土壤改良剂对干旱胁迫下青稞幼苗形态 及生理特性的影响

田侠 郑庆柱 高雪 谭海运 侯全杨

摘要：采用盆栽试验研究了施用菌剂（2 g/kg土）、腐植酸钾（2 g/kg土）对干旱胁迫下青稞幼苗形态及生理特性的影响。结果表明，腐植酸钾和菌剂均能有效促进干旱胁迫下青稞幼苗的生长，其中腐植酸钾效果更好，不仅能提高青稞幼苗株高、鲜重、干重、根冠比、根平均直径、茎粗和叶面积、根的投影面积、表面积、体积及分支数等形态指标，也提高了根系活力、叶绿素含量、过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性，降低丙二醛含量。

关键词：土壤改良剂;干旱胁迫;青稞幼苗;形态;生理特性

中图分类号：S512.301文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）02-0067-05

Effect of Soil Conditioners on Morphological and Physiological

Characteristics of Highland Barley Seedlings under Drought Stress

Tian Xia  Zheng Qingzhu  Gao Xue  Tan Haiyun  Hou Quanyang

（1. College of Resources and Environment， Qingdao Agricultural University/Qingdao

Engineering Research Center for Rural Environment， Qingdao 266109， China;

2. Agricultural Resources and Environment Research Institute， Tibet Academy of Agricultural Sciences， Lhasa 850000， China）

AbstractThe pot experiment was conducted to study the effects of microbial inoculum （2 g/kg） and potassium humate （2 g/kg） on the morphological and physiological indexes of highland barley seedlings under drought stress. The results showed that potassium humate and microbial inoculum could effectively promote the growth of highland barley seedlings under drought stress. With better effect， potassium humate could not only improve the morphologic indexes such as plant height， fresh weight， dry weight， root/shoot ratio， average root diameter， stem diameter， leaf area， and projection area， surface area， volume and branch number of root， but also increase root activity， chlorophyll content and activities of peroxidase， superoxide dismutase and catalase， and reduce malondialdehyde content.

KeywordsSoil conditioners; Drought stress; Highland barley seedling; Morphology; Physiological characteristics

青稞（Hordeum vulgare），又稱米大麦，属禾本科大麦属，在青藏高原种植历史悠久，是高海拔冷凉干旱地区唯一可生存的农作物，具有耐瘠薄、耐干旱、高产早熟、适应性广等特点。青稞是藏民的主要粮食，约占全区粮食作物总产量的64%，同时也是藏区牲畜饲料、啤酒和保健品的生产原料。干旱是限制西藏青稞生产的重要因素，至今仍有较大区域农田不具备灌溉条件。现阶段针对玉米、小麦的干旱胁迫研究较为深入，主要开展了物质积累、根系生长[1]与激素含量[2]等研究，但关于干旱胁迫下青稞幼苗性状的研究报道仍较为鲜见。

土壤改良剂按原料来源可分为合成改良剂、天然改良剂、生物改良剂和天然-合成共聚物改良剂等[3]，微生物菌肥可在土壤中合成腐殖质，增加有机质，促进营养物质转化[4]，进而改善土壤结构，增加土壤肥力[5]。腐植酸是一类用途广泛的天然有机质，在改良土壤、提高肥料利用率、保水抗旱、降解有机污染物、固定重金属离子等方面发挥了极其重要的作用[6，7]。本试验通过研究菌剂、腐植酸钾对干旱胁迫下青稞幼苗期生长情况的影响，旨在探明研究土壤改良剂对青稞幼苗期干旱胁迫的缓解效果，为改善青稞抗旱性研究提供依据。

1材料与方法

1.1试验材料

供试青稞品种为藏青2000，种子由西藏自治区农牧科学院提供，土壤取自西藏自治区农牧科学院试验地。土壤主要理化性状见表1。试验所用菌剂有效活菌数≥5×109 cfu/g。

1.2试验设计

试验于2018年4月进行。设3个处理，分别为空白对照（CK）;菌剂用量2 g/kg土;腐植酸钾2 g/kg土，每处理15盆。选取籽粒饱满、大小相近的青稞种子，用H 2O 2消毒后再用蒸馏水冲洗多次。暗处25℃下催芽24 h，播种于顶部直径10 cm，底部直径7 cm，高8.5 cm塑料盆，每盆装土380 g，土壤改良剂一次性施入。

播种前分别将菌剂、腐植酸钾与盆栽土充分混合，每盆播种20粒，浇水25 mL，表面覆土后撒一层石英砂防止板结。人工气候室培养，昼/夜（12 h/12 h）温度为25℃/10℃，光照 （3 000±200）lx，相对湿度45%。间苗后每盆留13株，根据蒸发程度与长势情况，每天统一浇水5～25 mL，至15天。

1.3指标测定

青稞幼苗生长到三叶期，开始进行干旱处理。在自然干旱处理后第1、3、5、7、9天，每处理取3盆测量植物生长指标。叶面积=叶长×叶宽×0.6，测鲜重同时计算根冠比。每盆取3株于烘箱中105℃杀青1 h，80℃烘24 h后测干重。

用剪刀将剩余10株幼苗的根和茎分开，选取完好的根系采用WinRHIZO 软件进行根系扫描，对根系总长度、总体积、总表面积、总投影面积、平均直径、体积、根尖及分支数等进行定量分析。

采用TTC还原法[8]测定根系活力;叶片叶绿素含量采用丙酮-乙醇（V∶ V=1∶ 1）浸提24 h后吸光度法测定;氮蓝四唑（NBT）光还原法[8]测定超氧化物歧化酶（SOD）活性;紫外分光光度法[8]测定过氧化氢酶（CAT）活性;硫代巴比妥酸（TBA）法[8]测定丙二醛（CAT）含量，愈创木酚法[9]测过氧化物酶（POD）活性。

1.4数据处理

试验数据采用 Microsoft Excel制表绘图，SPSS 19.0软件分析，并用Duncans法进行多重比较。

2结果与分析

2.1土壤改良剂对干旱胁迫下青稞形态指标的影响

由表2看出，干旱胁迫下两种土壤改良剂对青稞幼苗株高、鲜重、干重、根冠比影响不同。腐植酸钾处理株高、鲜重、干重差异显著，分别较CK增加57.2%、92.5%及70.0%;根冠比较CK增加6.7%，差异不显著。菌剂处理各指标较CK差异均不显著。可见腐植酸钾可提高青稞幼苗的形态学指标，有效缓解青稞幼苗的干旱胁迫。

由表3可知，干旱胁迫下两种土壤改良剂对青稞幼苗总根长、茎粗、叶面积均有不同程度提高。菌剂、腐植酸钾处理较CK总根长分别提高28.4%、33.2%，差异显著;茎粗较CK提高29.1%、51.2%;叶面积较CK分别提升21.0%、124.0%;根平均直径较CK分别增加3.6%、65.2%，腐植酸钾处理与对照差异显著。总之，与CK相比两种土壤改良剂均有助于提高青稞幼苗总根长、茎粗及叶面积，腐植酸钾提高根平均直径效果明显，故土壤改良剂可有效促进干旱胁迫下青稞幼苗生长。

由表4可知，干旱胁迫下两种土壤改良剂对青稞幼苗根投影面积、表面积、体积、分支数影响不同。腐植酸钾处理的根投影面积、表面积、体积与CK差异显著而菌剂处理差异不显著，腐植酸钾处理较CK分别增加33.7%、30.5%、115.6%;腐植酸钾、菌剂处理根分支数较CK分别增加25.6%及19.4%，差异未达显著水平。

2.2土壤改良剂对干旱胁迫下青稞幼苗根系活力的影响

如图1所示，随干旱天数增加3个处理根系活力均先增大后减小，第5天达到峰值，依次为腐植酸钾处理>菌剂处理>CK，腐植酸钾处理峰值较CK增加3.84倍，第9天增加7.27倍。证明菌剂、腐植酸钾可有效缓解干旱对青稞幼苗根系活力的胁迫。

2.3土壤改良剂对干旱胁迫下青稞幼苗叶绿素总量的影响

如图2所示，随干旱天数增加3个处理的叶绿素总量均先升高后降低，第5天达到峰值，依次为腐植酸钾处理>CK>菌剂处理，与CK相比，在峰值时腐植酸钾处理叶绿素总量增加2.06倍，第9天增加2.58倍;故腐植酸钾可有效缓解干旱对青稞幼苗叶绿素含量的胁迫。

2.4土壤改良剂对干旱胁迫下青稞幼苗MDA含量影响

如图3所示，随干旱天数增加3个处理MDA含量变化明显，且均先升高后降低，第3天达到峰值，依次为菌剂处理>CK>腐植酸钾处理，与CK相比，在峰值时腐植酸钾处理MDA含量下降28.9%，第9天减少48.0%，而菌剂处理在9天内均高于CK。说明腐植酸钾能有效降低干旱胁迫下青稞幼苗中MDA含量，缓解干旱对青稞幼苗的胁迫。

2.5土壤改良剂对干旱胁迫下青稞幼苗SOD、POD及CAT活性的影响

如图4所示，干旱胁迫下两种改良剂处理的青稞幼苗中SOD、POD及CAT活性均大于CK，随干旱天数增加，SOD、POD及CAT活性均先升高后降低，SOD活性第3天达到峰值，而POD及CAT活性第5天达到峰值。SOD、POD及CAT活性依次为腐植酸钾处理>菌剂处理>CK，腐植酸钾处理同CK相比，SOD活性第3天增加23.6%，第9天增加20.1%，POD活性第5天增加39.1%，第9天增加35.1%，CAT活性第5天增加50.0%，第9天增加63.2%，说明腐植酸鉀对于干旱胁迫下青稞幼苗中SOD、POD及CAT活性增加效果最好，缓解了干旱对青稞幼苗的胁迫。

3讨论

本研究发现，腐植酸钾对青稞幼苗株高、叶面积有促进作用且效果显著。吴殊菊[10]发现叶面喷施腐植酸钾可有效提高小麦幼苗株高、次生根发育、叶片生长量及整株干重;代明等[11]发现腐植酸钾钠可提高玉米株高、茎粗及生物量，均与本试验结果一致。研究表明腐植酸类物质对植物抗旱性有积极作用，本研究中青稞根的总长、分支数等指标增大，说明干旱胁迫下腐植酸钾可促进青稞对水分及养分吸收，增加抗旱性。

青稞幼苗根系活力大小顺序为腐植酸钾处理>菌剂处理>CK。在青稞生长过程中发现，腐植酸钾处理的青稞幼苗长势最为旺盛且与根系活力顺序一致，原因可能是腐植酸钾的施入中和了土壤中的碱性，使pH值降低，更利于青稞幼苗生长。叶绿素是植物进行光合作用的重要因素，直接影响植株干物质积累量。陈少裕等[12]研究发现，干旱胁迫下膜脂过氧化作用会阻止植物体内叶绿素合成并加速其降解。腐植酸钾明显提高青稞幼苗叶绿素总量，说明其对干旱胁迫下青稞幼苗的生长有促进作用，这与蒋明义等[13]的研究结果一致。

MDA是植物遭受逆境伤害时膜脂过氧化的产物。卜令铎等[14]在对玉米叶片干旱复水研究中发现，随着干旱处理的持续加强，MDA含量呈先上升后下降之后又上升的趋势。党芳芳等 [15]在对小麦处理中也发现了此规律。腐植酸钾处理的青稞幼苗MDA含量最低，说明腐植酸钾能有效降低膜脂过氧化作用带来的伤害。SOD、CAT、POD活性与青稞抗旱性密切相关，在清除O·-2和H 2O 2方面发挥重要作用。严萍[16]研究发现，随着腐植酸钾稀释倍数的增加，小麦与水稻幼苗叶片三种抗氧化酶活性呈先降低后增加的趋势。王玉珏等[17]研究发现，干旱胁迫下黄瓜幼苗中三种酶活性显著增高;葛体达等[18]研究发现水分胁迫下玉米叶片三种酶活性在植株生长过程中呈先升高后下降趋势，这均与本研究结果一致。

4结论

施加腐植酸钾或菌剂均可有效缓解干旱对青稞幼苗的胁迫，腐植酸钾效果更好。干旱胁迫下，腐植酸钾可显著提高青稞幼苗株高、鲜重、干重、根冠比、根平均直径、茎粗、叶面积、根投影面积、表面积、体积及分支数等形态指标，有效提高根系活力、叶绿素含量及SOD、POD、CAT活性，降低MDA含量。

参考文献：

[1]马富举， 李丹丹， 蔡剑， 等. 干旱胁迫对小麦幼苗根系生长和叶片光合作用的影响[J]. 应用生态学报， 201 23（3）： 724-730.

[2]龚璞， 李宗震， 岳慧芳， 等. 不同小麦抗旱品种种子萌发的根系特征及其与主要激素含量的关系[J]. 河南农业大学学报， 2018， 52（1）： 16-21.

[3]陈义群， 董元华. 土壤改良剂的研究与应用进展[J]. 生态环境， 2008，17（3）： 1282-1289.

[4]吴珏. 微生物土壤改良剂对设施黄瓜连作障碍修复作用的研究[D]. 上海：上海交通大学， 2011.

[5]Jiang X J， De-Ti A X. Combining ridge with no-tillage in lowland rice-based cropping system：long-term effect on soil and rice yield [J]. Pedosphere， 2009， 19（4）： 515-522.

[6]Tan K H. The release of silicon， aluminum， and potassium during decomposition of soil minerals by humic acid[J]. Soil Science， 1980， 129（1）：5-11.

[7]Anita Maienza， Erland Bth， Silvia Rita Stazi， et al. Microbial dynamics after adding bovine manure effluent together with a nitrification inhibitor （3，4 DMPP） in a microcosm experiment[J]. Biology and Fertility of Soils， 2014， 50（6）： 869-877.

[8]高俊凤. 植物生理学指导[M]. 北京： 高等教育出版社， 2006.

[9]郑炳松. 现代植物生理生化研究技术[M]. 北京：气象出版社， 2006.

[10] 吴殊菊. 爱丰有机腐殖酸液肥在小麦上的试验效果研究[J]. 黑龙江农业科学， 2004（2）： 23-24.

[11] 代明， 胡兆平， 陈海宁， 等. 腐殖酸、DMPP复配复合肥对玉米生长的影响[J]. 江苏农业科学， 2017， 45（22）： 58-60.

[12] 陈少裕， 刘杰. 水分胁迫对甘蔗叶片线粒体膜流动性的影响及其与膜脂过氧化的关系[J]. 植物生理学报， 1991，17（3）： 285-289.

[13] 蒋明义， 荆家海， 王韶唐. 渗透胁迫对水稻光合色素和膜脂过氧化的影响[J]. 西北农业大学学报， 199 19（1）： 79-84.

[14] 卜令鐸， 张仁和， 韩苗苗， 等. 干旱复水激发玉米叶片补偿效应的生理机制[J]. 西北农业学报， 2009， 18（2）：88-92.

[15] 党芳芳， 冯文新， 尹美强， 等. 硅钙肥与纳米碳对干旱胁迫下小麦幼苗形态及生理的影响[J]. 山西农业大学学报（自然科学版）， 2017， 37（3）： 164-168.

[16] 严萍. 含腐殖酸调理剂对小麦、水稻幼苗生长和产量的影响[D]. 扬州：扬州大学， 2016.

[17] 王玉珏， 付秋实， 郑禾， 等. 干旱胁迫对黄瓜幼苗生长、光合生理及气孔特征的影响[J]. 中国农业大学学报， 2010， 15（5）： 12-18.

[18] 葛体达， 隋方功， 白莉萍， 等. 水分胁迫下夏玉米根叶保护酶活性变化及其对膜脂过氧化作用的影响[J]. 中国农业科学， 2005，38（5）： 922-928.