不同鹽漬化土壤栽培的黑果枸杞品質(zhì)評價

馮雷, 李雪, 徐萬里, 唐光木, 孫寧川, 顧美英

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所, 烏魯木齊 830092; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100; 3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830052;4.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物應(yīng)用研究所, 烏魯木齊 830091)

隨著氣候變化以及人口數(shù)量的日益增長，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)勢必將擴大到中低產(chǎn)田(鹽堿地、沙地等)，且由于水資源的限制，今后也將加大咸水灌溉的利用。因此，評價鹽脅迫條件下農(nóng)作物的果實品質(zhì)具有重要意義[1]。古麗江等[2]研究發(fā)現(xiàn)，藍靛果忍冬(LoniceraedulisTurcz.)在0.6%NaCl脅迫條件下果實可溶性多糖含量低于0.4%NaCl處理，并均顯著高于清水處理。可見，適宜濃度的鹽脅迫增加果實的糖類成分積累。另有研究發(fā)現(xiàn)，在75～100 mmol·L-1NaCl溶液處理下SpondiastuberosaArr. ex Coster莖中的氨基酸含量增加110%[3]。Savvas等[4]認(rèn)為,嫁接技術(shù)促進K+從地下組織向地上組織的轉(zhuǎn)運，減輕鹽漬化土壤脅迫對作物產(chǎn)生的負(fù)面影響?？梢姼o和果實之間營養(yǎng)吸收或生理代謝平衡是對鹽漬化脅迫的應(yīng)答。Dias等[5]證明，在NaCl脅迫下植株的代謝差異涉及碳代謝、TCA循環(huán)以及氨基酸代謝，這種變化可能是植物對鹽脅迫的保守響應(yīng)。綜上所述，適度的鹽堿脅迫條件可促進植物營養(yǎng)成分的積累，并提升易受脅迫植物對生長環(huán)境的適應(yīng)性。

黑果枸杞 (LyciumruthenicumMurr. ) 是我國西北地區(qū)特有的藥用經(jīng)濟型植物，被廣泛應(yīng)用于藥品、食品加工和生態(tài)環(huán)境治理等領(lǐng)域，并能夠改良土壤，具有一定的經(jīng)濟效益。目前，新疆自治區(qū)黑果枸杞資源豐富，全疆總種植面積在100萬hm2以上[6]，但由于并未做到完全的適地適樹，導(dǎo)致黑果枸杞產(chǎn)率較低，大幅度地降低了其經(jīng)濟利潤空間。新疆地區(qū)土壤鹽漬化已嚴(yán)重影響到綠洲及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，耕地更是經(jīng)歷多次灌溉洗鹽和蒸發(fā)積鹽的過程，土壤環(huán)境愈發(fā)惡化[7]。黑果枸杞可將土壤鹽分運移至根際和冠幅以內(nèi)的土壤，明顯降低冠幅以外的土壤鹽分濃度，一定程度改良了土壤[8]。楊涓等[9]研究發(fā)現(xiàn),0.3% NaCl處理枸杞果實中的蔗糖磷酸合成酶活性升高，0.6% NaCl處理使蔗糖合成酶的活性先降后升，進而促進果實中蔗糖的合成；楊涓[10]也證明0.6% NaCl處理使果實可溶性多糖增加。李惠霞等[11]研究發(fā)現(xiàn),給次生鹽漬化土壤施用不同配比的氮磷鉀肥，枸杞果實的可溶性多糖含量與施氮量成正比。李新虎[12]研究證明,土壤鹽分抑制枸杞多糖生成，而促進粗蛋白形成?？梢?，土壤鹽漬化強烈干擾黑果枸杞的糖代謝，但土壤因子影響黑果枸杞果實營養(yǎng)成分累積的規(guī)律未完全探明[13-15]，其累積效果是否與鹽漬化土壤各組分間的補償效應(yīng)相關(guān)也未闡明?；诖耍狙芯吭O(shè)置不同鹽漬化梯度對栽培型和野生型枸杞進行處理，通過評價鹽漬化土壤對黑果枸杞果實品質(zhì)的影響，來解析土壤鹽基離子對黑果枸杞營養(yǎng)成分累積的貢獻規(guī)律，為黑果枸杞種質(zhì)資源的充分利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和處理

黑果枸杞果實于2018年8月26日采摘，各選取15株，每個處理選擇長勢相近的植株，按照每株上、中、下3層果實采收比例 2∶3∶1 進行采收，3次平行取樣，將供試果實在25 ℃自然風(fēng)干20 d，預(yù)處理后混合均勻，貯于4 ℃冰箱備用。試驗前，將供試果實磨粉過80目篩，備用。

1.2 試劑與儀器

16種氨基酸混合標(biāo)準(zhǔn)溶液購自德國賽卡姆公司，所用試劑均為分析純。儀器有BSA223S電子天平(賽多利斯公司)、MARS X型微波消解儀(美國CEM公司)、S-433D型氨基酸全自動分析儀(德國Sykam公司)、722N型分光光度計(上海儀電分析儀器有限公司)和電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國PE公司)。

1.3 測定指標(biāo)與方法

黑果枸杞果實中的天然活性物質(zhì)采用石油醚脫脂后用微波消解儀 (美國CEM公司) 提取，苯酚-濃硫酸法[16]測定；果實和土壤的礦物元素 (Fe、Mn、Zn) 含量測定，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[17]；蛋白質(zhì)經(jīng)鹽酸水解為游離氨基酸，經(jīng)氨基酸分析儀 (德國Sykam公司) 的離子交換柱分離后，與茚三酮溶液產(chǎn)生顏色反應(yīng)，再通過分光光度計 (上海儀電分析儀器有限公司)測定氨基酸含量[18]。

通過土壤因子各指標(biāo)計算中度鹽漬化條件下栽培型與野生型黑果枸杞氨基酸變異系數(shù)，用以解釋栽培型與野生型黑果枸杞的變異。變異系數(shù)的計算公式[20]如下。

變異系數(shù)(CV)=X/S

式中,X為氨基酸含量的平均值，S為氨基酸含量的標(biāo)準(zhǔn)差。

1.4 統(tǒng)計分析方法

1.4.2灰色多維綜合隸屬度評估法 經(jīng)專家打分并采用微量元素方差貢獻法[21]獲得果實微量元素Fe、Zn、Mn的權(quán)重分別為 0.04、0.06、0.05；氨基酸Asp、Glu、Ala、Gly、Tyr、Pro、Cys、Ser、His、Arg、Ile、Leu、Thr、Lys、Phe、Val、TAA的權(quán)重分別為0.03、0.01、0.06、0.08、0.04、0.19、0.09、0.12、0.15、0.25、0.31、0.15、0.17、0.3、0.22。

以F表示某品種、某性狀、某等級的隸屬函數(shù)值，x表示其相應(yīng)的實測值，a表示其對應(yīng)的界限值。當(dāng)?shù)燃墳閮?yōu)良時，F(xiàn)=x/a；當(dāng)?shù)燃墳檩^好、 一般時，x3a時，F(xiàn)= (4a-x) /a[22]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

用Canoco 4.5軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析并繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽漬化梯度土壤性質(zhì)比較

不同鹽漬化處理的土壤性質(zhì)檢測結(jié)果(圖1)顯示，T3處理的土壤總鹽含量最高，顯著高于其他處理，T2和T4間沒有顯著差異，均顯著高于T1處理。土壤 pH 和有機質(zhì)含量在4個處理間沒有顯著性差異，土壤 pH 介于8.5～9.0，有機質(zhì)含量均介于8.78～10.06 g·kg-1。微量元素中， Fe含量T2處理最高，為27.90 mg·kg-1，顯著高于T4處理，而T1、T3、T4處理間沒有顯著性差異；鋅和錳含量在4個處理間沒有顯著性差異。

注：不同小寫字母表示同一指標(biāo)不同處理間差異在 P<0.05 水平具有統(tǒng)計學(xué)意義。Note：Different small letters of the same index indicate significant difference between different treatments at P<0.05 level.圖1 不同鹽漬化土壤的性質(zhì)Fig.1 Soil characteristics of different salinized soils

2.2 不同土壤鹽漬化土壤黑果枸杞果實的天然活性物質(zhì)含量

轉(zhuǎn)化糖和還原糖是黑果枸杞果實天然活性物質(zhì)的主要組分[16]。表1顯示，不同處理中，T2處理的黑果枸杞果實轉(zhuǎn)化糖含量最高，為317.8 g·kg-1，是T4處理野生型黑果枸杞的3.48倍，但與T1處理無顯著性差異。T2處理的果實還原糖含量最高，為309.5 g·kg-1，與T3、T4存在顯著差異，與T1處理無顯著差異。

表1 黑果枸杞果實的轉(zhuǎn)化糖和還原糖含量Table 1 Invert sugar and reducing sugar contents in fruits of L. ruthenicum (g·kg-1)

2.3 不同土壤鹽漬化梯度黑果枸杞果實的微量元素含量

Fe、Mn和Zn是新疆土壤相對匱乏的微量元素，強烈影響經(jīng)濟作物品質(zhì)[23]。表2顯示， T4處理的黑果枸杞果實Fe元素含量最高，為(180.00±34.67) mg·kg-1，顯著高于栽培型黑果枸杞處理 (T1、T2、T3)，栽培型處理間無顯著差異。鹽漬化條件下栽培型黑果枸杞果實中Mn含量均高于野生型黑果枸杞處理，其中T1處理含量最高，為(9.55±2.79)mg·kg-1。Zn元素含量與Mn含量規(guī)律相似，栽培型黑果枸杞Zn元素含量大于野生型，但T3處理果實鋅含量顯著降低。

表2 黑果枸杞果實的微量元素含量Table 2 Trace element contents in fruits of L. ruthenicum (mg·kg-1)

2.4 不同土壤鹽漬化梯度黑果枸杞果實的氨基酸含量

不同處理的氨基酸含量結(jié)果 (表3) 顯示， T1處理的總氨基酸總量最高，為9.61 mg·kg-1，與T3處理沒有顯著性差異；T4處理野生型黑果枸杞含量最低，為4.04 mg·kg-1。栽培型果實氨基酸含量大于野生型果實，且在輕度鹽漬化條件下 (T1) 氨基酸含量最高，均表現(xiàn)為T2果實氨基酸含量低于T1和T3，而T1、T3之間無顯著性差異。

表3 樣品中氨基酸的含量Table 3 Amino acid contents of fruits in different saline soils (mg·kg -1)

T1處理的必需氨基酸總量 (essential amino acids, EAA)最高，為2.88 mg·kg-1，T4處理最低，為1.61 mg·kg-1。T4處理的黑果枸杞果實的EAA/TAA值最高，為39.85%，高于其他3個處理。

2.5 黑果枸杞營養(yǎng)成分分析評價

注：紅色指標(biāo)指土壤因子，黑色指標(biāo)指氨基酸指標(biāo)。軸1、2表示降維后第1(品質(zhì))、2(環(huán)境因子)軸特征值。紅色箭頭線條與坐標(biāo)軸及各指標(biāo)夾角表示二者相關(guān)性，角度越小表示相關(guān)性越大，角度越大相關(guān)性越小。距中心點距離表示與樣本的相關(guān)性，線條越長相關(guān)性越小，線條越短相關(guān)性越大。Note：Red means soil indexes and black means amino acids index of fruit. Axis 1 and 2 represent eigenvalues of the first and second axis after dimensionality reduction. Angle between red arrow line and coordinate axis or each index indicates correlation between them. The correlation decreases with the increasing of angle. Distance from index to center point indicates the correlation of index with the sample. The longer the line is, the smaller the correlation is.圖2 土壤因子與栽培型黑果枸杞果實氨基酸RDA分析Fig.2 RDA analysis of soil indexes and amino acids in fruit of L. ruthenicum

綜合隸屬函數(shù)分析結(jié)果(表4)顯示，T1、T2、T3、T4處理黑果枸杞的綜合隸屬度 (F值)平均值分別為0.98、1.37、1.09和1.03。由此可見，T2處理黑果枸杞的F值顯著高于其他3個處理，T1、T3和T4處理之間無顯著差異。綜上所述，T2條件下栽培型黑果枸杞果實質(zhì)量最優(yōu)。

表4 不同鹽分梯度下的綜合隸屬函數(shù)值Table 4 Comprehensive membership values of different salination gradients treatments

3 討論

黑果枸杞是中國西北干旱及半干旱生態(tài)脆弱區(qū)廣泛分布的典型藥食兩用經(jīng)濟型鹽生植物，兼有特種用途林的屬性[24-25]，也是鹽堿地修復(fù)的重要植物資源。本研究發(fā)現(xiàn)黑果枸杞果實還原糖與轉(zhuǎn)化糖含量均在中度鹽漬化土壤中最高，且隨著鹽漬化梯度增加果實轉(zhuǎn)化糖、還原糖含量明顯減少，表明適度的鹽脅迫可提高果實轉(zhuǎn)化糖、還原糖含量，且可能與微量元素存在協(xié)同作用，這與馮雷等[26]的研究結(jié)果一致。問雪叢[27]通過研究鹽堿脅迫下鹿尾草 (Salsolarichteri)的糖代謝規(guī)律，推測中性和酸性轉(zhuǎn)化酶活性上升可能是還原糖增加的重要原因。楊涓[10]研究指出，重度鹽脅迫會降低植物組織中醛縮酶活性，影響1,6-二磷酸果糖轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致還原糖含量降低。因此適度鹽脅迫可以提高中性和酸性轉(zhuǎn)化酶活性，而重度鹽脅迫將抑制醛縮酶活性，這可能是鹽脅迫改變黑果枸杞果實轉(zhuǎn)化糖和還原糖含量的原因。

鐵和鋅是植物生長及生理活動所必需的營養(yǎng)元素[23]，也是人體必需的微量元素。相關(guān)研究[20]顯示，黑果枸杞微量元素及其他營養(yǎng)成分的差異可能與生境的差異性有很大關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)環(huán)境因子相似的T2和T4處理的的黑果枸杞果實微量元素Mn含量均最低，但不同處理的栽培型黑果枸杞果實Zn含量均顯著高于野生型，氨基酸也具有相似規(guī)律，因而推測微量元素可能是鹽調(diào)控果實品質(zhì)的重要原因[28]。有研究指出，鹽脅迫促進西瓜果實微量元素Zn和Cu的積累，并提高了其品質(zhì)[29]。但Gasto等[30]曾報道，蘋果樹接種叢枝菌根后，果實中Mn含量明顯下降，蘋果品質(zhì)也有一定程度改善，認(rèn)為叢枝菌根促進了植物細(xì)胞壁更高效的富集Mn元素，同時將活化的錳再次鈍化束縛于土壤中。本研究顯示，土壤鹽漬化程度的加劇與果實Zn元素積累呈顯著負(fù)相關(guān)，而對Fe、Mn元素?zé)o顯著影響。原因可能是鹽基離子抑制植物根系分泌較多活性物質(zhì)，植物難以利用Zn[31]；而對于Fe和Mn來說，黑果枸杞受到脅迫時可能啟動了與兩者高效轉(zhuǎn)運和利用的相關(guān)基因[32]。

氨基酸是構(gòu)成生物體內(nèi)蛋白質(zhì)分子的基本單位，與生物的生命活動有著密切的關(guān)系。本研究表明，栽培型黑果枸杞果實中的氨基酸含量與Mn元素含量呈極顯著正相關(guān)，且均顯著高于野生型黑果枸杞。謝鴻根等[33]研究發(fā)現(xiàn)，鹽堿環(huán)境栽植的火龍果果肉較其他生態(tài)條件種植的總氨基酸含量高。這種現(xiàn)象在多種物種中被證實，Hepperly等[34]報道土壤中添加適量微量元素可影響玉米籽粒必需氨基酸的合成與代謝；Antoniadisa等[35]認(rèn)為某些不溶性元素，如Fe和Mn等，更容易在非氧化條件下被植物吸收，有利于植物金屬酶類合成，提高氨基酸累積量；因而添加微量元素，植物氨基酸含量顯著增加。本研究中，栽培型黑果枸杞的總氨基酸含量為7.98～9.61 mg·kg-1，比野生型增加了1.98～2.38倍，可能也是微量元素水平差異造成的。但是，鹽漬化土壤中微量元素促進果實氨基酸合成及代謝的機理，還有待進一步深入研究。