土壤改良劑對干旱脅迫下青稞幼苗形態(tài) 及生理特性的影響

田俠 鄭慶柱 高雪 譚海運(yùn) 侯全楊

摘要：采用盆栽試驗研究了施用菌劑（2 g/kg土）、腐植酸鉀（2 g/kg土）對干旱脅迫下青稞幼苗形態(tài)及生理特性的影響。結(jié)果表明，腐植酸鉀和菌劑均能有效促進(jìn)干旱脅迫下青稞幼苗的生長，其中腐植酸鉀效果更好，不僅能提高青稞幼苗株高、鮮重、干重、根冠比、根平均直徑、莖粗和葉面積、根的投影面積、表面積、體積及分支數(shù)等形態(tài)指標(biāo)，也提高了根系活力、葉綠素含量、過氧化物酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶活性，降低丙二醛含量。

關(guān)鍵詞：土壤改良劑;干旱脅迫;青稞幼苗;形態(tài);生理特性

中圖分類號：S512.301文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2019）02-0067-05

Effect of Soil Conditioners on Morphological and Physiological

Characteristics of Highland Barley Seedlings under Drought Stress

Tian Xia??Zheng Qingzhu??Gao Xue??Tan Haiyun??Hou Quanyang

（1. College of Resources and Environment， Qingdao Agricultural University/Qingdao

Engineering Research Center for Rural Environment， Qingdao 266109， China;

2. Agricultural Resources and Environment Research Institute， Tibet Academy of Agricultural Sciences， Lhasa 850000， China）

AbstractThe pot experiment was conducted to study the effects of microbial inoculum （2 g/kg） and potassium humate （2 g/kg） on the morphological and physiological indexes of highland barley seedlings under drought stress. The results showed that potassium humate and microbial inoculum could effectively promote the growth of highland barley seedlings under drought stress. With better effect， potassium humate could not only improve the morphologic indexes such as plant height， fresh weight， dry weight， root/shoot ratio， average root diameter， stem diameter， leaf area， and projection area， surface area， volume and branch number of root， but also increase root activity， chlorophyll content and activities of peroxidase， superoxide dismutase and catalase， and reduce malondialdehyde content.

KeywordsSoil conditioners; Drought stress; Highland barley seedling; Morphology; Physiological characteristics

青稞（Hordeum vulgare），又稱米大麥，屬禾本科大麥屬，在青藏高原種植歷史悠久，是高海拔冷涼干旱地區(qū)唯一可生存的農(nóng)作物，具有耐瘠薄、耐干旱、高產(chǎn)早熟、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)。青稞是藏民的主要糧食，約占全區(qū)糧食作物總產(chǎn)量的64%，同時也是藏區(qū)牲畜飼料、啤酒和保健品的生產(chǎn)原料。干旱是限制西藏青稞生產(chǎn)的重要因素，至今仍有較大區(qū)域農(nóng)田不具備灌溉條件。現(xiàn)階段針對玉米、小麥的干旱脅迫研究較為深入，主要開展了物質(zhì)積累、根系生長[1]與激素含量[2]等研究，但關(guān)于干旱脅迫下青稞幼苗性狀的研究報道仍較為鮮見。

土壤改良劑按原料來源可分為合成改良劑、天然改良劑、生物改良劑和天然-合成共聚物改良劑等[3]，微生物菌肥可在土壤中合成腐殖質(zhì)，增加有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化[4]，進(jìn)而改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力[5]。腐植酸是一類用途廣泛的天然有機(jī)質(zhì)，在改良土壤、提高肥料利用率、保水抗旱、降解有機(jī)污染物、固定重金屬離子等方面發(fā)揮了極其重要的作用[6，7]。本試驗通過研究菌劑、腐植酸鉀對干旱脅迫下青稞幼苗期生長情況的影響，旨在探明研究土壤改良劑對青稞幼苗期干旱脅迫的緩解效果，為改善青稞抗旱性研究提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試青稞品種為藏青2000，種子由西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院提供，土壤取自西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院試驗地。土壤主要理化性狀見表1。試驗所用菌劑有效活菌數(shù)≥5×109 cfu/g。

1.2試驗設(shè)計

試驗于2018年4月進(jìn)行。設(shè)3個處理，分別為空白對照（CK）;菌劑用量2 g/kg土;腐植酸鉀2 g/kg土，每處理15盆。選取籽粒飽滿、大小相近的青稞種子，用H?2O?2消毒后再用蒸餾水沖洗多次。暗處25℃下催芽24 h，播種于頂部直徑10 cm，底部直徑7 cm，高8.5 cm塑料盆，每盆裝土380 g，土壤改良劑一次性施入。

播種前分別將菌劑、腐植酸鉀與盆栽土充分混合，每盆播種20粒，澆水25 mL，表面覆土后撒一層石英砂防止板結(jié)。人工氣候室培養(yǎng)，晝/夜（12 h/12 h）溫度為25℃/10℃，光照 （3 000±200）lx，相對濕度45%。間苗后每盆留13株，根據(jù)蒸發(fā)程度與長勢情況，每天統(tǒng)一澆水5～25 mL，至15天。

1.3指標(biāo)測定

青稞幼苗生長到三葉期，開始進(jìn)行干旱處理。在自然干旱處理后第1、3、5、7、9天，每處理取3盆測量植物生長指標(biāo)。葉面積=葉長×葉寬×0.6，測鮮重同時計算根冠比。每盆取3株于烘箱中105℃殺青1 h，80℃烘24 h后測干重。

用剪刀將剩余10株幼苗的根和莖分開，選取完好的根系采用WinRHIZO 軟件進(jìn)行根系掃描，對根系總長度、總體積、總表面積、總投影面積、平均直徑、體積、根尖及分支數(shù)等進(jìn)行定量分析。

采用TTC還原法[8]測定根系活力;葉片葉綠素含量采用丙酮-乙醇（V∶?V=1∶?1）浸提24 h后吸光度法測定;氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法[8]測定超氧化物歧化酶（SOD）活性;紫外分光光度法[8]測定過氧化氫酶（CAT）活性;硫代巴比妥酸（TBA）法[8]測定丙二醛（CAT）含量，愈創(chuàng)木酚法[9]測過氧化物酶（POD）活性。

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel制表繪圖，SPSS 19.0軟件分析，并用Duncans法進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1土壤改良劑對干旱脅迫下青稞形態(tài)指標(biāo)的影響

由表2看出，干旱脅迫下兩種土壤改良劑對青稞幼苗株高、鮮重、干重、根冠比影響不同。腐植酸鉀處理株高、鮮重、干重差異顯著，分別較CK增加57.2%、92.5%及70.0%;根冠比較CK增加6.7%，差異不顯著。菌劑處理各指標(biāo)較CK差異均不顯著?？梢姼菜徕浛商岣咔囡酌绲男螒B(tài)學(xué)指標(biāo)，有效緩解青稞幼苗的干旱脅迫。

由表3可知，干旱脅迫下兩種土壤改良劑對青稞幼苗總根長、莖粗、葉面積均有不同程度提高。菌劑、腐植酸鉀處理較CK總根長分別提高28.4%、33.2%，差異顯著;莖粗較CK提高29.1%、51.2%;葉面積較CK分別提升21.0%、124.0%;根平均直徑較CK分別增加3.6%、65.2%，腐植酸鉀處理與對照差異顯著?？傊?，與CK相比兩種土壤改良劑均有助于提高青稞幼苗總根長、莖粗及葉面積，腐植酸鉀提高根平均直徑效果明顯，故土壤改良劑可有效促進(jìn)干旱脅迫下青稞幼苗生長。

由表4可知，干旱脅迫下兩種土壤改良劑對青稞幼苗根投影面積、表面積、體積、分支數(shù)影響不同。腐植酸鉀處理的根投影面積、表面積、體積與CK差異顯著而菌劑處理差異不顯著，腐植酸鉀處理較CK分別增加33.7%、30.5%、115.6%;腐植酸鉀、菌劑處理根分支數(shù)較CK分別增加25.6%及19.4%，差異未達(dá)顯著水平。

2.2土壤改良劑對干旱脅迫下青稞幼苗根系活力的影響

如圖1所示，隨干旱天數(shù)增加3個處理根系活力均先增大后減小，第5天達(dá)到峰值，依次為腐植酸鉀處理>菌劑處理>CK，腐植酸鉀處理峰值較CK增加3.84倍，第9天增加7.27倍。證明菌劑、腐植酸鉀可有效緩解干旱對青稞幼苗根系活力的脅迫。

2.3土壤改良劑對干旱脅迫下青稞幼苗葉綠素總量的影響

如圖2所示，隨干旱天數(shù)增加3個處理的葉綠素總量均先升高后降低，第5天達(dá)到峰值，依次為腐植酸鉀處理>CK>菌劑處理，與CK相比，在峰值時腐植酸鉀處理葉綠素總量增加2.06倍，第9天增加2.58倍;故腐植酸鉀可有效緩解干旱對青稞幼苗葉綠素含量的脅迫。

2.4土壤改良劑對干旱脅迫下青稞幼苗MDA含量影響

如圖3所示，隨干旱天數(shù)增加3個處理MDA含量變化明顯，且均先升高后降低，第3天達(dá)到峰值，依次為菌劑處理>CK>腐植酸鉀處理，與CK相比，在峰值時腐植酸鉀處理MDA含量下降28.9%，第9天減少48.0%，而菌劑處理在9天內(nèi)均高于CK。說明腐植酸鉀能有效降低干旱脅迫下青稞幼苗中MDA含量，緩解干旱對青稞幼苗的脅迫。

2.5土壤改良劑對干旱脅迫下青稞幼苗SOD、POD及CAT活性的影響

如圖4所示，干旱脅迫下兩種改良劑處理的青稞幼苗中SOD、POD及CAT活性均大于CK，隨干旱天數(shù)增加，SOD、POD及CAT活性均先升高后降低，SOD活性第3天達(dá)到峰值，而POD及CAT活性第5天達(dá)到峰值。SOD、POD及CAT活性依次為腐植酸鉀處理>菌劑處理>CK，腐植酸鉀處理同CK相比，SOD活性第3天增加23.6%，第9天增加20.1%，POD活性第5天增加39.1%，第9天增加35.1%，CAT活性第5天增加50.0%，第9天增加63.2%，說明腐植酸鉀對于干旱脅迫下青稞幼苗中SOD、POD及CAT活性增加效果最好，緩解了干旱對青稞幼苗的脅迫。

3討論

本研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸鉀對青稞幼苗株高、葉面積有促進(jìn)作用且效果顯著。吳殊菊[10]發(fā)現(xiàn)葉面噴施腐植酸鉀可有效提高小麥幼苗株高、次生根發(fā)育、葉片生長量及整株干重;代明等[11]發(fā)現(xiàn)腐植酸鉀鈉可提高玉米株高、莖粗及生物量，均與本試驗結(jié)果一致。研究表明腐植酸類物質(zhì)對植物抗旱性有積極作用，本研究中青稞根的總長、分支數(shù)等指標(biāo)增大，說明干旱脅迫下腐植酸鉀可促進(jìn)青稞對水分及養(yǎng)分吸收，增加抗旱性。

青稞幼苗根系活力大小順序為腐植酸鉀處理>菌劑處理>CK。在青稞生長過程中發(fā)現(xiàn)，腐植酸鉀處理的青稞幼苗長勢最為旺盛且與根系活力順序一致，原因可能是腐植酸鉀的施入中和了土壤中的堿性，使pH值降低，更利于青稞幼苗生長。葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要因素，直接影響植株干物質(zhì)積累量。陳少裕等[12]研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下膜脂過氧化作用會阻止植物體內(nèi)葉綠素合成并加速其降解。腐植酸鉀明顯提高青稞幼苗葉綠素總量，說明其對干旱脅迫下青稞幼苗的生長有促進(jìn)作用，這與蔣明義等[13]的研究結(jié)果一致。

MDA是植物遭受逆境傷害時膜脂過氧化的產(chǎn)物。卜令鐸等[14]在對玉米葉片干旱復(fù)水研究中發(fā)現(xiàn)，隨著干旱處理的持續(xù)加強(qiáng)，MDA含量呈先上升后下降之后又上升的趨勢。黨芳芳等 [15]在對小麥處理中也發(fā)現(xiàn)了此規(guī)律。腐植酸鉀處理的青稞幼苗MDA含量最低，說明腐植酸鉀能有效降低膜脂過氧化作用帶來的傷害。SOD、CAT、POD活性與青稞抗旱性密切相關(guān)，在清除O·-2和H?2O?2方面發(fā)揮重要作用。嚴(yán)萍[16]研究發(fā)現(xiàn)，隨著腐植酸鉀稀釋倍數(shù)的增加，小麥與水稻幼苗葉片三種抗氧化酶活性呈先降低后增加的趨勢。王玉玨等[17]研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下黃瓜幼苗中三種酶活性顯著增高;葛體達(dá)等[18]研究發(fā)現(xiàn)水分脅迫下玉米葉片三種酶活性在植株生長過程中呈先升高后下降趨勢，這均與本研究結(jié)果一致。

4結(jié)論

施加腐植酸鉀或菌劑均可有效緩解干旱對青稞幼苗的脅迫，腐植酸鉀效果更好。干旱脅迫下，腐植酸鉀可顯著提高青稞幼苗株高、鮮重、干重、根冠比、根平均直徑、莖粗、葉面積、根投影面積、表面積、體積及分支數(shù)等形態(tài)指標(biāo)，有效提高根系活力、葉綠素含量及SOD、POD、CAT活性，降低MDA含量。

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