S-誘抗素和黃腐酸對干旱脅迫下皮燕麥抗旱生理特性的影響

周海濤 ，張艷陽，趙孟圓，張新軍，李天亮，曹麗霞，袁卉馥

（1張家口市農業科學院，河北張家口 075000；2河北北方學院，河北張家口 075000）

0 引言

燕麥為禾本科一年生草本植物，具有喜涼、抗寒、抗旱、耐瘠薄等特性[1-2]。因其富含氨基酸、蛋白質、脂肪、維生素、礦物元素及纖維素，營養價值和保健功能被越來越多的人們所接受，燕麥的需求量也因此不斷增大[3-5]。目前中國的燕麥主要種植在河北、山西、青海及內蒙古等干旱半干旱地區，干旱成為限制燕麥高產的主要因素，因此探索抗旱栽培途徑成為燕麥生產的關鍵措施。

李思楠[6]、劉芳[7]、安汶鎧[8]等通過在大豆、甜櫻桃及棉花等植物上應用外源植物生長調節劑，發現這些物質通過滲透系統增強植物在干旱脅迫時的吸水能力，降低干旱引起的過氧化物質含量，防止細胞過氧化損傷，從而增強植物抗干旱脅迫的能力。黃腐酸是從天然腐殖質中提取的一種植物生長調節劑。研究表明，黃腐酸可以增加植物中各種酶的活性和葉綠素含量，使新陳代謝和光合作用增強[9-10]，從而提高作物抗寒及抗旱能力，提高作物產量和品質[11-12]。S-誘抗素是具有重要生理活性的植物內源生長調節物質，有研究表明，S-誘抗素可以提高小麥、水稻及玉米等作物對干旱的抵抗能力，還能調節植物生長[13-16]。但S-誘抗素和黃腐酸在燕麥抗旱方面的研究較少，且對燕麥生理生化方面的影響未見報導。

本研究以皮燕麥‘冀張燕5 號’為研究對象，對水分脅迫下噴施黃腐酸和S-誘抗素后‘冀張燕5號’農藝性狀及抗旱生理特性進行研究，明確噴施外源物質在燕麥抗旱生理響應機制中的作用，為燕麥抗旱栽培提供理論依據與技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗在河北北方學院南校區旱棚進行。該地位于河北省張家口市宣化縣境內，北緯40°41′，屬中溫帶大陸性季風氣候，海拔700～1100 m，年均氣溫7.8℃，年均降水量約350～600 mm，年均日照時數2900 h，無霜期180天左右。

1.2 試驗材料

供試材料為張家口市農業科學院提供的皮燕麥‘冀張燕5號’。外源物質為由山東泉林嘉有現代農業股份有限公司提供的黃腐酸（有效成分黃腐酸≥40%，腐殖酸≥45%）；四川龍蟒福生科技有限責任公司提供的S-誘抗素，有效成分含量0.25%。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗處理 試驗采用盆栽試驗，將種子播種于直徑為32 cm，高24 cm、裝有沙壤土9 kg的塑料盆內，播種土壤含有機質9.92 g/kg、有效氮51.6 g/kg、有效磷31.9 g/kg和有效鉀57.1 g/kg，土壤pH 7.10。每盆播種60粒，于三葉期定苗20株/盆。

試驗設1個品種，3個水分梯度，黃腐酸（800倍液）和S-誘抗素（1000 倍液）葉面噴施處理。對清水浸過種的種子進行播種，3個水分梯度下，正常供水W1（田間持水量的75%），中度脅迫W2（田間持水量的60%），重度脅迫W3（田間持水量的45%），在拔節期、抽穗期、灌漿期噴施等量的黃腐酸水溶肥料（記為H）、S-誘抗素肥料（記為S）和清水(CK)，每處理重復3次。每次噴施液量（或清水量）保持相同，噴施處理7 天后測量株高、葉面積、葉綠素含量及干物質重，并取樣進行生理指標測定，成熟期考種。試驗用稱重法補充水分缺失量。

1.3.2 形態指標測定 株高、葉面積、干物質積累量均在拔節期、抽穗期、灌漿期噴施S-誘抗素和黃腐酸7 天后，選取代表性植株測其株高、葉面積（其計算見公式(1)）及干物質積累量（采用稱重法，即植株干重測定先用烘箱在105℃下殺青30 min，再在85℃下烘干12 h測定質量）。

其中0.73為經驗系數。

1.3.3 生理指標的測定

（1）滲透調節物質的測定。脯氨酸含量采用酸性茚三酮法[17]；可溶性糖含量采用蒽酮比色法；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法[18]。

（2）保護酶的測定。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用光下還原法；過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚法；過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法[19]。

1.3.4 產量測定 成熟期選取具有代表性的燕麥植株，每盆共15株，風干后測定，3次重復。

1.4 數據處理

應用Microsoft Excel 軟件進行數據整理和繪圖，SPSS 17.0軟件進行數據統計及相關性分析。

2 結果與分析

2.1 外源物質對干旱脅迫下‘冀張燕5號’農藝性狀及產量的影響

2.1.1 外源物質對干旱脅迫下‘冀張燕5 號’農藝性狀的影響 隨著生育期推進，燕麥干物質量、株高及葉面積都呈平穩增加趨勢（圖1、2、3）；灌漿期在各水分梯度下，株高、葉面積及干物質量都明顯高于抽穗期，更高于拔節期。在各生育期，隨著脅迫程度增加，株高、葉面積和干物質量遞減，葉面噴施誘抗素和黃腐酸后，株高、葉面積和干物質質量均比對照增加，其中抽穗期內，正常供水情況下，W1S和W1H比對照W1CK的株高增加5.90%和2.92%（圖2），葉面積分別增加34.84%和25.81%（圖3），干物質量分別增加8.37%和3.66%（圖1）；即使是在重度脅迫下，噴施S-誘抗素和黃腐酸后，W3S和W3H比對照W3CK株高分別增加8.43%和5.61%（圖2），葉面積分別增加33.32%和41.89%和（圖3），干物質量分別增加7.24%和4.83%（圖1）。由以上分析可知，中度水分脅迫和重度水分脅迫抑制燕麥株高、葉面積及干物質量的增加，葉面噴施S-誘抗素和黃腐酸可延緩水分脅迫對燕麥農藝形狀的影響，促進各水分梯度下燕麥的株高增高、葉面積增大和干物質積累。

2.1.2 外源物質對干旱脅迫下‘冀張燕5 號’產量的影響 隨著水分脅迫程度加重，燕麥的產量呈明顯的遞減趨勢（圖4），中度脅迫和重度脅迫分別比對照少15.36%和45.78%。噴施S-誘抗素和黃腐酸后，正常供水情況下，分別比對照產量提高27.04%和9.21%；中度脅迫下，分別比對照提高25.65%和18.13%；重度脅迫下，分別比對照提高37.11%和21.10%（圖4）。由此看出，噴施S-誘抗素和黃腐酸后可以明顯提高燕麥的抗旱性，在受水分脅迫時，能夠增加燕麥的產量。

2.2 外源物質對干旱脅迫下‘冀張燕5號’滲透調節物質及質膜系統的影響

隨著燕麥生育期的推進，燕麥葉片中滲透調節物質可溶性糖、可溶性蛋白及游離脯氨酸含量呈遞增趨勢（表1），其中可溶性糖和游離脯氨酸在正常供水情況下，灌漿期的W1CK 比拔節期的W1CK 明顯增高，形成顯著性差異(P<0.05)。同一生育期內，隨脅迫程度增強，燕麥葉片中滲透調節物質大量積累（表1）。在灌漿期內，燕麥葉片中可溶性糖含量在重度脅迫W3CK與中度脅迫W2CK和正常供水W1CK情況下，都具有顯著性差異(P<0.05)，中度脅迫W2CK 和正常供水W1CK之間差異不顯著；噴施S-誘抗素和黃腐酸之后，燕麥葉片中可溶性糖含量增加，灌漿期中重度脅迫的W3S、W3H 分別與對照W3CK 形成顯著性差異(P<0.05)，而S-誘抗素W3S和黃腐酸W3H之間差異不顯著。

表1 外源物質對干旱脅迫下‘冀張燕5號’滲透調節物質的影響

可溶性蛋白可以防止細胞結構在脫水過程中受到嚴重損害。在不同水分梯度下，燕麥在灌漿期W3CK、W2CK 和W1CK 之間的可溶性蛋白雖然呈現遞增趨勢，但沒有形成顯著性差異（表1）。噴施S-誘抗素和黃腐酸之后，燕麥葉片中可溶性蛋白含量變化不明顯。

同一生育期內，水分梯度不同，燕麥葉片中游離脯氨酸的含量也不同（表1）。隨著脅迫加重，燕麥葉片中游離脯氨酸含量增加，重度脅迫W3CK分別和中度脅迫W2CK、正常供水W1CK 之間差異顯著(P<0.05)，中度脅迫W2CK 和正常供水W1CK 之間差異不顯著。噴施S-誘抗素和黃腐酸之后，燕麥葉片中游離脯氨酸含量增加，在灌漿期，正常供水情況下，S-誘抗素W1S、黃腐酸W1H分別和對照W1CK之間形成顯著性差異(P<0.05)，S-誘抗素W1S和黃腐酸W1H之間差異不顯著；在中度供水情況下也如此。

由以上分析表明，噴施S-誘抗素和黃腐酸后可以增加不同生長階段燕麥滲透調節物質含量。對于不同水分條件，S-誘抗素和黃腐酸處理燕麥滲透調節物質含量增加率隨著水分梯度的增加而變化。

2.3 外源物質對干旱脅迫下‘冀張燕5號’保護性酶的影響

超氧化物歧化酶SOD活性與控制脂質過氧化、減輕膜系統的傷害有一定的關系；過氧化物酶(POD)可以去除植物中的游離氧，其活性強弱反映了植物對逆境的反應；過氧化氫酶CAT是植物體內廣泛存在的能清除H2O2的膜保護酶類，它能把活性氧轉變為低活性物質，從而保護細胞膜系統。

燕麥葉片中的SOD、POD和CAT 3種保護性酶都有隨著生育期推進而增加的趨勢（表2），但3種酶在拔節、抽穗和灌漿期的正常供水情況下，W1CK、W2CK和W3CK 之間都沒有形成顯著性差異。同一生育期內，隨著水分脅迫加強，SOD 活性下降，但3 個生育期內，正常供水W1CK、中度脅迫W2CK 和重度脅迫W3CK之間差異沒有達到顯著水平（表1）。噴施S-誘抗素和黃腐酸之后，燕麥葉片中SOD 活性增強，拔節期重度脅迫下，黃腐酸處理W3H和對照W3CK差異顯著(P<0.05)；抽穗期正常供水情況下，黃腐酸處理W1H和對照W1CK 形成顯著性差異(P<0.05)。表2 結果表明，同一生育期內，隨著水分脅迫加強，POD 活性下降，拔節期內重度脅迫下降明顯，W3CK 和正常供水W1CK 形成顯著性差異(P<0.05)；抽穗期中度脅迫W2CK、重度脅迫W3CK 分別與正常供水W1CK 之間形成顯著性差異(P<0.05)，灌漿期和抽穗期趨勢一樣（表1）。噴施S-誘抗素和黃腐酸后，增強了燕麥葉片中POD活性，正常供水情況下，S-誘抗素處理W1S在3個生育期中，都明顯高于對照，和對照W1CK差異顯著(P<0.05)；中度水分脅迫下，在灌漿期，S-誘抗素處理W2S 明顯高于對照，與對照W1CK 差異顯著(P<0.05)。同一生育期內，隨著水分脅迫加強，CAT 活性下降，在抽穗期下降明顯，正常供水W1CK 和中度脅迫W2CK、重度脅迫W3CK 之間差異達到顯著水平(P<0.05)。噴施S-誘抗素和黃腐酸后，燕麥葉片中CAT 活性增強，正常供水情況下，拔節期S-誘抗素處理W1S、黃腐酸處理W1H 和對照W1CK 形成顯著性差異(P<0.05)；中度脅迫情況下，S-誘抗素處理W1S在拔節期、抽穗期和灌漿期都比對照增加明顯，和對照都形成顯著性差異(P<0.05)；而黃腐酸處理在抽穗期和灌漿期也比對照增加明顯，形成顯著性差異(P<0.05)；在重度水分脅迫情況下，黃腐酸處理在拔節期和抽穗期都增加明顯，和對照形成顯著性差異(P<0.05)（表2）。

表2 外源物質對干旱脅迫下‘冀張燕5號’保護性酶的影響

綜合以上分析可知，重度水分脅迫和中度水分脅迫抑制燕麥保護性酶活性，噴施S-誘抗素和黃腐酸均可提高不同生育時期燕麥保護性酶SOD、POD 和CAT 活性，延緩水分脅迫下燕麥保護性酶活性的降低。

2.4 外源物質對干旱脅迫下‘冀張燕5號’抗旱機制的綜合評價

對灌漿期和產量成正相關關系的指標，采用隸屬函數法，綜合評價外源物質對‘冀張燕5 號’抗旱機制的影響。結果（表3）表明，噴施S-誘抗素和黃腐酸能提高燕麥的抗旱性，正常供水情況下，噴施S-誘抗素效果優于黃腐酸；受到水分脅迫時，噴施黃腐酸的效果優于S-誘抗素。

3 討論

任永峰[20]研究表明，水分脅迫越高，燕麥農藝性狀中植株高度的增加受到抑制越明顯，植株高度與燕麥產量之間呈現正相關關系，是提高燕麥產量的關鍵因素。劉慧軍[21]的研究結論表明，植物營養生長液提高了燕麥株高和干物質積累量，使燕麥穗數、穗粒數、千粒重和產量均增加。本研究結果和前人一致，認為水分脅迫抑制燕麥株高、葉面積及干物重的增加，葉面噴施S-誘抗素和黃腐酸之后，延緩水分脅迫對燕麥農藝性狀的影響，促進各水分梯度下燕麥的株高增高、葉面積增大和干物質積累，并且株高和葉面積和燕麥產量呈正相關關系。

劉偉[22]研究表明，水分脅迫后，燕麥葉片中脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量下降，經黃腐酸處理后其含量明顯增加。本研究結果表明，水分脅迫下燕麥可溶性糖和游離脯氨酸含量隨脅迫加重而增多，可溶性蛋白變化不明顯；噴施S-誘抗素和黃腐酸均可提高不同生育時期燕麥滲透調劑物質含量。

韓文元[23]研究認為，水分脅迫下，燕麥‘白燕2號’和‘內燕5 號’在各生育時期SOD、POD 活性均下降，經腐植酸處理后，均能提高SOD、POD活性，抵御干旱造成的危害。本試驗結果與其一致，水分脅迫下，細胞保護性酶活性下降，且3 種酶都和產量呈正相關關系。噴施S-誘抗素和黃腐酸均可提高不同生育時期燕麥保護性酶SOD、POD 和CAT 活性，延緩水分脅迫下燕麥保護性酶活性的降低。

劉偉[22]認為施用腐殖酸肥料，使燕麥產量較對照増加明顯。這與本研究結果一致，噴施S-誘抗素和黃腐酸都能提高燕麥的抗旱性，使燕麥產量提高。正常供水情況下，噴施S-誘抗素效果優于黃腐酸；受到水分脅迫時，噴施黃腐酸的效果優于S-誘抗素。本研究僅對S-誘抗素和黃腐酸在燕麥的抗旱生理方面做研究，對其光合特性及品質方面的影響還有待進一步探討。

表3 外源物質對干旱脅迫下‘冀張燕5號’抗旱機制的綜合性評價

4 結論

滲透調節物質包括脯氨酸含量、可溶性糖及可溶性蛋白含量，但是有文獻顯示在不同逆境條件下有的植物會大量積累滲透調節物質的含量，但是也有的會降低。本研究中在逆境脅迫下‘冀張燕5號’的脯氨酸含量明顯提高，可溶性糖含量降低，因此說明‘冀張燕5 號’在逆境條件下會大量積累脯氨酸。本試驗結果認為，噴施S-誘抗素和黃腐酸后，正常供水情況下，分別比對照產量提高27.04%和9.21%；中度脅迫下，分別比對照提高25.65%和18.13%；重度脅迫下，分別比對照提高37.11%和21.10%。正常供水情況下，噴施S-誘抗素增產效果優于黃腐酸，受到水分脅迫時，噴施黃腐酸的效果優于S-誘抗素。研究結果為燕麥抗旱栽培提供理論依據與技術支持。