γ－聚谷氨酸對(duì)鹽脅迫下小白菜生長(zhǎng)及抗氧化特性的影響

劉霜 洪丕征 張宏 陳士更 劉同信 丁方軍 魏珉

摘要：以小白菜（Brassicarapassp.chinensisL.）為供試作物，采用盆栽試驗(yàn)，通過(guò)添加Na2SO4模擬2‰鹽漬化土壤，研究鹽脅迫下不同用量γ-聚谷氨酸（γ-PGA）對(duì)小白菜幼苗生長(zhǎng)特性、葉片抗氧化酶活性及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等的影響，以期為鹽堿地小白菜高效栽培提供參考。γ-PGA用量設(shè)置為每666.7m22、4、8kg三個(gè)梯度，以不施γ-PGA為對(duì)照（CK）。結(jié)果表明，鹽脅迫下施用γ-PGA能促進(jìn)小白菜出苗和生長(zhǎng)，提高其抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，降低丙二醛（MDA）含量，從而緩解鹽脅迫傷害。其中，每666.7m2 施用4kgγ-PGA的效果最好，與CK相比顯著提高小白菜出苗率（增幅29.0%），顯著增加株高、根長(zhǎng)和單株鮮重（增幅50.9%、26.0%、51.9%），顯著提高葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性（增幅33.1%、67.5%、84.4%）及脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量（增幅64.9%、25.4%、11.7%），顯著降低MDA含量（降幅27.3%），可有效緩解鹽脅迫對(duì)小白菜生長(zhǎng)發(fā)育的影響。

關(guān)鍵詞：γ-聚谷氨酸;鹽脅迫;小白菜;幼苗生長(zhǎng);抗氧化特性;滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)

中圖分類號(hào)：S634.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2022）01-0044-05

γ-聚谷氨酸（γ-PGA）等高分子物質(zhì)由于其特殊性質(zhì)，具有超強(qiáng)的保水能力、增強(qiáng)植物抗逆境能力、促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育等功能，且有穩(wěn)定性強(qiáng)、施用成本低等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上發(fā)揮著重要的作用。諸多研究表明，γ-PGA能有效提高小麥發(fā)芽率[1]，促進(jìn)油菜[2]、番茄[3]、生姜[4]的生長(zhǎng)、根莖發(fā)育和有機(jī)物積累，提高小白菜等農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)及產(chǎn)量[3，5，6]。此外，γ-PGA還能提高鹽脅迫下油菜脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量[7]，不同程度提高玉米[8]、水稻[9]、辣椒[10]、高桃實(shí)生苗[11]、菜心[12]的SOD、POD和CAT活性，保障植株在逆境脅迫下仍能正常生長(zhǎng)發(fā)育。然而，目前鹽脅迫下γ-PGA對(duì)小白菜的最佳施用量及其影響機(jī)理尚不明確，有必要開展相關(guān)研究。

小白菜（Brassicarapassp.chinensisL.）俗稱青菜或油菜，因其口感脆爽，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高而備受人們青睞，但其生長(zhǎng)對(duì)鹽分較為敏感，在鹽堿地上栽培受到限制。目前，有關(guān)小白菜耐鹽方面的研究主要集中在NaCl脅迫上，Na2SO4 脅迫對(duì)小白菜生理生化特性影響的研究鮮見報(bào)道。為此，本研究通過(guò)盆栽試驗(yàn)分析了Na2SO4脅迫下不同用量γ-PGA對(duì)小白菜生長(zhǎng)發(fā)育及抗逆特性的影響，旨在探索γ-PGA對(duì)Na2SO4脅迫的緩解效應(yīng)，以期為硫酸鹽型鹽堿地小白菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試小白菜品種為夏雄青梗菜，γ-PGA由山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司提供。供試土壤耕層基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

本試驗(yàn)于2020年9—10月在山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司試驗(yàn)基地進(jìn)行，采用盆栽試驗(yàn)，用Na2SO4模擬2‰鹽脅迫。試驗(yàn)前將所有土樣用預(yù)先配制的Na2SO4溶液進(jìn)行鹽化處理，自然風(fēng)干一個(gè)月，碾碎混勻后過(guò)2mm篩，按土樣容重1.43g·cm-3分層依次裝土，每盆分裝土樣8kg。

試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理，分別為666.7m2施用γ-PGA0kg（CK）、2kg（γ-PGA2）、4kg（γ-PGA4）和8kg（γ-PGA8），3次重復(fù)，共12盆。2020年9月3日播種小白菜，每盆播種50粒，待出苗后進(jìn)行間苗，每盆保留健壯苗8株。播種后即進(jìn)行γ-PGA一次性灌施，之后常規(guī)管理。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

播種5d后統(tǒng)計(jì)出苗率。播種30d后取樣，樣株用蒸餾水洗凈，測(cè)其株高、根長(zhǎng)及單株鮮重等指標(biāo)，完成后將樣株剪碎，進(jìn)行超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、脯氨酸（Pro）、可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛（MDA）等指標(biāo)的測(cè)定。SOD、POD、CAT活性分別采用氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法、愈創(chuàng)木酚顯色法、紫外吸收法進(jìn)行測(cè)定[13]。Pro、可溶性蛋白、可溶性糖含量分別用酸性茚三酮法[13]、考馬斯亮藍(lán)G-250法[14]、硫酸蒽酮法[15]進(jìn)行測(cè)定。MDA含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用SPSS26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗(yàn)（P<0.05）。用MicrosoftExcel2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 γ-PGA對(duì)鹽脅迫下小白菜生長(zhǎng)的影響

2.1.1 對(duì)出苗率的影響 鹽脅迫下，施用γ-PGA能提高小白菜的出苗率（圖1）。其中，γ-PGA4和γ-PGA8處理的提升效果均達(dá)顯著水平（P<0.05），分別較對(duì)照提高了29.0%和11.0%。

2.1.2 對(duì)株高、根長(zhǎng)和單株鮮重的影響 由表2看出，鹽脅迫下施用γ-PGA可促進(jìn)小白菜植株生長(zhǎng)，株高、根長(zhǎng)和單株鮮重隨γ-PGA施用量的增加先升高后降低，以γ-PGA4處理的提升效果最好，分別較CK提高50.9%、26.0%、51.9%。

2.2 γ-PGA對(duì)鹽脅迫下小白菜葉片抗氧化酶活性的影響

γ-PGA處理均顯著提高鹽脅迫下小白菜葉片的SOD活性，以γ-PGA4處理最高，較對(duì)照提高33.1%（圖2A）。僅γ-PGA4處理顯著提高小白菜葉片的POD活性，較對(duì)照提高67.5%，γ-PGA2和γ-PGA8處理較CK無(wú)顯著差異（圖2B）。γ-PGA處理均顯著提高小白菜葉片的CAT活性，γ-PGA2、γ-PGA4、γ-PGA8分別較對(duì)照提高34.6%、84.4%、47.9%，以γ-PGA4處理最高（圖2C）。

2.3 γ-PGA對(duì)鹽脅迫下小白菜葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

γ-PGA2和γ-PGA8處理下小白菜葉片可溶性糖含量較對(duì)照略有下降，但差異不顯著（P>0.05）;γ-PGA4處理則顯著提高葉片可溶性糖含量，較對(duì)照提高25.4%（圖3A）。γ-PGA處理顯著提高葉片脯氨酸含量，且三個(gè)處理間差異顯著，以γ-PGA4處理最高，較對(duì)照提高64.9%，其次是γ-PGA2（圖3B）。γ-PGA2、γ-PGA4及γ-PGA8處理均顯著提高了鹽脅迫下小白菜葉片可溶性蛋白含量，分別較對(duì)照提高7.5%、6.3%、11.7%，以γ-PGA8處理最高，γ-PGA4處理最低（圖3C）。

2.4 γ-PGA對(duì)鹽脅迫下小白菜葉片MDA含量的影響

由圖4可以看出，不同用量γ-PGA處理均顯著降低鹽脅迫下小白菜葉片MDA含量（P<0.05），γ-PGA2、γ-PGA4、γ-PGA8分別較CK降低12.9%、27.3%、18.5%，以γ-PGA4處理降幅最大。

3 討論與結(jié)論

植物所處環(huán)境與其生物量有密切關(guān)系，γ-PGA能顯著緩解鹽脅迫造成的植物生物量減少，促進(jìn)出苗并提高株高、根長(zhǎng)以及全株鮮重[16，17]。生物量的增加意味著小白菜體內(nèi)活性氧（ROS）毒害作用減弱，滲透調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)。本研究結(jié)果表明，γ-PGA能提高鹽脅迫下小白菜種子的出苗率，以每666.7m2施用4kg的效果最好，其次為施用8kg處理，兩者增幅均達(dá)顯著水平。這是由于γ-PGA具有一定的保水性能，影響了種子出苗及幼苗生長(zhǎng)[18]。尹成紅等研究表明，γ-PGA對(duì)玉米幼苗有明顯的促生作用[19]，對(duì)種子萌發(fā)及生長(zhǎng)發(fā)育發(fā)揮著極其重要的作用，能夠提高種子發(fā)芽率[20]，與本研究結(jié)果一致。

大量研究表明，鹽脅迫下，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧自由基（ROS）[21]，導(dǎo)致細(xì)胞膜受到較為嚴(yán)重?fù)p害[22];而施用γ-PGA能清除植物體內(nèi)的ROS，從而增強(qiáng)植物對(duì)逆境的適應(yīng)，保證其正常的生命活動(dòng)[23，24]。本研究結(jié)果表明，不同用量γ-PGA均提高了Na2SO4 脅迫下小白菜的抗氧化酶活性，尤其顯著提高了SOD和CAT活性，666.7m2施用4kg顯著提高POD活性，體現(xiàn)出植物的應(yīng)激反應(yīng)能力[25]。通常ROS對(duì)植物細(xì)胞的傷害程度是通過(guò)MDA含量直接反映出來(lái)的[26]，當(dāng)脅迫程度超過(guò)植物的耐受極限時(shí)，抗氧化酶活性降低，MDA大量積累。但在本研究條件下，γ-PGA處理能顯著抑制鹽脅迫下MDA含量的增加。說(shuō)明γ-PGA能有效清除鹽脅迫環(huán)境下小白菜中ROS的積累，緩解鹽脅迫對(duì)小白菜生長(zhǎng)發(fā)育造成的傷害。

鹽脅迫下，植物通過(guò)積累脯氨酸來(lái)提高細(xì)胞內(nèi)滲透壓，以維持細(xì)胞或組織持水，緩解鹽害，提高耐鹽能力。植物受害越嚴(yán)重，其體內(nèi)脯氨酸含量越高，反之，脯氨酸含量越低[27]。大量研究表明，在逆境條件下，施用一些外源功能性物質(zhì)（例如甜菜堿等）可增加植物體內(nèi)脯氨酸含量，從而增強(qiáng)作物抗逆性[28]。可溶性蛋白能提高細(xì)胞保水能力，其積累越多，細(xì)胞保水能力就越強(qiáng)。逆境脅迫下，植物可通過(guò)將淀粉分解為可溶性糖的形式來(lái)提高細(xì)胞液濃度，降低滲透勢(shì)，調(diào)節(jié)植物體內(nèi)水分。鹽脅迫下植物體內(nèi)可溶性蛋白、可溶性糖含量會(huì)增加，這些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化與植物自身抗逆性有關(guān)，是植物對(duì)鹽脅迫的一種響應(yīng)方式[29]。本研究表明，當(dāng)小白菜受到鹽脅迫時(shí)，666.7m2施用2～8kgγ-PGA能顯著提高其體內(nèi)脯氨酸和可溶性蛋白含量，4kgγ-PGA用量能顯著提高可溶性糖含量。這可能是因?yàn)橹参餅檫m應(yīng)逆境脅迫，通過(guò)不斷積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)降低細(xì)胞水勢(shì)[30]，以從環(huán)境中吸收水分維持細(xì)胞的正常膨壓[31]，從而為植株健康生長(zhǎng)提供必要條件[32]。

本試驗(yàn)條件下，施用γ-PGA能促進(jìn)鹽脅迫下小白菜出苗，提高株高、根長(zhǎng)、鮮重及葉片SOD、POD、CAT活性和脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白含量，降低MDA含量。綜合來(lái)看，以每666.7m2施用4kgγ-PGA效果最好，與對(duì)照相比，出苗率提高29.0%，株高、根長(zhǎng)和單株鮮重分別提高50.9%、26.0%和51.9%，有效緩解了鹽脅迫對(duì)小白菜生長(zhǎng)發(fā)育的傷害。本研究結(jié)果可為硫酸鹽型鹽堿地小白菜高效栽培提供參考。