稀土微肥对黑果枸杞幼苗耐旱性的影响

韩多红，王恩军，张 勇，王红霞，王 艳，王 富

(1.河西学院 生命科学与工程学院，甘肃 张掖 734000；2.甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室，甘肃 张掖 734000)

黑果枸杞(LyciumrutheniumMurr.)，为茄科(Solanaceae)枸杞属(Lycium)多年生植物，耐旱、耐盐碱，主要分布于我国西北干旱荒漠区的荒地和盐碱化土地上。黑果枸杞果实入药，其味甘、性平，是民族医药中的常用药材，据《晶珠草本》、《四部医典》记载，可治疗心热病、心脏病等病症[1]。干旱是限制植物生长发育和作物产量的主要因素，每年导致作物减产幅度可达30%～70%左右。干旱会引起植物组织水分亏缺，导致植物出现萎蔫，光合作用减弱，细胞膜结构被破坏，氧自由基增多，引起膜脂过氧化作用，造成膜系统损伤。干旱条件下，由土壤溶液水势下降导致的渗透胁迫会使活性氧(ROS)过量积累而对植物产生过氧化损伤，进而破坏生物大分子的结构，使其丧失生理功能，严重影响植株发育，甚至造成死亡[2]。

稀土微肥(Rare earth elements，REE)是稀土元素(原子序数从57到71的镧系元素以及与镧系元素性质极为相似的钇、钪等17种元素)肥料的简称[3]。近年来，REE已广泛应用于农业领域，实践表明REE可促进植物生长发育，提高种子萌发能力，增加产量，增强抗逆性等。已有研究表明，适量REE可促进植物生长发育[4]，缓解重金属胁迫[5]，提高耐盐性[6-7]，抗旱性[8]等。黑果枸杞的果实在西北地区常作为藏药、维药等大量使用，其富含花青素，可增强免疫力，减缓细胞氧化[9]。目前，黑果枸杞人工栽培的数量较少，多数均为野生状态，其果实产量较少，不能满足用药需求。本研究用聚乙二醇-6000(PEG-6000)模拟干旱对黑果枸杞幼苗进行胁迫，然后根施REE进行缓解处理，测定丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)等生理指标，探讨幼苗中抗氧化酶体系、渗透调节物质的生理响应，以期为黑果枸杞在干旱及半干旱地区的引种驯化和抗旱生理机制研究提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

2018年11月在张掖市甘州区碱滩乡荒滩地上，采集多年生、野生状态的黑果枸杞果实，带回实验室洗出种子，自然晾干。供试REE为水溶肥内含，由包头市华农士稀土肥业有限公司提供。

稀土微肥里央含有稀土元素和其它微量元素，共2大类。其中稀土元素有铜系元素：镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素，钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，统称为稀土元素。微量元素有：铁、锌、锰、钼、硼等。

1.2 方法

精选黑果枸杞种子，用2% NaClO浸泡消毒5 min，蒸馏水冲洗干净。放入22±1 ℃的恒温培养箱中浸种催芽，待种子露白后播种于口径、高为8 cm×8 cm的育苗钵内，育苗钵内填充蛭石，在人工光照气候室内培养，培养温度23±1 ℃，湿度70%，光照3000 Lx，用1/4的Hoagland营养液等量浇灌。当幼苗长至2叶1心时，每钵定苗15株，3个重复，在幼苗生长50 d，8 cm高时进行处理。设定PEG-6000的浓度为：0、5、10、15、20和30%共6个处理，REE浓度为0.3%(表1)。采用灌根(根施)方式，每次每钵用量5 mL，每天2次，以蒸馏水为对照，处理7 d后，取地上部分测定叶绿素、MDA含量和保护酶活性等生理指标。

表1 试验处理

1.3 测定指标

叶绿素含量采用TYS-A型叶绿素测定仪测定[10]；游离Pro含量采用酸性茚三酮显色法测定[10]；MDA含量用TBA法进行测定[10]；过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别用愈创木酚法、氮蓝四唑(NBT)显色法和紫外吸收法测定[11]。

1.4 数据处理与分析

试验数据以平均值±标准误差表达，用SPSS 22.0统计分析软件进行方差分析(one-way ANOVA) 和LSD法进行多重比较(P<0.05)，Origin 8.0绘图。

2 结果与分析

2.1 REE处理对干旱胁迫下黑果枸杞幼苗叶绿素含量的影响

由图1可知，在5%～30%的PEG胁迫下，幼苗中叶绿素含量随PEG浓度增大而降低，两者间呈负相关关系(r=-0.9949)；T5处理的叶绿素含量降幅最大，比CK降低74.96%；T2～T5处理与CK间均存在显著性差异(P<0.05)。在根施0.3%REE处理后，幼苗中叶绿素含量均高于相应PEG处理组，T1～T3处理的增幅较小，T4～T5处理的增幅较大，其T增幅最大为41.4%。这表明根施REE可促进光合色素含量增加，有效缓解了干旱胁迫对光合色素合成的抑制作用。

图1 稀土微肥对干旱胁迫下黑果枸杞幼苗叶绿素含量的影响

2.2 REE处理对干旱胁迫下黑果枸杞幼苗Pro含量的影响

由图2可知，在5%～30%PEG胁迫下，T1～T5处理的Pro含量均高于CK，其中T4较CK增加的幅度最大，为290.57%；T1较CK增加的幅度最小，为6.18%，且两者间无显著性差异(P>0.05)。在根施0.3%PEE处理后，Pro含量较PEG处理组均出现升高，但T1～T2的升幅较小，T3～T5的升幅较大，其中T4升幅最大为32.43%。这表明根施REE可进一步提高干旱胁迫下渗透调节物质的含量积累，防止细胞脱水。

图2 稀土微肥对干旱胁迫下黑果枸杞幼苗脯氨酸含量的影响

2.3 REE处理对干旱胁迫下黑果枸杞幼苗MDA含量的影响

由图3可知，PEG处理使黑果枸杞幼苗膜脂过氧化程度加剧，MDA含量随PEG浓度升高而增大，与PEG浓度呈极显著正相关性(r=0.9955，P<0.01)；T5处理的MDA含量较CK升高了147.99%；T1与CK间无显著性差异(P>0.05)，T2～T5与CK间均存在显著性差异(P<0.05)。在根施0.3%REE处理后，幼苗中MDA含量显著降低，且均低于相应的PEG处理。表明根施REE可一定程度的减轻干旱胁迫下细胞膜的过氧化作用，保护细胞膜结构的完整性。

图3 稀土微肥对干旱胁迫下黑果枸杞幼苗丙二醛含量的影响

2.4 REE处理对干旱胁迫下黑果枸杞幼苗SOD、POD、CAT活性的影响

由图4可知，在5%～30%的PEG胁迫下，幼苗中SOD活性出现“先升后降”的现象；T4处理的SOD活性增幅最大，T1增幅最小，分别较CK增加149.13%、7.24%；在根施0.3%REE处理后，幼苗中SOD活性较PEG处理组出现了显著升高，其中T1～T3处理的幅度较小，T4、T5幅度较大；T1～T5处理与CK间均存在显著性差异(P<0.05)。

图4 稀土微肥对干旱胁迫下黑果枸杞幼苗SOD活性的影响

由图5可知，黑果枸杞幼苗中POD活性随PEG胁迫程度的加剧呈现“先上升，后下降”的趋势；T4处理的POD活性最大，较CK增加114.23%；T1较CK增加6.92%，两者间无显著性差异(P>0.05)。在根施0.3%REE处理后，幼苗中POD活性较PEG处理组出现了升高，其中T3、T4处理升高幅度较大，为15.05%、20.68%，T1幅度最小为6.3%。T1～T5与CK间均存在显著性差异(P<0.05)。

图5 稀土微肥对干旱胁迫下黑果枸杞幼苗POD活性的影响

由图6可知，随着PEG、PEG + REE处理浓度的增大，幼苗中的CAT活性在T1～T4处理时不断升高，T5开始下降。T4时，PEG、PEG + REE处理分别较CK增加了136.68%、208.15%。在PEG处理下，T1与CK间无显著性差异(P>0.05)，而在PEG + REE处理下，T1～T5与CK间均存在显著性差异(P<0.05)。与PEG处理组相比，PEG + REE处理的幼苗中CAT活性均出现了不同程度的增加，T4时增幅最大，较PEG处理增大了36.15%。

图6 稀土微肥对干旱胁迫下黑果枸杞幼苗CAT活性的影响

3 讨论

光合作用是植物生长的基础，叶绿素含量在一定程度上可以反映植物的光合能力[12]。干旱胁迫下，植物的光合速率会显著下降，光合色素含量下降，叶绿体结构结构遭到破坏。本研究中，干旱胁迫使黑果枸杞幼苗叶绿素含量显著下降，根施0.3%REE后，干旱胁迫下的幼苗叶绿素含量均出现了不同幅度的升高，但重度干旱胁迫处理组升高的幅度较大，表明根施REE可一定程度保护叶绿素结构的完整性，且对重度干旱胁迫的缓解效果好于轻度干旱胁迫。

干旱胁迫可引起细胞内活性氧清除系统紊乱，导致活性氧自由基显著积累，膜脂过氧化加剧，其中过氧化产物MDA可作为膜脂过氧化损害程度和抗旱能力的重要指标，其含量的高低反应了植物细胞受害程度[13]。本研究中，黑果枸杞幼苗在不同程度的干旱胁迫后均导致MDA含量增加，其增幅随干旱胁迫程度的加剧而增大。根施0.3%REE后，幼苗中MDA含量显著降低，表明REE有效的降低了膜脂过氧化程度，提高了膜的稳定性。

渗透调节是植物抵御干旱的一种重要方式，植物可通过提高细胞内的渗透调节物质含量来维持膨压，防止细胞失水，保持膜结构的完整性。Pro作为渗透调节物质，既可用于保持胞质溶胶与环境的渗透平衡，防止水分散失，还可与蛋白质相互作用增强蛋白质的可溶性，提高植物的耐旱能力。本研究中，干旱胁迫下黑果枸杞幼苗中含量出现了一定幅度的增加，在根施0.3%REE后，幼苗中Pro含量进一步显著增加，说明根施REE能够有效提高细胞内渗透调节物质含量，增强植物对干旱胁迫的适应能力。

SOD、POD和CAT是植物细胞中清除ROS最重要的抗氧化酶，通过相互协调，共同协作能有效清除ROS，维持体内的ROS代谢平衡[14]。本研究中，在轻(中度)的干旱胁迫下(PEG<20%)，黑果枸杞幼苗中SOD、POD和CAT活性均升高，但在重度干旱胁迫下(PEG≥30%)，SOD等抗氧化酶的活性降低。原因可能是干旱胁迫下ROS作为信号分子，诱导细胞抗氧化酶系统基因表达，幼苗通过提高保护酶活性来增强耐旱性，但当细胞内产生的ROS过多时，其超出了抗氧化酶的清除能力，细胞受到了伤害。在根施0.3%REE后，SOD、POD和CAT活性均出现了一定幅度的提高，表明REE能够通过激活或维持活性氧清除酶类的活性，抑制ROS的产量，减弱干旱胁迫对细胞造成的伤害，这与许锁链等[15]对小桐子的研究结果一致。

4 结论

黑果枸杞具有一定的耐旱性，轻(中度)的干旱胁迫(PEG<20%)对其造成的伤害较小，重度干旱胁迫(PEG≥30%)的伤害较大，根施0.3%的稀土微肥可有效的缓解干旱胁迫伤害，尤其对重度干旱胁迫的缓解效果较为显著。