施用菇渣對鹽脅迫下大麥苗期抗氧化酶活性 及離子吸收的影響

丁能飛，郭彬，林義成，劉琛，李華，李凝玉，傅慶林

(浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

土壤鹽漬化是制約農業發展的重要因素之一[1]。全球可耕地面積中，約10%的土壤受到不同程度的鹽堿化影響。隨著工業污染加劇、灌溉農業發展，以及化肥使用不當等，土壤次生鹽漬化問題呈不斷加劇趨勢，給農業生產帶來了重大損失[2]。鹽脅迫對植物造成的主要危害有離子毒害、滲透脅迫、營養失衡，以及鹽脅迫的次級反應，如氧化脅迫等。鹽脅迫會誘導植物體內活性氧大量產生，如單線態分子氧、羥自由基、超氧陰離子和過氧化氫等[3]。這些活性氧會導致膜脂過氧化或膜脂脫脂，從而破壞膜結構，使膜差別透性消失，產生一系列有害的生理生化變化。

菇渣是食用菌栽培過程中收獲產品后剩下的培養基廢料。我國是世界上最大的食用菌生產國，自2013年起產量已超3 000萬t，占世界總產量的70%以上[4]。隨著食用菌產業的快速發展，每年有大量的食用菌菌渣產生。由于得不到及時有效的處理和處置，食用菌生產區大量菇渣堆積。菌渣廢料富含營養，適宜病蟲雜菌滋生繁衍，被雨水淋失后產生大量的有機廢水，不僅危害食用菌產業自身發展，而且成為村鎮環境衛生和河道水源的嚴重污染源。由菌渣廢料導致的環境污染問題日益凸顯，嚴重制約我國食用菌產業的可持續發展[5-6]。目前，菇渣的主要利用途徑有生產有機肥、果蔬栽培基質、飼料等[7-9]，但關于將其作為土壤改良劑應用于濱海鹽土卻鮮見報道。本研究以浙麥5819為實驗材料，探討不同菇渣施用量在鹽脅迫下對大麥鮮重、干重，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性，丙二醛(MDA)含量及礦質離子吸收的影響，旨在為菇渣的合理施用及濱海鹽土改良提供科學依據，使菇渣變廢為寶，實現農業廢棄物資源化利用，保障食用菌菇產業的可持續發展，同時助推濱海鹽土改良利用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種。浙麥5819品種大麥，由浙江省農業科學院作物與核技術利用研究所提供。

供試土壤。采自上虞96丘的濱海鹽土，風干過篩去除雜質后備用。土壤性質：全氮0.91 g·kg-1，有機質15.37 g·kg-1，速效氮62.30 mg·kg-1，速效磷10.63 mg·kg-1，速效鉀143.29 mg·kg-1，電導率(EC)0.70 mS·cm-1，pH值(H2O)8.25。

供試菇渣。采自平湖市盛龍果蔬園藝場，為雙孢蘑菇栽培后的菌渣。菌渣理化性質：全氮19.7 g·kg-1，全磷4.82 g·kg-1，全鉀11.8 g·kg-1，有機質395 g·kg-1，速效氮1 328 mg·kg-1，速效磷576 mg·kg-1，速效鉀3 292 mg·kg-1，EC 1.94 mS·cm-1，pH值(H2O)7.56。

1.2 處理設計

采用盆栽實驗，實驗用缽為高12 cm、直徑10 cm的塑料缽，每缽裝土0.6 kg，施尿素0.216 g、磷酸二氫鉀0.096 g、硫酸鉀0.124 g。缽內套塑料袋(防止鹽分隨水流失)。菇渣施用量設4個處理：CK(不施菇渣)、施菇渣1%、施菇渣2%、施菇渣3%。每處理10盆。裝盆前將菇渣與土壤、肥料充分混勻，每缽播20粒種子，出苗后留8株。稱重澆水，保持土壤水分為田間持水量的75%。

5葉1心期每處理取5盆進行鹽脅迫處理，每缽加鹽水180 mL(濃度10 g·L-1)，分3次加入，另外5盆加清水。鹽脅迫處理一周后取功能葉片分析SOD、POD、CAT活性和MDA含量。鹽脅迫處理30 d后，取地上部，分別稱重，分析K、Na、Ca、Mg含量。所有測定均重復3次。

1.3 分析方法

SOD活性。取0.5 g葉片于冰凍研缽中，分次加8 mL預冷的0.05 mol·L-1BPS[4，4’-硫代雙(6-特丁基-3-甲基苯酚)](pH 7.8)在冰浴上研磨成漿，4 ℃、5 000 r·min-1離心15 min，上清液即為粗酶液。采用NBT(氮藍四唑)光化還原法[10]測定酶活性，以抑制NBT光化還原50%的酶量為1個酶活單位。

POD活性。取葉片0.5 g于冰凍研缽中，分次加8 mL預冷的0.05 mol·L-1BPS(pH 6.0)在冰浴上研磨成漿，4 ℃、5 000 r·min-1離心15 min，上清液即為粗酶液。采用愈創木酚法[11]測定酶活性，以1 minD470變化0.01為1個過氧化物酶活性單位(U)。

CAT活性。酶液提取方法同SOD，活性測定方法為紫外吸收法[12]，以1 min內D240減少0.1的酶量為一個酶活性單位(U)。

酶液中可溶性蛋白。酶液提取方法同SOD，測定方法為紫外吸收法[13]，用0.1 mol·L-1pH 7.0的磷酸緩沖液稀釋后，用紫外分光光度計分別在280 nm和260 nm波長下讀取吸光值，以pH 7.0的磷酸緩沖液為空白調零，計算蛋白質濃度。

MDA含量。采用《植物生理生化實驗原理和技術》[13]中的方法進行測定。

植株K、Na、Ca、Mg含量。樣品經HNO3-HClO4-H2SO4(體積比8∶1∶1)消化后，用美國Pekin-Elmer AA800原子吸收分光光度計測定。

1.4 數據統計分析

所有數據在Statistica 10.0軟件上進行多因素方差分析，對有顯著差異的處理采用新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 對大麥生長的影響

從圖1可以看出，鹽脅迫顯著抑制了大麥幼苗的生長，降低了大麥的干重與鮮重。在不加鹽處理下，施用1%～3%的菇渣均可不同程度地促進大麥生長，增加大麥鮮重與干重。在加鹽處理下，施用1%與2%的菇渣均可提高大麥的鮮重與干重，施2%菇渣與CK相比，大麥鮮重與干重分別增加了10.5%與5.2%。施用菇渣后可促進大麥生長，可能是因為菇渣質地疏松，且富含有機質與植物必需的氮磷鉀元素。但值得注意的是，在鹽脅迫條件下，菇渣施用量不宜過高，不然不僅起不到促生的效果，還會帶來副作用，如本實驗條件下，施用3%菇渣的大麥鮮重與干重相較CK均有小幅下降。

2.2 對大麥葉片MDA含量的影響

植物在逆境條件下，往往發生膜脂過氧化作用，MDA是其主要產物之一，其含量高低是反映細胞膜脂過氧化作用強弱的重要指標。從圖2可以看出，在不加鹽處理下，不同菇渣施用量處理下，大麥MDA含量基本處于同一水平(6.0～6.7 mmol·g-1)。加鹽處理后，大麥MDA含量均有不同程度升高，其中，CK升幅最高(59.9%)，其次是3%菇渣處理(32.6%)，再次是1%菇渣處理(25.8%)，而2%菇渣處理的升幅最低(15.4%)。這說明施用菇渣可在一定程度上減輕鹽脅迫帶來的細胞膜脂過氧化程度，降低大麥葉片中MDA的含量。

2.3 對大麥葉片抗氧化酶系統的影響

SOD是生物體內清除超氧自由基的酶之一。在植物正常生長條件下，SOD含量一般較低，當遇到外界脅迫時，SOD活性升高，植物抗逆能力增強。從圖3可以看出，在不加鹽處理下，施用菇渣各處理的大麥葉片SOD活性較CK均有一定程度的提高，但不同菇渣施用量間并無顯著差異。在加鹽處理下，施用1%菇渣的大麥葉片SOD活性與CK基本一致，而施用2%或3%菇渣的大麥葉片SOD活性較CK分別增加了16.0%和6.9%。

圖1 施用菇渣對鹽脅迫下單盆大麥鮮重、干重的影響

圖2 施用菇渣對鹽脅迫下大麥葉片 MDA含量的影響

圖3 施用菇渣對鹽脅迫下大麥SOD活性的影響

POD是植物體內普遍存在的、活性較高的一種氧化還原酶，以過氧化氫為電子受體催化底物氧化，主要存在于細胞的過氧化物酶體中，以鐵卟啉為輔基，具有消除過氧化氫的作用。從圖4可以看出，無論是在不加鹽還是在加鹽處理下，施用菇渣均可顯著提高大麥葉片中POD的活性。在加鹽處理下，施用1%、2%、3%菇渣的大麥葉片POD活性分別比CK提高了53.5%、65.3%、64.3%。

圖4 施用菇渣對鹽脅迫下大麥POD活性的影響

CAT是抗氧化系統中重要的一種酶，是以鐵卟啉為輔基的結合酶，可促使過氧化氫(H2O2)分解為分子氧和水，從而使細胞免于遭受H2O2的毒害，是生物防御體系的關鍵酶之一。從圖5可以看出，在不加鹽處理下，不同菇渣施用量之間大麥CAT活性基本一致，無顯著差異。但在加鹽處理下，施用1%或2%菇渣的大麥葉片CAT活性較CK明顯上升，分別增加9.2%和24.4%，而施用3%菇渣的大麥葉片CAT活性與CK相比并無顯著差異。

圖5 施用菇渣對鹽脅迫下大麥CAT活性的影響

2.4 對大麥離子吸收的影響

從表1可以看出，鹽脅迫下，大麥中K+含量明顯下降，而Na+、Ca2+、Mg2+含量則有不同程度的上升。在鹽脅迫下，施用菇渣能明顯減少植株體內Na+含量，也會增加植株體內Ca2+含量。不同菇渣處理間K+含量無顯著差異。進一步的分析表明，鹽脅迫下施用菇渣可提高植株體內K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+，說明施用菇渣可以在一定程度上維持植株體內各離子的均衡。

表1 施用菇渣對鹽脅迫下大麥離子含量的影響

注：同列數據后無相同小寫字母的表示差異顯著(P<0.05)。

3 討論

鹽脅迫下植物體內活性氧的積累是導致鹽害的主要原因之一。在正常生長情況下，植物細胞內活性氧的產生和清除處于動態平衡，不會傷害細胞，而鹽脅迫會引發細胞內活性氧的過量產生與積累，導致膜脂過氧化和脫脂化，破壞細胞結構和功能，引起MDA含量升高。本研究表明，適量施用菇渣(2%)可顯著提高大麥葉片中SOD、POD與CAT活性，減輕膜脂過氧化程度，降低MDA含量，從而緩解鹽脅迫對細胞的傷害。

鹽脅迫還會造成植株體內營養失衡，尤其是Na+的過量積累會引起離子毒害和其他礦質營養元素比例失調。由于Na+和K+有相似的離子半徑，兩者之間會相互競爭轉運體的同一結合位點，所以Na+往往利用K+的途徑進入植物體內，Na+和K+之間的相互競爭會導致植株K+含量的明顯下降。本研究表明，鹽脅迫下大麥植株體內Na+含量明顯升高、K+含量明顯下降，而施用菇渣可明顯降低大麥植株Na+含量、增加Ca2+含量，并且增加了K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+。這可能也是施用菇渣后大麥耐鹽性增強的一個重要原因。Khan等[14]研究發現，鹽脅迫會增加作物對Na+的吸收，降低對K+的吸收；Gregorio等[15]在水稻上研究也發現，鹽脅迫顯著降低了K+/Na+。研究表明，鹽脅迫下，維持植株體內各離子的平衡，提高K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+，對增強植株的耐鹽性具有重要作用[16-17]。

生物量是植物對鹽脅迫反應的綜合體現，也是反映植物耐鹽性的直接指標。本研究表明，適量施用菇渣(2%)能促進大麥苗期生長，增加大麥的鮮重與干重。但本研究僅僅是盆栽實驗的一個初步結果，由于大田情況更為復雜，相關結論還須在田間驗證。