海拔对藜麦苗期生理指标的影响

刘文瑜，李健荣，黄 杰，魏玉明，杨发荣

（1.甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所，甘肃 兰州 730070；2.宁夏农业技术推广总站，宁夏 银川750001）

藜麦是苋科藜亚科藜属一年生双子叶草本植物［1］。原产于南美洲安第斯山脉，最早的种植地为秘鲁、厄瓜多尔和玻利维亚［2］。藜麦籽实富含蛋白质、人体必需氨基酸、矿物质、维生素、膳食纤维，且低脂、低升糖、不含麸质，是一种碱性蛋白食品［3］。联合国粮农组织（FAO）认定藜麦为唯一一种单体即可满足人体全部营养需求的食物［4］。

随海拔升高，平均气温、大气压及CO2分压降低，光强增加，海拔的变化影响植物生长发育、物质代谢、结构和功能等诸多方面［5］。甘肃省海拔跨度大，是研究海拔对藜麦生长影响的天然试验场。我们在甘肃省海拔1 100～2 800 m的区域内选择5个试验点，以国内首个藜麦品种陇藜1号为材料，通过测定苗期叶片叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛（MDA）含量，超氧阴离子（O2-）产生速率，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性，探究了不同海拔对藜麦苗期生长的影响，以揭示藜麦苗期响应海拔变化的生理机制，为藜麦适种区的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试藜麦品种为陇藜1号，千粒重3.49 g，由甘肃省农业科学院自育。供试肥料为磷酸二铵（云南三环中化美盛化肥有限公司，总养分≥64.0%，N-P2O5为18-46）、黄腐酸钾（山旺生物科技有限公生产，有效成分≥52%）、尿素（甘肃刘化集团有限责任公司生产，总氮≥46.4%）。

1.2 试验方法

在甘肃省海拔1 100～2 800 m的生态区域选择5个试验点，分别为庆阳市宁县、兰州市安宁区、张掖市民乐县、金昌市永昌县和兰州市永登县，试验地气候条件见表1。随机区组设计，3次重复，小区面积96 m2（12 m×8 m）。藜麦于2017年4月15日开沟点播，播种量1.5 kg/hm2，行距40 cm，株距30 cm。播前结合整地施磷酸二铵375 kg/hm2、黄腐酸钾150 kg/hm2、尿素1 125 kg/hm2。要求土地精细旋耕，镇压和耙耱，做到土质绵软，墒足平整。待幼苗长至8叶期间、定苗，定苗后10 d取从上往下数第2～3片成熟叶片进行生理生化指标测定。

表1 试验地概况

1.3 测定指标与方法

采用乙醇丙酮法测定叶绿素含量［6］，采用蒽酮乙酸乙酯法测定可溶性糖含量［6］，采用考马斯亮蓝比色法测定可溶性蛋白含量［7］，采用酸性茚三酮法测定脯氨酸含量［7］，采用硫代巴比妥酸（TBA）法测定MDA含量［7］。参照王爱国和罗广华的方法测定O2-产生速率［8］，参照Huang的方法并稍作改动测定SOD活性［9］，参照Shi等方法测定POD活性［10］，参照Abei等方法测定CAT活性［11］，参照 Nakano和 Asada方法测定 APX活性［12］。每个指标重复测定3次。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0进行数据整理和分析，数据结果以“平均值±标准误”表示，用Sigma Plot 12.5作图。

2 结果与分析

2.1 海拔对苗期藜麦叶片叶绿素的影响

由图1可以看出，随着海拔的升高，苗期陇藜1号叶片叶绿素含量呈先升高后降低的趋势。在海拔1 800 m时（张掖市民乐县），苗期藜麦叶片叶绿素含量最高，达到1.46 mg/g，较最低海拔地区（庆阳市宁县）升高了29.50%。

图1 海拔对苗期藜麦叶片叶绿素含量的影响

2.2 海拔对苗期藜麦叶片渗透调节物质的影响

通过图2可以看出，海拔对苗期藜麦叶片可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量均有影响。图2-A所示，苗期藜麦叶片可溶性糖含量以海拔1 800 m（张掖市民乐县）种植的最高；其次为海拔1 520 m（兰州市安宁区），比海拔最低地区（庆阳市宁县）分别高0.52%和0.26%。由图2-B可知，随着海拔的升高，苗期藜麦叶片可溶性蛋白含量呈先升高后下降的趋势。其中海拔 1 800 m（张掖市民乐县）种植的最高，其次为海拔1 980 m（金昌市永昌县），较海拔最低地区（庆阳市宁县）分别升高57.82%和49.68%。如图2-C所示，随海拔的升高，苗期藜麦叶片脯氨酸含量呈先升高后降低的趋势。其中海拔1 980 m（金昌市永昌县）种植的最高，其次为海拔1 800 m（张掖市民乐县），较海拔最低地区（庆阳市宁县）分别升高171.38%和118.06%。

图2 海拔对苗期藜麦叶片渗透调节物质含量的影响

2.3 海拔对苗期藜麦叶片抗氧化酶活性的影响

由图3可知，随海拔升高，苗期藜麦叶片SOD、POD、CAT和APX活性呈先升高后降低的趋势。其中，海拔1 800 m（张掖市民乐县）种植的藜麦在苗期时叶片中上述4种抗氧化酶活性最高，较海拔最低地区（庆阳市宁县）分别升高了251.67%、122.92%、56.99%和128.26%。说明海拔升高，藜麦幼苗内抗氧化酶活性升高，可有效缓解活性氧代谢物质对其造成的伤害，促进幼苗生长。

图3 海拔对苗期藜麦叶片抗氧化酶的影响

2.4 海拔对苗期藜麦叶片活性氧代谢物质的影响

由图4可以看出，海拔升高导致苗期藜麦叶片MDA含量和O2-产生速率呈现升高后下降再升高的趋势。海拔最高地区（兰州市永登县）种植的藜麦叶片MDA含量和O2-产生速率最大，分别较海拔最低地区（庆阳市宁县）升高了82.19%和212.66%。说明由于海拔升高，温度降低，使苗期藜麦细胞内活性氧大量积累，对苗期藜麦细胞膜造成损伤，从而抑制苗期藜麦生长。

图4 海拔对苗期藜麦叶片活性氧代谢物质含量的影响

3 小结与讨论

植物叶片是植物感受外界环境最直接的器官，光合作用直接关系到植物的生长发育、产量形成及次生代谢物质的合成积累［13］，叶绿素是光合作用的主要物质基础。朱军涛等［14］研究发现，随海拔升高，塔里木沙拐枣叶绿素含量逐渐升高。本试验表明，藜麦苗期叶片叶绿素含量随海拔升高而呈先增加后降低的变化趋势，当海拔达到1 800 m时叶绿素含量最高。

渗透调节被认为是植物抵抗逆境胁迫的重要且有效的抗逆机理。可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸是植物体内重要的渗透调节物质［15］。曹永华等［16］研究发现，随海拔升高，苹果叶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。本试验表明，藜麦苗期叶片可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量随海拔升高呈现增加后减小的变化趋势。

植物在遭受非生物胁迫时，会产生活性氧，活性氧性质活跃，在植物缺少保护时，会破坏细胞的生物膜脂、蛋白质和核酸，从而使植物的正常新陈代谢受到严重干扰［17］。为了清除这些活性氧，植物会启动其体内的活性氧清除系统，其中抗氧化酶系统是植物在逆境胁迫下防御自由基氧化损伤最重要的酶促系统［18］。张绍先等［19］研究发现，随海拔高度的增加，珙桐叶片MDA含量逐渐降低，SOD活性逐渐增加。本试验表明，随海拔的升高，藜麦苗期叶片MDA含量升高后降低再升高，SOD、POD、CAT和APX活性先增强后减弱。

综上所述，海拔升高、温度降低、太阳辐射能增多、降水量减少，使得藜麦叶片中叶绿素积累。另外，藜麦通过提高细胞内可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量，增强抗氧化酶活性，清除膜质过氧化产物和活性氧代谢物质，从而适应环境变化对藜麦幼苗造成的伤害，促进藜麦植株生长发育。