干旱脅迫下BR與N、P、K配合對羊草生長及抗旱性的影響

宋吉軒，呂俊，宗學鳳，何秀娟，徐宇，吳瀟，王三根*

(1.貴州省農業科學院生物技術研究所，貴州 貴陽 550006；2.西南大學農學與生物科技學院，重慶400715)

羊草(Leymuschinensis)又名堿草，為禾本科賴草屬植物，是草甸草原和典型草原的重要建群種之一，具有高產、優質及耐牧等特點，是我國具有優勢的禾本科多年生牧草和生態草[1]。近年來由于受全球變化的影響，我國草原區溫度和降水格局變化顯著[2],草原區面臨著干旱脅迫的威脅，在一定程度上限制了羊草生產力的提高。

干旱脅迫是影響植物生長和代謝的主要逆境因素之一[3-4]，它會使植物體內產生一系列的生理生化變化，從而影響到植物正常的生長發育。羊草雖具有較強的抗旱性，但當其生境嚴重缺水時，其生長發育、產量及品質也會受到嚴重的影響[5]。利用外源物質對植物進行處理，是提高植物抗逆性簡便、可行的方法之一[6]。而油菜素內酯(brassinolide, BR)作為一種新型的植物生長調節劑在植物生長發育中具重要的作用，它可參與細胞伸長和分裂、維管束分化、葉形態和衰老等調控，同時它還能提高植物產量、品質及抗性[7-9]。通過采取不同的措施可以緩解或減輕干旱脅迫對植物的傷害，如用植物生長調節劑與葉面營養等處理[10]。在促進植株生長后，葉面營養氮、磷、鉀(nitrogen, N; phosphorus, P; potassium, K)的快速補充尤為重要[11]。葉面補充N、P、K具有養分吸收快、肥效好，養分利用率高、用量少、環境污染風險小等優點[12]。N、P、K由于其快速地補充營養，對植物生長有很好的效果，還能增強其抗性[13]。干旱脅迫下，以羊草作為材料單獨噴施BR前期已進行了報道[14]，在而后的研究中發現，當利用BR緩解干旱脅迫后，其生長往往因為營養不足而有滯后現象。本研究在干旱脅迫下，對羊草幼苗進行BR與N、P、K處理，研究其對羊草的生長、滲透調節及相關酶特性的影響規律，解析其生理效應，為在生產實踐中利用BR與N、P、K配合提高羊草的抗旱性提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2016年4-7月進行。盆栽試驗所用羊草種子來自內蒙古錫林郭勒草原中國農業科學院草原研究所野外試驗地。首先對羊草種子進行發芽處理[15]，以培養出來的羊草幼苗為試驗材料。以土壤相對含水量80%為對照(CK1)，土壤相對含水量50%(CK2)作干旱脅迫處理。當羊草幼苗生長至18～21 cm時，分別在正常(CK1)和干旱脅迫(CK2)下選取最佳處理濃度的BR與N、P、K進行處理，正常(CK1)情況下，尿素(1%)+磷酸二氫鉀(1%)(T1)、BR(0.10 mg·L-1)(T2)和尿素(1%)+磷酸二氫鉀(1%)+BR(0.10 mg·L-1)(T3)；干旱(CK2)情況下，尿素(1%)+磷酸二氫鉀(1%)(T4)、BR(0.10 mg·L-1)(T5)和尿素(1%)+磷酸二氫鉀(1%)+BR(0.10 mg·L-1)(T6)，共計6種處理。每個處理40株幼苗，3次重復。為避免光照對BR的效果造成影響，處理時間均為傍晚，連續3 d。處理15 d后取樣測定，取樣時選取植株中等大小的功能葉片測定相應的指標。

1.2 測定指標

株高量取植株莖基部到頂葉尖端的絕對距離；去除羊草表面雜物用水沖洗干凈，晾干后稱量整株重即鮮重；然后在105 ℃烘箱中殺青15 min，在65 ℃恒溫下干燥至恒重，最后稱重即干重。

根系活力采用TTC法測定[16]。可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[17]；可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍法測定[18]；葉片超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過氧化物酶(peroxidase, POD)、過氧化氫酶(catalase, CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(aseorbate peroxidase, APX)和谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase, GR)活性采用李忠光等[19]的方法測定；植物營養元素氮含量采用凱氏定氮法測定[20]；磷含量采用濃硫酸消煮，鉬銻抗比色法測定[21]；鉀含量采用濃硫酸消煮，原子吸收分光光度法測定[22]；硝酸還原酶(nitrate reductase, NR)活性采用離體法測定[23]；酸性磷酸酶(acid phosphatase, ACP)活性采用比色法測定[24]；蘋果酸脫氫酶(malate dehydrogenase, MD)活性采用Sayre等[25]的方法測定。丙二醛(malonyldialdehyde, MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法測定[14]。脯氨酸含量采用水合茚三酮法測定[14]。葉片電導率(leaf conductivity, EC)采用電導儀測定[14]。

1.3 數據統計

采用Excel和SPSS軟件進行數據統計分析。利用DPS 19.0軟件進行單因素方差分析，以Duncan’s 新復極差法比較各處理間的差異性。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫下BR與N、P、K對羊草生長及營養代謝相關酶的影響

由表1可知，與正常土壤水分(CK1)相比，經T1處理，其株高、鮮重、干重和根系活力分別增加了30.35%、72.88%、38.96%和10.04%，其中株高差異顯著；T2與CK1相比，株高、鮮重、干重和根系活力分別增加了23.65%、75.82%、38.96%和67.64%，其中鮮重差異顯著；T3處理與CK1相比，其株高、鮮重、干重和根系活力各個指標均達到最大值，分別增加39.26%、114.71%、54.55%和95.99%，且差異均達顯著水平。

表1 干旱脅迫下BR與葉面營養對羊草生長的影響Table 1 Effects of BR and foliar nutrition on the growth of L. chinensis under drought stress

注：同列不同字母表示差異達顯著水平(P<0.05)，下同。

Note: Different letters mean significant different at 0.05 level. The same below.

在干旱脅迫下(CK2)，羊草的株高、鮮重、干重和根系活力均降低，分別比CK1減少了3.72%、4.25%、5.19%和18.26%。T4與CK2相比，其株高、鮮重、干重和根系活力分別增加了16.20%、1.02%、36.99%和5.97%；T5與CK2相比，其株高、鮮重、干重和根系活力分別增加了4.55%、21.50%、43.84%和7.96%；T6與CK2相比，其株高、鮮重、干重和根系活力均有增加且達到最大值，分別增加28.96%、62.46%、45.21%和19.08%，且這些指標還達到甚至超過了正常土壤水分(CK1)的處理。

由表2可知，與正常土壤水分(CK1)相比，此時T1植株的硝酸還原酶和酸性磷酸酶活性顯著增強，分別上升了12.76%和32.99%，而蘋果酸脫氫酶活性顯著減弱，下降了23.79%；T2與CK1相比，其硝酸還原酶和酸性磷酸酶活性分別增強了1.72%和4.06%，蘋果酸脫氫酶活性降低了19.53%；T3與CK1相比，硝酸還原酶和酸性磷酸酶活性分別增加44.48%和27.01%，蘋果酸脫氫酶活性則降低28.19%，3種酶活性與對照差異均達到顯著水平。

在干旱脅迫下(CK2)，羊草的硝酸還原酶和酸性磷酸酶活性分別比CK1降低了45.86%和40.0%，且差異均達顯著水平，而蘋果酸脫氫酶活性則增加了10.28%。T4與CK2相比，硝酸還原酶和酸性磷酸酶活性分別上升22.93%和49.75%，蘋果酸脫氫酶活性下降44.34%，3種酶活性與對照差異均達到顯著水平；T5與CK2相比，硝酸還原酶和酸性磷酸酶活性分別上升18.47%和3.21%，蘋果酸脫氫酶活性下降38.48%，除酸性磷酸酶活性外其他兩個酶活性與對照差異達顯著水平；T6與CK2相比，其硝酸還原酶和酸性磷酸酶活性分別增加31.21%和40.44%，蘋果酸脫氫酶活性則下降44.61%，且3種酶活性與對照差異均達到顯著水平。

由表3可知，與正常土壤水分(CK1)相比，T1植株的N、P和K含量均增加，分別提高13.62%、182.09%和35.96%，且差異均顯著；T2與CK1相比N、P和K分別增加7.11%、19.40%和21.35%，其中N、K含量差異達顯著；T3與CK1相比，N、P和K含量均顯著增加，分別提高了18.70%、228.36%和26.97%，其中N與P含量達到了各處理的最大值。

在干旱脅迫下(CK2)，羊草的N、P和K含量比CK1分別降低了6.91%、14.93%和12.36%。T4與CK2相比，其N、P和K均有增加，分別為13.97%、215.79%和47.44%，差異均達到顯著水平；T5與CK2相比，N、P和K分別增加10.70%、92.98%和30.77%，且差異均顯著；T6與CK2相比，N、P和K分別增加20.74%、236.84%和42.31%，差異均達到顯著水平，且均高于CK1。

2.2 干旱脅迫下BR與葉面營養對羊草膜脂過氧化及滲透調節物質的影響

表2 干旱脅迫下BR與葉面營養對羊草營養代謝相關酶活性的影響Table 2 Effects of BR and foliar nutrition on the enzyme activities of nutritional metabolism in L. chinensis under drought stress

表3 干旱脅迫下BR與葉面營養對羊草植株氮、磷、鉀含量的影響Table 3 Effects of BR and foliar nutrition on N， P， K in L. chinensis under drought stress (%)

由表4可知，在正常土壤水分(CK1)下，T1可使丙二醛和葉片電導率分別降低2.35%和9.11%，而脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖分別增加3.02%、4.08%和1.35%；T2與CK1相比，其丙二醛和葉片電導率均分別降低1.10%和19.77%，脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量則分別增加41.16%、19.53%和3.96%，其中只有可溶性蛋白差異達到顯著水平；T3與CK1相比，丙二醛和葉片電導率分別降低10.97%和25.71%，兩項指標下降到最低值，脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖分別增加155.74%、27.22%和20.92%，且增加到最高值，其中脯氨酸和可溶性蛋白差異顯著。

在干旱脅迫下(CK2)，羊草的丙二醛、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖和葉片電導率均增加，與正常水分條件的CK1相比差異均顯著，分別增加60.89%、201.81%、34.32%、48.18%和78.15%。T4與CK2相比，其中的丙二醛和葉片電導率有所降低，分別下降33.01%和14.48%，而脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量進一步增加，分別上升2.53%、15.81%和3.80%，丙二醛與可溶性蛋白含量與CK2差異顯著；T5與CK2相比，其丙二醛和葉片電導率分別降低25.09%和50.33%，而脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量分別增加26.88%、16.30%和5.78%，除可溶性糖外，其他指標與CK2差異均顯著；T6與CK2相比，丙二醛和葉片電導率分別降低37.42%和55.79%，兩項指標下降到最低值，而脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量分別增加57.20%、22.82%和5.94%，且達到最高值，其中除可溶性糖外，其他指標與CK2差異均顯著。

表4 干旱脅迫下BR與葉面營養對羊草膜脂過氧化及滲透調節物質的影響Table 4 Effects of BR and foliar nutrition on membrane oxidation and osmotic adjustment substance in L. chinensis under drought stress

2.3 干旱脅迫下BR與葉面營養對羊草植株抗氧化酶活性的影響

由表5可知，在正常土壤水分(CK1)下，T1植株的POD、SOD、CAT、GR和APX活性分別增加136.48%、16.43%、33.37%、54.55%和163.64%，其中POD、CAT和GR三個酶活性差異達顯著水平；T2與CK1相比，5種抗氧化酶活性分別增加136.53%、6.08%、9.06%、245.45%和163.64%，其中POD、SOD和GR三個酶活性差異達顯著水平；T3與CK1相比，5種抗氧化酶活性分別增加156.86%、31.61%、40.24%、163.64%和9.74%，與對照(CK1)差異均達顯著水平。

表5 干旱脅迫下BR與葉面營養對羊草植株抗氧化酶活性的影響Table 5 Effects of BR and foliar nutrition on antioxidant enzyme activities in L. chinensis under drought stress (U·g-1·min-1)

在干旱脅迫下(CK2)，羊草的POD、SOD、CAT、GR和APX活性與正常水分條件的CK1相比，分別增加90.19%、4.75%、57.08%、172.73%和56.58%，除SOD外其他4種酶活性差異顯著。T4與CK2相比，5種抗氧化酶活性進一步增加，分別上升106.29%、30.01%、18.50%、2.63%和9.24%，且差異均達顯著水平；T5與CK2相比，5種抗氧化酶活性也進一步增加，分別上升86.15%、31.56%、22.78%、30.0%和10.59%，除APX外其他4種酶活性差異達顯著水平；T6與CK2相比，POD、SOD、CAT、GR和APX 5種抗氧化酶活性增加幅度最大，分別增加158.40%、38.15%、32.97%、30.0%和28.74%，不但與CK2差異均達顯著水平，而且在所有處理中這5種抗氧化酶活性都達到最大值。

3 討論

葉面營養可以快速地補充植株無機養分，對植物生長有很好的促進效果[26]。通過植物生長調節劑與葉面營養配合施用，可以克服因為植物激素促進生長而營養不足的情況，增加植物產量及提高植物品質[27]。上述研究表明，適當濃度的植物生長調節劑或葉面營養對羊草的株高、鮮重、干重和根系活力均表現出很好的促進作用，變化趨勢跟劉美茹[28]在正常情況下采用BR噴施羊草幼苗結果一致。但本試驗結果進一步表明，二者配合施用時，效率更高，特別在干旱脅迫下，噴施尿素(1%)+磷酸二氫鉀(1%)+BR(0.10 mg·L-1)時，各指標均顯著增加且達到最大值。因此本試驗采用植物生長調節劑(BR)與葉面營養進行組合試驗，在生產實踐中具有重要的理論和實踐意義。

許多研究指出，葉面噴施營養物質不僅可調節和平衡植物營養，而且還對相關代謝作用也有影響[29-30]。本試驗結果表明，葉面營養能有效提高羊草葉片N、P、K含量，超過對照組的50%，這與賴錦山[29]的結果一致。同時，本研究也表明，在植物生長調節劑(BR)與葉面營養配合施用后，不僅N、P、K含量進一步提高，而且與N、P、K代謝相關的酶活性也發生改變，包括硝酸還原酶、酸性磷酸酶和蘋果酸脫氫酶，這些酶活性的變化與氮、磷、鉀在植物營養中的功能多樣性相聯系[31-32]。硝酸還原酶與酸性磷酸酶是誘導酶，其活性受相關元素含量的影響，如磷能顯著提高植物中的酸性磷酸酶活性，是植物對缺磷脅迫的一種適應性反應[32-33]。蘋果酸脫氫酶在植物體內廣泛存在，由于其細胞定位及輔助因子的不同等具有很多的同工酶形式，從而具有重要的生理作用，也與鉀代謝密切相關[34-35]。BR與葉面營養單獨或配合在促進生長與增加N、P、K含量的同時，也引起代謝相關酶活性的變化，其機理值得深入研究。

植物在干旱脅迫下的生長過程中形成相應的適應調控機制，滲透調節能力和滲透調節物質的含量有著密切的關系[10]。植物通過積累脯氨酸、可溶性糖等滲透調節物質，可提高細胞液濃度，降低細胞水勢，增加植物的吸水能力[36]。抗性強的植物可溶性蛋白含量增加明顯，反之植物的抗性則降低[37]。本試驗研究表明，在干旱脅迫下羊草經BR與葉面營養配合處理后，其體內脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量等明顯增加，從而繼續保持了羊草較低的滲透勢，進而增加植株細胞內溶質的濃度，這樣就可明顯地緩解干旱脅迫對羊草帶來更多的傷害。與此同時，丙二醛和葉片電導率均降低，表明在逆境下BR與葉面營養配合處理對細胞有很好的保護作用，降低了膜脂的過氧化作用。

植物在長期進化過程中通過保護酶等方式以防氧毒性的形成，以保持植物活性氧離子代謝的平衡[38]。SOD、POD、CAT、GR和APX等協同作用，可有效地清除植物體內過量的自由基，增強植物適應干旱脅迫的能力[39-40]。本研究表明，羊草的5種保護酶活性在干旱脅迫時增加，經BR與葉面營養配合處理后，這些酶活性進一步增強。聯系到上述丙二醛和葉片電導率的降低，可能配合處理進一步消除了干旱脅迫下植株體內產生的大量活性氧自由基與膜脂過氧化作用，從而增加了羊草的抗旱性，促進了生長。

4 結論

適當濃度的BR與葉面營養配合可減輕干旱脅迫對植株造成的傷害，促進羊草生長與物質積累，增強根系活力，增加可溶性糖、可溶性蛋白含量等，這與其能夠減緩膜質過氧化作用，穩定膜系統的結構和功能，維持較高的滲透調節物質，增強保護酶活性等生理效應密切相關。