γ－聚谷氨酸对盐胁迫下小白菜生长及抗氧化特性的影响

刘霜 洪丕征 张宏 陈士更 刘同信 丁方军 魏珉

摘要：以小白菜（Brassicarapassp.chinensisL.）为供试作物，采用盆栽试验，通过添加Na2SO4模拟2‰盐渍化土壤，研究盐胁迫下不同用量γ-聚谷氨酸（γ-PGA）对小白菜幼苗生长特性、叶片抗氧化酶活性及渗透调节物质等的影响，以期为盐碱地小白菜高效栽培提供参考。γ-PGA用量设置为每666.7m22、4、8kg三个梯度，以不施γ-PGA为对照（CK）。结果表明，盐胁迫下施用γ-PGA能促进小白菜出苗和生长，提高其抗氧化酶活性和渗透调节物质含量，降低丙二醛（MDA）含量，从而缓解盐胁迫伤害。其中，每666.7m2 施用4kgγ-PGA的效果最好，与CK相比显著提高小白菜出苗率（增幅29.0%），显著增加株高、根长和单株鲜重（增幅50.9%、26.0%、51.9%），显著提高叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（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%），显著降低MDA含量（降幅27.3%），可有效缓解盐胁迫对小白菜生长发育的影响。

关键词：γ-聚谷氨酸;盐胁迫;小白菜;幼苗生长;抗氧化特性;渗透调节物质

中图分类号：S634.3 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2022）01-0044-05

γ-聚谷氨酸（γ-PGA）等高分子物质由于其特殊性质，具有超强的保水能力、增强植物抗逆境能力、促进作物生长发育等功能，且有稳定性强、施用成本低等优势，近年来在农业生产上发挥着重要的作用。诸多研究表明，γ-PGA能有效提高小麦发芽率[1]，促进油菜[2]、番茄[3]、生姜[4]的生长、根茎发育和有机物积累，提高小白菜等农产品品质及产量[3，5，6]。此外，γ-PGA还能提高盐胁迫下油菜脯氨酸等渗透调节物质的含量[7]，不同程度提高玉米[8]、水稻[9]、辣椒[10]、高桃实生苗[11]、菜心[12]的SOD、POD和CAT活性，保障植株在逆境胁迫下仍能正常生长发育。然而，目前盐胁迫下γ-PGA对小白菜的最佳施用量及其影响机理尚不明确，有必要开展相关研究。

小白菜（Brassicarapassp.chinensisL.）俗称青菜或油菜，因其口感脆爽，营养价值高而备受人们青睐，但其生长对盐分较为敏感，在盐碱地上栽培受到限制。目前，有关小白菜耐盐方面的研究主要集中在NaCl胁迫上，Na2SO4 胁迫对小白菜生理生化特性影响的研究鲜见报道。为此，本研究通过盆栽试验分析了Na2SO4胁迫下不同用量γ-PGA对小白菜生长发育及抗逆特性的影响，旨在探索γ-PGA对Na2SO4胁迫的缓解效应，以期为硫酸盐型盐碱地小白菜优质高产栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试小白菜品种为夏雄青梗菜，γ-PGA由山东农大肥业科技有限公司提供。供试土壤耕层基本理化性质见表1。

1.2 试验设计与方法

本试验于2020年9—10月在山东农大肥业科技有限公司试验基地进行，采用盆栽试验，用Na2SO4模拟2‰盐胁迫。试验前将所有土样用预先配制的Na2SO4溶液进行盐化处理，自然风干一个月，碾碎混匀后过2mm筛，按土样容重1.43g·cm-3分层依次装土，每盆分装土样8kg。

试验共设置4个处理，分别为666.7m2施用γ-PGA0kg（CK）、2kg（γ-PGA2）、4kg（γ-PGA4）和8kg（γ-PGA8），3次重复，共12盆。2020年9月3日播种小白菜，每盆播种50粒，待出苗后进行间苗，每盆保留健壮苗8株。播种后即进行γ-PGA一次性灌施，之后常规管理。

1.3 测定指标与方法

播种5d后统计出苗率。播种30d后取样，样株用蒸馏水洗净，测其株高、根长及单株鲜重等指标，完成后将样株剪碎，进行超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、脯氨酸（Pro）、可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛（MDA）等指标的测定。SOD、POD、CAT活性分别采用氮蓝四唑（NBT）光还原法、愈创木酚显色法、紫外吸收法进行测定[13]。Pro、可溶性蛋白、可溶性糖含量分别用酸性茚三酮法[13]、考马斯亮蓝G-250法[14]、硫酸蒽酮法[15]进行测定。MDA含量测定采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法。

1.4 数据处理与分析

利用SPSS26.0软件进行数据分析和差异显著性检验（P<0.05）。用MicrosoftExcel2010软件进行数据处理和作图。

2 结果与分析

2.1 γ-PGA对盐胁迫下小白菜生长的影响

2.1.1 对出苗率的影响 盐胁迫下，施用γ-PGA能提高小白菜的出苗率（图1）。其中，γ-PGA4和γ-PGA8处理的提升效果均达显著水平（P<0.05），分别较对照提高了29.0%和11.0%。

2.1.2 对株高、根长和单株鲜重的影响 由表2看出，盐胁迫下施用γ-PGA可促进小白菜植株生长，株高、根长和单株鲜重随γ-PGA施用量的增加先升高后降低，以γ-PGA4处理的提升效果最好，分别较CK提高50.9%、26.0%、51.9%。

2.2 γ-PGA对盐胁迫下小白菜叶片抗氧化酶活性的影响

γ-PGA处理均显著提高盐胁迫下小白菜叶片的SOD活性，以γ-PGA4处理最高，较对照提高33.1%（图2A）。仅γ-PGA4处理显著提高小白菜叶片的POD活性，较对照提高67.5%，γ-PGA2和γ-PGA8處理较CK无显著差异（图2B）。γ-PGA处理均显著提高小白菜叶片的CAT活性，γ-PGA2、γ-PGA4、γ-PGA8分别较对照提高34.6%、84.4%、47.9%，以γ-PGA4处理最高（图2C）。

2.3 γ-PGA对盐胁迫下小白菜叶片渗透调节物质的影响

γ-PGA2和γ-PGA8处理下小白菜叶片可溶性糖含量较对照略有下降，但差异不显著（P>0.05）;γ-PGA4处理则显著提高叶片可溶性糖含量，较对照提高25.4%（图3A）。γ-PGA处理显著提高叶片脯氨酸含量，且三个处理间差异显著，以γ-PGA4处理最高，较对照提高64.9%，其次是γ-PGA2（图3B）。γ-PGA2、γ-PGA4及γ-PGA8处理均显著提高了盐胁迫下小白菜叶片可溶性蛋白含量，分别较对照提高7.5%、6.3%、11.7%，以γ-PGA8处理最高，γ-PGA4处理最低（图3C）。

2.4 γ-PGA对盐胁迫下小白菜叶片MDA含量的影响

由图4可以看出，不同用量γ-PGA处理均显著降低盐胁迫下小白菜叶片MDA含量（P<0.05），γ-PGA2、γ-PGA4、γ-PGA8分别较CK降低12.9%、27.3%、18.5%，以γ-PGA4处理降幅最大。

3 讨论与结论

植物所处环境与其生物量有密切关系，γ-PGA能显著缓解盐胁迫造成的植物生物量减少，促进出苗并提高株高、根长以及全株鲜重[16，17]。生物量的增加意味着小白菜体内活性氧（ROS）毒害作用减弱，渗透调节能力增强。本研究结果表明，γ-PGA能提高盐胁迫下小白菜种子的出苗率，以每666.7m2施用4kg的效果最好，其次为施用8kg处理，两者增幅均达显著水平。这是由于γ-PGA具有一定的保水性能，影响了种子出苗及幼苗生长[18]。尹成红等研究表明，γ-PGA对玉米幼苗有明显的促生作用[19]，对种子萌发及生长发育发挥着极其重要的作用，能够提高种子发芽率[20]，与本研究结果一致。

大量研究表明，盐胁迫下，植物体内会产生大量的活性氧自由基（ROS）[21]，导致细胞膜受到较为严重损害[22];而施用γ-PGA能清除植物体内的ROS，从而增强植物对逆境的适应，保证其正常的生命活动[23，24]。本研究结果表明，不同用量γ-PGA均提高了Na2SO4 胁迫下小白菜的抗氧化酶活性，尤其显著提高了SOD和CAT活性，666.7m2施用4kg显著提高POD活性，体现出植物的应激反应能力[25]。通常ROS对植物细胞的伤害程度是通过MDA含量直接反映出来的[26]，当胁迫程度超过植物的耐受极限时，抗氧化酶活性降低，MDA大量积累。但在本研究条件下，γ-PGA处理能显著抑制盐胁迫下MDA含量的增加。说明γ-PGA能有效清除盐胁迫环境下小白菜中ROS的积累，缓解盐胁迫对小白菜生长发育造成的伤害。

盐胁迫下，植物通过积累脯氨酸来提高细胞内渗透压，以维持细胞或组织持水，缓解盐害，提高耐盐能力。植物受害越严重，其体内脯氨酸含量越高，反之，脯氨酸含量越低[27]。大量研究表明，在逆境条件下，施用一些外源功能性物质（例如甜菜碱等）可增加植物体内脯氨酸含量，从而增强作物抗逆性[28]。可溶性蛋白能提高细胞保水能力，其积累越多，细胞保水能力就越强。逆境胁迫下，植物可通過将淀粉分解为可溶性糖的形式来提高细胞液浓度，降低渗透势，调节植物体内水分。盐胁迫下植物体内可溶性蛋白、可溶性糖含量会增加，这些渗透调节物质的变化与植物自身抗逆性有关，是植物对盐胁迫的一种响应方式[29]。本研究表明，当小白菜受到盐胁迫时，666.7m2施用2～8kgγ-PGA能显著提高其体内脯氨酸和可溶性蛋白含量，4kgγ-PGA用量能显著提高可溶性糖含量。这可能是因为植物为适应逆境胁迫，通过不断积累渗透调节物质降低细胞水势[30]，以从环境中吸收水分维持细胞的正常膨压[31]，从而为植株健康生长提供必要条件[32]。

本试验条件下，施用γ-PGA能促进盐胁迫下小白菜出苗，提高株高、根长、鲜重及叶片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。综合来看，以每666.7m2施用4kgγ-PGA效果最好，与对照相比，出苗率提高29.0%，株高、根长和单株鲜重分别提高50.9%、26.0%和51.9%，有效缓解了盐胁迫对小白菜生长发育的伤害。本研究结果可为硫酸盐型盐碱地小白菜高效栽培提供参考。