鹽堿脅迫下不同時期疊加噴施BR對甜菜產量和品質的作用效果

張瀚文 劉丹 王雪瑞 李望舒 盧強 王樹峰 趙佳楠 王玉波 張賀 李彩鳳

（東北農業大學農學院，150038，黑龍江哈爾濱）

甜菜是我國北方主要的經濟作物，類型主要包括糖用、飼用、食用和葉用。其中，糖用甜菜是制糖工業的主要原料之一，提供世界用糖總量的1/5[1-2]，除此之外，糖用甜菜還是畜牧業的飼料和生物能源后備力量，具有較高的經濟價值。黑龍江省甜菜種植已有100 多年的歷史，目前甜菜種植面積約6333hm2[3-4]，對于全國甜菜制糖業發展具有重要的作用。

土壤鹽堿化始終是制約農業發展的重要自然因素[5]。據統計，我國鹽堿土面積約3.6 億hm2[6]，是世界上受鹽堿化危害最大地區之一。土壤鹽堿化嚴重限制農作物的生長，導致鹽堿地區土壤利用率低、植被稀少[7-9]。因此，充分發掘耐鹽堿作物對促進農業良性發展具有積極的現實意義。甜菜具有較強的耐鹽堿能力[10-11]，在鹽堿地種植甜菜可緩解經濟作物與糧食作物爭地的矛盾。然而，土壤過度鹽堿化會直接影響甜菜的光合效率，從而影響甜菜的塊根品質，導致甜菜塊根非糖類物質增多，含糖率下降，進而造成品質降低，經濟效益受損[12]。因此，探討緩解鹽堿脅迫的技術措施具有重要意義。通過外源噴施油菜素內酯（BR）能提高甜菜植株的光合能力和干物質積累量，增強其在逆境脅迫下的抗逆能力，使其保持較高的光合作用，進而提高作物后期的產量和品質[13-16]。目前的研究大都集中在某個重要的生長時期，對于不同生育時期疊加施用BR 對甜菜產量和品質影響方面的研究較少?；诖?，本研究通過在甜菜生長的幾個關鍵期疊加噴施BR，探究其對產量和品質的提升作用，為BR 在甜菜抗逆栽培的應用提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為甜菜品種KWS0143，產自德國艾恩貝克。

1.2 試驗設計

試驗于2018 年在東北農業大學農學院盆栽場（126°73′E，45°74′N）進行，土壤類型為該地區典型的黑鈣土。試驗地土壤（0～20cm）pH 7.65，基礎養分狀況為有機質35.66g/kg、堿解氮176.27mg/kg、速效磷 83.30mg/kg、速效鉀153.20mg/kg。

采用桶栽方式，每桶裝10kg 過篩的東北黑鈣土。土壤過0.5cm 篩風干，將鹽堿（Na2CO3:NaHCO3:Na2SO4:NaCl=1:2:2:4）按照Na+濃度達到風干土壤的3‰模擬大田種植環境，土壤pH=9.15，屬于混合鹽堿脅迫?；室约僋 180kg/hm2、P2O590kg/hm2、K2O 90kg/hm2作為基肥在播種前全部施入土中。在5 月5 日上午播種，每桶于中心位置播1 穴，共10 粒種子，每個處理30 桶。在三葉期間苗，每桶保證留1 株壯苗。分別在6 月25 日（葉叢形成期，播種后50d）、8 月1 日（塊根膨大期，播種后85d）、9 月6 日（糖分積累期，播種后120d）葉面施用40mL 0.15mg/kg BR 溶液。試驗共5 個處理，分別為葉叢形成期+塊根膨大期噴施BR（QZ）、塊根膨大期+糖分積累期噴施BR（ZH）、葉叢形成期+糖分積累期噴施BR（QH）和葉叢形成期+塊根膨大期+糖分積累期噴施BR（QZH），以等量清水為對照（CK）。

于10 月1 日收獲，收獲時每個處理選擇10 株長勢基本一致的植株，去掉根頭和根尾，用電子秤稱重，測定產量及含糖率。同樣采用10 月1 日取樣的甜菜進行品質指標（甜菜堿、氨基酸、蛋白質、硝酸根離子）試驗分析。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 RuBP 羧化酶活性 取1g 新鮮甜菜葉片，研缽內加入液氮冷凍充分研磨，加入10mL 磷酸緩沖液（pH 7.4）研磨成勻漿，在4℃低溫條件下4000轉/min 離心20min，吸取上清液暫時保存于4℃冰箱待用。利用上海酶聯生物科技有限公司提供的酶聯免疫分析試劑盒于450nm 波長測定樣品吸光值，通過標準曲線計算甜菜葉片中RuBP 羧化酶活性。

1.3.2 葉綠素含量 采用乙醇提取法[17]測定葉綠素含量。

1.3.3 葉綠素熒光參數 利用PAM-2500 便攜式脈沖調制葉綠素熒光儀，于晴朗的上午9:00-10:00選擇完全展開且長勢一致的功能葉片（盡量避開葉脈）測定光合系統Ⅱ實際光能轉換效率（YⅡ）、光化學猝滅（qL）和非光化學猝滅（NPQ）等參數，每個處理重復3 次。

1.3.4 甜菜堿含量 采用雷氏鹽法[18]測定甜菜堿含量。精確稱取甜菜干樣品1g，加蒸餾水25mL 并攪拌，加熱10min，冷卻至室溫后加95%乙醇萃取，8000 轉/min 離心20min，加入5mL 雷氏鹽溶液混合，冷卻30min，用70%丙酮溶解，在525nm 處測吸光度。

1.3.5 氨基酸和蛋白質含量 采用茚三酮顯色法[19]測定氨基酸含量；采用考馬斯亮藍法[20]測定蛋白質含量。

1.3.6 NO3-含量 采用紫外分光光度法[21]測定NO3-含量，NO3-中含有-N=O 基團，該基團在紫外光區有強烈的吸收，并且吸光度與其含量之間的關系遵從朗伯―比爾定律。

1.3.7 還原糖和蔗糖含量 采用3,5-二硝基水楊酸法[22]測定還原糖含量，采用間苯二酚比色法[23]測定蔗糖含量。

1.3.8 產量及含糖率 收獲時選擇10 株長勢基本一致的植株，去掉根頭和根尾，用電子秤稱重。利用便攜式折光儀測定含糖率。

1.4 數據處理

利用Office 2016 軟件進行數據處理并繪制圖表，利用SPSS 23.0 軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 疊加噴施BR 對甜菜葉片RuBP 羧化酶活性的影響

隨著生育期的推進，RuBP 羧化酶活性呈緩慢上升趨勢。在葉叢形成期（6 月25 日）噴施BR，分別在7 月4 日（播種后60d）和7 月22 日（播種后75d）進行采樣，由表1 可知，2 次樣品的RuBP羧化酶活性變化較小，7 月22 日略高于7 月4 日，2 次取樣CK 處理的RuBP 羧化酶活性與ZH 處理相差不大，相對于其他處理偏低，QZH 處理的RuBP 羧化酶活性最高。在糖分積累期（8 月1 日）噴施BR，分別在8 月10 日和8 月28 日進行采樣，QH 處理的RuBP 羧化酶活性最高，約為CK 處理的2 倍，ZH 處理略高于CK 處理。9 月15 日QH處理的RuBP 羧化酶活性達到最大值，顯著高于其他處理。

表1 不同時期疊加噴施BR 對RuBP 羧化酶活性的影響Table 1 Effects of superimposed spraying of BR on RuBP carboxylase activities in different periods μmol/(mL?h)

2.2 疊加噴施BR 對甜菜葉片光合色素含量的影響

葉綠素a 是光合作用中捕獲光能的重要成分。如表2 所示，各處理之間葉綠素a 含量隨生育期而變化。7 月4 日和7 月22 日，QZ、QH 和QZH 處理間差異不顯著，CK 和ZH 處理葉綠素a 含量較低；8 月10 日取樣發現，ZH 處理最低，分別低于CK、QZ、QH、QZH 處理30.82%、15.39%、13.75%和30.75%；8 月28 日，各處理之間差異顯著，CK處理葉綠素a 含量最低；9 月15 日，QZ、ZH 和QZH 處理之間差異不顯著，但顯著高于CK 處理。通過不同時期疊加噴施BR 可以提高葉綠素a 含量，QZ 和QZH 處理的作用效果較好，有利于促進甜菜葉片光合作用，為后期提高甜菜產量和質量打下基礎。

表2 不同時期疊加噴施BR 對葉綠素a 含量的影響Table 2 Effects of superimposed spraying of BR on chlorophyll a contents in different periodsmg/g FW

如表3 所示，7 月4 日葉綠素b 含量在5 次取樣中最高，QZ、QH 和QZH 處理間差異不顯著，但顯著高于CK 和ZH 處理；7 月22 日和8 月10日取樣發現，各處理之間葉綠素b 含量差異不顯著；8 月28 日，QZ、ZH、QH 和QZH 處理之間差異不顯著，但與CK 處理相比分別提高了56.69%、53.16%、44.74%和58.65%；9 月15 日取樣發現，CK 處理葉綠素b 含量最低，ZH、QH、QZH 處理與CK 處理相比差異顯著。通過不同時期取樣可知，不同時期疊加噴施BR 可以提高甜菜中葉綠素b 含量，QZH 處理能夠穩定提高葉綠素b 的含量。

表3 不同時期疊加噴施BR 對葉綠素b 含量的影響Table 3 Effects of superimposed spraying of BR on chlorophyll b contents in different periodsmg/g FW

如表4 所示，7 月4 日，QZ、QH、QZH 處理之間類胡蘿卜素差異不顯著，ZH 處理僅比CK 處理高4.34%；7 月22 日，CK 和ZH 處理類胡蘿卜素含量顯著低于其他處理；8 月10 日取樣發現，ZH 處理類胡蘿卜素含量與其他處理相比分別降低24.11%、25.07%、11.67%和29.67%；8 月28 日，ZH 和CK 處理差異不顯著，且低于其他處理；9月15 日發現，CK 和ZH 處理差異不顯著，且與QZ、QH 和QZH 處理相比，其類胡蘿卜素含量較低。通過不同時期取樣可知，疊加噴施BR 可以提高類胡蘿卜素的含量，ZH 處理的作用效果較差，說明塊根膨大期和糖分積累期疊加噴施BR 的效果不理想。

表4 不同時期疊加噴施BR 對類胡蘿卜素含量的影響Table 4 Effects of superimposed spraying of BR on carotenoid contents in different periodsmg/g FW

2.3 疊加噴施BR 對甜菜熒光參數的影響

如表5 所示，7 月4 日，QZ、ZH、QH 和QZH處理YⅡ較CK 分別提高11.96%、5.23%、11.18%和16.30%，且QZ、QH 和QZH 處理之間差異不顯著；7 月22 日，QZ、QH、ZH 和QZH 處理較CK處理分別提高14.53%、3.91%、8.48%和17.21%，QZ 與QZH 處理間差異不顯著；8 月28 日各處理之間差異不顯著；9 月15 日取樣發現，QZ、ZH、QH 和QZH 處理與CK 處理相比分別提高2.38%、4.03%、3.93%和5.55%，ZH 與QH 處理間差異不顯著。通過5 次取樣發現，疊加噴施BR 后，甜菜葉片YⅡ高于CK 處理。

表5 不同時期疊加噴施BR 對葉片YⅡ的影響Table 5 Effects of superimposed spraying of BR on the YⅡof leaves in different periods

由表6 可知，9 月15 日的葉片qL與其他4 次取樣相比較低。7 月4 日，QZ、QH、QZH 處理之間差異不顯著，CK 處理比ZH 處理高0.86%；7 月22 日，CK 和ZH 處理qL顯著低于其他處理；8 月10 日取樣發現，各處理之間差異不顯著；8 月28日，與其他處理相比，CK 處理分別降低于38.85%、14.06%、18.13%和40.13%；9 月15 日發現，CK處理顯著低于與其他處理，QZH 處理最高，與CK相比提高53.01%。

表6 不同時期疊加噴施BR 對葉片qL 的影響Table 6 Effects of superimposed spraying of BR on leaf qL in different periods

由表7 可知，8 月10 日的NPQ與其他4 次取樣相比較低。7 月4 日，CK、QZ、ZH 和QH 處理之間差異不顯著，QZH 處理最低，CK 處理比QZH處理高27.78%；7 月22 日，CK 處理NPQ顯著高于其他處理；8 月10 日和8 月28 日取樣發現，各處理之間差異不顯著；9 月15 日CK 處理最高，CK 處理與其他處理相比分別提高16.26%、9.84%、10.07%和19.84%。

表7 不同時期疊加噴施BR 對葉片NPQ 的影響Table 7 Effects of superimposed BR spraying on leaf NPQ in different periods

2.4 光合參數及光系統各參數相關性分析

由表8 可知，葉綠素a 含量與類胡蘿卜素含量、YⅡ和qL之間呈極顯著正相關，與NPQ呈顯著負相關；類胡蘿卜素含量與YⅡ和qL之間呈極顯著正相關，與NPQ呈極顯著負相關；YⅡ與qL之間呈極顯著正相關，與NPQ呈極顯著負相關。

表8 光合參數及光系統Ⅱ各參數相關性分析Table 8 Correlation analysis of photosynthetic parameters and parameters of photosystem II

2.5 疊加噴施BR 對甜菜塊根有害氮含量的影響

2.5.1 對甜菜堿含量的影響 如圖1 所示，不同時期疊加噴施BR 均能顯著降低甜菜塊根的甜菜堿含量。與CK 相比，QZ、ZH、QH 和QZH 處理塊根的甜菜堿含量分別顯著降低13.04%、13.41%、27.17%和34.06%（P＜0.05）。QZ 處理與ZH 處理差異不顯著，QZH 處理甜菜堿含量顯著低于其他處理，說明在甜菜生長的3 個關鍵時期聯合噴施BR 對甜菜堿合成的抑制效果最好。

圖1 不同時期疊加噴施BR 對甜菜堿含量的影響Fig.1 Effects of superimposed spraying BR on betaine contents in different periods

2.5.2 對氨基酸和蛋白質含量的影響 如圖2a 所示，不同時期疊加噴施BR 均顯著降低甜菜塊根的氨基酸含量。與CK 相比，QZ、ZH、QH 和QZH處理的氨基酸含量分別顯著降低5.89%、5.55%、6.86%和6.89%（P＜0.05）。QZ、ZH、QH 和QZH處理之間差異不顯著。如圖2b 所示，不同時期疊加噴施BR 均明顯降低甜菜塊根的蛋白質含量。與CK 處理相比，QZ、ZH、QH 和QZH 處理的蛋白質含量分別降低13.30%、4.33%、14.04%和3.25%（P＜0.05）。QZ 和QH 處理蛋白質含量顯著低于其他處理，但二者之間差異不顯著，說明在甜菜生長的葉叢形成期和塊根膨大期或者葉叢形成期和糖分積累期疊加噴施BR 對蛋白質合成的抑制效果較好。

圖2 不同時期疊加噴施BR 對氨基酸和蛋白質含量的影響Fig.2 The effects of superimposed spraying BR on the contents of amino acid and protein in different periods

2.5.3 對NO3-含量的影響 由圖3 可知，不同時期疊加噴施BR 均顯著降低甜菜塊根的NO3-含量。與CK 處理相比，QZ、ZH、QH 和QZH 處理的NO3-含量分別顯著降低17.85%、6.74%、20.09%和32.16%，QZ 和QH 處理之間差異不顯著，QZH 處理NO3-含量顯著低于其他處理，說明在甜菜生長的3 個關鍵時期聯合噴施BR 對塊根中硝酸鹽積累的抑制效果最明顯。

圖3 不同時期疊加噴施BR 對NO3-含量的影響Fig.3 Effects of superimposed spraying of BR on NO3-contents in different periods

2.6 疊加噴施BR 對還原糖和蔗糖含量的影響

如圖4 可知，不同時期疊加噴施BR 均顯著降低甜菜塊根的還原糖含量，增加蔗糖含量。與CK處理相比，QZ、ZH、QH 和QZH 處理塊根的還原糖含量分別顯著降低41.37%、51.27%、49.43%和55.10%（P＜0.05）。ZH 與QH 處理還原糖含量差異不顯著，QZH 處理還原糖含量顯著低于其他處理。與CK 處理相比，QZ、ZH、QH 和QZH 處理塊根的蔗糖含量分別顯著提高27.21%、10.20%、23.82%和30.85%（P＜0.05）。QZ 與QH 處理蔗糖含量差異不顯著。QZH 處理蔗糖含量顯著高于其他處理，還原糖含量顯著低于其他處理，說明在甜菜生長的3 個關鍵時期聯合噴施BR 對蔗糖合成的促進效果最好。

圖4 不同時期疊加噴施BR 對還原糖和蔗糖含量的影響Fig.4 Effects of superimposed spraying BR on the contents of reducing sugar and sucrose in different periods

2.7 疊加噴施BR 對甜菜塊根產量、含糖率和產糖量的影響

由表9 可知，不同時期疊加噴施BR 均明顯提高甜菜塊根產量。與CK 相比，QZ、ZH、QH 和QZH 處理塊根產量分別明顯增加9.88%、0.19%、12.58%和7.59%（P＜0.05），QZ、QH 和QZH 處理間差異不顯著。葉叢形成期噴施BR 對提高甜菜產量的效果最好；葉叢形成期和糖分積累期噴施BR 可進一步促進產量的形成，塊根膨大期噴施BR對產量沒有顯著的促進作用。不同時期疊加噴施BR 均明顯增加甜菜塊根的含糖率和產糖量。與CK相比，QZ、ZH、QH 和QZH 處理塊根的含糖率分別明顯升高4.6、1.4、3.8 和5.1 度（P＜0.05），CK處理與ZH 處理差異不顯著，葉叢形成期噴施BR處理的含糖率均顯著高于ZH 處理。QZH 處理的含糖率最高，這表明在甜菜生長的3 個關鍵時期聯合噴施BR 對塊根含糖率的促進效果最好。

表9 不同時期疊加噴施BR 對甜菜塊根產量、含糖率和產糖量的影響Table 9 Effects of superimposed spraying of BR on root yield,sugar contents and sugar yield of sugar beet in different periods

3 討論

鹽堿脅迫會對作物產量造成較大的影響[24-25]，土壤鹽堿濃度過高會造成甜菜生理干旱和內部結構變化[26-27]，導致甜菜單位面積產量降低。BR 可以在一定程度上降低鹽堿脅迫對光合機構的損傷，促進甜菜生長，增強甜菜的抗逆能力[28]。本研究表明，經過BR 處理后，甜菜葉片RuPB 羧化酶活性、光合色素含量和光合熒光參數均高于CK 處理，QZH 處理能促進以上指標的穩定增長，說明3個時期聯合噴施BR 能夠緩解鹽堿脅迫帶來的危害，為后期甜菜產量和品質的提高打下堅實基礎。鹽堿脅迫下，BR 能夠提高作物中蔗糖代謝關鍵酶的活性，延緩葉片衰老，提高光合作用，從而提高作物產量[29-31]，BR 在辣椒[32]和番茄[33]等作物產量和品質影響方面已有報道。本研究發現，與疊加噴施BR 處理相比，CK 處理的產量較低，且QZ、QH 和QZH 處理產量都高于ZH 處理，這3 個處理都在甜菜葉叢形成期經過BR 噴施，說明葉叢形成期噴施后，再疊加噴施BR 會提高甜菜的產量，但在塊根形成期和糖分積累期疊加噴施作用效果不明顯。

甜菜收獲后根中糖分以及非糖物質的含量是衡量甜菜品質的重要指標[34-35]。在逆境下，甜菜塊根會積累內容物來提高抵抗力，當塊根中甜菜堿、氨基酸、蛋白質和NO3-等非糖物質含量過高時，會造成甜菜品質下降，嚴重影響出糖率[36]。甜菜堿在保護植株類囊體結構、維持光合作用、清除活性氧等方面發揮重要作用。在逆境條件下，甜菜堿可以作為滲透調節物質和酶保護劑保護細胞膜免受傷害，植物受到鹽堿脅迫時，細胞內會積累大量的甜菜堿[37-38]。本研究發現，CK 處理甜菜堿含量明顯較高，疊加噴施BR 能顯著降低甜菜堿含量，QZH處理緩解甜菜塊根中甜菜堿的過度積累效果最明顯，利于改善品質；QZ 和QH 處理蛋白質含量明顯降低；NO3-大量存在會造成植物缺水，在甜菜塊根中存在過量NO3-會降低塊根中的蔗糖含量，影響甜菜品質，ZH 處理NO3-含量相比于CK 處理差異較小，在甜菜生長的3 個關鍵時期疊加噴施BR，NO3-含量最低。說明3 個時期疊加噴施BR 對降低甜菜塊根中甜菜堿、氨基酸、NO3-含量和減少有害氮的形成具有重要作用。

糖類物質不僅是能量來源，還在信號轉導中具有類似激素的初級信使作用，可溶性糖能參與滲透壓調節[39]。為了增加細胞滲透勢，甜菜會積累還原糖來保持水分，不利于蔗糖形成，進而造成品質下降[40-41]。本研究發現，CK 處理的蔗糖含量最低，而還原糖含量最高，疊加噴施BR 處理的蔗糖含量上升，還原糖含量下降，QZH 處理能夠促進甜菜塊根中蔗糖的積累，對促進甜菜塊根中糖分的積累效果最明顯；含糖率是衡量甜菜品質的重要指標之一，含糖率的高低對甜菜的品質尤為重要，ZH 與CK 處理相比差異不顯著，即塊根膨大期和糖分積累期疊加噴施BR 對提高甜菜塊根中的含糖率效果不明顯，QZH 處理含糖率最高，說明在甜菜生長的3 個重要時期疊加噴施BR 能夠顯著提高鹽堿脅迫下甜菜塊根的含糖率，改善甜菜品質。

4 結論

外源疊加噴施BR 能夠提高甜菜葉片的光合色素和光合熒光參數，提高鹽堿脅迫下甜菜產量及含糖率，改善甜菜品質。QZH 處理的作用效果最佳。