biāo)。植物器官在逆境下遭受傷害時(shí)，往往發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用[18]。本研究中脯氨酸變化趨勢(shì)與付咪等[19]的觀點(diǎn)一致。不同的濃度NaHCO3處理后，裸燕麥葉片中抗氧化酶 SOD、POD 活性有所增加，APX和CAT逐漸減小，這可能是祼燕麥對(duì)脅迫的一種適應(yīng)性反應(yīng)。不良的環(huán)境導(dǎo)致了裸燕麥葉片細(xì)胞中活性氧的產(chǎn)生，從而激活了體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)。但是隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)保護(hù)酶系統(tǒng)逐漸被抑制SOD 活性迅速下降[20]，但是隨著濃度的增加葉片呈降低趨勢(shì)[21]，植物葉片 SOD、POD 和 CAT 等指標(biāo)則在低濃度鹽脅迫下呈現(xiàn)增高趨勢(shì)，而隨著鹽濃度的進(jìn)一步提高 SOD、POD 和 CAT 等指標(biāo)則顯著下降，祼燕麥葉片已受到不可逆轉(zhuǎn)的損傷，表現(xiàn)為祼燕麥的葉片生長(zhǎng)受阻，活力下降。