苜蓿蛋白指標(biāo)對(duì)鹽脅迫及干燥時(shí)間的響應(yīng)

盧 強(qiáng)，撒多文，任志花，王志軍，格根圖，賈玉山

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼草栽培、加工與高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/草地資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/內(nèi)蒙古自治區(qū)草地管理與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010018)

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)是多年生牧草，其莖葉柔軟、養(yǎng)分價(jià)值高和家畜喜食，同時(shí)還具有防風(fēng)固沙、保水蓄肥等生態(tài)功能，是我國(guó)發(fā)展牧草產(chǎn)業(yè)、調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的主要牧草之一[1]。苜蓿在我國(guó)東北、華北和西北地區(qū)都有大范圍種植，紫花苜蓿在草產(chǎn)業(yè)中的重要性日益凸顯[2]。紫花苜蓿的葉片可以排鹽，是一種耐鹽性較強(qiáng)的牧草[3]。據(jù)世界糧農(nóng)組織和聯(lián)合國(guó)教科文組織統(tǒng)計(jì)，目前全球鹽堿地總面積約為9.54億hm2[4]，主要分布在非洲、美洲西部和歐亞大陸。我國(guó)鹽堿地總面積達(dá)9913萬(wàn)hm2，約占我國(guó)國(guó)土面積的10%[5]，土壤鹽堿化嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展[6]。河套灌區(qū)作為內(nèi)蒙古重要的糧食生產(chǎn)區(qū)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉大都采用黃河漫灌的方式，這使得地下水位迅速增高，且水分利用率極低，水分蒸發(fā)造成大量鹽分在地表聚集，灌溉以后土壤鹽堿化程度不斷加重，可溶性鹽和非可溶性鹽耕地與荒地都有增加[7]。因此，本試驗(yàn)立足于河套鹽堿地苜蓿，研究鹽堿地對(duì)苜蓿營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)隨鹽脅迫的變化規(guī)律，以期為內(nèi)蒙古鹽堿地區(qū)飼草資源的提質(zhì)增效和草產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市九原區(qū)鑫泰農(nóng)業(yè)示范基地，地理位置為N40°36′、E109°57′，位于黃河“幾字彎”，地處土默特平原與河套平原之間。依據(jù)試驗(yàn)區(qū)鹽脅迫程度，將試驗(yàn)地設(shè)置為對(duì)照(CK)、輕度鹽脅迫(LS)、中度鹽脅迫(MS)和重度鹽脅迫(HS)共4個(gè)處理，各處理土壤本底含鹽量如表1所示。

表1 不同處理區(qū)土壤含鹽量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以中苜3號(hào)紫花苜蓿為材料，初花期刈割，刈割高度5～8cm，整株取樣，每份樣品200g。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1土壤指標(biāo)測(cè)定

土壤含鹽量采用干燥法測(cè)定；Na+和K+測(cè)定采用原子吸收光譜法[8]。

1.3.2營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)測(cè)定

可溶性蛋白質(zhì)(SP)、中性洗滌不溶蛋白(NDICP)、酸性洗滌不溶蛋白(ADICP)、瘤胃降解蛋白(RDP)的測(cè)定用FOSS公司的NIRSyestem 5000近紅外光譜分析儀測(cè)定[7，9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2007軟件進(jìn)行前期處理，并使用SAS 9.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，使用Graphpad Prism 8.0統(tǒng)計(jì)軟件分析微生物數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)苜蓿蛋白質(zhì)指標(biāo)的影響

不同蛋白成分對(duì)土壤鹽脅迫的響應(yīng)如圖1所示。ADICP含量隨著鹽脅迫程度增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，CK的ADICP含量最大；LS的RDP含量最高，為13.44%，顯著(P<0.05)高于其他處理和CK。ADICP含量CK最高，為1.76%，顯著高于LS和HS(P<0.05)；LS的ADICP含量最低，為1.71%。

土壤的鹽漬化程度對(duì)苜蓿所有蛋白質(zhì)成分(除ADICP外)的影響差異顯著(P<0.05)。在刈割24h內(nèi)，不同的晾曬時(shí)間對(duì)粗蛋白質(zhì)(CP)含量的影響不顯著(P>0.05)，而對(duì)其他四種蛋白成分的影響顯著(P<0.05)(表2)。

表2 土壤鹽脅迫處理對(duì)苜蓿蛋白質(zhì)指標(biāo)的方差分析

各處理對(duì)苜?？扇苄缘鞍踪|(zhì)/粗蛋白(SP/CP)比值受不同鹽漬化程度的影響差異顯著，其中LS的SP/CP值最高，為23.10%，顯著(P<0.05)高于CK；其次是HS的SP/CP值，為21.99%，顯著(P<0.05)高于CK；而MS的SP/CP值與CK的差異不顯著(P>0.05)。對(duì)于酸性洗滌不溶蛋白/粗蛋白(ADICP/CP)值，CK最高，為9.59%，顯著(P<0.05)高于其他處理；而MS和HS的ADICP/CP值顯著高于LS組(P<0.05)。對(duì)于中性洗滌不溶蛋白/粗蛋白(NDICP/CP)值，CK組最高，為23.48%，顯著高于其他處理(P<0.05)；其次為HS，NDICP/CP值為21.21%，顯著高于CK(P<0.05)；而MS與CK的NDICP/CP值差異不顯著。對(duì)于瘤胃降解蛋白/粗蛋白(RDP/CP)值，LS和HS相對(duì)較高，分別為61.55%和60.98%，顯著高于CK的59.56%(P<0.05)；而MS和CK的RDP/CP值差異不顯著(P>0.05)(圖2)。

2.2 苜蓿不同蛋白指標(biāo)刈割后24h的變化

將CK的苜蓿晾曬24h，在此過(guò)程中每2h取樣測(cè)定其可溶性蛋白質(zhì)(SP)、酸性洗滌不溶蛋白(ADICP)、中性洗滌不溶蛋白(NDICP)、瘤胃降解蛋白(RDP)的含量。SP含量隨著晾曬時(shí)間的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，在刈割20h后出現(xiàn)了最大值(6.70%)；ADICP含量是隨著刈割時(shí)間的推移呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，在刈割20h后達(dá)到最低值(1.52%);NDICP含量是隨著刈割時(shí)間的推移呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，在刈割20h后達(dá)到最低值(2.53%)；RDP含量是隨著刈割時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，但其整體變幅不大，在刈割20h后達(dá)到最高值(13.70%)(圖3)。

3 討論

粗蛋白質(zhì)含量的高低是決定牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和飼用價(jià)值的重要指標(biāo)[10]。粗蛋白質(zhì)在牧草品質(zhì)評(píng)價(jià)中所指的是牧草中蛋白質(zhì)的總量，而植物蛋白質(zhì)含量在鹽脅迫環(huán)境中的高低并不能直觀的體現(xiàn)植物所發(fā)生一系列復(fù)雜的生理生化過(guò)程。鹽脅迫會(huì)抑制原來(lái)正常蛋白質(zhì)的合成，同時(shí)誘導(dǎo)形成新的逆境蛋白[11]。逆境蛋白的形成具有廣泛性和普遍性。植物的抗性與細(xì)胞生物膜系統(tǒng)的逆境蛋白關(guān)系密切。不同的逆境條件可以誘導(dǎo)出不同的逆境蛋白。在實(shí)際生產(chǎn)中，土壤鹽脅迫的差異導(dǎo)致苜蓿在營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)上的表現(xiàn)迥然不同[12]。有研究表明，隨著土壤鹽脅迫的增加，植物的蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)[6]。不同程度的鹽脅迫對(duì)植物蛋白質(zhì)合成代謝的影響不同，低鹽濃度對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的合成有促進(jìn)作用，這種促進(jìn)作用隨著鹽濃度增高會(huì)受到抑制[13]。肖丹丹等人的研究表明，在土壤含鹽量為0.1%時(shí)稻米的蛋白質(zhì)含量最高，品質(zhì)最佳；當(dāng)土壤含鹽量為0.35%時(shí)蛋白質(zhì)的含量反而下降了14.6%，說(shuō)明低鹽脅迫會(huì)促進(jìn)水稻稻米蛋白質(zhì)的含量，高鹽脅迫反而會(huì)抑制[14]。桂枝等人研究認(rèn)為，紫花苜蓿粗蛋白質(zhì)含量和粗纖維含量基本與鹽堿脅迫沒(méi)有相關(guān)關(guān)系，粗灰分會(huì)隨著鹽堿濃度的增加而增加[15]。徐恒剛等研究認(rèn)為，土壤鹽濃度的提高可以促進(jìn)粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、灰分和磷的吸收與合成，影響粗纖維的合成，對(duì)鈣的吸收與合成影響不大，但是在土壤含鹽量增大的情況下植株體內(nèi)的粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、灰分、磷的含量增大，而粗纖維減小[16]。張永峰等發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度的增大可溶性糖、脯氨酸含量、抗氧化酶以及束縛水和自由水比率升高，而葉片持水力降低[17]。在本研究中，試驗(yàn)地MS、LS、HS的全鹽量大于0.1%，屬于典型的鹽漬化土地。CP、SP和RDP含量隨著鹽脅迫增加呈先增加后降低，鹽堿地的蛋白含量高于非鹽堿地，其中LS的CP、SP和RDP含量最高，說(shuō)明隨著土壤鹽堿程度的適度增加可以促進(jìn)苜蓿蛋白的合成，在輕度鹽堿地的促進(jìn)效果更明顯。SP作為葉片衰老的重要生理指標(biāo)[18]，可以反映葉片酶蛋白功能的變化，其含量多少與葉片生活力的高低呈正比[19]。SP是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，由于在適度的鹽堿地中苜蓿生長(zhǎng)受到鹽堿脅迫，從而促進(jìn)SP含量的增加和積累，提高細(xì)胞的保水能力，對(duì)細(xì)胞的生命物質(zhì)及生物膜起到保護(hù)作用，這可能是LS處理試驗(yàn)地苜蓿蛋白含量最高的重要原因之一。

4 結(jié)論

適當(dāng)?shù)柠}脅迫會(huì)提高苜蓿可溶性蛋白質(zhì)(SP)及瘤胃降解蛋白(RDP)的含量，并且隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)SP含量逐漸升高，而中性洗滌不溶蛋白(NDICP)的含量逐漸降低。