施用菇渣对盐胁迫下大麦苗期抗氧化酶活性及离子吸收的影响
[丁能飞
, 郭彬, 林义成, 刘琛, 李华, 李凝玉, 傅庆林* ]
, 郭彬, 林义成, 刘琛, 李华, 李凝玉, 傅庆林]
引用本文
丁能飞, 郭彬, 林义成, 刘琛, 李华, 李凝玉, 傅庆林. 施用菇渣对盐胁迫下大麦苗期抗氧化酶活性及离子吸收的影响[J]. 浙江农业科学, 2018,59(10):1801-1804 
doi: 10.16178/j.issn.0528-9017.20181023
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施用菇渣对盐胁迫下大麦苗期抗氧化酶活性及离子吸收的影响
作者简介:丁能飞(1977—),男,浙江宁海人,副研究员,硕士,从事海涂综合利用与生态环境研究工作,E-mail:canfly007@hotmail.com。
摘要
以浙麦5819为实验材料,探讨施用不同量的菇渣对盐胁迫下大麦鲜重、干重、丙二醛(MDA)含量、矿质离子吸收,以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性的影响。结果表明,适量施用菇渣(2%)可显著提高大麦叶片SOD、POD、CAT活性,减轻膜脂过氧化程度,降低MDA含量,从而缓减盐胁迫对细胞的伤害。盐胁迫下,施用不同量的菇渣均可提高植株体内K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+值,这说明施用菇渣可以在一定程度上维持植株体内各离子的均衡。此外,适量施用菇渣(2%)还能促进大麦苗期生长,增加大麦鲜重与干重。
关键词:
菇渣; 大麦; 盐胁迫; 抗氧化; 离子吸收
中图分类号:S156.4
文献标志码:A
文章编号:0528-9017(2018)10-1801-04
土壤盐渍化是制约农业发展的重要因素之一[1]。全球可耕地面积中, 约10%的土壤受到不同程度的盐碱化影响。随着工业污染加剧、灌溉农业发展, 以及化肥使用不当等, 土壤次生盐渍化问题呈不断加剧趋势, 给农业生产带来了重大损失[2]。盐胁迫对植物造成的主要危害有离子毒害、渗透胁迫、营养失衡, 以及盐胁迫的次级反应, 如氧化胁迫等。盐胁迫会诱导植物体内活性氧大量产生, 如单线态分子氧、羟自由基、超氧阴离子和过氧化氢等[3]。这些活性氧会导致膜脂过氧化或膜脂脱脂, 从而破坏膜结构, 使膜差别透性消失, 产生一系列有害的生理生化变化。
菇渣是食用菌栽培过程中收获产品后剩下的培养基废料。我国是世界上最大的食用菌生产国, 自2013年起产量已超3 000万t, 占世界总产量的70%以上[4]。随着食用菌产业的快速发展, 每年有大量的食用菌菌渣产生。由于得不到及时有效的处理和处置, 食用菌生产区大量菇渣堆积。菌渣废料富含营养, 适宜病虫杂菌滋生繁衍, 被雨水淋失后产生大量的有机废水, 不仅危害食用菌产业自身发展, 而且成为村镇环境卫生和河道水源的严重污染源。由菌渣废料导致的环境污染问题日益凸显, 严重制约我国食用菌产业的可持续发展[5, 6]。目前, 菇渣的主要利用途径有生产有机肥、果蔬栽培基质、饲料等[7, 8, 9], 但关于将其作为土壤改良剂应用于滨海盐土却鲜见报道。本研究以浙麦5819为实验材料, 探讨不同菇渣施用量在盐胁迫下对大麦鲜重、干重, 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性, 丙二醛(MDA)含量及矿质离子吸收的影响, 旨在为菇渣的合理施用及滨海盐土改良提供科学依据, 使菇渣变废为宝, 实现农业废弃物资源化利用, 保障食用菌菇产业的可持续发展, 同时助推滨海盐土改良利用。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试品种。浙麦5819品种大麦, 由浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所提供。
供试土壤。采自上虞96丘的滨海盐土, 风干过筛去除杂质后备用。土壤性质:全氮0.91 g· kg-1, 有机质15.37 g· kg-1, 速效氮62.30 mg· kg-1, 速效磷10.63 mg· kg-1, 速效钾143.29 mg· kg-1, 电导率(EC)0.70 mS· cm-1, pH值(H2O)8.25。
供试菇渣。采自平湖市盛龙果蔬园艺场, 为双孢蘑菇栽培后的菌渣。菌渣理化性质:全氮19.7 g· kg-1, 全磷4.82 g· kg-1, 全钾11.8 g· kg-1, 有机质395 g· kg-1, 速效氮1 328 mg· kg-1, 速效磷576 mg· kg-1, 速效钾3 292 mg· kg-1, EC 1.94 mS· cm-1, pH值(H2O)7.56。
1.2 处理设计
采用盆栽实验, 实验用钵为高12 cm、直径10 cm的塑料钵, 每钵装土0.6 kg, 施尿素0.216 g、磷酸二氢钾0.096 g、硫酸钾0.124 g。钵内套塑料袋(防止盐分随水流失)。菇渣施用量设4个处理:CK(不施菇渣)、施菇渣1%、施菇渣2%、施菇渣3%。每处理10盆。装盆前将菇渣与土壤、肥料充分混匀, 每钵播20粒种子, 出苗后留8株。称重浇水, 保持土壤水分为田间持水量的75%。
5叶1心期每处理取5盆进行盐胁迫处理, 每钵加盐水180 mL(浓度10 g· L-1), 分3次加入, 另外5盆加清水。盐胁迫处理一周后取功能叶片分析SOD、POD、CAT活性和MDA含量。盐胁迫处理30 d后, 取地上部, 分别称重, 分析K、Na、Ca、Mg含量。所有测定均重复3次。
1.3 分析方法
SOD活性。取0.5 g叶片于冰冻研钵中, 分次加8 mL预冷的0.05 mol· L-1 BPS[4, 4’ -硫代双(6-特丁基-3-甲基苯酚)](pH 7.8)在冰浴上研磨成浆, 4 ℃、5 000 r· min-1离心15 min, 上清液即为粗酶液。采用NBT(氮蓝四唑)光化还原法[10]测定酶活性, 以抑制NBT光化还原50%的酶量为1个酶活单位。
POD活性。取叶片0.5 g于冰冻研钵中, 分次加8 mL预冷的0.05 mol· L-1 BPS(pH 6.0)在冰浴上研磨成浆, 4 ℃、5 000 r· min-1离心15 min, 上清液即为粗酶液。采用愈创木酚法[11]测定酶活性, 以1 min D470变化0.01为1个过氧化物酶活性单位(U)。
CAT活性。酶液提取方法同SOD, 活性测定方法为紫外吸收法[12], 以1 min内D240减少0.1的酶量为一个酶活性单位(U)。
酶液中可溶性蛋白。酶液提取方法同SOD, 测定方法为紫外吸收法[13], 用0.1 mol· L-1 pH 7.0的磷酸缓冲液稀释后, 用紫外分光光度计分别在280 nm和260 nm波长下读取吸光值, 以pH 7.0的磷酸缓冲液为空白调零, 计算蛋白质浓度。
MDA含量。采用《植物生理生化实验原理和技术》[13]中的方法进行测定。
植株K、Na、Ca、Mg含量。样品经HNO3-HClO4-H2SO4(体积比8: 1: 1)消化后, 用美国Pekin-Elmer AA800原子吸收分光光度计测定。
1.4 数据统计分析
所有数据在Statistica 10.0软件上进行多因素方差分析, 对有显著差异的处理采用新复极差法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 对大麦生长的影响
从图1可以看出, 盐胁迫显著抑制了大麦幼苗的生长, 降低了大麦的干重与鲜重。在不加盐处理下, 施用1%~3%的菇渣均可不同程度地促进大麦生长, 增加大麦鲜重与干重。在加盐处理下, 施用1%与2%的菇渣均可提高大麦的鲜重与干重, 施2%菇渣与CK相比, 大麦鲜重与干重分别增加了10.5%与5.2%。施用菇渣后可促进大麦生长, 可能是因为菇渣质地疏松, 且富含有机质与植物必需的氮磷钾元素。但值得注意的是, 在盐胁迫条件下, 菇渣施用量不宜过高, 不然不仅起不到促生的效果, 还会带来副作用, 如本实验条件下, 施用3%菇渣的大麦鲜重与干重相较CK均有小幅下降。
 | 图1 施用菇渣对盐胁迫下单盆大麦鲜重、干重的影响 |
2.2 对大麦叶片MDA含量的影响
植物在逆境条件下, 往往发生膜脂过氧化作用, MDA是其主要产物之一, 其含量高低是反映细胞膜脂过氧化作用强弱的重要指标。从图2可以看出, 在不加盐处理下, 不同菇渣施用量处理下, 大麦MDA含量基本处于同一水平(6.0~6.7 mmol· g-1)。加盐处理后, 大麦MDA含量均有不同程度升高, 其中, CK升幅最高(59.9%), 其次是3%菇渣处理(32.6%), 再次是1%菇渣处理(25.8%), 而2%菇渣处理的升幅最低(15.4%)。这说明施用菇渣可在一定程度上减轻盐胁迫带来的细胞膜脂过氧化程度, 降低大麦叶片中MDA的含量。
 | 图2 施用菇渣对盐胁迫下大麦叶片MDA含量的影响 |
2.3 对大麦叶片抗氧化酶系统的影响
SOD是生物体内清除超氧自由基的酶之一。在植物正常生长条件下, SOD含量一般较低, 当遇到外界胁迫时, SOD活性升高, 植物抗逆能力增强。从图3可以看出, 在不加盐处理下, 施用菇渣各处理的大麦叶片SOD活性较CK均有一定程度的提高, 但不同菇渣施用量间并无显著差异。在加盐处理下, 施用1%菇渣的大麦叶片SOD活性与CK基本一致, 而施用2%或3%菇渣的大麦叶片SOD活性较CK分别增加了16.0%和6.9%。
 | 图3 施用菇渣对盐胁迫下大麦SOD活性的影响 |
POD是植物体内普遍存在的、活性较高的一种氧化还原酶, 以过氧化氢为电子受体催化底物氧化, 主要存在于细胞的过氧化物酶体中, 以铁卟啉为辅基, 具有消除过氧化氢的作用。从图4可以看出, 无论是在不加盐还是在加盐处理下, 施用菇渣均可显著提高大麦叶片中POD的活性。在加盐处理下, 施用1%、2%、3%菇渣的大麦叶片POD活性分别比CK提高了53.5%、65.3%、64.3%。
 | 图4 施用菇渣对盐胁迫下大麦POD活性的影响 |
CAT是抗氧化系统中重要的一种酶, 是以铁卟啉为辅基的结合酶, 可促使过氧化氢(H2O2)分解为分子氧和水, 从而使细胞免于遭受H2O2的毒害, 是生物防御体系的关键酶之一。从图5可以看出, 在不加盐处理下, 不同菇渣施用量之间大麦CAT活性基本一致, 无显著差异。但在加盐处理下, 施用1%或2%菇渣的大麦叶片CAT活性较CK明显上升, 分别增加9.2%和24.4%, 而施用3%菇渣的大麦叶片CAT活性与CK相比并无显著差异。
 | 图5 施用菇渣对盐胁迫下大麦CAT活性的影响 |
2.4 对大麦离子吸收的影响
从表1可以看出, 盐胁迫下, 大麦中K+含量明显下降, 而Na+、Ca2+、Mg2+含量则有不同程度的上升。在盐胁迫下, 施用菇渣能明显减少植株体内Na+含量, 也会增加植株体内Ca2+含量。不同菇渣处理间K+含量无显著差异。进一步的分析表明, 盐胁迫下施用菇渣可提高植株体内K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+, 说明施用菇渣可以在一定程度上维持植株体内各离子的均衡。
 | 表1 施用菇渣对盐胁迫下大麦离子含量的影响 |
3 讨论
盐胁迫下植物体内活性氧的积累是导致盐害的主要原因之一。在正常生长情况下, 植物细胞内活性氧的产生和清除处于动态平衡, 不会伤害细胞, 而盐胁迫会引发细胞内活性氧的过量产生与积累, 导致膜脂过氧化和脱脂化, 破坏细胞结构和功能, 引起MDA含量升高。本研究表明, 适量施用菇渣(2%)可显著提高大麦叶片中SOD、POD与CAT活性, 减轻膜脂过氧化程度, 降低MDA含量, 从而缓解盐胁迫对细胞的伤害。
盐胁迫还会造成植株体内营养失衡, 尤其是Na+的过量积累会引起离子毒害和其他矿质营养元素比例失调。由于Na+和K+有相似的离子半径, 两者之间会相互竞争转运体的同一结合位点, 所以Na+往往利用K+的途径进入植物体内, Na+和K+之间的相互竞争会导致植株K+含量的明显下降。本研究表明, 盐胁迫下大麦植株体内Na+含量明显升高、K+含量明显下降, 而施用菇渣可明显降低大麦植株Na+含量、增加Ca2+含量, 并且增加了K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+。这可能也是施用菇渣后大麦耐盐性增强的一个重要原因。Khan等[14]研究发现, 盐胁迫会增加作物对Na+的吸收, 降低对K+的吸收; Gregorio等[15]在水稻上研究也发现, 盐胁迫显著降低了K+/Na+。研究表明, 盐胁迫下, 维持植株体内各离子的平衡, 提高K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+, 对增强植株的耐盐性具有重要作用[16, 17]。
生物量是植物对盐胁迫反应的综合体现, 也是反映植物耐盐性的直接指标。本研究表明, 适量施用菇渣(2%)能促进大麦苗期生长, 增加大麦的鲜重与干重。但本研究仅仅是盆栽实验的一个初步结果, 由于大田情况更为复杂, 相关结论还须在田间验证。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献:
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