混合盐碱胁迫对饲用高粱幼苗生理特性的影响

刘 欢，张玉霞，2，孙明雪，夏全超，孙 昊，杜晓艳

（1.内蒙古民族大学 农学院，内蒙古 通辽 028043；2.内蒙古自治区饲用作物工程技术研究中心，内蒙古通辽 028000）

饲用高粱属（Sorghum moench）是目前世界上的饲用作物中生物量较高的一种，也是畜牧业很好的饲草来源之一［1］。饲用高粱属作物又包括饲草高粱、苏丹草、高丹草、饲用甜高粱等类型［2-3］。饲用高粱的根系发达，有较强的从土壤中吸收水分的能力［4-5］，且具有抗旱、耐涝、抗逆、耐盐碱贫瘠的生物学特性。近些年来，中国盐碱化土壤正在不断增加，相关研究表明，我国有近10%的耕地受到土壤盐碱化的危害［6］。而饲用高粱由于其耐盐碱的生物学特性，可以在盐碱化的土地上得到更好的利用［7］。植物受到盐碱胁迫后，会引起膜质氧化过程发生，进而产生大量丙二醛（MDA），所以可通过MDA含量的多少判断细胞膜质损害程度及植物抗逆性强弱［8］；盐碱胁迫下，植物为克服吸水困难，会通过调节游离氨基酸（AA）、可溶性糖（SS）和可溶性蛋白（SP）等渗透调节物质调节细胞渗透势，以维持细胞正常生命活动［9］；而CAT、POD、SOD这几种酶会在逆境胁迫下相互协调、作用，把植物体内的活性氧维持在一定范围内［10］。笔者采用混合盐碱胁迫处理饲用高粱品种，探索在不同浓度的混合盐碱胁迫下不同品种高粱幼苗生理指标的变化，分析不同饲用高粱品种耐盐碱能力的差异，为在盐碱地种植饲用高粱提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 试验材料为加拿大、牧乐、N52K1009和SU9002等4个饲用高粱品种，种子来源于北京克劳沃生态技术发展有限公司。

1.2 试验设计 本试验采用盆栽试验。首先在高15 cm的花盆上套上塑料袋，选择饱满、大小均匀一致、品质优良的4个饲用高粱品种的种子，分别用0.1%的HgCl2消毒10 min，用蒸馏水冲洗干净，盐碱组成为NaCl∶NaHCO∶3Na2CO∶3Na2SO4按照1∶9∶9∶1的摩尔比混合，处理浓度为40、80、120 mmol·L-1，以蒸馏水处理为对照（CK），共16个处理，每个处理设置3次重复，每个花盆播种50粒种子，每盆加500 g按照2∶1混合的沙土和蛭石培养基质，将种子均匀撒上后覆土3 cm，每盆加200 mL相应浓度的混合盐碱溶液，最后把塑料袋封口，防止土壤水分快速蒸发。将花盆放置于通风、光照良好的日光温室中，出苗后打开塑料袋，培养一个星期后取叶片测定生理指标。

1.3 测定方法 过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外吸收法测定［11］，过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚比色法［11］进行测定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT显色法测定［11］，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸比色法［12］测定，游离氨基酸（AA）含量采用茚三酮显色法进行测定［12］，可溶性糖（SS）采用蒽酮比色法测定［11］，可溶性蛋白（SP）采用考马斯亮蓝G-250法［11］测定。

1.4 数据处理 试验数据采用WPS 2019软件整理数据和绘制图表，用DPS 7.0软件进行方差显著性分析及相关性分析，采用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对饲用高粱幼苗丙二醛含量的影响 加拿大、牧乐、N52K1009和SU9002饲用高粱品种在不同盐碱胁迫浓度下的MDA含量均高于CK，且均在120 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下达到最大值；加拿大和牧乐在不同盐碱处理下MDA含量差异不显著，N52K1009和SU9002的MDA含量在120 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下显著高于CK（P＜0.05），分别增加了27.1%和28.6%；N52K1009和SU9002的MDA含量在不同盐碱胁迫浓度处理下均高于加拿大、牧乐，且在120 mmol·L-1处理下，SU9002的MDA含量显著高于加拿大和牧乐（表1），说明N52K1009和SU9002幼苗细胞膜质氧化更严重，细胞膜损伤更大，即抗盐碱能力更弱。

表1 盐碱胁迫下不同饲用高粱品种MDA含量Tab.1 MDA content of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

2.2 盐碱胁迫对饲用高粱幼苗CAT活性的影响 加拿大、牧乐在不同盐碱胁迫浓度下的CAT活性均高于CK，且在80 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下达到最大值；加拿大、牧乐和SU9002的CAT活性在80 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下显著高于CK（P＜0.05），分别增加了36.2%、21.2%和105.7%；加拿大、牧乐的CAT活性在不同盐碱胁迫浓度处理下均高于N52K1009和SU9002，其中，牧乐在各浓度盐碱胁迫处理下CAT活性均显著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05）（表2），说明加拿大、牧乐CAT活性更强，即可以更好地清除H2O2，保护细胞膜结构。

表2 盐碱胁迫下不同饲用高粱品种CAT活性Tab.2 CAT activity of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

2.3 盐碱胁迫对饲用高粱幼苗POD活性的影响 加拿大在不同盐碱胁迫浓度下的POD活性均显著高于CK（P＜0.05）；4个高粱品种均在120 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下POD活性达到最大值，其中，加拿大和SU9002的POD活性在120 mmol·L-1盐碱胁迫浓度处理下显著高于CK（P＜0.05），分别增加了31.9%和33.3%；加拿大、牧乐的POD活性在不同盐碱胁迫浓度处理下均高于N52K1009和SU9002（表3），说明加拿大、牧乐POD活性更强，即能有效地清除活性氧使其保持在较低水平，降低细胞膜受到的损害。

表3 盐碱胁迫下不同饲用高粱品种POD活性Tab.3 POD activity of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

2.4 盐碱胁迫对饲用高粱幼苗SOD活性的影响 加拿大、牧乐、N52K1009和SU9002均在80 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下SOD活性达到最大值，且均显著高于CK（P＜0.05），分别增加了45.7%、50.3%、104.8%和48.3%；加拿大、牧乐的SOD活性在不同盐碱胁迫浓度处理下均高于N52K1009和SU9002，其中，牧乐在40 mmol·L-1和80 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下SOD活性显著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05），加拿大在CK处理、80 mmol·L-1和120 mmol·L-1盐碱胁迫浓度处理下SOD活性显著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05）（表4），说明加拿大、牧乐的SOD活性更强，即能清除更多盐碱胁迫处理下产生的活性氧和自由基，以减缓细胞的衰老氧化。

表4 盐碱胁迫下不同饲用高粱品种SOD活性Tab.4 SOD activity of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

2.5 盐碱胁迫对饲用高粱幼苗游离氨基酸含量的影响 加拿大、牧乐和SU9002在不同盐碱胁迫浓度下的游离氨基酸含量均高于CK，其中，牧乐的游离氨基酸含量与CK达到显著性差异（P＜0.05）；4个高粱品种的游离氨基酸含量均在80 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下达到最大值，其中，牧乐和SU9002在80 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下游离氨基酸含量显著高于CK（P＜0.05），分别增加了134.3%和51.4%；加拿大、牧乐的游离氨基酸含量在不同盐碱胁迫浓度处理下均高于N52K1009和SU9002（CK除外），其中，牧乐在80 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下游离氨基酸含量显著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05），加拿大在40 mmol·L-1盐碱胁迫浓度处理下游离氨基酸含量显著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05）（表5），说明加拿大、牧乐游离氨基酸含量积累更多，更能维持细胞在盐碱环境中生存。

表5 盐碱胁迫下不同饲用高粱品种游离氨基酸含量Tab.5 Free amino acid content of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

2.6 盐碱胁迫对饲用高粱幼苗可溶性糖含量的影响 加拿大、牧乐、N52K1009和SU9002均在80 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下可溶性糖含量达到最大值，其中，加拿大、N52K1009和SU9002的可溶性糖含量在80 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下显著高于CK（P＜0.05），分别增加了50.8%、40.2%和72.5%；加拿大、牧乐的可溶性糖含量在不同盐碱胁迫浓度处理下均高于N52K1009和SU9002，其中，加拿大和牧乐的可溶性糖含量在CK、80 mmol·L-1和120 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下均显著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05）（表6），说明加拿大、牧乐积累可溶性糖含量的能力更强，使细胞质浓度变大，以维持细胞渗透势的平衡，增强其耐盐碱性。

表6 盐碱胁迫下不同饲用高粱品种可溶性糖含量Tab.6 Soluble sugar content of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

2.7 盐碱胁迫对饲用高粱幼苗可溶性蛋白含量的影响 4个饲用高粱品种在40 mmol·L-1和80 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度下的可溶性蛋白含量均高于CK（牧乐在40 mmol·L-1盐碱胁迫浓度下的可溶性蛋白含量除外），其中，加拿大、牧乐和N52K1009可溶性蛋白含量在80 mmol·L-1的盐碱胁迫浓度处理下显著高于CK（P＜0.05），分别增加了26.8%、34.1%和34.3%；加拿大、牧乐的可溶性蛋白含量在不同盐碱胁迫浓度处理下均高于N52K1009和SU9002，其中，加拿大在不同浓度盐碱胁迫处理下可溶性蛋白含量显著高于N52K1009和SU9002（P＜0.05）（表7），说明加拿大、牧乐积累的可溶性蛋白更多，更有利于维持细胞内较低的渗透压。

表7 盐碱胁迫下不同饲用高粱品种可溶性蛋白含量Tab.7 Soluble protein content of different forage sorghum varieties under salt-alkali stress

3 讨论与结论

丙二醛（MDA）是植物遭受逆境胁迫后细胞膜上的不饱和脂肪酸过氧化的产物，其含量的变化在一定程度上可以反映出植物受伤害的程度［13］。本研究表明，盐碱胁迫浓度对不同饲用高粱品种幼苗丙二醛含量有明显影响，随着盐碱胁迫浓度的增加，丙二醛含量呈上升趋势。何淼等［14］研究表明，在受到复合盐碱胁迫处理时，丙二醛含量不断升高，与本研究结果一致，表明膜脂过氧化加剧。4个饲用高粱品种中加拿大、牧乐饲用高粱品种幼苗丙二醛含量在盐碱胁迫下均低于N52K1009、SU9002饲用高粱品种，说明加拿大、牧乐饲用高粱品种更耐盐碱。

POD、CAT、SOD是植物体内能清除由于逆境胁迫产生的H2O2的主要酶类，而SOD是植物体内能清除活性氧的主要酶类［15-16］，它们同其他酶类组成抗氧化防御系统［17］，通过相互协调、相互作用，清除植物体内由于逆境胁迫产生的自由基［18］，从而使植物能够在一定范围内忍耐逆境的伤害。本研究结果表明，随着盐碱胁迫浓度的增加，CAT和SOD活性呈先上升后下降的趋势，且加拿大、牧乐饲用高粱品种幼苗CAT和SOD活性均高于N52K1009、SU9002饲用高粱品种。侯文静等［19］研究结果表明，随盐碱胁迫浓度的增加，CAT和SOD活性表现为先上升后下降的变化趋势，与本研究结果一致，说明一定范围内的盐碱胁迫浓度能促进启动抗氧化酶系统［16］，进而使饲用高粱CAT和SOD活性提高，当盐碱胁迫浓度过高时，抗氧化酶系统遭到破坏，导致酶活性降低。本研究结果表明，不同浓度的盐碱胁迫对不同饲用高粱品种幼苗POD活性变化影响显著，随着盐碱胁迫浓度的增加，POD活性表现为持续增长，与于爽等［16］研究结果一致，且加拿大、牧乐饲用高粱品种幼苗POD活性均高于N52K1009、SU9002饲用高粱品种幼苗处理，说明加拿大、牧乐饲用高粱品种抗氧化酶活性更强，能更好地保持活性氧代谢平衡，以减缓活性氧对膜的伤害。

游离氨基酸、可溶性糖和可溶性蛋白是植物体内非常重要的渗透调节物质，在植物受到胁迫后大量积累以抵御不良环境产生的影响［20-21］。本研究表明，随着盐碱胁迫浓度的增加，不同饲用高粱品种幼苗游离氨基酸含量呈先上升后下降的变化趋势，张良等［9］研究结果表明，在低浓度的盐碱胁迫下，游离氨基酸含量呈现出增加趋势，但超过一定浓度后游离氨基酸含量下降趋势明显，与本研究结果一致。本研究结果表明，可溶性糖和可溶性蛋白含量随着盐碱胁迫浓度的增加呈先上升后下降的变化趋势，与刘晓涵等［22］、徐晓雪［23］的研究结果一致，说明植物受到盐碱胁迫后会积累大量渗透调节物质缓解胁迫伤害［24］，直至达到细胞耐盐碱阈值，细胞膜破坏；并且4个饲用高粱品种中，加拿大和牧乐饲用高粱品种的游离氨基酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量均高于N52K1009和SU9002饲用高粱品种，由此可以说明，加拿大和牧乐饲用高粱品种较N52K1009、SU9002饲用高粱品种渗透调节物质含量更高，更有利于维持细胞内渗透势，增强细胞的吸水能力，以抵抗由盐碱胁迫产生的渗透胁迫。

综上所述，4个饲用高粱品种的CAT、SOD活性和游离氨基酸总量及可溶性糖、可溶性蛋白含量在盐碱胁迫浓度为0～80 mmol·L-1处理下呈增加趋势，在盐碱胁迫浓度为80～120 mmol·L-1处理下表现为下降趋势，POD活性随着盐碱胁迫浓度的增加而升高，且加拿大和牧乐饲用高粱品种处理下的渗透调节物质含量及抗氧化酶活性高于N52K1009和SU9002饲用高粱品种；丙二醛含量随着盐碱胁迫浓度的增加呈上升的趋势，且加拿大和牧乐饲用高粱品种处理下的丙二醛含量低于N52K1009和SU9002饲用高粱品种。加拿大和牧乐饲用高粱品种的渗透调节物质含量更高，抗氧化酶活性更强，即更耐盐碱。