盐碱胁迫下不同时期叠加喷施BR对甜菜产量和品质的作用效果

2023-10-13张瀚文刘丹王雪瑞李望舒卢强王树峰赵佳楠王玉波张贺李彩凤

作物杂志 2023年4期

张瀚文刘丹王雪瑞李望舒卢强王树峰赵佳楠王玉波张贺李彩凤

（东北农业大学农学院，150038，黑龙江哈尔滨）

甜菜是我国北方主要的经济作物，类型主要包括糖用、饲用、食用和叶用。其中，糖用甜菜是制糖工业的主要原料之一，提供世界用糖总量的1/5[1-2]，除此之外，糖用甜菜还是畜牧业的饲料和生物能源后备力量，具有较高的经济价值。黑龙江省甜菜种植已有100 多年的历史，目前甜菜种植面积约6333hm2[3-4]，对于全国甜菜制糖业发展具有重要的作用。

土壤盐碱化始终是制约农业发展的重要自然因素[5]。据统计，我国盐碱土面积约3.6 亿hm2[6]，是世界上受盐碱化危害最大地区之一。土壤盐碱化严重限制农作物的生长，导致盐碱地区土壤利用率低、植被稀少[7-9]。因此，充分发掘耐盐碱作物对促进农业良性发展具有积极的现实意义。甜菜具有较强的耐盐碱能力[10-11]，在盐碱地种植甜菜可缓解经济作物与粮食作物争地的矛盾。然而，土壤过度盐碱化会直接影响甜菜的光合效率，从而影响甜菜的块根品质，导致甜菜块根非糖类物质增多，含糖率下降，进而造成品质降低，经济效益受损[12]。因此，探讨缓解盐碱胁迫的技术措施具有重要意义。通过外源喷施油菜素内酯（BR）能提高甜菜植株的光合能力和干物质积累量，增强其在逆境胁迫下的抗逆能力，使其保持较高的光合作用，进而提高作物后期的产量和品质[13-16]。目前的研究大都集中在某个重要的生长时期，对于不同生育时期叠加施用BR 对甜菜产量和品质影响方面的研究较少。基于此，本研究通过在甜菜生长的几个关键期叠加喷施BR，探究其对产量和品质的提升作用，为BR 在甜菜抗逆栽培的应用提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为甜菜品种KWS0143，产自德国艾恩贝克。

1.2 试验设计

试验于2018 年在东北农业大学农学院盆栽场（126°73′E，45°74′N）进行，土壤类型为该地区典型的黑钙土。试验地土壤（0～20cm）pH 7.65，基础养分状况为有机质35.66g/kg、碱解氮176.27mg/kg、速效磷 83.30mg/kg、速效钾153.20mg/kg。

采用桶栽方式，每桶装10kg 过筛的东北黑钙土。土壤过0.5cm 筛风干，将盐碱（Na2CO3:NaHCO3:Na2SO4:NaCl=1:2:2:4）按照Na+浓度达到风干土壤的3‰模拟大田种植环境，土壤pH=9.15，属于混合盐碱胁迫。化肥以纯N 180kg/hm2、P2O590kg/hm2、K2O 90kg/hm2作为基肥在播种前全部施入土中。在5 月5 日上午播种，每桶于中心位置播1 穴，共10 粒种子，每个处理30 桶。在三叶期间苗，每桶保证留1 株壮苗。分别在6 月25 日（叶丛形成期，播种后50d）、8 月1 日（块根膨大期，播种后85d）、9 月6 日（糖分积累期，播种后120d）叶面施用40mL 0.15mg/kg BR 溶液。试验共5 个处理，分别为叶丛形成期+块根膨大期喷施BR（QZ）、块根膨大期+糖分积累期喷施BR（ZH）、叶丛形成期+糖分积累期喷施BR（QH）和叶丛形成期+块根膨大期+糖分积累期喷施BR（QZH），以等量清水为对照（CK）。

于10 月1 日收获，收获时每个处理选择10 株长势基本一致的植株，去掉根头和根尾，用电子秤称重，测定产量及含糖率。同样采用10 月1 日取样的甜菜进行品质指标（甜菜碱、氨基酸、蛋白质、硝酸根离子）试验分析。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 RuBP 羧化酶活性取1g 新鲜甜菜叶片，研钵内加入液氮冷冻充分研磨，加入10mL 磷酸缓冲液（pH 7.4）研磨成匀浆，在4℃低温条件下4000转/min 离心20min，吸取上清液暂时保存于4℃冰箱待用。利用上海酶联生物科技有限公司提供的酶联免疫分析试剂盒于450nm 波长测定样品吸光值，通过标准曲线计算甜菜叶片中RuBP 羧化酶活性。

1.3.2 叶绿素含量采用乙醇提取法[17]测定叶绿素含量。

1.3.3 叶绿素荧光参数利用PAM-2500 便携式脉冲调制叶绿素荧光仪，于晴朗的上午9:00-10:00选择完全展开且长势一致的功能叶片（尽量避开叶脉）测定光合系统Ⅱ实际光能转换效率（YⅡ）、光化学猝灭（qL）和非光化学猝灭（NPQ）等参数，每个处理重复3 次。

1.3.4 甜菜碱含量采用雷氏盐法[18]测定甜菜碱含量。精确称取甜菜干样品1g，加蒸馏水25mL 并搅拌，加热10min，冷却至室温后加95%乙醇萃取，8000 转/min 离心20min，加入5mL 雷氏盐溶液混合，冷却30min，用70%丙酮溶解，在525nm 处测吸光度。

1.3.5 氨基酸和蛋白质含量采用茚三酮显色法[19]测定氨基酸含量；采用考马斯亮蓝法[20]测定蛋白质含量。

1.3.6 NO3-含量采用紫外分光光度法[21]测定NO3-含量，NO3-中含有-N=O 基团，该基团在紫外光区有强烈的吸收，并且吸光度与其含量之间的关系遵从朗伯―比尔定律。

1.3.7 还原糖和蔗糖含量采用3,5-二硝基水杨酸法[22]测定还原糖含量，采用间苯二酚比色法[23]测定蔗糖含量。

1.3.8 产量及含糖率收获时选择10 株长势基本一致的植株，去掉根头和根尾，用电子秤称重。利用便携式折光仪测定含糖率。

1.4 数据处理

利用Office 2016 软件进行数据处理并绘制图表，利用SPSS 23.0 软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 叠加喷施BR 对甜菜叶片RuBP 羧化酶活性的影响

随着生育期的推进，RuBP 羧化酶活性呈缓慢上升趋势。在叶丛形成期（6 月25 日）喷施BR，分别在7 月4 日（播种后60d）和7 月22 日（播种后75d）进行采样，由表1 可知，2 次样品的RuBP羧化酶活性变化较小，7 月22 日略高于7 月4 日，2 次取样CK 处理的RuBP 羧化酶活性与ZH 处理相差不大，相对于其他处理偏低，QZH 处理的RuBP 羧化酶活性最高。在糖分积累期（8 月1 日）喷施BR，分别在8 月10 日和8 月28 日进行采样，QH 处理的RuBP 羧化酶活性最高，约为CK 处理的2 倍，ZH 处理略高于CK 处理。9 月15 日QH处理的RuBP 羧化酶活性达到最大值，显著高于其他处理。

表1 不同时期叠加喷施BR 对RuBP 羧化酶活性的影响Table 1 Effects of superimposed spraying of BR on RuBP carboxylase activities in different periods μmol/(mL∙h)

2.2 叠加喷施BR 对甜菜叶片光合色素含量的影响

叶绿素a 是光合作用中捕获光能的重要成分。如表2 所示，各处理之间叶绿素a 含量随生育期而变化。7 月4 日和7 月22 日，QZ、QH 和QZH 处理间差异不显著，CK 和ZH 处理叶绿素a 含量较低；8 月10 日取样发现，ZH 处理最低，分别低于CK、QZ、QH、QZH 处理30.82%、15.39%、13.75%和30.75%；8 月28 日，各处理之间差异显著，CK处理叶绿素a 含量最低；9 月15 日，QZ、ZH 和QZH 处理之间差异不显著，但显著高于CK 处理。通过不同时期叠加喷施BR 可以提高叶绿素a 含量，QZ 和QZH 处理的作用效果较好，有利于促进甜菜叶片光合作用，为后期提高甜菜产量和质量打下基础。

表2 不同时期叠加喷施BR 对叶绿素a 含量的影响Table 2 Effects of superimposed spraying of BR on chlorophyll a contents in different periodsmg/g FW

如表3 所示，7 月4 日叶绿素b 含量在5 次取样中最高，QZ、QH 和QZH 处理间差异不显著，但显著高于CK 和ZH 处理；7 月22 日和8 月10日取样发现，各处理之间叶绿素b 含量差异不显著；8 月28 日，QZ、ZH、QH 和QZH 处理之间差异不显著，但与CK 处理相比分别提高了56.69%、53.16%、44.74%和58.65%；9 月15 日取样发现，CK 处理叶绿素b 含量最低，ZH、QH、QZH 处理与CK 处理相比差异显著。通过不同时期取样可知，不同时期叠加喷施BR 可以提高甜菜中叶绿素b 含量，QZH 处理能够稳定提高叶绿素b 的含量。

表3 不同时期叠加喷施BR 对叶绿素b 含量的影响Table 3 Effects of superimposed spraying of BR on chlorophyll b contents in different periodsmg/g FW

如表4 所示，7 月4 日，QZ、QH、QZH 处理之间类胡萝卜素差异不显著，ZH 处理仅比CK 处理高4.34%；7 月22 日，CK 和ZH 处理类胡萝卜素含量显著低于其他处理；8 月10 日取样发现，ZH 处理类胡萝卜素含量与其他处理相比分别降低24.11%、25.07%、11.67%和29.67%；8 月28 日，ZH 和CK 处理差异不显著，且低于其他处理；9月15 日发现，CK 和ZH 处理差异不显著，且与QZ、QH 和QZH 处理相比，其类胡萝卜素含量较低。通过不同时期取样可知，叠加喷施BR 可以提高类胡萝卜素的含量，ZH 处理的作用效果较差，说明块根膨大期和糖分积累期叠加喷施BR 的效果不理想。

表4 不同时期叠加喷施BR 对类胡萝卜素含量的影响Table 4 Effects of superimposed spraying of BR on carotenoid contents in different periodsmg/g FW

2.3 叠加喷施BR 对甜菜荧光参数的影响

如表5 所示，7 月4 日，QZ、ZH、QH 和QZH处理YⅡ较CK 分别提高11.96%、5.23%、11.18%和16.30%，且QZ、QH 和QZH 处理之间差异不显著；7 月22 日，QZ、QH、ZH 和QZH 处理较CK处理分别提高14.53%、3.91%、8.48%和17.21%，QZ 与QZH 处理间差异不显著；8 月28 日各处理之间差异不显著；9 月15 日取样发现，QZ、ZH、QH 和QZH 处理与CK 处理相比分别提高2.38%、4.03%、3.93%和5.55%，ZH 与QH 处理间差异不显著。通过5 次取样发现，叠加喷施BR 后，甜菜叶片YⅡ高于CK 处理。

表5 不同时期叠加喷施BR 对叶片YⅡ的影响Table 5 Effects of superimposed spraying of BR on the YⅡof leaves in different periods

由表6 可知，9 月15 日的叶片qL与其他4 次取样相比较低。7 月4 日，QZ、QH、QZH 处理之间差异不显著，CK 处理比ZH 处理高0.86%；7 月22 日，CK 和ZH 处理qL显著低于其他处理；8 月10 日取样发现，各处理之间差异不显著；8 月28日，与其他处理相比，CK 处理分别降低于38.85%、14.06%、18.13%和40.13%；9 月15 日发现，CK处理显著低于与其他处理，QZH 处理最高，与CK相比提高53.01%。

表6 不同时期叠加喷施BR 对叶片qL 的影响Table 6 Effects of superimposed spraying of BR on leaf qL in different periods

由表7 可知，8 月10 日的NPQ与其他4 次取样相比较低。7 月4 日，CK、QZ、ZH 和QH 处理之间差异不显著，QZH 处理最低，CK 处理比QZH处理高27.78%；7 月22 日，CK 处理NPQ显著高于其他处理；8 月10 日和8 月28 日取样发现，各处理之间差异不显著；9 月15 日CK 处理最高，CK 处理与其他处理相比分别提高16.26%、9.84%、10.07%和19.84%。

表7 不同时期叠加喷施BR 对叶片NPQ 的影响Table 7 Effects of superimposed BR spraying on leaf NPQ in different periods

2.4 光合参数及光系统各参数相关性分析

由表8 可知，叶绿素a 含量与类胡萝卜素含量、YⅡ和qL之间呈极显著正相关，与NPQ呈显著负相关；类胡萝卜素含量与YⅡ和qL之间呈极显著正相关，与NPQ呈极显著负相关；YⅡ与qL之间呈极显著正相关，与NPQ呈极显著负相关。

表8 光合参数及光系统Ⅱ各参数相关性分析Table 8 Correlation analysis of photosynthetic parameters and parameters of photosystem II

2.5 叠加喷施BR 对甜菜块根有害氮含量的影响

2.5.1 对甜菜碱含量的影响如图1 所示，不同时期叠加喷施BR 均能显著降低甜菜块根的甜菜碱含量。与CK 相比，QZ、ZH、QH 和QZH 处理块根的甜菜碱含量分别显著降低13.04%、13.41%、27.17%和34.06%（P＜0.05）。QZ 处理与ZH 处理差异不显著，QZH 处理甜菜碱含量显著低于其他处理，说明在甜菜生长的3 个关键时期联合喷施BR 对甜菜碱合成的抑制效果最好。

图1 不同时期叠加喷施BR 对甜菜碱含量的影响Fig.1 Effects of superimposed spraying BR on betaine contents in different periods

2.5.2 对氨基酸和蛋白质含量的影响如图2a 所示，不同时期叠加喷施BR 均显著降低甜菜块根的氨基酸含量。与CK 相比，QZ、ZH、QH 和QZH处理的氨基酸含量分别显著降低5.89%、5.55%、6.86%和6.89%（P＜0.05）。QZ、ZH、QH 和QZH处理之间差异不显著。如图2b 所示，不同时期叠加喷施BR 均明显降低甜菜块根的蛋白质含量。与CK 处理相比，QZ、ZH、QH 和QZH 处理的蛋白质含量分别降低13.30%、4.33%、14.04%和3.25%（P＜0.05）。QZ 和QH 处理蛋白质含量显著低于其他处理，但二者之间差异不显著，说明在甜菜生长的叶丛形成期和块根膨大期或者叶丛形成期和糖分积累期叠加喷施BR 对蛋白质合成的抑制效果较好。

图2 不同时期叠加喷施BR 对氨基酸和蛋白质含量的影响Fig.2 The effects of superimposed spraying BR on the contents of amino acid and protein in different periods

2.5.3 对NO3-含量的影响由图3 可知，不同时期叠加喷施BR 均显著降低甜菜块根的NO3-含量。与CK 处理相比，QZ、ZH、QH 和QZH 处理的NO3-含量分别显著降低17.85%、6.74%、20.09%和32.16%，QZ 和QH 处理之间差异不显著，QZH 处理NO3-含量显著低于其他处理，说明在甜菜生长的3 个关键时期联合喷施BR 对块根中硝酸盐积累的抑制效果最明显。

图3 不同时期叠加喷施BR 对NO3-含量的影响Fig.3 Effects of superimposed spraying of BR on NO3-contents in different periods

2.6 叠加喷施BR 对还原糖和蔗糖含量的影响

如图4 可知，不同时期叠加喷施BR 均显著降低甜菜块根的还原糖含量，增加蔗糖含量。与CK处理相比，QZ、ZH、QH 和QZH 处理块根的还原糖含量分别显著降低41.37%、51.27%、49.43%和55.10%（P＜0.05）。ZH 与QH 处理还原糖含量差异不显著，QZH 处理还原糖含量显著低于其他处理。与CK 处理相比，QZ、ZH、QH 和QZH 处理块根的蔗糖含量分别显著提高27.21%、10.20%、23.82%和30.85%（P＜0.05）。QZ 与QH 处理蔗糖含量差异不显著。QZH 处理蔗糖含量显著高于其他处理，还原糖含量显著低于其他处理，说明在甜菜生长的3 个关键时期联合喷施BR 对蔗糖合成的促进效果最好。

图4 不同时期叠加喷施BR 对还原糖和蔗糖含量的影响Fig.4 Effects of superimposed spraying BR on the contents of reducing sugar and sucrose in different periods

2.7 叠加喷施BR 对甜菜块根产量、含糖率和产糖量的影响

由表9 可知，不同时期叠加喷施BR 均明显提高甜菜块根产量。与CK 相比，QZ、ZH、QH 和QZH 处理块根产量分别明显增加9.88%、0.19%、12.58%和7.59%（P＜0.05），QZ、QH 和QZH 处理间差异不显著。叶丛形成期喷施BR 对提高甜菜产量的效果最好；叶丛形成期和糖分积累期喷施BR 可进一步促进产量的形成，块根膨大期喷施BR对产量没有显著的促进作用。不同时期叠加喷施BR 均明显增加甜菜块根的含糖率和产糖量。与CK相比，QZ、ZH、QH 和QZH 处理块根的含糖率分别明显升高4.6、1.4、3.8 和5.1 度（P＜0.05），CK处理与ZH 处理差异不显著，叶丛形成期喷施BR处理的含糖率均显著高于ZH 处理。QZH 处理的含糖率最高，这表明在甜菜生长的3 个关键时期联合喷施BR 对块根含糖率的促进效果最好。

表9 不同时期叠加喷施BR 对甜菜块根产量、含糖率和产糖量的影响Table 9 Effects of superimposed spraying of BR on root yield,sugar contents and sugar yield of sugar beet in different periods

3 讨论

盐碱胁迫会对作物产量造成较大的影响[24-25]，土壤盐碱浓度过高会造成甜菜生理干旱和内部结构变化[26-27]，导致甜菜单位面积产量降低。BR 可以在一定程度上降低盐碱胁迫对光合机构的损伤，促进甜菜生长，增强甜菜的抗逆能力[28]。本研究表明，经过BR 处理后，甜菜叶片RuPB 羧化酶活性、光合色素含量和光合荧光参数均高于CK 处理，QZH 处理能促进以上指标的稳定增长，说明3个时期联合喷施BR 能够缓解盐碱胁迫带来的危害，为后期甜菜产量和品质的提高打下坚实基础。盐碱胁迫下，BR 能够提高作物中蔗糖代谢关键酶的活性，延缓叶片衰老，提高光合作用，从而提高作物产量[29-31]，BR 在辣椒[32]和番茄[33]等作物产量和品质影响方面已有报道。本研究发现，与叠加喷施BR 处理相比，CK 处理的产量较低，且QZ、QH 和QZH 处理产量都高于ZH 处理，这3 个处理都在甜菜叶丛形成期经过BR 喷施，说明叶丛形成期喷施后，再叠加喷施BR 会提高甜菜的产量，但在块根形成期和糖分积累期叠加喷施作用效果不明显。

甜菜收获后根中糖分以及非糖物质的含量是衡量甜菜品质的重要指标[34-35]。在逆境下，甜菜块根会积累内容物来提高抵抗力，当块根中甜菜碱、氨基酸、蛋白质和NO3-等非糖物质含量过高时，会造成甜菜品质下降，严重影响出糖率[36]。甜菜碱在保护植株类囊体结构、维持光合作用、清除活性氧等方面发挥重要作用。在逆境条件下，甜菜碱可以作为渗透调节物质和酶保护剂保护细胞膜免受伤害，植物受到盐碱胁迫时，细胞内会积累大量的甜菜碱[37-38]。本研究发现，CK 处理甜菜碱含量明显较高，叠加喷施BR 能显著降低甜菜碱含量，QZH处理缓解甜菜块根中甜菜碱的过度积累效果最明显，利于改善品质；QZ 和QH 处理蛋白质含量明显降低；NO3-大量存在会造成植物缺水，在甜菜块根中存在过量NO3-会降低块根中的蔗糖含量，影响甜菜品质，ZH 处理NO3-含量相比于CK 处理差异较小，在甜菜生长的3 个关键时期叠加喷施BR，NO3-含量最低。说明3 个时期叠加喷施BR 对降低甜菜块根中甜菜碱、氨基酸、NO3-含量和减少有害氮的形成具有重要作用。

糖类物质不仅是能量来源，还在信号转导中具有类似激素的初级信使作用，可溶性糖能参与渗透压调节[39]。为了增加细胞渗透势，甜菜会积累还原糖来保持水分，不利于蔗糖形成，进而造成品质下降[40-41]。本研究发现，CK 处理的蔗糖含量最低，而还原糖含量最高，叠加喷施BR 处理的蔗糖含量上升，还原糖含量下降，QZH 处理能够促进甜菜块根中蔗糖的积累，对促进甜菜块根中糖分的积累效果最明显；含糖率是衡量甜菜品质的重要指标之一，含糖率的高低对甜菜的品质尤为重要，ZH 与CK 处理相比差异不显著，即块根膨大期和糖分积累期叠加喷施BR 对提高甜菜块根中的含糖率效果不明显，QZH 处理含糖率最高，说明在甜菜生长的3 个重要时期叠加喷施BR 能够显著提高盐碱胁迫下甜菜块根的含糖率，改善甜菜品质。