NaHCO3处理对裸燕麦幼苗的生理指标的影响

李祖夏，刘 念，2，乔 枫，2，3

(1.青海师范大学生命科学学院，青海 西宁 810008；2.青海省青藏高原药用动植物资源重点实验室，青海 西宁 810008；3.高原科学与可持续发展研究院，青海 西宁 810008)

土壤盐碱化是制约农业发展的全球性生态问题[1]。碳酸氢钠(NaHCO3)对种子萌发、种子发芽及幼苗生长具有一定的影响。周爱蓉等(2005)采用纸上发芽的方法，利用不同浓度的NaHCO3溶液处理窄叶鲜卑花种子，研究了 NaHCO3对窄叶鲜卑花种子萌发的影响。结果表明，NaHCO3对窄叶鲜卑花种子萌发的影响表现为低促高抑的效应；NaHCO3对种子的发芽指数和活力指数均呈负相关[2]。黄萍等(2021)研究了不同浓度的NaCl胁迫对阿拉伯婆婆纳种子萌发及叶片生理特性的影响，25～50 mmol/l NaCl胁迫能促进阿拉伯婆婆纳种子萌发、刺激幼根生长，75～100 mmol/l NaCl胁迫对发芽率影响不明显，但影响幼苗子叶展开[3]。毕春竹等(2021)比较了不同盐碱胁迫处理下沙枣种子的萌发情况，以期为沙枣种子萌发期的耐盐碱特性和引种提供参考依据[4]。本实验采用不同浓度(0、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、6.4% g/l)的NaHCO3溶液处理水培裸燕麦幼苗，研究了NaHCO3对其生理指标的变化。

裸燕麦(Avenanuda)属一年生禾本科(Gramineae)燕麦属杂粮作物，是我国西北盐碱地普遍种植的地方优势特色作物[5]，依种子带壳与否分皮燕麦和裸燕麦两大类型。燕麦具有极高的营养、医疗保健、饲用与生态价值，是一种粮、饲、药多用途作物，也是对抗生态环境退化的先锋作物[6]。我国以种植裸燕麦为主，是大粒裸燕麦的起源中心[7]，主要分布在华北、西北、西南、东北高海拔、高纬度的干旱、冷凉地区。其他国家以种植皮燕麦为主，少数食用，大多为饲用。近年来，因燕麦兼具保健功效[8，9]和优质饲草[10]的双重优势，并且具有喜冷凉、耐瘠、抗旱的特性。因此，主要分布在我国华北北部、西北和西南的高纬度、高海拔、高寒干旱半干旱地区。

1 材料与方法

材料为裸燕麦。

1.1 处理方法

挑选颗粒饱满的种子，用自来水冲洗3～5次，冲洗表面灰尘和杂质后备用，再用离子水冲洗1～2次，用0.1%HgCl2处理10 min后用去离子水冲洗1～2 次。培养皿(直径为13 cm)洗净后，晾干，放上2～3张滤纸，用水打湿。将备用的燕麦种子平铺在滤纸上，放入21个培养皿中培养，放到阳光充足、温度适宜的地方进行培养，隔1～2 d浇1次水。观察祼燕麦生长情况，待祼燕麦叶片葱绿，高度约7 cm时准备进行实验[11]。分别用0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、6.4 g/l不同浓度的NaHCO3处理用水培裸燕麦6 d后进行生理生化指标的测定。

1.2 实验方法

叶长、根长、叶绿素含量、丙二醛、可溶性糖、脯氨酸、SOD、POD、CAT、APX含量的测定参考郝再彬等[12]、张志良[13]的方法，氧自由基产生速率的测定参考《植物生理学实验指导》第四版[14]。

2 结果与分析

2.1 幼苗长度和叶绿素含量的变化

随着NaHCO3浓度的增加，裸燕麦幼苗叶片长度呈下降的趋势(见图1)，0.2～6.4 g/lNaHCO3处理下，叶片长度显著下降(P<0.05)，6.4 g/lNaHCO3处理与空白对照相比下降了35.90%。裸燕麦幼苗根长长度呈下降的趋势(见图2)，0.2～6.4 g/lNaHCO3处理下，根长长度显著下降(P<0.05)，6.4 g/lNaHCO3处理与空白对照相比根长下降了54.63%(P<0.05)。

图2 根长度的变化(cm)

裸燕麦幼苗中叶片的叶绿素含量呈下降的趋势(见图3)，0.2～6.4 g/lNaHCO3处理下，叶片的叶绿素含量显著下降(P<0.05)，6.4 g/lNaHCO3处理与空白对照相比下降了10.42%(P<0.05)。

图3 叶绿素含量

2.2 幼苗叶片中丙二醛和可溶性糖含量的变化

随着NaHCO3浓度的增加，裸燕麦幼苗叶片中丙二醛含量呈升高的趋势(见图4)。0.2～6.4 g/lNaHCO3处理下，叶片中丙二醛含量显著升高(P<0.05)，3.2～6.4 g/lNaHCO3处理与空白对照相比，上升了84.2%～89.31%。

图4 丙二醛含量

裸燕麦幼苗中可溶性糖含量呈先减小后增大的趋势(见图5)，0.4～0.8 g/lNaHCO3处理下，可溶性糖含量显著降低(P<0.05)，其中在0.8 g/lNaHCO3处理下得到最低的可溶性糖含量，与对照相比显著下降了58.81%(P<0.05)。

图5 可溶性糖含量

2.3 脯氨酸含量的变化

以脯氨酸质量为纵坐标，A520nm处的吸光度为横坐标，绘制了的标准曲线(见图6)，得到的线性回归方程为y=15.179x+1.2287，R2=0.9935。由此可以计算出裸燕麦叶片中脯氨酸的质量分数。

图6 脯氨酸的标准曲线

随着NaHCO3浓度的增加，裸燕麦幼苗叶片中脯氨酸含量呈先升高后降低的趋势(见图7)。0.2～6.4 g/lNaHCO3处理下，叶片中脯氨酸含量显著升高(P<0.05)，0.8 g/lNaHCO3处理下，相比较对照组增加86.19%(P<0.05)。

图7 脯氨酸含量分数

2.4 氧自由基产生速率的变化

以亚硝酸钠质量为纵坐标，A530nm处的吸光度为横坐标，绘制了(如图8)的亚硝酸根标准曲线，得到的线性回归方程为y=430.13x-7.2685，R2=0.9918。

图8 亚硝酸钠的质量(mg)

随着NaHCO3浓度的增加，裸燕麦幼苗叶片中氧自由基产生速率呈先升高后降低的趋势(见图9)。0.2～0.4 g/lNaHCO3处理下，叶片中氧自由基产生速率显著升高(P<0.05)。0.4 g/lNaHCO3处理下，相比较对照组增加78.57%(P<0.05)。6.4 g/lNaHCO3处理下，相比于对照组降低了94.85%。

图9 氧自由基产生速率

2.5 超氧化物歧化酶活性的测定

随着NaHCO3浓度的增加，裸燕麦幼苗叶片中超氧化物歧化酶活性(SOD)活性呈先增大后减小的趋势(见图10)。0.4～0.8 g/lNaHCO3处理下，SOD活性变化显著(P<0.05)。0.8 g/lNaHCO3处理下相比于对照组，上升了23.83%(P<0.05)。6.4 g/lNaHCO3处理下，SOD活性显著降低，相比于对照组下降了72.60%(P<0.05)。

图10 SOD活性

2.6 POD活性测定

随着NaHCO3浓度的增加，裸燕麦幼苗叶片中POD活性测定含量呈先增大后减小的趋势(见图11)。0.2～3.2 g/lNaHCO3处理下，POD活性测定含量变化显著(P<0.05)。0.4 g/lNaHCO3处理下相比于对照组，上升了67.26%(P<0.05)。

图11 POD酶活

2.7 CAT活性的变化

随着NaHCO3浓度的增加，裸燕麦幼苗叶片中过氧化氢酶(CAT)活性呈先增大后减小的趋势(见图12)。1.6～6.4 g/lNaHCO3处理下，CAT活性变化显著(P<0.05)。1.6 g/lNaHCO3处理下相比于对照组，上升了55.60%(P<0.05)，6.4 g/lNaHCO3处理下相比于对照组，下降了86.36%(P<0.05)。

图12 CAT 酶活性

2.8 APX酶活性的变化

随着NaHCO3浓度的增加，裸燕麦幼苗叶片中APX酶活性的含量呈减小的趋势(见图13)。0.2～6.4 g/lNaHCO3处理下，CAT活性显著降低(P<0.05)，6.4 g/lNaHCO3处理相比与对照组下降了74.95%(P<0.05)。

图13 APX活性

3 讨论

叶绿素是绿色植物进行光合作用的基础物质，是植物叶片的主要光合色素，是研究祼燕麦生长特性[15]、生理变化的重要指标[16]。高浓度HCO3对祼燕麦幼苗生长、活性氧自由基生成以及植物体内酶系统有中影响[17]，保护酶清除活性氧，活性氧自由基 O—·2是氧进行单电子还原时首先生成的，它可进一步生成 H2O2、羟自由基等，参与膜脂过氧化和膜脂脱脂作用[17]。

脯氨酸呈先增后减的趋势，促进植物生长可能有几种机制：首先脯氨酸可以作为植物的一种营养剂，在植物受到逆境胁迫而影响光合作用的合成能力时作为一种外源营养补充为植物生长提供能量；其次脯氨酸的积累可能提高了植物渗透调节能力，从而使植物的各项生理功能尽可能平衡。MDA是衡量膜质过氧化水平的一个指标。植物器官在逆境下遭受伤害时，往往发生膜脂过氧化作用[18]。本研究中脯氨酸变化趋势与付咪等[19]的观点一致。不同的浓度NaHCO3处理后，裸燕麦叶片中抗氧化酶 SOD、POD 活性有所增加，APX和CAT逐渐减小，这可能是祼燕麦对胁迫的一种适应性反应。不良的环境导致了裸燕麦叶片细胞中活性氧的产生，从而激活了体内的抗氧化酶系统。但是随着胁迫时间的延长保护酶系统逐渐被抑制SOD 活性迅速下降[20]，但是随着浓度的增加叶片呈降低趋势[21]，植物叶片 SOD、POD 和 CAT 等指标则在低浓度盐胁迫下呈现增高趋势，而随着盐浓度的进一步提高 SOD、POD 和 CAT 等指标则显著下降，祼燕麦叶片已受到不可逆转的损伤，表现为祼燕麦的叶片生长受阻，活力下降。