海拔對藜麥苗期生理指標的影響

劉文瑜，李健榮，黃 杰，魏玉明，楊發榮

（1.甘肅省農業科學院畜草與綠色農業研究所，甘肅 蘭州 730070；2.寧夏農業技術推廣總站，寧夏 銀川750001）

藜麥是莧科藜亞科藜屬一年生雙子葉草本植物［1］。原產于南美洲安第斯山脈，最早的種植地為秘魯、厄瓜多爾和玻利維亞［2］。藜麥籽實富含蛋白質、人體必需氨基酸、礦物質、維生素、膳食纖維，且低脂、低升糖、不含麩質，是一種堿性蛋白食品［3］。聯合國糧農組織（FAO）認定藜麥為唯一一種單體即可滿足人體全部營養需求的食物［4］。

隨海拔升高，平均氣溫、大氣壓及CO2分壓降低，光強增加，海拔的變化影響植物生長發育、物質代謝、結構和功能等諸多方面［5］。甘肅省海拔跨度大，是研究海拔對藜麥生長影響的天然試驗場。我們在甘肅省海拔1 100～2 800 m的區域內選擇5個試驗點，以國內首個藜麥品種隴藜1號為材料，通過測定苗期葉片葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛（MDA）含量，超氧陰離子（O2-）產生速率，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性，探究了不同海拔對藜麥苗期生長的影響，以揭示藜麥苗期響應海拔變化的生理機制，為藜麥適種區的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試藜麥品種為隴藜1號，千粒重3.49 g，由甘肅省農業科學院自育。供試肥料為磷酸二銨（云南三環中化美盛化肥有限公司，總養分≥64.0%，N-P2O5為18-46）、黃腐酸鉀（山旺生物科技有限公生產，有效成分≥52%）、尿素（甘肅劉化集團有限責任公司生產，總氮≥46.4%）。

1.2 試驗方法

在甘肅省海拔1 100～2 800 m的生態區域選擇5個試驗點，分別為慶陽市寧縣、蘭州市安寧區、張掖市民樂縣、金昌市永昌縣和蘭州市永登縣，試驗地氣候條件見表1。隨機區組設計，3次重復，小區面積96 m2（12 m×8 m）。藜麥于2017年4月15日開溝點播，播種量1.5 kg/hm2，行距40 cm，株距30 cm。播前結合整地施磷酸二銨375 kg/hm2、黃腐酸鉀150 kg/hm2、尿素1 125 kg/hm2。要求土地精細旋耕，鎮壓和耙耱，做到土質綿軟，墑足平整。待幼苗長至8葉期間、定苗，定苗后10 d取從上往下數第2～3片成熟葉片進行生理生化指標測定。

表1 試驗地概況

1.3 測定指標與方法

采用乙醇丙酮法測定葉綠素含量［6］，采用蒽酮乙酸乙酯法測定可溶性糖含量［6］，采用考馬斯亮藍比色法測定可溶性蛋白含量［7］，采用酸性茚三酮法測定脯氨酸含量［7］，采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定MDA含量［7］。參照王愛國和羅廣華的方法測定O2-產生速率［8］，參照Huang的方法并稍作改動測定SOD活性［9］，參照Shi等方法測定POD活性［10］，參照Abei等方法測定CAT活性［11］，參照 Nakano和 Asada方法測定 APX活性［12］。每個指標重復測定3次。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0進行數據整理和分析，數據結果以“平均值±標準誤”表示，用Sigma Plot 12.5作圖。

2 結果與分析

2.1 海拔對苗期藜麥葉片葉綠素的影響

由圖1可以看出，隨著海拔的升高，苗期隴藜1號葉片葉綠素含量呈先升高后降低的趨勢。在海拔1 800 m時（張掖市民樂縣），苗期藜麥葉片葉綠素含量最高，達到1.46 mg/g，較最低海拔地區（慶陽市寧縣）升高了29.50%。

圖1 海拔對苗期藜麥葉片葉綠素含量的影響

2.2 海拔對苗期藜麥葉片滲透調節物質的影響

通過圖2可以看出，海拔對苗期藜麥葉片可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量均有影響。圖2-A所示，苗期藜麥葉片可溶性糖含量以海拔1 800 m（張掖市民樂縣）種植的最高；其次為海拔1 520 m（蘭州市安寧區），比海拔最低地區（慶陽市寧縣）分別高0.52%和0.26%。由圖2-B可知，隨著海拔的升高，苗期藜麥葉片可溶性蛋白含量呈先升高后下降的趨勢。其中海拔 1 800 m（張掖市民樂縣）種植的最高，其次為海拔1 980 m（金昌市永昌縣），較海拔最低地區（慶陽市寧縣）分別升高57.82%和49.68%。如圖2-C所示，隨海拔的升高，苗期藜麥葉片脯氨酸含量呈先升高后降低的趨勢。其中海拔1 980 m（金昌市永昌縣）種植的最高，其次為海拔1 800 m（張掖市民樂縣），較海拔最低地區（慶陽市寧縣）分別升高171.38%和118.06%。

圖2 海拔對苗期藜麥葉片滲透調節物質含量的影響

2.3 海拔對苗期藜麥葉片抗氧化酶活性的影響

由圖3可知，隨海拔升高，苗期藜麥葉片SOD、POD、CAT和APX活性呈先升高后降低的趨勢。其中，海拔1 800 m（張掖市民樂縣）種植的藜麥在苗期時葉片中上述4種抗氧化酶活性最高，較海拔最低地區（慶陽市寧縣）分別升高了251.67%、122.92%、56.99%和128.26%。說明海拔升高，藜麥幼苗內抗氧化酶活性升高，可有效緩解活性氧代謝物質對其造成的傷害，促進幼苗生長。

圖3 海拔對苗期藜麥葉片抗氧化酶的影響

2.4 海拔對苗期藜麥葉片活性氧代謝物質的影響

由圖4可以看出，海拔升高導致苗期藜麥葉片MDA含量和O2-產生速率呈現升高后下降再升高的趨勢。海拔最高地區（蘭州市永登縣）種植的藜麥葉片MDA含量和O2-產生速率最大，分別較海拔最低地區（慶陽市寧縣）升高了82.19%和212.66%。說明由于海拔升高，溫度降低，使苗期藜麥細胞內活性氧大量積累，對苗期藜麥細胞膜造成損傷，從而抑制苗期藜麥生長。

圖4 海拔對苗期藜麥葉片活性氧代謝物質含量的影響

3 小結與討論

植物葉片是植物感受外界環境最直接的器官，光合作用直接關系到植物的生長發育、產量形成及次生代謝物質的合成積累［13］，葉綠素是光合作用的主要物質基礎。朱軍濤等［14］研究發現，隨海拔升高，塔里木沙拐棗葉綠素含量逐漸升高。本試驗表明，藜麥苗期葉片葉綠素含量隨海拔升高而呈先增加后降低的變化趨勢，當海拔達到1 800 m時葉綠素含量最高。

滲透調節被認為是植物抵抗逆境脅迫的重要且有效的抗逆機理。可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸是植物體內重要的滲透調節物質［15］。曹永華等［16］研究發現，隨海拔升高，蘋果葉片可溶性蛋白含量增加，可溶性糖和脯氨酸含量先增加后降低。本試驗表明，藜麥苗期葉片可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量隨海拔升高呈現增加后減小的變化趨勢。

植物在遭受非生物脅迫時，會產生活性氧，活性氧性質活躍，在植物缺少保護時，會破壞細胞的生物膜脂、蛋白質和核酸，從而使植物的正常新陳代謝受到嚴重干擾［17］。為了清除這些活性氧，植物會啟動其體內的活性氧清除系統，其中抗氧化酶系統是植物在逆境脅迫下防御自由基氧化損傷最重要的酶促系統［18］。張紹先等［19］研究發現，隨海拔高度的增加，珙桐葉片MDA含量逐漸降低，SOD活性逐漸增加。本試驗表明，隨海拔的升高，藜麥苗期葉片MDA含量升高后降低再升高，SOD、POD、CAT和APX活性先增強后減弱。

綜上所述，海拔升高、溫度降低、太陽輻射能增多、降水量減少，使得藜麥葉片中葉綠素積累。另外，藜麥通過提高細胞內可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量，增強抗氧化酶活性，清除膜質過氧化產物和活性氧代謝物質，從而適應環境變化對藜麥幼苗造成的傷害，促進藜麥植株生長發育。