壯秧劑處理對(duì)干旱脅迫下甜菜紙筒苗葉片游離氨基酸含量和解剖結(jié)構(gòu)的影響

劉娜，劉乃新，王洪峰，吳玉梅，宋柏權(quán)，楊驥*

（1.黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院，哈爾濱150080；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所，哈爾濱150080；3.東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱150080）

壯秧劑處理對(duì)干旱脅迫下甜菜紙筒苗葉片游離氨基酸含量和解剖結(jié)構(gòu)的影響

劉娜1，2，劉乃新1，2，王洪峰3，吳玉梅1，2，宋柏權(quán)1，2，楊驥1，2*

（1.黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院，哈爾濱150080；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所，哈爾濱150080；3.東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱150080）

試驗(yàn)結(jié)果表明，在干旱脅迫下，甜菜壯秧劑的使用，可以降低甜菜紙筒苗葉片總氨基酸含量和其中大多數(shù)游離氨基酸含量，顯著降低了葉片中脯氨酸含量；可以提高主脈厚度、木質(zhì)部厚度、葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度和葉片組織結(jié)構(gòu)疏松度。壯秧劑的使用可以提高甜菜紙筒苗抗干旱脅迫能力。

甜菜；游離氨基酸；解剖結(jié)構(gòu)

黑龍江省是我國(guó)主要的商品糧基地，也是糖料作物甜菜的主產(chǎn)區(qū)之一，但是黑龍江省春季干旱時(shí)有發(fā)生，尤其西南部地區(qū)，春季干旱尤為突出[1-2]，由于甜菜苗期根系較弱，因此嚴(yán)重影響甜菜苗期的保苗率。

甜菜紙筒育苗移栽技術(shù)是目前大力推廣的甜菜栽培措施，可以延長(zhǎng)甜菜生育期30～35d，增加積溫300～400℃[3]，由于紙筒育苗移栽時(shí)，甜菜已有4片以上真葉，可以比直播明顯提高苗期甜菜的抗旱能力。紙筒育苗的關(guān)鍵是培育壯苗，較弱的紙筒苗抗旱、抗寒能力差，移栽后成活率低，因此研究人員在生產(chǎn)上探索借鑒了許多有效的提高紙筒苗素質(zhì)的栽培措施，比如，斷根，使用植物調(diào)節(jié)劑，煉苗等[4]。本試驗(yàn)是為了進(jìn)一步驗(yàn)證壯秧劑對(duì)干旱脅迫下甜菜紙筒苗的影響，測(cè)定了干旱條件下甜菜紙筒苗葉片19種氨基酸含量和解剖結(jié)構(gòu)中8個(gè)相關(guān)指標(biāo)的變化，為進(jìn)一步研究甜菜苗期抗旱機(jī)理提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)、材料

試驗(yàn)育苗地點(diǎn)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系海倫綜合試驗(yàn)站；室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定地點(diǎn)為農(nóng)業(yè)部甜菜品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心。供試甜菜品種為SD13829，壯秧劑為甜菜專用壯秧劑，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)研制，壯秧劑使用方法為每667m2使用量4g，用水量為4L。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為處理Ⅰ（CK），育苗播種時(shí)間為4月3日，無(wú)壯秧劑處理;處理Ⅰ，育苗播種時(shí)間為4月3日，壯秧劑處理1次。處理Ⅱ（CK），育苗播種時(shí)間為4月18日，無(wú)壯秧劑處理；處理Ⅱ，育苗播種時(shí)間為4月18日，壯秧劑處理1次。5月13日取回實(shí)驗(yàn)室，室溫培養(yǎng)9d（不澆水，3d后，使紙筒中上部土壤含水率低于14%后放入泡沫箱，持續(xù)培養(yǎng)6d）測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

游離氨基酸測(cè)定：稱取樣品鮮樣1.000g，用研缽研成勻漿，加等量水將樣品洗入離心管中，4000r/min離心10min，吸取上清液1mL，加9mL 3%磺基水楊酸，于4000r/min離心10min后，過0.22μm濾膜后，用氨基酸自動(dòng)測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。

解剖結(jié)構(gòu)的測(cè)定：每株選取甜菜植株葉片15片，將葉片切為寬約5cm的小條，采樣后放入F.A.A.固定液中固定24h。常規(guī)石蠟切片法，番紅-固綠對(duì)染，Olympus（BX51）顯微鏡下觀察、測(cè)量，moticam 3000照相。測(cè)量葉片主脈厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、主脈木質(zhì)部厚度、主脈韌皮部厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、葉片厚度8個(gè)指標(biāo)，并計(jì)算葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度（CTR%）和葉片組織結(jié)構(gòu)疏松度（SR%）。

CTR%=（柵欄組織厚度/葉片厚度）×100；SR%=（海綿組織厚度/葉片厚度）×100

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)用Excel 2007制表，SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)法對(duì)4個(gè)處理的紙筒苗葉片的各項(xiàng)解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)測(cè)定值進(jìn)行綜合評(píng)定[5]。具體計(jì)算公式如下：

若某一指標(biāo)與抗旱性呈正相關(guān)，U（Xi）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）

若某一指標(biāo)與抗旱性為負(fù)相關(guān)，計(jì)算公式為：U（Xi）=1-（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）

式中：U（Xi）為隸屬函數(shù)值，Xi為指標(biāo)測(cè)定值，Xmax、Xmin為所有處理紙筒苗葉片某一指標(biāo)的最大值和最小值。將每個(gè)處理各指標(biāo)的抗旱隸屬函數(shù)值累加起來(lái)，求其平均數(shù)，平均數(shù)越大，抗旱性則越強(qiáng)。由于本文沒有測(cè)定氣孔長(zhǎng)度等與控水能力成負(fù)相關(guān)的指標(biāo)[6-7]，因此各項(xiàng)指標(biāo)均采用隸屬函數(shù)進(jìn)行分析，沒有用反隸屬函數(shù)進(jìn)行分析。

表1 壯秧劑處理甜菜紙筒苗游離氨基酸含量

2 結(jié)果與分析

2.1 壯秧劑處理對(duì)甜菜紙筒苗葉片游離氨基酸含量的影響

由表1可見，無(wú)壯秧劑處理的不同播期的游離氨基酸總量隨著播期的提前而降低，4月3日播種的紙筒苗游離氨基酸的總含量小于4月18日播種的游離氨基酸總含量；經(jīng)過壯秧劑處理后，4月3日播種的紙筒苗游離氨基酸總含量也小于4月18日播種的紙筒苗的游離氨基酸總含量；相同播期中，壯秧劑處理明顯比對(duì)照降低了植株中的游離氨基酸總量，4月3日處理比對(duì)照降低29.16%，4月18日處理平均比對(duì)照降低22.85%。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在4月3日播種紙筒苗，處理和對(duì)照比只有天冬酰胺含量升高，其他18種氨基酸含量壯秧劑處理比對(duì)照均降低，其中15種氨基酸處理和對(duì)照之間差異顯著（P<0.05）；4月18日播種的紙筒苗，處理和對(duì)照比只有蘇氨酸、谷氨酸含量上升，其他17種氨基酸含量壯秧劑處理比對(duì)照降低，其中12種氨基酸含量處理和對(duì)照之間差異顯著（P<0.05）。

分析結(jié)果可見，脯氨酸含量4月3日播種的紙筒苗大于4月18日播種的紙筒苗，兩個(gè)播期紙筒苗壯秧劑處理均比對(duì)照降低了葉片脯氨酸的含量。

2.2 壯秧劑處理對(duì)甜菜紙筒苗葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響

表2可見，干旱條件下，在不同的苗齡甜菜紙筒苗解剖結(jié)構(gòu)中，主脈厚度、主脈木質(zhì)部厚度、主脈韌皮部厚度和下表皮厚度隨著苗齡的減少降低，即播期4月3日>4月18日；葉片厚度、柵欄組織、海綿組織和上表皮厚度隨著苗齡的增加而降低，即播期4月18日>4月3日。

不同時(shí)期壯秧劑的施用使葉片的解剖結(jié)構(gòu)變化顯著，其中主脈厚度、主脈木質(zhì)部厚度、葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、CTR%和SR%處理比對(duì)照都有增加，其中主脈厚度、葉片厚度和柵欄組織厚度4月3日播期比對(duì)照分別增加13.19%、22.23%和36.19%；4月18日播期比對(duì)照分別增加48.95%、46.14%和50.26%。由結(jié)果可見，壯秧劑對(duì)葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響苗齡較短的紙筒苗大于苗齡較長(zhǎng)的紙筒苗，即播期4月18日>4月3日。從解剖結(jié)構(gòu)得到抗旱評(píng)價(jià)順序?yàn)椋?月18日（處理）>4月3日（處理）>4月3日（對(duì)照）>4月18日（對(duì)照）。

表2 壯秧劑對(duì)不同播期甜菜紙筒苗解剖結(jié)構(gòu)的影響

3 討論

游離氨基酸不僅作為蛋白質(zhì)的組成成分，而且與作物的抗逆性有關(guān)。任東濤[8]等在蘆葦?shù)难芯恐邪l(fā)現(xiàn)，游離氨基酸和總氨基酸可以作為蘆葦種下劃分生態(tài)型的指標(biāo)，而且干旱會(huì)引起游離氨基酸，尤其作為抗逆性重要指標(biāo)的脯氨酸含量升高。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在相同的干旱條件下，壯秧劑處理的總氨基酸，尤其脯氨酸含量小于對(duì)照，表明壯秧劑處理植株所受的脅迫較小，因此植株沒有產(chǎn)生大量的脯氨酸用以維持脅迫下的滲透平衡。同時(shí)外觀觀察發(fā)現(xiàn)，無(wú)壯秧劑處理的葉片有明顯萎蔫的癥狀，尤其4月3日苗齡較長(zhǎng)的紙筒苗萎蔫癥狀更加明顯。解剖結(jié)構(gòu)分析也表明壯秧劑的處理可以增加甜菜葉片主脈厚度、木質(zhì)部厚度、葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度和葉片組織結(jié)構(gòu)疏松度，加強(qiáng)葉片在干旱條件下的保水性，因此壯秧劑的處理可以明顯提高甜菜紙筒苗的抗旱性。

本文為了研究壯秧劑對(duì)甜菜紙筒苗抗旱性影響，對(duì)紙筒苗葉片游離氨基酸和解剖結(jié)構(gòu)做了初步的研究。由于游離氨基酸對(duì)甜菜的抗鹽堿和抗寒性都有影響，同時(shí)不同的甜菜品種，尤其飼用甜菜和糖甜菜上含量也會(huì)有差別，因此游離氨基酸在甜菜抗逆性和生態(tài)型分類的相關(guān)研究中還有待深入，同時(shí)在不同的脅迫條件下，甜菜解剖結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)的研究也有待深入。

[1]朱海霞，李旭，李百超.黑龍江省春季干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及區(qū)劃[J].黑龍江氣象，2009，26（2）：16-18.

[2]王青梅.黑龍江省春季干旱指數(shù)計(jì)算[J].黑龍江水利科技，2014（3）：68-69.

[3]黃立功.海倫市甜菜紙筒育苗移栽高產(chǎn)栽培技術(shù)與發(fā)展[J].中國(guó)甜菜糖業(yè)，2008（2）：42-44.

[4]楊驥，韓秉進(jìn).日本甜菜生產(chǎn)考察報(bào)告[J].中國(guó)糖料，2010（4）：83-85.

[5]潘存娥，田麗萍，李貞貞，等.5種楊樹無(wú)性系葉片解剖結(jié)構(gòu)的抗旱性研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（2）：21-25.

[6]韓剛，李少雄，徐鵬，等.6種灌木葉片解剖結(jié)構(gòu)的抗旱性分析[J].西北林學(xué)學(xué)報(bào)，2006，21（4）：43-46.

[7]朱栗瓊，李吉躍，招禮軍.六種闊葉樹葉片解剖結(jié)構(gòu)特征及其耐旱性比較[J].廣西植物，2007，27（3）：431-434.

[8]任東濤，張承烈.河西走廊不同生態(tài)型蘆葦可溶性蛋白質(zhì)、總氨基酸和游離氨基酸分析[J].植物學(xué)報(bào)，1992，34（9）：698-704.

Effect of Seedling-strengthening-agent on Leaf Free Amino Acids and Anatomy Structure of Sugarbeet Seedlings Raised by Paper-tube under Drought Stress

LIU Na1,2,LIU Nai-xin1,2,WANG Hong-feng3,WU Yu-mei1,2,SONG Bai-quan1,2,YANG Ji1,2*
(1.Crop Academy of Heilongjiang University,Harbin 150080;2.Sugar Beet Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Harbin 150080;3.Northeast Forestry University,Harbin 150040)

The results indicated total content of free amino acids and most of the free amino acids,particularly content of proline(pro)significantly in leaf of paper-tube raised sugarbeet seedling were decreased by applying seedling-strengthening-agent under drought stress.Seedling-strengthening-agent increased thickness of leaf, chief vein,xylem,palisade tissue,spongy tissue,compactness and porosity of leaf organization structure.Drought stress resistance of paper-tube sugarbeet seedlings was raised by seedling-strengthening-agent.

sugarbeet;free amino acids;anatomy structure

S566.3

A

1007－2624（2015）06－0030－03

10.13570/j.cnki.scc.2015.06.012

2015-6-7

國(guó)家甜菜現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目“東北區(qū)甜菜栽培”（CARS210301-05）。

劉娜（1974-），女，黑龍江省通河縣人，助理研究員，主要從事甜菜生理學(xué)和栽培學(xué)研究。E-mail：ln5-8@163.com

楊驥（1957-），男，黑龍江省青岡縣人，研究員，主要從事甜菜栽培學(xué)研究。E-mail：yangji316@163.com