NaHCO3處理對裸燕麥幼苗的生理指標的影響

李祖夏，劉 念，2，喬 楓，2，3

(1.青海師范大學生命科學學院，青海 西寧 810008；2.青海省青藏高原藥用動植物資源重點實驗室，青海 西寧 810008；3.高原科學與可持續(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)問題[1]。碳酸氫鈉(NaHCO3)對種子萌發(fā)、種子發(fā)芽及幼苗生長具有一定的影響。周愛蓉等(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對窄葉鮮卑花種子萌發(fā)的影響。結(jié)果表明，NaHCO3對窄葉鮮卑花種子萌發(fā)的影響表現(xiàn)為低促高抑的效應；NaHCO3對種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈負相關(guān)[2]。黃萍等(2021)研究了不同濃度的NaCl脅迫對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脅迫能促進阿拉伯婆婆納種子萌發(fā)、刺激幼根生長，75～100 mmol/l NaCl脅迫對發(fā)芽率影響不明顯，但影響幼苗子葉展開[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]。本實驗采用不同濃度(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對其生理指標的變化。

裸燕麥(Avenanuda)屬一年生禾本科(Gramineae)燕麥屬雜糧作物，是我國西北鹽堿地普遍種植的地方優(yōu)勢特色作物[5]，依種子帶殼與否分皮燕麥和裸燕麥兩大類型。燕麥具有極高的營養(yǎng)、醫(yī)療保健、飼用與生態(tài)價值，是一種糧、飼、藥多用途作物，也是對抗生態(tài)環(huán)境退化的先鋒作物[6]。我國以種植裸燕麥為主，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)。其他國家以種植皮燕麥為主，少數(shù)食用，大多為飼用。近年來，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，并且具有喜冷涼、耐瘠、抗旱的特性。因此，主要分布在我國華北北部、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個培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，放到陽光充足、溫度適宜的地方進行培養(yǎng)，隔1～2 d澆1次水。觀察祼燕麥生長情況，待祼燕麥葉片蔥綠，高度約7 cm時準備進行實驗[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后進行生理生化指標的測定。

1.2 實驗方法

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

2 結(jié)果與分析

2.1 幼苗長度和葉綠素含量的變化

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

圖2 根長度的變化(cm)

裸燕麥幼苗中葉片的葉綠素含量呈下降的趨勢(見圖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(見圖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(見圖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，A520nm處的吸光度為橫坐標，繪制了的標準曲線(見圖6)，得到的線性回歸方程為y=15.179x+1.2287，R2=0.9935。由此可以計算出裸燕麥葉片中脯氨酸的質(zhì)量分數(shù)。

圖6 脯氨酸的標準曲線

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(見圖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，相比較對照組增加86.19%(P<0.05)。

圖7 脯氨酸含量分數(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，A530nm處的吸光度為橫坐標，繪制了(如圖8)的亞硝酸根標準曲線，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(見圖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，相比較對照組增加78.57%(P<0.05)。6.4 g/lNaHCO3處理下，相比于對照組降低了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(見圖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，相比于對照組下降了72.60%(P<0.05)。

圖10 SOD活性

2.6 POD活性測定

隨著NaHCO3濃度的增加，裸燕麥幼苗葉片中POD活性測定含量呈先增大后減小的趨勢(見圖11)。0.2～3.2 g/lNaHCO3處理下，POD活性測定含量變化顯著(P<0.05)。0.4 g/lNaHCO3處理下相比于對照組，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氧化氫酶(CAT)活性呈先增大后減小的趨勢(見圖12)。1.6～6.4 g/lNaHCO3處理下，CAT活性變化顯著(P<0.05)。1.6 g/lNaHCO3處理下相比于對照組，上升了55.60%(P<0.05)，6.4 g/lNaHCO3處理下相比于對照組，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(見圖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，是研究祼燕麥生長特性[15]、生理變化的重要指標[16]。高濃度HCO3對祼燕麥幼苗生長、活性氧自由基生成以及植物體內(nèi)酶系統(tǒng)有中影響[17]，保護酶清除活性氧，活性氧自由基 O—·2是氧進行單電子還原時首先生成的，它可進一步生成 H2O2、羥自由基等，參與膜脂過氧化和膜脂脫脂作用[17]。

脯氨酸呈先增后減的趨勢，促進植物生長可能有幾種機制：首先脯氨酸可以作為植物的一種營養(yǎng)劑，在植物受到逆境脅迫而影響光合作用的合成能力時作為一種外源營養(yǎng)補充為植物生長提供能量；其次脯氨酸的積累可能提高了植物滲透調(diào)節(jié)能力，從而使植物的各項生理功能盡可能平衡。MDA是衡量膜質(zhì)過氧化水平的一個指標。植物器官在逆境下遭受傷害時，往往發(fā)生膜脂過氧化作用[18]。本研究中脯氨酸變化趨勢與付咪等[19]的觀點一致。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，這可能是祼燕麥對脅迫的一種適應性反應。不良的環(huán)境導致了裸燕麥葉片細胞中活性氧的產(chǎn)生，從而激活了體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)。但是隨著脅迫時間的延長保護酶系統(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[21]，植物葉片 SOD、POD 和 CAT 等指標則在低濃度鹽脅迫下呈現(xiàn)增高趨勢，而隨著鹽濃度的進一步提高 SOD、POD 和 CAT 等指標則顯著下降，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受阻，活力下降。