朱珊珊，米俊珍，趙寶平，武俊英，王 瑩，劉景輝

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

燕麥?zhǔn)俏覈?guó)北方重要的糧飼兼用作物，具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和食用價(jià)值，消費(fèi)市場(chǎng)需求量較大，且呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)[1-3]。我國(guó)燕麥主要分布在干旱半干旱地區(qū)，這些地區(qū)自然條件惡劣，在燕麥生育期間干旱少雨，導(dǎo)致燕麥產(chǎn)量低下，生產(chǎn)力遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足消費(fèi)需求[4]。干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致植物正常生理代謝過(guò)程受到抑制，引起植物葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率降低，導(dǎo)致植物減少蒸騰，以改善自身水分狀態(tài)[5]。內(nèi)源激素作為調(diào)控作物生長(zhǎng)發(fā)育的物質(zhì)在干旱條件下起著非常重要的作用[6]。植物受到干旱脅迫時(shí)，體內(nèi)的生長(zhǎng)素(IAA)、赤霉素(GA)和 細(xì)胞分裂素(CTK)含量會(huì)降低，而脫落酸(ABA)含量會(huì)升高，從而調(diào)控生理生化過(guò)程，以適應(yīng)干旱[7]。

腐植酸(HA)是一類(lèi)從泥碳、褐煤和風(fēng)化煤中提取的能促進(jìn)植物生長(zhǎng)、增強(qiáng)作物抗逆性的有機(jī)物質(zhì)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有較大的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景[8]。有研究指出，干旱脅迫下HA能改善作物葉片光合性能、控制其激素水平、增強(qiáng)其抗旱能力，從而提高作物產(chǎn)量[9-10]。在干旱條件下，HA能夠抑制作物葉片氣孔開(kāi)度、增加氣體交換速率、降低蒸騰速率,從而改善作物光合能力，增強(qiáng)抗旱性[11-12]。重度干旱脅迫下，噴施HA可調(diào)控燕麥葉片內(nèi)源激素含量，緩解干旱脅迫傷害[13]。Yang等[14]研究顯示，在水分虧缺條件下，施用黃腐酸可增加玉米葉片脫落酸含量，降低葉片蒸騰速率，從而提高瞬時(shí)水分利用效率，增強(qiáng)植株抗旱性。盡管腐植酸在燕麥抗旱性方面已經(jīng)有一些研究，但是關(guān)于腐植酸對(duì)干旱脅迫下燕麥內(nèi)源激素水平及其與光合特性關(guān)系的研究還比較少見(jiàn)。因此，本試驗(yàn)研究了干旱脅迫下腐植酸對(duì)燕麥生長(zhǎng)指標(biāo)、葉片光合參數(shù)和內(nèi)源激素含量的影響，并探究了光合參數(shù)與內(nèi)源激素含量間的關(guān)系，以期進(jìn)一步明確腐植酸提高燕麥抗旱性的作用機(jī)制，為腐植酸的應(yīng)用及燕麥的抗旱種植提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為‘燕科2號(hào)’，由內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院提供。腐植酸，購(gòu)于內(nèi)蒙古永業(yè)農(nóng)豐生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)于2019年4月至8月在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)燕麥產(chǎn)業(yè)研究中心溫室進(jìn)行。試驗(yàn)選用54個(gè)直徑為25 cm、高18 cm的塑料盆，內(nèi)裝混合土5 kg(河沙和泥炭土體積比1∶1)，混合土中N+P+K>10 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量>50 g/kg，pH值為5.5～8.5，含水量為9%，播種前施入磷酸二銨(N 18%，P2O546%)2 g/盆。塑料盆采用隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)置3個(gè)水分條件：正常供水(田間持水量的75%，M1)、中度干旱脅迫(田間持水量的45%，M2)、重度干旱脅迫(田間持水量的30%，M3)；2個(gè)噴施處理：噴施腐植酸500倍稀釋液(HA)和等量清水(CK)。每個(gè)處理種植3盆，每盆30株，重復(fù)3次，三葉期定植為20株。2019年4月14日播種，8月21日收獲。從拔節(jié)期(5月18日)開(kāi)始至成熟期，采用稱(chēng)重差值法進(jìn)行控水處理，在拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期的上午09:00-11:00噴施腐植酸500倍稀釋液和清水，植株葉片均勻噴施至葉面濕透但不滴水為止，各時(shí)期噴施7 d后取燕麥旗葉，投入液氮速凍后，放入-80 ℃冰箱冷藏，用于內(nèi)源激素含量的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 在拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期，固定10株燕麥，用卷尺測(cè)量株高及每片葉的葉長(zhǎng)、葉寬。采用長(zhǎng)寬系數(shù)法[15]計(jì)算每片葉的面積(葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×0.73)，然后計(jì)算單株葉面積。

1.3.2 光合參數(shù)的測(cè)定 在拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期，用便攜式光合儀(CIRAS-3)在晴朗無(wú)風(fēng)的上午09:00-11:30，測(cè)定旗葉氣體交換參數(shù)，包括凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)。每個(gè)處理測(cè)定3株，結(jié)果取平均值。

1.3.3 內(nèi)源激素含量的測(cè)定 燕麥旗葉ABA、玉米素核苷(ZR)、IAA、GA含量由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)作物化學(xué)控制研究中心采用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)測(cè)定。每個(gè)處理3次重復(fù)，結(jié)果取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行處理，用SPSS 22.0軟件進(jìn)行顯著性和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐植酸對(duì)干旱脅迫下燕麥生長(zhǎng)的影響

由圖1可見(jiàn)，隨著生育期的推移，燕麥的株高和單株葉面積呈上升趨勢(shì)，而干旱脅迫導(dǎo)致燕麥株高、單株葉面積均顯著降低。與CK相比，M1水分條件下，噴施腐植酸后燕麥的株高和單株葉面積均有所增加，但差異未達(dá)到顯著水平；M2水分條件下，噴施腐植酸后燕麥株高在抽穗期和灌漿期差異達(dá)到顯著水平，分別增加了8.40%和7.15%，單株葉面積在拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期均顯著提高，增幅分別為12.78%，6.96%和6.67%；M3水分條件下，噴施腐植酸后燕麥拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期的株高分別顯著增加了9.39%，9.49%和10.27%；單株葉面積分別顯著增加了13.05%，8.79%和8.28%。以上結(jié)果表明，干旱會(huì)抑制燕麥的生長(zhǎng)發(fā)育，噴施腐植酸可有效緩解干旱脅迫對(duì)燕麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響，尤其在M3水分條件下效果更佳。

圖柱上標(biāo)不同小寫(xiě)字母表示同一生育時(shí)期的不同處理間差異顯著(P<0.05)

2.2 腐植酸對(duì)干旱脅迫下燕麥旗葉光合特性的影響

由表1可以看出，燕麥旗葉Pn、Ci、Gs和Tr均隨著生育期的推進(jìn)呈先升高后降低的趨勢(shì)。干旱脅迫導(dǎo)致燕麥旗葉Pn、Gs、Tr顯著降低，Ci顯著升高。M1水分條件下，噴施腐植酸后燕麥旗葉光合參數(shù)與CK處理相比無(wú)顯著差異；M2水分條件下，噴施腐植酸后3個(gè)生育時(shí)期燕麥旗葉Pn、Gs和Tr平均較CK分別增加了14.15%，17.65%和13.73%，而Ci平均較CK降低8.19%，其中Pn在拔節(jié)期、灌漿期差異達(dá)到顯著水平，Gs在3個(gè)生育時(shí)期差異均達(dá)到顯著水平，Tr在灌漿期差異達(dá)到顯著水平，Ci在拔節(jié)期、抽穗期差異達(dá)顯著水平；M3水分條件下，腐植酸處理Pn、Gs和Tr平均較CK分別增加了19.15%，20.75%和19.69%，而Ci平均較CK降低了10.89%，其中Pn、Gs和Ci在3個(gè)生育時(shí)期差異均達(dá)顯著水平，Tr在灌漿期差異達(dá)顯著水平。以上結(jié)果表明，干旱脅迫給燕麥葉片光合作用帶來(lái)了不利的影響，噴施腐植酸可有效緩解干旱脅迫對(duì)燕麥光合和蒸騰作用的抑制效應(yīng)，尤其在M3水分條件下效果更明顯。

表1 干旱脅迫下腐植酸對(duì)燕麥葉片光合參數(shù)的影響

2.3 腐植酸對(duì)干旱脅迫下燕麥葉片內(nèi)源激素含量的影響

由表2可見(jiàn)，從拔節(jié)期到灌漿期，燕麥旗葉IAA、ZR、GA含量均先升高后降低，而ABA含量則呈上升趨勢(shì)。干旱脅迫導(dǎo)致燕麥旗葉IAA、ZR、GA含量顯著降低，ABA含量顯著升高。M1水分條件下，噴施腐植酸后燕麥葉片中僅ZR含量在拔節(jié)期較CK顯著降低，其他激素含量無(wú)顯著變化。M2水分條件下，噴施腐植酸后3個(gè)生育時(shí)期燕麥旗葉ABA含量平均較CK降低了6.59%，而GA、ZR和IAA含量平均較CK分別增加了7.27%，11.68%和10.03%，GA含量在不同生育時(shí)期達(dá)到顯著水平，ABA含量在抽穗期達(dá)到顯著水平，IAA含量在拔節(jié)、灌漿期達(dá)到顯著水平，ZR含量在抽穗、灌漿期達(dá)到顯著水平。M3水分條件下，腐植酸處理ABA含量平均較CK顯著降低了10.72%，而GA、ZR和IAA含量分別顯著增加了11.10%，17.26%和14.99%。結(jié)果表明，噴施腐植酸可改變干旱脅迫對(duì)燕麥葉片中內(nèi)源激素含量的影響，有利于燕麥植株維持較高的代謝活力，尤其在M3水分條件下效果更佳。

表2 干旱脅迫下腐植酸對(duì)燕麥葉片內(nèi)源激素含量的影響

表2(續(xù)) Continued table 2 ng/g

2.4 內(nèi)源激素與光合作用及生長(zhǎng)指標(biāo)的相關(guān)性

由表3可以看出，Pn、Tr與ZR、IAA和GA含量均極顯著正相關(guān)，與ABA含量極顯著負(fù)相關(guān)。Ci與IAA含量極顯著負(fù)相關(guān)。Gs與ZR和GA含量極顯著正相關(guān)，與IAA含量顯著正相關(guān)，與ABA含量極顯著負(fù)相關(guān)。株高與Pn和IAA含量極顯著正相關(guān)，與ABA含量、Ci極顯著負(fù)相關(guān)。單株葉面積與Pn、Tr、Gs和IAA含量極顯著正相關(guān)，與ABA含量、Ci極顯著負(fù)相關(guān)。

表3 燕麥葉片內(nèi)源激素含量與光合特性及生長(zhǎng)指標(biāo)的相關(guān)性

3 討 論

本研究結(jié)果表明，干旱脅迫下燕麥葉片的Pn、Gs、Tr降低，而Ci升高。這可能是由于在干旱條件下，燕麥葉片通過(guò)部分或全部關(guān)閉氣孔降低蒸騰速率，減少水分散失，導(dǎo)致凈光合速率下降[16]。此外，Pn的降低伴隨著Gs顯著降低和Ci增加，表明干旱處理誘導(dǎo)Pn下降的主要原因是干旱條件下燕麥葉片葉綠體結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致葉片光合器官受損，光合活性降低[17]。王琦等[18]研究表明，在低灌水量下噴施腐植酸能顯著提高燕麥的Pn、Gs、Tr。本研究中，噴施腐植酸使干旱脅迫下燕麥葉片的Pn、Gs、Tr顯著增加，說(shuō)明腐植酸可能對(duì)光合系統(tǒng)有保護(hù)作用。周海濤等[19]研究發(fā)現(xiàn)，干旱條件下黃腐酸能提高皮燕麥Ci，而本研究結(jié)果表明干旱脅迫下噴施腐植酸使燕麥葉片Ci顯著降低，這可能是試驗(yàn)所用燕麥品種及光合參數(shù)測(cè)定時(shí)間與方法不同引起的。

本研究中，干旱脅迫下燕麥葉片的IAA、GA和ZR含量均顯著降低，而ABA含量顯著上升，這表明干旱脅迫會(huì)打破燕麥葉片內(nèi)源激素平衡，降低細(xì)胞代謝強(qiáng)度，減少葉片含水量，促進(jìn)脫落與休眠，從而抑制植物生長(zhǎng)[20-21]。張志芬等[13]研究表明，干旱脅迫下噴施腐植酸處理燕麥葉片ABA含量較CK顯著降低，但在正常供水條件下差異不顯著，本研究結(jié)果與此相似，說(shuō)明腐植酸可通過(guò)降低ABA含量來(lái)抵御干旱脅迫，延緩植株衰老。Yang等[14]研究表明，在干旱條件下施用黃腐酸能增加葉片ABA含量，提高玉米植株抗逆性，這與本研究結(jié)果不同，其原因可能是2種作物受到干旱脅迫時(shí)ABA應(yīng)答基因的調(diào)控因子和信號(hào)傳遞途徑存在差異，也可能是不同種類(lèi)作物ABA蛋白在植物細(xì)胞的失水耐受過(guò)程中所起的作用不同[22]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，干旱脅迫下噴施腐植酸可以顯著提高燕麥葉片IAA、GA和ZR含量，這可能是由于腐植酸中含有吲哚乙酸類(lèi)小分子生物活性激素分子，這些物質(zhì)能促進(jìn)內(nèi)源IAA、GA和ZR的合成，導(dǎo)致其含量增加[23-24]。

本研究結(jié)果表明，干旱脅迫下噴施腐植酸能夠顯著提高燕麥株高和葉面積，這與申潔[25]在谷子上的研究結(jié)果相似。楊建昌等[26]研究認(rèn)為，Gs與葉片中ABA含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與本研究結(jié)果一致，說(shuō)明在干旱條件下ABA調(diào)節(jié)了氣孔開(kāi)閉狀態(tài)。本研究發(fā)現(xiàn)，燕麥葉片ABA含量，與Pn、Gs和Tr極顯著負(fù)相關(guān)，這可能是ABA增加導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，Gs和Tr降低,最終使Pn下降。噴施腐植酸減輕了燕麥葉片的損害程度，降低了ABA含量，調(diào)控了氣孔開(kāi)閉狀態(tài)，使蒸騰速率增加，葉片凈光合速率提高[27]。前人研究表明，細(xì)胞分裂素能促進(jìn)Rubisco小亞基編碼基因表達(dá)[28]。本研究結(jié)果顯示，干旱脅迫下噴施腐植酸能增加ZR含量，且ZR含量與Pn顯著正相關(guān)，推測(cè)干旱脅迫下腐植酸增加了ZR含量，進(jìn)而提高了Rubisco酶活性，促進(jìn)了Pn。Cornic等[29]研究認(rèn)為，IAA可減弱ABA引起的氣孔關(guān)閉，增加氣孔開(kāi)度，其含量下降有利于氣孔關(guān)閉。此外，Wang等[30]研究發(fā)現(xiàn)，葉片氣孔的關(guān)閉和蒸騰的減弱是ABA含量增加和ZR含量下降共同作用的結(jié)果。本研究中，ZR、IAA、GA含量與Gs存在正相關(guān)關(guān)系，ABA含量與Gs極顯著負(fù)相關(guān)，高濃度的ZR和IAA可以維持氣孔的開(kāi)張，GA能夠促進(jìn)作物胚軸表皮細(xì)胞分裂，促進(jìn)氣孔的形成，調(diào)節(jié)氣孔密度[20,31]。據(jù)此，干旱條件下噴施腐植酸對(duì)燕麥葉片Gs的影響應(yīng)該是4種激素共同作用的結(jié)果。本研究發(fā)現(xiàn)，IAA含量與Pn、Gs、Tr顯著正相關(guān)，與Ci顯著負(fù)相關(guān)，推測(cè)這可能與腐植酸中的吲哚乙酸類(lèi)小分子生物活性激素分子促進(jìn)IAA的產(chǎn)生，調(diào)控氣孔開(kāi)閉有關(guān)[32]。干旱脅迫下GA含量與IAA含量呈顯著正相關(guān)的關(guān)系[6]，因此可認(rèn)為IAA和GA有關(guān)，與光合途徑相關(guān)，但關(guān)于GA和光合途徑之間的關(guān)系還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

干旱脅迫通過(guò)改變?nèi)~片的光合作用與內(nèi)源激素含量影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育。葉面噴施腐植酸可調(diào)節(jié)植物內(nèi)源激素的代謝水平，調(diào)控燕麥葉片氣孔開(kāi)閉狀態(tài)，并影響其他光合生理過(guò)程，維持燕麥正常的生理代謝活動(dòng)，促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)其抗旱能力，當(dāng)土壤水分為田間持水量的30%時(shí)噴施腐植酸的效果最優(yōu)。