稀土微肥對干旱脅迫下黃芪幼苗生理特性的影響

韓多紅，王恩軍，張 勇

(1. 河西學院 生命科學與工程學院，甘肅 張掖 734000； 2. 甘肅省河西走廊特色資源利用省級重點實驗室，甘肅 張掖 734000)

現代農業中，干旱脅迫成為限制農作物產量和質量的重要危害之一，特別是近幾年氣候變化使現在的干旱強度增強和頻率升高，嚴重影響了正常的農業生產[1]。黃芪是一種藥食同源植物，藥典中規定蒙古黃芪(Astragalusmembranaceus(Fisch.)Bge.var.mongholicus(Bge.)Hsiao)或膜莢黃芪(Astraglusmembranaceus(Fisch.)Bge.)的干燥根入藥，為中藥材黃芪[2]。目前，我國的黃芪種植區域主要在東北、華北及西北等地區。但大部分北方地區干旱頻發，嚴重影響和制約了我國大宗中藥材黃芪的生長和生產，因此研究提高黃芪對干旱環境的適應性，增強其抗旱性對實際生產具有重要意義。

稀土微肥(Rare earth elements，REE)是稀土元素(原子序數從57到71的鑭系元素，以及與鑭系元素性質極為相似的釔、鈧等共17種元素)肥料的簡稱[3]。近年來，REE已廣泛應用于農業領域，實踐表明REE可促進植物生長發育，提高種子萌發能力，增加產量，增強抗逆性。研究表明，適量的REE可促進植物的生長發育[4]，緩解重金屬脅迫[5]，提高耐鹽性[6-7]，抗旱性[8]，減輕酸雨的脅迫毒害作用[3]等。目前，關于REE調控植物生長的研究主要集中在農作物上，但在中藥材方面的研究還未見報道。本試驗以蒙古黃芪和膜莢黃芪為材料，研究根施REE對干旱脅迫下黃芪幼苗生理指標的影響，探討REE緩解干旱脅迫的調節機制，以期為干旱半干旱地區黃芪的種植提供依據和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

蒙古黃芪和膜莢黃芪種子于2019年10月采自甘肅省張掖市誠泰藥業有限公司黃芪種植基地大田中，自然陰干備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設置處理

供試REE為水溶肥，由包頭市華農士稀土肥業有限公司提供(稀土含量≥38%)。利用10%的PEG-6000模擬干旱脅迫，試驗共設置6個處理：CK(蒸餾水)、P(PEG 10%)、Tl(PEG 10%+REE0.05%)、T2(PEG 10%+REE0.15%)、T3(PEG 10%+REE0.30%)、T4(PEG 10%+REE0.50%)。

1.2.2 種子預處理及幼苗脅迫處理

由于黃芪種子是硬實種子，種皮堅硬且不透水，發芽較為困難，因此要進行種子預處理。選取籽粒飽滿、大小一致的種子用98%的H2SO4處理2.5 min破除硬實，清水沖洗30 min后，用2% NaClO消毒5 min，蒸餾水沖洗干凈。選取預處理后的黃芪種子，放入恒溫培養箱中浸種催芽，待種子露白后播種于口徑高為8 cm×8 cm裝有蛭石的育苗缽內，在人工光照氣候室內培養，培養溫度(22±1)℃，濕度70%，光照3000 Lx，用1/4 Hoagland營養液等量澆灌。幼苗二葉期時定苗，每缽定苗15株，在幼苗生長51 d，10 cm高時進行1.2.1處理。早8:00和晚18:00分別根施處理液5 ml，每組處理3重復，處理7 d后，剪取所有葉片測定生理指標。

1.2.3 生理指標的測定

相對葉綠素含量采用TYS-A型葉綠素測定儀測定[9]；脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮顯色法測定[9]；丙二醛(MDA)含量采用TBA法測定[9]；相對質膜透性采用電導儀法測定[9]；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑(NBT)顯色法測定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚法測定，過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法測定[9]。

1.3 數據處理

應用SPSS16.0軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，Duncn's新復極差法進行多重比較(P<0.05)，Origin 8.0繪圖。

2 結果與分析

2.1 REE對干旱脅迫下黃芪幼苗葉綠素含量的影響

由圖1可以看出，在P(干旱脅迫)處理下，蒙古黃芪和膜莢黃芪幼苗的葉綠素含量顯著降低，較CK下降了28.86%、25.02%。干旱脅迫下根施REE后，2種黃芪幼苗的葉綠素含量均出現升高，在T1處理時升至CK水平，在T3處理時達到最大值，蒙古黃芪和膜莢黃芪分別較P處理升高了103.27%、99.53%；在T4處理時，2種黃芪幼苗葉綠素含量較干旱脅迫處理的升幅較小，且均低于CK。

圖1 REE對干旱脅迫下黃芪幼苗葉綠素含量的影響Fig. 1 Effects of REE on chlorophyll contents of A. membranaceus seedlings under drought stress

2.2 REE對干旱脅迫下黃芪幼苗葉片滲透調節物質含量的影響

干旱脅迫會引起黃芪幼苗中可溶性糖和Pro等滲透調節物質含量的變化。由圖2可以看出，在P～T4處理下，2種黃芪幼苗的Pro含量呈現“先上升，后下降”的趨勢，在T3處理時達到最大值，然后開始下降。在P處理下，2種黃芪幼苗的Pro含量均高于CK，與CK間均存在顯著性差異(P<0.05)。T3處理時，蒙古黃芪中的Pro含量與P處理相比，增加了122.38%，膜莢黃芪增加了107.27%。T1、T4處理時，2種黃芪幼苗的Pro含量差異不大(P>0.05)。

圖2 REE對干旱脅迫下黃芪幼苗Pro含量的影響Fig. 2 Effects of REE on proline contents of A. membranaceus seedlings under drought stress

2.3 REE對干旱脅迫下黃芪幼苗葉片活性氧相關物質代謝的影響

干旱脅迫對黃芪幼苗葉片中的MDA含量和相對質膜透性均有一定的影響。由圖3可以看出，P處理導致蒙古黃芪和膜莢黃芪幼苗的MDA含量大幅升高，分別比CK增加171.38%、206.71%。干旱脅迫下根施REE后，蒙古黃芪和膜莢黃芪幼苗的MDA含量開始下降，在T3處理時降幅最大，分別較P處理下降了62.11%、58.69%，降至CK值附近，且T3處理與CK間不存在顯著性差異(P>0.05)。

圖3 REE對干旱脅迫下黃芪幼苗MDA含量的影響Fig. 3 Effects of REE on MDA contents of A. membranaceus seedlings under drought stress

由圖4可以看出，在P處理時，蒙古黃芪和膜莢黃芪幼苗相對質膜透性達到最大值，分別為CK的184.38%、180.24%。干旱脅迫下根施REE后，2種黃芪幼苗相對質膜透性均出現了“先降后升”的現象，在T1～T3處理時逐漸下降，但在T4處理后升高。T4處理時，膜莢黃芪幼苗相對質膜透性升至P處理的91.31%，兩者間無顯著性差異(P>0.05)。

2.5 REE對干旱脅迫下黃芪幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

干旱脅迫及增施REE對黃芪幼苗葉片中的SOD、POD和CAT活性均有一定程度的影響。由圖5可以看出，P～T4處理下的蒙古黃芪和膜莢黃芪幼苗中SOD活性均呈“先上升后下降”的趨勢，其中T3處理時SOD活性最大，與P處理相比升高了38.13%、43.47%。在T4處理時，蒙古黃芪幼苗SOD活性較P處理升高了5.92%，膜莢黃芪幼苗升高了2.26%，2種黃芪幼苗中的SOD活性均與P處理間無顯著性差異(P>0.05)。

圖4 REE對干旱脅迫下黃芪幼苗相對質膜透性的影響Fig. 4 Effects of REE on relative plasmas membrane permeability of A. membranaceus seedlings under drought stress

圖5 REE對干旱脅迫下黃芪幼苗SOD活性的影響Fig. 5 Effects of REE on SOD activities of A. membranaceus seedlings under drought stress

圖6 REE對干旱脅迫下黃芪幼苗POD活性的影響Fig. 6 Effects of REE on POD activities of A. membranaceus seedlings under drought stress

由圖6可以看出，P～T3處理下的蒙古黃芪和膜莢黃芪幼苗中POD活性均不斷升高，T3處理時POD活性達到最大值，與P處理相比升高了57.77%、71.28%。T4處理時，2種黃芪幼苗POD活性低于T3處理，兩者間存在顯著性差異(P<0.05)。

由圖7可以看出，在P～T4處理下，蒙古黃芪和膜莢黃芪幼苗中CAT活性均呈“先上升后下降”的趨勢，在T3處理時達到最大值，分別較P處理升高了47.99%、44.86%。在T4處理時CAT活性下降，蒙古黃芪和膜莢黃芪幼苗中CAT活性較P處理增加了2.11%、-1.02%，T4處理與P處理間均無顯著性差異(P>0.05)。

圖7 REE對干旱脅迫下黃芪幼苗CAT活性的影響Fig. 7 Effects of REE on CAT activities of A. membranaceus seedlings under drought stress

3 討論與結論

葉綠素是植物光合作用中最重要的物質之一，也是反映葉片損傷程度最直接的指標[10]。本研究表明，經過干旱脅迫后，2種黃芪幼苗葉綠素含量與對照相比均大幅下降，說明干旱脅迫破壞了光合色素的合成，這與吳嘉雯等的研究結論相似[11]。施加0.05%～0.50%REE后，2種黃芪幼苗的葉綠素含量均出現升高，以0.30%REE處理下升幅較大，說明適量REE可以保護黃芪葉綠體結構的完整性，有利于植物的正常生長；Pro是植物內重要的滲透調節物質，干旱條件下，Pro的含量增加能提高植物抗滲透脅迫的能力[12]。本研究表明，干旱脅迫下2種黃芪幼苗Pro含量迅速增加，施加0.05%～0.50%REE后，Pro含量進一步大量累積，在0.30%REE處理下達到最大值，說明適量的REE能夠調控黃芪幼苗中Pro的合成，增強滲透調節能力，提高抗旱性。

質膜相對透性和MDA含量是反映細胞膜系統受到傷害程度和膜脂過氧化程度的重要指標[13]。本研究表明，干旱脅迫下2種黃芪幼苗的質膜相對透性和MDA含量均大幅升高；施加0.05%～0.50%REE后，2種黃芪幼苗的質膜相對透性和MDA含量均出現下降，說明適量的REE能夠緩解膜脂過氧化反應，減輕膜損傷，保護膜系統功能。

干旱脅迫會造成植物細胞膜損傷，呼吸速率降低，同時產生大量活性氧(ROS)[14]。SOD、POD和CAT是與植物抗逆相關的抗氧化關鍵酶，植物通過調節這些酶活性，保持活性氧代謝平衡，以減緩細胞內活性氧自由基積累和膜脂過氧化傷害[15]。本研究表明，干旱脅迫下2種黃芪幼苗的SOD、CAT、POD活性均出現升高，說明黃芪幼苗可通過調節自身抗氧化酶的活性來緩解一定程度的干旱脅迫傷害；在施加0.05%～0.50%REE后，2種黃芪幼苗的SOD、CAT、POD 活性均呈“先上升，后下降”的趨勢，說明REE能夠協同調控抗氧化酶系統，減少氧化傷害，但調控作用具有一定的閾值，過量REE的調控作用會減弱。

綜上所述，干旱脅迫會對2種黃芪幼苗的正常生長造成抑制，適量的REE能有效緩解抑制作用，提高幼苗的抗旱性。其中，以根施0.30%稀土微肥處理的緩解效果較好。