鍺對(duì)鹽脅迫下大蒜幼苗生理特性的影響

鄭偉+隋靜+郝樹芹

摘 要： 以‘金蒜2號(hào)為試材，通過葉面噴施0.60 g·L-1的有機(jī)鍺（Ge-132），研究了外源有機(jī)鍺對(duì)鹽脅迫下大蒜幼苗生長、葉片光合性能及抗氧化能力的影響。結(jié)果顯示，葉面噴施有機(jī)鍺溶液顯著增加了鹽脅迫下大蒜幼苗的株高和根長，分別增加了39.6%和34.8%；葉面噴施有機(jī)鍺溶液也顯著提高了鹽脅迫下大蒜葉片葉綠素含量和凈光合速率，葉面噴施有機(jī)鍺溶液后大蒜葉片的葉綠素含量和凈光合速率分別是鹽脅迫下的1.46和1.57倍；同時(shí)，葉面噴施有機(jī)鍺溶液也增強(qiáng)了鹽脅迫下大蒜根系的抗氧化能力，其中，MDA和H2O2含量分別比鹽脅迫下降低了21.9 %和19.6%，SOD、POD、CAT和APX抗氧化酶活性則升高至鹽脅迫下的1.42、1.27、1.49和1.43倍。因此，葉面噴施0.60 g·L-1的有機(jī)鍺溶液有利于提高鹽脅迫下大蒜生長、光合效率和抗氧化能力。

關(guān)鍵詞： 大蒜； 有機(jī)鍺； 光合作用； 抗氧化； 鹽脅迫

Abstract： In this study， the effects of germanium on the growth， photosynthesis and oxidation resistance to salt stress of garlic cultivar ‘Jinsuan No. 2 seedlings were detected. The garlic seedlings were treated by 150 mmol·L-1 NaCl and sprayed by 0.60 g·L-1 germanium solution. The results showed that after sprayed by 0.60 g·L-1 germanium solution， the height and root length of garlic seedlings under salt stress increased by 39.6% and 34.8%， the chlorophyll and net photosynthetic rate in garlic leaves under salt stress were increased 1.46 and 1.57 times. The oxidation resistance of garlic roots to salt stress was improved after the addition of 0.60 g·L-1 germanium. The contents of MDA and H2O2 were significantly decreased by 21.9 % and 19.6%. The activity of SOD， POD， CAT and APX were increased to 1.42， 1.27， 1.49 and 1.43 times of that under salt treatment. These results indicated that the 0.60 g·L-1 germanium enhanced the garlic growth， photosynthesis and oxidation resistance under salt stress.

Key words： Garlic； Germanium； Photosynthesis； Oxidation； Salt stress

土壤鹽漬化問題是我國乃至全世界面臨的重大挑戰(zhàn)。鹽脅迫在抑制植物生長發(fā)育的同時(shí)，嚴(yán)重削減農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，因此，解決土壤鹽漬化、提高作物耐鹽能力的技術(shù)已受到廣泛關(guān)注[1-2]。

鹽脅迫不僅會(huì)造成植物葉綠素降解、光合作用減弱，也會(huì)造成植物細(xì)胞活性氧過度積累、膜透性增加。鹽脅迫下大蒜光合強(qiáng)度和根系活力均降低，膜透性增加，大蒜品質(zhì)與產(chǎn)量也相應(yīng)下降[3-4]。研究顯示，外源噴施氯化鈣或者多效唑等均可通過提高大蒜葉綠素含量、根系活力、抗氧化能力及減小膜透性等途徑改善鹽脅迫下大蒜的生長發(fā)育狀況，減輕鹽脅迫造成的損傷，提高大蒜的抗鹽能力[4-5]。前期研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)鍺可提高正常生長條件下大蒜的營養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量[6]，但能否改善鹽脅迫下大蒜的生長和發(fā)育目前還不清楚。

研究證實(shí)，外源添加有機(jī)鍺可提高作物產(chǎn)量[7-8]，促進(jìn)正常條件下大蒜葉綠素的合成，提高光合作用效率[9]。同時(shí)，有機(jī)鍺具有強(qiáng)氧化脫氫能力[10-11]，外源添加有機(jī)鍺還可清除植株體內(nèi)自由基，提高保護(hù)酶活性，降低脂質(zhì)過氧化程度[12-14]。大蒜是自然界中含鍺量較為豐富的農(nóng)產(chǎn)品，筆者的前期研究發(fā)現(xiàn)，外源噴施0.60 g·L-1有機(jī)鍺是增強(qiáng)正常生長條件下大蒜營養(yǎng)品質(zhì)、促進(jìn)大蒜生長發(fā)育的最適濃度[6]。筆者以‘金蒜2號(hào)大蒜為試材，通過葉面噴施0.60 g·L-1的有機(jī)鍺溶液（Ge-132），分析了外源有機(jī)鍺對(duì)鹽脅迫下大蒜生長發(fā)育、光合效率和抗氧化能力的影響，旨在探討外源有機(jī)鍺緩解植物鹽脅迫損傷的主要生理機(jī)制，并為大蒜的抗逆栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年10月至2016年5月在萊蕪市方下鎮(zhèn)方趙莊試驗(yàn)田進(jìn)行。以萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院植物生理實(shí)驗(yàn)室保存的‘金蒜2號(hào)為試材。選取籽粒飽滿、大小一致的大蒜鱗莖，清水洗滌后，于25 ℃條件下在蒸餾水內(nèi)浸種6 h，然后置于鋪有3層紗布的培養(yǎng)皿中，22 ℃恒溫箱內(nèi)催芽。待大蒜萌發(fā)后，選取萌發(fā)一致的大蒜種植于12 cm×13 cm營養(yǎng)缽內(nèi)，基質(zhì)按照V草炭∶V蛭石∶V珍珠巖=3∶1∶1比例混合，每缽裝0.5 kg，常規(guī)田間管理。

1.2 外源Ge和鹽處理

試驗(yàn)共設(shè)置3組處理：Ge處理、NaCl處理、Ge+NaCl處理，以清水處理作為對(duì)照。待大蒜幼苗長至2～3片葉后開始處理，葉面噴施0.60 g·L-1的有機(jī)鍺（Ge-132）溶液時(shí)每5 d噴施1次，每次噴施500 mL，共噴施3次；鹽處理采用150 mmol·L-1 NaCl溶液澆灌，每7 d澆灌1次，每次1 000 mL，共澆灌2次；其他處理采用等量純凈水，詳見表1。每6株為1個(gè)小區(qū)，各處理3次重復(fù)。處理15 d后，測量大蒜幼苗的株高與根長，同時(shí)取樣檢測其他生理指標(biāo)。endprint

1.3 測定方法

葉綠素含量的測定采用丙酮比色法[15]。光合速率采用CIRAS-1光合儀于上午9：00-11：00進(jìn)行測定，光強(qiáng)1 200～1 300 μmol·m-2·s-1，氣溫20～23℃，外界CO2濃度374～381 μL·L-1。丙二醛（MDA）含量、過氧化氫（H2O2）含量、過氧化物酶（POD）活性和過氧化氫酶（CAT）活性的測定參照張志良等[16]的方法。超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定參照Stewart 等[17]的方法，抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性的測定參照Dong等[18]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 鍺對(duì)鹽脅迫下大蒜生長發(fā)育的影響

由圖1可以看出，非鹽脅迫條件下，外源噴施有機(jī)鍺處理大蒜的株高和根長與對(duì)照無明顯差異。150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，大蒜幼苗植株和根系的生長均受到嚴(yán)重抑制，與對(duì)照相比，分別下降了48.0%和36.9%；當(dāng)外源噴施0.60 g·L-1有機(jī)鍺溶液后，大蒜幼苗株高和根長分別增加了39.6%和34.8%，說明外源噴施有機(jī)鍺溶液促進(jìn)了鹽脅迫下大蒜幼苗的生長。

2.2 鍺對(duì)鹽脅迫下大蒜葉片葉綠素和光合速率的影響

由圖2可知，正常條件下，外源噴施有機(jī)鍺處理下大蒜的葉片葉綠素含量和凈光合速率與對(duì)照組無明顯差異。150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，大蒜葉片葉綠素含量和凈光合速率比對(duì)照分別降低了45.2%和54.4%；外源噴施有機(jī)鍺溶液后，葉綠素含量和凈光合速率均顯著提高，分別是鹽脅迫下的1.46和1.57倍。可見，外源噴施有機(jī)鍺溶液有利于增強(qiáng)鹽脅迫下大蒜葉片的光合作用。

2.3 鍺對(duì)鹽脅迫下大蒜根系MDA和H2O2含量的影響

由圖3可知，非鹽脅迫條件下，外源噴施有機(jī)鍺處理與對(duì)照組無明顯差異。150 mmol·L-1 NaCl脅迫下大蒜根系MDA和H2O2含量分別是對(duì)照的2.00 和1.92倍。鹽脅迫條件下，外源噴施有機(jī)鍺溶液后大蒜葉片MDA和H2O2含量降低了21.9 %和19.6%。說明大蒜根系MDA和H2O2積累顯著受NaCl脅迫的誘導(dǎo)，外源噴施有機(jī)鍺溶液能顯著降低鹽脅迫條件下MDA和H2O2的積累。

2.4 鍺對(duì)鹽脅迫下大蒜根系抗氧化酶活性的影響

由圖4可知，非鹽脅迫條件下，外源噴施有機(jī)鍺處理下大蒜根系內(nèi)多種抗氧化酶活性與對(duì)照組無顯著差異。鹽脅迫顯著降低了大蒜根系中多種抗氧化酶活性。150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，大蒜根系內(nèi)的SOD、POD、CAT和APX抗氧化酶活性分別比對(duì)照降低了67.2%、47.1%、63.3%和56.6%；外源噴施有機(jī)鍺溶液后，各抗氧化酶活性則分別升高至鹽脅迫條件下的1.42、1.27、1.49和1.43倍。因此，外源噴施有機(jī)鍺溶液有利于提高鹽脅迫下大蒜根系的抗氧化能力。

3 討 論

多項(xiàng)研究證實(shí)，將鍺加入底肥或以營養(yǎng)液形式澆灌均可促進(jìn)植物的生長發(fā)育[8，19]。與非鹽脅迫相比，鹽脅迫會(huì)顯著抑制植物的生長發(fā)育。筆者研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫條件下，大蒜的植株、根系生長均受到明顯抑制，然而外源噴施有機(jī)鍺溶液后，大蒜的株高和根長都明顯增加（圖1）。馬勵(lì)[20]發(fā)現(xiàn)，通過外源添加鍺不僅可促進(jìn)蘋果果實(shí)的生長發(fā)育，還能夠增加果樹的葉面積。

鍺能夠改變植物的光合色素含量[21]。林匡飛等[8]證實(shí)，鍺能夠提高水稻葉片葉綠素a的含量，唐鳳等[19]發(fā)現(xiàn)，鍺能夠改變鐵皮石斛原球莖葉綠素含量。本研究中，鹽脅迫導(dǎo)致大蒜葉片葉綠素含量顯著降低，而外源噴施有機(jī)鍺溶液后，大蒜葉片葉綠素含量顯著升高。盡管低濃度的鹽脅迫就會(huì)對(duì)大蒜幼苗的光合作用產(chǎn)生抑制作用[22]，但有機(jī)鍺處理后，與光合色素含量變化一致，鹽脅迫下大蒜葉片的光合速率也顯著增強(qiáng)（圖1）。因此，外源噴施有機(jī)鍺溶液可提高鹽脅迫下大蒜葉片的葉綠素含量，改善光合性能。

鍺也可增強(qiáng)植物的抗氧化能力[20]。鹽脅迫可導(dǎo)致植物的抗氧化能力降低，而外源噴施有機(jī)鍺溶液可增強(qiáng)大蒜根系SOD、CAT、POD、APX等多種抗氧化酶活性（圖4），同時(shí)減少活性氧，降低膜脂過氧化程度。這說明外源有機(jī)鍺緩解了鹽脅迫對(duì)大蒜根系造成的氧化損傷。但是，唐鳳等[19]研究認(rèn)為，添加鍺可使鐵皮石斛POD酶活性降低，顏振蘭[23]則認(rèn)為鍺可提高保護(hù)酶的活性。與其不同的是，本研究中非鹽脅迫條件下，有機(jī)鍺處理后大蒜根系內(nèi)POD酶活性與對(duì)照相比并沒有顯著變化，只在鹽脅迫下外源噴施有機(jī)鍺后顯著提高（圖4）。這可能與物種和處理方式不同有關(guān)。

綜上所述，外源噴施0.60 g·L-1有機(jī)鍺溶液可以增加鹽脅迫下大蒜葉片的葉綠素含量，提高光合性能，增強(qiáng)大蒜根系的抗氧化能力，從而緩解了鹽脅迫對(duì)大蒜幼苗的傷害，促進(jìn)鹽脅迫下大蒜幼苗的生長發(fā)育。

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