鍺對鹽脅迫下大蒜幼苗生理特性的影響

鄭偉+隋靜+郝樹芹

摘 要： 以‘金蒜2號為試材，通過葉面噴施0.60 g·L-1的有機鍺（Ge-132），研究了外源有機鍺對鹽脅迫下大蒜幼苗生長、葉片光合性能及抗氧化能力的影響。結果顯示，葉面噴施有機鍺溶液顯著增加了鹽脅迫下大蒜幼苗的株高和根長，分別增加了39.6%和34.8%；葉面噴施有機鍺溶液也顯著提高了鹽脅迫下大蒜葉片葉綠素含量和凈光合速率，葉面噴施有機鍺溶液后大蒜葉片的葉綠素含量和凈光合速率分別是鹽脅迫下的1.46和1.57倍；同時，葉面噴施有機鍺溶液也增強了鹽脅迫下大蒜根系的抗氧化能力，其中，MDA和H2O2含量分別比鹽脅迫下降低了21.9 %和19.6%，SOD、POD、CAT和APX抗氧化酶活性則升高至鹽脅迫下的1.42、1.27、1.49和1.43倍。因此，葉面噴施0.60 g·L-1的有機鍺溶液有利于提高鹽脅迫下大蒜生長、光合效率和抗氧化能力。

關鍵詞： 大蒜； 有機鍺； 光合作用； 抗氧化； 鹽脅迫

Abstract： In this study， the effects of germanium on the growth， photosynthesis and oxidation resistance to salt stress of garlic cultivar ‘Jinsuan No. 2 seedlings were detected. The garlic seedlings were treated by 150 mmol·L-1 NaCl and sprayed by 0.60 g·L-1 germanium solution. The results showed that after sprayed by 0.60 g·L-1 germanium solution， the height and root length of garlic seedlings under salt stress increased by 39.6% and 34.8%， the chlorophyll and net photosynthetic rate in garlic leaves under salt stress were increased 1.46 and 1.57 times. The oxidation resistance of garlic roots to salt stress was improved after the addition of 0.60 g·L-1 germanium. The contents of MDA and H2O2 were significantly decreased by 21.9 % and 19.6%. The activity of SOD， POD， CAT and APX were increased to 1.42， 1.27， 1.49 and 1.43 times of that under salt treatment. These results indicated that the 0.60 g·L-1 germanium enhanced the garlic growth， photosynthesis and oxidation resistance under salt stress.

Key words： Garlic； Germanium； Photosynthesis； Oxidation； Salt stress

土壤鹽漬化問題是我國乃至全世界面臨的重大挑戰(zhàn)。鹽脅迫在抑制植物生長發(fā)育的同時，嚴重削減農產品的質量和產量，因此，解決土壤鹽漬化、提高作物耐鹽能力的技術已受到廣泛關注[1-2]。

鹽脅迫不僅會造成植物葉綠素降解、光合作用減弱，也會造成植物細胞活性氧過度積累、膜透性增加。鹽脅迫下大蒜光合強度和根系活力均降低，膜透性增加，大蒜品質與產量也相應下降[3-4]。研究顯示，外源噴施氯化鈣或者多效唑等均可通過提高大蒜葉綠素含量、根系活力、抗氧化能力及減小膜透性等途徑改善鹽脅迫下大蒜的生長發(fā)育狀況，減輕鹽脅迫造成的損傷，提高大蒜的抗鹽能力[4-5]。前期研究已經發(fā)現(xiàn)，有機鍺可提高正常生長條件下大蒜的營養(yǎng)品質和產量[6]，但能否改善鹽脅迫下大蒜的生長和發(fā)育目前還不清楚。

研究證實，外源添加有機鍺可提高作物產量[7-8]，促進正常條件下大蒜葉綠素的合成，提高光合作用效率[9]。同時，有機鍺具有強氧化脫氫能力[10-11]，外源添加有機鍺還可清除植株體內自由基，提高保護酶活性，降低脂質過氧化程度[12-14]。大蒜是自然界中含鍺量較為豐富的農產品，筆者的前期研究發(fā)現(xiàn)，外源噴施0.60 g·L-1有機鍺是增強正常生長條件下大蒜營養(yǎng)品質、促進大蒜生長發(fā)育的最適濃度[6]。筆者以‘金蒜2號大蒜為試材，通過葉面噴施0.60 g·L-1的有機鍺溶液（Ge-132），分析了外源有機鍺對鹽脅迫下大蒜生長發(fā)育、光合效率和抗氧化能力的影響，旨在探討外源有機鍺緩解植物鹽脅迫損傷的主要生理機制，并為大蒜的抗逆栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年10月至2016年5月在萊蕪市方下鎮(zhèn)方趙莊試驗田進行。以萊蕪職業(yè)技術學院植物生理實驗室保存的‘金蒜2號為試材。選取籽粒飽滿、大小一致的大蒜鱗莖，清水洗滌后，于25 ℃條件下在蒸餾水內浸種6 h，然后置于鋪有3層紗布的培養(yǎng)皿中，22 ℃恒溫箱內催芽。待大蒜萌發(fā)后，選取萌發(fā)一致的大蒜種植于12 cm×13 cm營養(yǎng)缽內，基質按照V草炭∶V蛭石∶V珍珠巖=3∶1∶1比例混合，每缽裝0.5 kg，常規(guī)田間管理。

1.2 外源Ge和鹽處理

試驗共設置3組處理：Ge處理、NaCl處理、Ge+NaCl處理，以清水處理作為對照。待大蒜幼苗長至2～3片葉后開始處理，葉面噴施0.60 g·L-1的有機鍺（Ge-132）溶液時每5 d噴施1次，每次噴施500 mL，共噴施3次；鹽處理采用150 mmol·L-1 NaCl溶液澆灌，每7 d澆灌1次，每次1 000 mL，共澆灌2次；其他處理采用等量純凈水，詳見表1。每6株為1個小區(qū)，各處理3次重復。處理15 d后，測量大蒜幼苗的株高與根長，同時取樣檢測其他生理指標。endprint

1.3 測定方法

葉綠素含量的測定采用丙酮比色法[15]。光合速率采用CIRAS-1光合儀于上午9：00-11：00進行測定，光強1 200～1 300 μmol·m-2·s-1，氣溫20～23℃，外界CO2濃度374～381 μL·L-1。丙二醛（MDA）含量、過氧化氫（H2O2）含量、過氧化物酶（POD）活性和過氧化氫酶（CAT）活性的測定參照張志良等[16]的方法。超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定參照Stewart 等[17]的方法，抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性的測定參照Dong等[18]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進行分析，采用Duncan新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 鍺對鹽脅迫下大蒜生長發(fā)育的影響

由圖1可以看出，非鹽脅迫條件下，外源噴施有機鍺處理大蒜的株高和根長與對照無明顯差異。150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，大蒜幼苗植株和根系的生長均受到嚴重抑制，與對照相比，分別下降了48.0%和36.9%；當外源噴施0.60 g·L-1有機鍺溶液后，大蒜幼苗株高和根長分別增加了39.6%和34.8%，說明外源噴施有機鍺溶液促進了鹽脅迫下大蒜幼苗的生長。

2.2 鍺對鹽脅迫下大蒜葉片葉綠素和光合速率的影響

由圖2可知，正常條件下，外源噴施有機鍺處理下大蒜的葉片葉綠素含量和凈光合速率與對照組無明顯差異。150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，大蒜葉片葉綠素含量和凈光合速率比對照分別降低了45.2%和54.4%；外源噴施有機鍺溶液后，葉綠素含量和凈光合速率均顯著提高，分別是鹽脅迫下的1.46和1.57倍。可見，外源噴施有機鍺溶液有利于增強鹽脅迫下大蒜葉片的光合作用。

2.3 鍺對鹽脅迫下大蒜根系MDA和H2O2含量的影響

由圖3可知，非鹽脅迫條件下，外源噴施有機鍺處理與對照組無明顯差異。150 mmol·L-1 NaCl脅迫下大蒜根系MDA和H2O2含量分別是對照的2.00 和1.92倍。鹽脅迫條件下，外源噴施有機鍺溶液后大蒜葉片MDA和H2O2含量降低了21.9 %和19.6%。說明大蒜根系MDA和H2O2積累顯著受NaCl脅迫的誘導，外源噴施有機鍺溶液能顯著降低鹽脅迫條件下MDA和H2O2的積累。

2.4 鍺對鹽脅迫下大蒜根系抗氧化酶活性的影響

由圖4可知，非鹽脅迫條件下，外源噴施有機鍺處理下大蒜根系內多種抗氧化酶活性與對照組無顯著差異。鹽脅迫顯著降低了大蒜根系中多種抗氧化酶活性。150 mmol·L-1 NaCl脅迫下，大蒜根系內的SOD、POD、CAT和APX抗氧化酶活性分別比對照降低了67.2%、47.1%、63.3%和56.6%；外源噴施有機鍺溶液后，各抗氧化酶活性則分別升高至鹽脅迫條件下的1.42、1.27、1.49和1.43倍。因此，外源噴施有機鍺溶液有利于提高鹽脅迫下大蒜根系的抗氧化能力。

3 討 論

多項研究證實，將鍺加入底肥或以營養(yǎng)液形式澆灌均可促進植物的生長發(fā)育[8，19]。與非鹽脅迫相比，鹽脅迫會顯著抑制植物的生長發(fā)育。筆者研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫條件下，大蒜的植株、根系生長均受到明顯抑制，然而外源噴施有機鍺溶液后，大蒜的株高和根長都明顯增加（圖1）。馬勵[20]發(fā)現(xiàn)，通過外源添加鍺不僅可促進蘋果果實的生長發(fā)育，還能夠增加果樹的葉面積。

鍺能夠改變植物的光合色素含量[21]。林匡飛等[8]證實，鍺能夠提高水稻葉片葉綠素a的含量，唐鳳等[19]發(fā)現(xiàn)，鍺能夠改變鐵皮石斛原球莖葉綠素含量。本研究中，鹽脅迫導致大蒜葉片葉綠素含量顯著降低，而外源噴施有機鍺溶液后，大蒜葉片葉綠素含量顯著升高。盡管低濃度的鹽脅迫就會對大蒜幼苗的光合作用產生抑制作用[22]，但有機鍺處理后，與光合色素含量變化一致，鹽脅迫下大蒜葉片的光合速率也顯著增強（圖1）。因此，外源噴施有機鍺溶液可提高鹽脅迫下大蒜葉片的葉綠素含量，改善光合性能。

鍺也可增強植物的抗氧化能力[20]。鹽脅迫可導致植物的抗氧化能力降低，而外源噴施有機鍺溶液可增強大蒜根系SOD、CAT、POD、APX等多種抗氧化酶活性（圖4），同時減少活性氧，降低膜脂過氧化程度。這說明外源有機鍺緩解了鹽脅迫對大蒜根系造成的氧化損傷。但是，唐鳳等[19]研究認為，添加鍺可使鐵皮石斛POD酶活性降低，顏振蘭[23]則認為鍺可提高保護酶的活性。與其不同的是，本研究中非鹽脅迫條件下，有機鍺處理后大蒜根系內POD酶活性與對照相比并沒有顯著變化，只在鹽脅迫下外源噴施有機鍺后顯著提高（圖4）。這可能與物種和處理方式不同有關。

綜上所述，外源噴施0.60 g·L-1有機鍺溶液可以增加鹽脅迫下大蒜葉片的葉綠素含量，提高光合性能，增強大蒜根系的抗氧化能力，從而緩解了鹽脅迫對大蒜幼苗的傷害，促進鹽脅迫下大蒜幼苗的生長發(fā)育。

參考文獻

[1] PARIDA A K，DAS A B.Salt tolerance and salinity effects on plants[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2005，60：324-349.

[2] 劉建新，王鑫，李博萍.外源一氧化氮供體對鹽脅迫下多裂駱駝蓬幼苗光合作用和葉黃素循環(huán)的影響[J].中國沙漠，2011，31（1）：137-141.

[3] 宋凱，陸芝儐，馮東方.不同水質對鹽脅迫下大蒜種子萌發(fā)的影響[J].北方園藝，2012（24）：32-34.

[4] 劉旭昊，王穎，譚梁靜.多效唑對鹽脅迫下大蒜幼苗生長的影響[J].貴州農業(yè)科學，2010，38（9）：42-44.endprint

[5] 朱利君，閆秋潔.外源氯化鈣對大蒜幼苗鹽脅迫傷害的緩解作用[J].江蘇農業(yè)科學，2016（8）：242-244.

[6] 隋靜，鄭偉，李偉，等.鍺對大蒜含鍺量和營養(yǎng)品質的影響[J].北方園藝，2017（1）：33-36.

[7] 李桂珠，許運新，張春玲.鍺在水稻體內遷移轉化規(guī)律的研究[J].吉林農業(yè)科學，2006，31（3）：17-19.

[8] 林匡飛，徐小清，金霞，等.鍺對水稻的生態(tài)毒理效應及臨界指標[J].生態(tài)學報，2005，25（1）：108-114.

[9] 隋靜，鄭偉，李偉，等.有機鍺對大蒜幼苗生長發(fā)育和光合特性的影響[J].北方園藝，2017（9）：34-37.

[10] 牛建偉，謝平.靈芝多糖鍺的抗腫瘤及免疫增強作用研究[J].中國生物藥物雜志，2000，21（4）：189-190.

[11] 鄭海鵬.有機鍺的生理功能及在食品中的應用[J].微量元素與健康研究，2011，28（4）：65-67.

[12] GOODMAN S.Therapeutic effects of organic germanium[J].Medical Hypotheses，1988，26：207-215.

[13] 王朵，吳國良.有機鍺對植物的影響及其作用機理[J].安徽農業(yè)科學，2009，37（11）：4864-4865.

[14] 李正鵬，祝嫦巍，吳萍，等.富鍺樹舌胞外多糖的體外抗氧化活性研究[J].現(xiàn)代食品科技，2013，29（8）：1791-1795.

[15] 趙世杰，史國安，董新純.植物生理學實驗指導[M].北京：中國農業(yè)科學技術出版社，2002：55-57.

[16] 張志良，瞿偉菁，李小方.植物生理學實驗指導[M].4版.北京：高等教育出版社，2009.

[17] STEWART R R，BEWLEY J D.Lipid peroxidation associated with accelerated aging of soybean axes [J].Plant Physiology，1980，65（2）：245-248.

[18] DONG C J，LI L，SHANG Q M，et al.Endogenous salicylic acid accumulations is required for chilling tolerance in cucumber （Cucumis sativus L.） seedings [J].Planta，2014，240（4）：687-700.

[19] 唐鳳，丁小余，丁鴿，等.鍺對鐵皮石斛原球莖的生長及抗氧化酶系的影響[J].南京師大學報（自然科學版），2005，28（4）：86-89.

[20] 馬勵.施鍺對蘋果中鍺的積累、生長發(fā)育及抗氧化能力的影響[D].陜西楊凌：西北農林科技大學，2015.

[21] 王大志，王海黎，李少菁，等.微量元素鍺對四種微藻光合色素的影響[J].生態(tài)學報，2000（3）：482-484.

[22] 劉風妹，傅鎰涵，鄭曉敏，等.鹽脅迫對大蒜幼苗生理特性的影響[J].福建輕紡，2011（8）：32-35.

[23] 顏振蘭.不同供鍺水平對巨大革耳子實體可溶性蛋白和細胞保護酶活性的影響[J].食用菌學報，2014，21（1）：32-34.endprint