羽毛生物降解液对盐胁迫下小白菜生长的生理调控作用

郭东森，王 琳，魏启舜，崔联明，周 影，郭成宝

（1江苏丘陵地区南京农业科学研究所，南京 210046；2江苏开放大学乡村振兴学院，南京 210036）

0 引言

国内盐碱土主要分布在西北、华北、东北和沿海地区[1-2]。以高投入、高产出为特征的高度集约化设施农业近年来在国内迅速发展，面积已突破340万hm2，长期覆盖条件下大量施肥，引起盐分离子不断积累，引发土壤次生盐渍化。土壤盐渍化是限制农业生产的主要因素之一，盐胁迫阻碍植物发芽，影响植物正常代谢，作物产量和品质降低[3-4]，因此，研究环境盐胁迫对植物危害的缓解方法对农业生产具有重要意义。

施用有效的外源物质调控植物抗逆性是缓解盐胁迫的重要手段之一。已有报道认为，施用外源2,4-表油菜素内酯、褪黑素、宛氏拟青霉提取物、5-氨基乙酰丙酸[5-8]可以有效缓解盐胁迫对作物的伤害，提高作物产量和品质。这些外源物质主要通过清除自由基、调节渗透性、提高氧化还原酶活性等缓解盐胁迫作用。氨基酸肥料具易被作物吸收、调节作物生长发育、提高抗病性、提高作物产量和品质等作用[9-11]。研究还表明[12-15]，氨基酸类物质作为一种植物生物刺激素能改善植物的生理特性，显著提高植物耐盐性，缓解盐胁迫对植物生长发育的抑制程度。羽毛生物降解液是本研究室通过微生物降解羽毛获得的[16-17]，主要成分为游离氨基酸，之前的研究[18-19]发现其对多种作物有促进生长、提高品质的作用。笔者在NaCl胁迫下，研究了羽毛氨基酸对小白菜生长和生理功能的影响，旨在明确该氨基酸类物质缓解盐胁迫的性能，为其在盐碱地或保护地栽培中推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

实验用的小白菜品种为‘抗热605’。羽毛生物降解液(FBL)是以鸡毛为原料通过地衣芽孢杆菌ZSZ6降解后获得[1]，游离氨基酸含量≥20 g/L，含有20种氨基酸。

1.2 实验设计

研究采用盆栽实验在江苏丘陵地区南京农业科学研究所内的温室大棚内进行。花盆规格为178 mm×190 mm，每盆装土2.5 kg，将10 g NaCl用800 mL去离子水溶解后浇入盆中，渗出液回浇，保证NaCl溶液均匀地渗入土壤中，土壤含盐量为0.4%，以不加NaCl溶液的作为对照(CK)。挑选籽粒饱满的小白菜种子，每盆播种20粒，待长到2叶1心时间苗，每盆留5棵整齐良好的小白菜幼苗。每7天浇灌1次游离氨基酸浓度为 0、0.1、0.2、0.4、0.8 g/L 的 FBL，处理代号分别为AA0、AA1、AA2、AA4、AA8。每个处理重复5盆，每盆每次浇施400 mL，生育期共浇施3次，1个月后进行生长和生理指标测定。

1.3 测定指标与方法

每个处理随机取5株测定株高和地上部鲜重。另外取5株测定生理指标，将心叶向外第3片叶磨碎，测定叶片中APX活性、POD活性、CAT活性、SOD活性、ROS、Pro含量和MDA含量，利用特定的检测试剂盒（苏州科铭生物有限公司）根据使用说明进行。利用考马斯亮蓝的方法测定可溶性蛋白含量[6]。

1.4 数据统计与分析

运用Excel 2016、GrapPad Prism8软件对数据进行单因素方差分析并作图。利用Duncan’s多重比较进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 FBL对NaCl胁迫下小白菜生长的影响

如图1所示，与对照相比，在0.4%的NaCl胁迫下不喷施FBL小白菜生长明显受到抑制，地上部鲜重减少40.1%，株高减少21.5%。施加FBL能不同程度缓解盐胁迫，小白菜的鲜重显著升高，株高也有所上升，恢复到对照的水平。当肥料中游离氨基酸浓度为0.4 g/L时效果最好。

图1 FBL对盐胁迫下小白菜生长的影响

2.2 FBL对NaCl胁迫下小白菜ROS和MDA含量的影响

如图2所示，盐胁迫下小白菜的ROS值高于对照，盐胁迫下随着施加FBL中游离氨基酸浓度增加，ROS值有下降趋势，但总体影响并不显著。0.4%的NaCl胁迫下不浇施FBL小白菜叶片中MDA含量与CK相比显著升高，增加了71.7%，施加FBL后，AA1～AA8处理MDA含量下降至与CK没有显著差异。

图2 FBL对盐胁迫下小白菜ROS和MDA的影响

2.3 FBL对NaCl胁迫下小白菜氧化酶活性的影响

由图3可知，AA0处理下小白菜叶片中的POD活性和SOD活性较CK比较分别下降44.6%和39.4%，与AA0处理相比，AA1～AA8处理后POD活性显著上升，AA4、AA8处理后POD活性与CK比较差异不显著。施加FBL对SOD活性没有改善。在CK处理和盐胁迫下CAT活性没有发生显著变化。施加FBL小白菜的APX活性有显著升高，AA1、AA2、AA4、AA8处理与AA0处理相较分别提高了64.4%、121.7%、142.1%、84.3%。

图3 FBL对盐胁迫下小白菜抗氧化酶活性的影响

2.4 FBL对NaCl胁迫下小白菜有机渗透调节影响

由图4可知，CK处理下Pro含量最低(58.7 μg/g)，盐处理后Pro含量上升显著，达到120.4 μg/g，施加FBL能够促进Pro积累，随着FBL浓度增加Pro含量不断增加，当FBL中游离氨基酸浓度为0.8 g/L时，小白菜叶片中Pro含量高达347.2 μg/g，比对照提高了5.9倍。

图4 FBL对盐胁迫下小白菜脯氨酸含量的影响

2.5 羽毛生物水解液对NaCl胁迫下小白菜可溶性蛋白的影响

由图5可知，加入NaCl的AA0处理小白菜叶片中可溶性蛋白含量比对照低47.0%，通过浇施FBL，小白菜中可溶性蛋白含量开始升高，AA1和AA2处理可溶性蛋白含量与CK处理比较没有显著差异，AA4处理与CK比可溶性蛋白含量有显著升高，比对照提高了38.4%。AA8处理叶片中可溶性蛋白比AA4处理略有下降，但仍略高于CK处理。

图5 FBL对盐胁迫下小白菜可溶性蛋白含量的影响

3 结论

研究表明，在盐胁迫条件下，浇施FBL可缓解0.4%NaCl胁迫对小白菜造成的伤害，最适游离氨基酸浓度为0.4 g/L。FBL主要通过提高小白菜体内POD、APX的抗氧化酶活性、渗透调节物质Pro和可溶性蛋白含量，减轻活性氧对小白菜细胞造成伤害，降低膜脂过氧化产物MDA含量，缓解盐胁迫对植物造成的伤害。

4 讨论

衡量叶菜类植物生长情况最直观的指标是地上部鲜重，盐胁迫会抑制小白菜生长，显著降低小白菜地上部鲜重。本研究发现，根部灌施FBL能有效缓解盐胁迫对小白菜生长的抑制作用，基本能够提高到没有盐胁迫下小白菜正常的生长水平。已有研究发现，本研究中施用的羽毛生物降解氨基酸肥料能够促进小白菜的生长、提高草莓产量和品质[18-19]。氨基酸肥料除能够提供被植物直接吸收的有机碳、氮营养外，还能够刺激植物生长、调控体内代谢，从而促进植株生长发育，但浓度高会抑制作物生长[20-21]。羽毛的微生物降解产物中除了含有游离氨基酸，还会产生IAA天然植物生长激素促进植物生长[22-23]。许猛[15]的研究发现复合氨基酸肥料增效剂能在25～75 mmol/L NaCl胁迫条件下促进小白菜幼苗生长，与本研究结果一致。

高浓度的NaCl会破坏植物叶片的结构和功能，盐胁迫会造成植物体内较高的ROS含量，ROS由于较强的氧化能力会引起细胞质膜损伤、生理功能障碍和细胞死亡等。丙二醛(MDA)是植物因盐胁迫产生的氧化应激反应而形成的膜脂过氧化产物，其含量通常可代表细胞膜受损的程度，细胞膜受损导致离子外渗[24-25]。本研究中，盐胁迫下根部灌施FBL能够修复细胞膜，降低小白菜叶片内的ROS和MDA含量，尤其对降低MDA的作用显著。说明FBL中游离氨基酸能有效减轻盐胁迫下膜脂过氧化程度，维护膜结构稳定性。

研究表明[26-28]，在NaCl胁迫下，外源氨基酸可以通过抗氧化酶系统和渗透调节途径提高植物体耐盐能力，促进植物生长。SOD、POD、CAT和APX是植物体内抗氧化酶系统的主要成员，能够清除植物体内的活性氧[29-30]。本研究中，FBL能够在盐胁迫下提高植物的POD和APX的活性，但对SOD和CAT活性影响不显著。许猛等[15]的研究也发现，在高浓度盐(75 mmol/L)处理下，复合氨基酸肥料增效剂对于SOD和CAT活性影响不显著，对POD活性提高效果明显，和本研究结果较为一致。

在盐胁迫下，植物细胞倾向于积累Pro以减轻盐胁迫引起的渗透胁迫，另外Pro还可以稳定抗氧化剂系统并保护细胞膜的完整性，从而减少ROS的影响[31]。本实验中，浇施FBL能够显著增加小白菜叶片中的Pro含量，从而增加小白菜叶片中渗透调节物质的积累保持细胞内的水分，维持酶活性，在逆境条件下维持细胞结构稳定性，提高小白菜的抗盐胁迫能力。

本研究中外源施加物质FBL是通过生物降解将屠宰产生的羽毛废弃物转化为含氨基酸肥料，本研究验证了其在提高小白菜耐盐性方面的作用，从生理层面初步解释缓解盐胁迫机理，为增加羽毛废弃物高值化利用途径和应用范围提供理论依据。本实验仅采用了根部浇施FBL的方式应用于小白菜栽培中，氨基酸肥料也能够被叶片直接吸收，且用量少吸收快，但是否可通过叶面喷施缓解盐胁迫还需进一步验证。