海拔對藜麥苗期生理指標的影響

劉文瑜，李健榮，黃 杰，魏玉明，楊發(fā)榮

（1.甘肅省農業(yè)科學院畜草與綠色農業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.寧夏農業(yè)技術推廣總站，寧夏 銀川750001）

藜麥是莧科藜亞科藜屬一年生雙子葉草本植物［1］。原產于南美洲安第斯山脈，最早的種植地為秘魯、厄瓜多爾和玻利維亞［2］。藜麥籽實富含蛋白質、人體必需氨基酸、礦物質、維生素、膳食纖維，且低脂、低升糖、不含麩質，是一種堿性蛋白食品［3］。聯(lián)合國糧農組織（FAO）認定藜麥為唯一一種單體即可滿足人體全部營養(yǎng)需求的食物［4］。

隨海拔升高，平均氣溫、大氣壓及CO2分壓降低，光強增加，海拔的變化影響植物生長發(fā)育、物質代謝、結構和功能等諸多方面［5］。甘肅省海拔跨度大，是研究海拔對藜麥生長影響的天然試驗場。我們在甘肅省海拔1 100～2 800 m的區(qū)域內選擇5個試驗點，以國內首個藜麥品種隴藜1號為材料，通過測定苗期葉片葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛（MDA）含量，超氧陰離子（O2-）產生速率，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性，探究了不同海拔對藜麥苗期生長的影響，以揭示藜麥苗期響應海拔變化的生理機制，為藜麥適種區(qū)的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試藜麥品種為隴藜1號，千粒重3.49 g，由甘肅省農業(yè)科學院自育。供試肥料為磷酸二銨（云南三環(huán)中化美盛化肥有限公司，總養(yǎng)分≥64.0%，N-P2O5為18-46）、黃腐酸鉀（山旺生物科技有限公生產，有效成分≥52%）、尿素（甘肅劉化集團有限責任公司生產，總氮≥46.4%）。

1.2 試驗方法

在甘肅省海拔1 100～2 800 m的生態(tài)區(qū)域選擇5個試驗點，分別為慶陽市寧縣、蘭州市安寧區(qū)、張掖市民樂縣、金昌市永昌縣和蘭州市永登縣，試驗地氣候條件見表1。隨機區(qū)組設計，3次重復，小區(qū)面積96 m2（12 m×8 m）。藜麥于2017年4月15日開溝點播，播種量1.5 kg/hm2，行距40 cm，株距30 cm。播前結合整地施磷酸二銨375 kg/hm2、黃腐酸鉀150 kg/hm2、尿素1 125 kg/hm2。要求土地精細旋耕，鎮(zhèn)壓和耙耱，做到土質綿軟，墑足平整。待幼苗長至8葉期間、定苗，定苗后10 d取從上往下數(shù)第2～3片成熟葉片進行生理生化指標測定。

表1 試驗地概況

1.3 測定指標與方法

采用乙醇丙酮法測定葉綠素含量［6］，采用蒽酮乙酸乙酯法測定可溶性糖含量［6］，采用考馬斯亮藍比色法測定可溶性蛋白含量［7］，采用酸性茚三酮法測定脯氨酸含量［7］，采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定MDA含量［7］。參照王愛國和羅廣華的方法測定O2-產生速率［8］，參照Huang的方法并稍作改動測定SOD活性［9］，參照Shi等方法測定POD活性［10］，參照Abei等方法測定CAT活性［11］，參照 Nakano和 Asada方法測定 APX活性［12］。每個指標重復測定3次。

1.4 數(shù)據分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0進行數(shù)據整理和分析，數(shù)據結果以“平均值±標準誤”表示，用Sigma Plot 12.5作圖。

2 結果與分析

2.1 海拔對苗期藜麥葉片葉綠素的影響

由圖1可以看出，隨著海拔的升高，苗期隴藜1號葉片葉綠素含量呈先升高后降低的趨勢。在海拔1 800 m時（張掖市民樂縣），苗期藜麥葉片葉綠素含量最高，達到1.46 mg/g，較最低海拔地區(qū)（慶陽市寧縣）升高了29.50%。

圖1 海拔對苗期藜麥葉片葉綠素含量的影響

2.2 海拔對苗期藜麥葉片滲透調節(jié)物質的影響

通過圖2可以看出，海拔對苗期藜麥葉片可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量均有影響。圖2-A所示，苗期藜麥葉片可溶性糖含量以海拔1 800 m（張掖市民樂縣）種植的最高；其次為海拔1 520 m（蘭州市安寧區(qū)），比海拔最低地區(qū)（慶陽市寧縣）分別高0.52%和0.26%。由圖2-B可知，隨著海拔的升高，苗期藜麥葉片可溶性蛋白含量呈先升高后下降的趨勢。其中海拔 1 800 m（張掖市民樂縣）種植的最高，其次為海拔1 980 m（金昌市永昌縣），較海拔最低地區(qū)（慶陽市寧縣）分別升高57.82%和49.68%。如圖2-C所示，隨海拔的升高，苗期藜麥葉片脯氨酸含量呈先升高后降低的趨勢。其中海拔1 980 m（金昌市永昌縣）種植的最高，其次為海拔1 800 m（張掖市民樂縣），較海拔最低地區(qū)（慶陽市寧縣）分別升高171.38%和118.06%。

圖2 海拔對苗期藜麥葉片滲透調節(jié)物質含量的影響

2.3 海拔對苗期藜麥葉片抗氧化酶活性的影響

由圖3可知，隨海拔升高，苗期藜麥葉片SOD、POD、CAT和APX活性呈先升高后降低的趨勢。其中，海拔1 800 m（張掖市民樂縣）種植的藜麥在苗期時葉片中上述4種抗氧化酶活性最高，較海拔最低地區(qū)（慶陽市寧縣）分別升高了251.67%、122.92%、56.99%和128.26%。說明海拔升高，藜麥幼苗內抗氧化酶活性升高，可有效緩解活性氧代謝物質對其造成的傷害，促進幼苗生長。

圖3 海拔對苗期藜麥葉片抗氧化酶的影響

2.4 海拔對苗期藜麥葉片活性氧代謝物質的影響

由圖4可以看出，海拔升高導致苗期藜麥葉片MDA含量和O2-產生速率呈現(xiàn)升高后下降再升高的趨勢。海拔最高地區(qū)（蘭州市永登縣）種植的藜麥葉片MDA含量和O2-產生速率最大，分別較海拔最低地區(qū)（慶陽市寧縣）升高了82.19%和212.66%。說明由于海拔升高，溫度降低，使苗期藜麥細胞內活性氧大量積累，對苗期藜麥細胞膜造成損傷，從而抑制苗期藜麥生長。

圖4 海拔對苗期藜麥葉片活性氧代謝物質含量的影響

3 小結與討論

植物葉片是植物感受外界環(huán)境最直接的器官，光合作用直接關系到植物的生長發(fā)育、產量形成及次生代謝物質的合成積累［13］，葉綠素是光合作用的主要物質基礎。朱軍濤等［14］研究發(fā)現(xiàn)，隨海拔升高，塔里木沙拐棗葉綠素含量逐漸升高。本試驗表明，藜麥苗期葉片葉綠素含量隨海拔升高而呈先增加后降低的變化趨勢，當海拔達到1 800 m時葉綠素含量最高。

滲透調節(jié)被認為是植物抵抗逆境脅迫的重要且有效的抗逆機理。可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸是植物體內重要的滲透調節(jié)物質［15］。曹永華等［16］研究發(fā)現(xiàn)，隨海拔升高，蘋果葉片可溶性蛋白含量增加，可溶性糖和脯氨酸含量先增加后降低。本試驗表明，藜麥苗期葉片可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量隨海拔升高呈現(xiàn)增加后減小的變化趨勢。

植物在遭受非生物脅迫時，會產生活性氧，活性氧性質活躍，在植物缺少保護時，會破壞細胞的生物膜脂、蛋白質和核酸，從而使植物的正常新陳代謝受到嚴重干擾［17］。為了清除這些活性氧，植物會啟動其體內的活性氧清除系統(tǒng)，其中抗氧化酶系統(tǒng)是植物在逆境脅迫下防御自由基氧化損傷最重要的酶促系統(tǒng)［18］。張紹先等［19］研究發(fā)現(xiàn)，隨海拔高度的增加，珙桐葉片MDA含量逐漸降低，SOD活性逐漸增加。本試驗表明，隨海拔的升高，藜麥苗期葉片MDA含量升高后降低再升高，SOD、POD、CAT和APX活性先增強后減弱。

綜上所述，海拔升高、溫度降低、太陽輻射能增多、降水量減少，使得藜麥葉片中葉綠素積累。另外，藜麥通過提高細胞內可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量，增強抗氧化酶活性，清除膜質過氧化產物和活性氧代謝物質，從而適應環(huán)境變化對藜麥幼苗造成的傷害，促進藜麥植株生長發(fā)育。