赵 塔 杨丽娥 杨晓梦 普晓英 李 霞官秀娇 杨砚斌 杨加珍 和习琼 曾亚文

（1 云南大学资源植物研究院，昆明650504；2 云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所，昆明 650205；3 云南省丽江市农业科学研究所，丽江674100）

大麦（Hordeum vulgareL.）属于禾本科作物，具有耐盐碱、耐干旱、耐贫瘠、适应性广、分蘖力强等特点[1-2]。作为重要的饲用和酿造原料，大麦不仅有多种生物活性和保健功能[3-5]，而且是酶类物质种类和酶活力较高的谷物之一[6]，抗氧化酶在大麦的生长发育、抗病和抗胁迫等方面起到重要的调节作用[7]。麦苗内较高的抗氧化酶类物质可以有效清除植物受环境胁迫而积累的有害氧自由基[8]，抗氧化酶系统主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、多酚氧化酶（PPO）等。而这些抗氧化酶往往与植物体次级代谢物的合成有关，如POD 和PPO 在酚类物质的合成和分解代谢过程中起着重要的作用[6]。因此，分析大麦幼苗抗氧化酶活性对大麦产量及品质保证具有重要意义。

云南属于青藏高原延伸的低纬高原，是发展大麦及其麦苗生产生态条件最好的地区之一[9]，但存在大麦良种缺乏，平均单产较低等问题[10]。而作物之间配套种植可以提高资源利用率、增加作物生物产量以及经济效益[11]，还可以控制或减轻某些病虫害的发生[12]、改变作物成分及含量[13]、控制杂草生长[14]等。大麦和马铃薯具有相似的生态适应性，研究大麦—马铃薯间作体系可为缓解大麦原料短缺或功能大麦开发起到积极的作用，保障两种作物产业的发展[15]。间套作模式下，作物间对水、肥、光、热资源产生竞争机制，作物体内抗氧化酶系统将作出相应的改变。研究发现，玉米—大豆间作模式下玉米抗氧化酶活性显著提高，根系抗氧化能力提高，生理活动能力强[16]；生姜—葡萄立体间作模式下生姜叶片中抗氧化酶活性显著提高，可以缓解夏季生姜受到的强光胁迫，降低叶片灼伤率[17]。

目前，关于作物叶片抗氧化酶活性的研究大多是在胁迫条件下进行，且主要集中于小麦、水稻、玉米等作物[18]。李玉贤等[15]已对大麦马铃薯套作进行相关研究，但麦薯间作下对大麦抗氧化酶活性影响的研究还未见报道。本研究选用64 个云南大麦品种（系）为试验材料，对不同种植模式、不同棱型和用途类型分蘖期大麦苗SOD、CAT、POD 以及PPO活性进行比较，分别探究间作—单作、二棱—多棱和啤酒大麦—饲料大麦—青稞之间分蘖期大麦苗抗氧化酶活性的差异，筛选与马铃薯间作条件下抗氧化性强的云南大麦品种（系），以期为培育间作模式下抗氧化能力强的大麦新品种提供种质资源。

1 材料与方法

1.1 试验材料供试材料为64 个云南大麦优良品种（系）（表1），由云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所选育或收集，根据棱型分为二棱大麦39 份、多棱大麦25 份；根据用途类型分为啤酒大麦36 份、饲料大麦18 份、青稞10 份。所选用的马铃薯品种为丽江市农业科学研究所选育的高花青素含量的紫色中晚熟马铃薯品种（编号：12H11-3）。

表1 64 份云南大麦优良品种（系）

1.2 试验设计试验地点位于昆明市盘龙区滇源镇南营村试验基地（海拔1973m），试验地土壤类型为红壤土，其理化性质为：pH 值 6.25，有机质含量25.3%，全氮含量1.81%，全磷含量1.47%，碱解氮含量102.31mg/kg，有效磷含量14.32mg/kg，速效钾含量147.13mg/kg。地势平坦，肥力均匀，茬口一致，无遮阴，排灌良好，田间水肥按大田正常管理。

种植方式：试验采用单因素完全随机设计，以大麦单作为对照，利用64 个不同大麦品种与马铃薯进行间作，即大麦单作和大麦—马铃薯间作。（1）大麦—马铃薯间作，马铃薯起垄种植，垄宽0.5m，垄间距为0.3m，马铃薯株距为0.24m；每个小区种植1个大麦品种，行数2 行，行长1.44m，行间距0.25m，面积0.36m2，不同品种大麦小区前后间距为0.24m；马铃薯垄间种植大麦。（2）大麦单作：其种植规格同间作。大麦与马铃薯于2023 年1 月4-5 日同期播种，大麦播种量为150 粒/行。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 样品采集于分蘖期对每个小区选取标记植株3 株，分别采集新鲜大麦苗，分装入冻存管中，管壁做标记后立即存放在-80℃低温冰箱中备用。

1.3.2 样品测定及方法大麦苗的POD、CAT、SOD 和PPO 活性分别使用POD、CAT、SOD 和PPO 检测试剂盒（由南京建成生物工程研究所提供）测定，仪器为美国生产的多功能酶标仪（型号：BioTeK SynergyTMHT）。各酶活性测定均按试剂盒步骤，依次配置所需试剂，SOD 活性在450nm 处测定，CAT 活性在405nm 处测定，POD 活性在420nm处测定，PPO 活性在420nm 处测定。根据试剂盒上的公式进行相关计算，试验数据均为3 次重复的平均值。

1.4 数据分析采用Excel 2016 和SPSS 26.0 软件进行数据整理分析；隶属函数值计算方法参照张会丽等[19]的方法，具体如下。

（1）当指标性状值与抗氧化性呈正相关时：

（2）当指标性状值与抗氧化性呈负相关时：

（3）总隶属函数的计算：

式中，i：某个品种；j：某个性状；n：指标性状数量；X ij为隶属函数值；Xij为性状值；Xj min为性状最小值；Xj max为性状最大值；Xi为品种抗氧化隶属函数平均值。把每个品种的各个性状具体抗氧化隶属函数值累加后求平均值，平均值越大，抗氧化性则越强。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式大麦苗抗氧化酶活性差异如表2 所示，不同种植模式对大麦苗抗氧化酶活性有显著影响（P＜0.05）。结果表明，64 个大麦品种（系）大麦苗SOD、CAT、POD、PPO 活性呈现出间作高于单作的普遍趋势（图1），且差异达到显著水平。例如间作模式下云啤17 号大麦苗的SOD 酶活性显著上升了41.34%；云啤18 号大麦苗的CAT 酶活性显著上升了75.35%；云啤麦MF20-5 大麦苗的PPO 酶活性显著上升了21.74%；云啤17 号大麦苗的POD 酶活性显著上升了54.89%。

图1 不同种植模式下大麦苗抗氧化酶箱形图

表2 不同种植模式大麦苗抗氧化酶活性

此外，不同品种在相同模式下抗氧化酶活性均存在广泛的差异。其中，单作时MF20-16 SOD活性最高为1931.60U/g，云饲麦4 号活性最低为866.68U/g，两者相差2.23 倍；间作时云啤麦MF20-5 SOD 活 性 最 高 为2359.63U/g，云 饲 麦8 号 活 性最低为828.63U/g，两者相差2.85 倍。单作时云稞18MF19-32 CAT 活性最高为206.43U/g，V43 CAT活性最低为23.18U/g，两者相差8.91 倍；间作时MF20-16 CAT 活性最高为269.61U/g，云饲麦4 号CAT 活性最低为43.88U/g，两者相差6.14 倍。单作时浙云1 号 POD 活性最高为338.00U/g，云饲麦9 号活性最低为273.00U/g，两者相差1.24 倍；间作时云啤麦MF20-5 POD 活性最高为379.50U/g，云饲麦8 号活性最低为284.00U/g，两者相差1.34 倍。单作时浙云1 号 PPO 活性最高为161.40U/g，云饲麦10 号活性最低为27.00U/g，两者相差5.98 倍；间作时云啤12 号PPO 活性最高为227.00U/g，云饲麦11 号活性最低为37.00U/g，两者相差6.14 倍。说明不同品种（系）大麦抗氧化酶活性差异较大。

2.2 不同棱型大麦苗抗氧化酶活性差异试验结果表明（表3），不同棱型大麦苗SOD、POD 和PPO 活性水平差异显著，相同种植模式下二棱大麦苗的SOD、POD 和PPO 平均活性显著高于多棱；SOD 和PPO 活性呈现出二棱间作＞二棱单作＞多棱间作＞多棱单作的趋势，POD 则表现为二棱间作＞多棱间作＞二棱单作＞多棱单作。相同种植方式下二棱大麦苗的CAT 活性高于多棱，但差异不显著，间作二棱大麦酶活性最高（165.05U/g），单作多棱大麦酶活性最低（94.17U/g）。总体来看，不同棱型大麦苗抗氧化酶活性表现为间作二棱大麦抗氧化酶活性最高，单作多棱大麦抗氧化酶活性最低（图2）。

图2 不同棱型大麦苗抗氧化酶活性箱形图

表3 不同棱型大麦苗抗氧化酶活性

2.3 不同用途类型大麦苗抗氧化酶活性差异将供试大麦按用途类型分为啤酒大麦、饲料大麦及青稞，结果表明（表4），不同用途类型大麦SOD 活性水平差异显著，相同种植模式下饲料大麦SOD 活性显著低于啤酒大麦和青稞，啤酒大麦和青稞SOD活性水平差异不显著；其中，间作啤酒大麦SOD 活性含量最高（1715.47U/g），单作饲料大麦SOD 活性含量最低（1130.02U/g），不同种植方式下SOD活性表现出间作啤酒大麦＞间作青稞＞单作啤酒大麦＞间作饲料大麦＞单作青稞＞单作饲料大麦。

表4 不同用途类型大麦苗抗氧化酶活性

不同用途类型大麦PPO 活性差异显著，相同种植方式下啤酒大麦PPO 活性显著高于饲料大麦和青稞，且啤酒大麦、饲料大麦和青稞间差异均达到显著水平；间作啤酒大麦PPO 活性最高（118.89U/g），单作饲料大麦PPO 活性最低（46.91U/g），两者相差2.53 倍；不同种植方式下PPO 活性表现出间作啤酒大麦＞间作青稞＞单作啤酒大麦＞间作饲料大麦＞单作青稞＞单作饲料大麦。

不同用途类型大麦CAT、POD 活性差异不显著；其中，间作青稞CAT 活性最高（168.87U/g），单作饲料大麦CAT 活性最低（89.24U/g），两者相差1.89倍；间作啤酒大麦POD 活性含量最高（341.04U/g），单作饲料大麦POD 活性含量最低（296.00U/g），两者相差1.15 倍；不同种植方式下CAT 活性表现出间作青稞＞间作啤酒大麦＞间作饲料大麦＞单作青稞＞单作啤酒大麦＞单作饲料大麦；POD 活性表现出间作啤酒大麦＞间作青稞＞间作饲料大麦＞单作啤酒大麦＞单作青稞＞单作饲料大麦。整体来看，不同类型大麦间作时啤酒大麦品种抗氧化酶活性最高，青稞品种次之，饲料大麦品种抗氧化酶活性最低（图3）。

图3 不同用途类型大麦苗抗氧化酶活性箱形图

2.4 不同种植模式大麦苗抗氧化酶活性相关性分析相关性分析结果显示（表5），相同种植模式下抗氧化酶活性相关性趋势一致。单作种植模式下SOD 与CAT、POD、PPO 活性呈极显著正相关关系，CAT 活性和PPO 活性呈正相关，相关性不显著。间作种植模式下除CAT 活性与PPO 活性呈显著正相关外，其他均呈极显著正相关。相关性分析结果表明抗氧化酶活性之间相互影响，说明各抗氧化酶共同作用，以响应外界环境的变化，进而保护植物免受氧化应激，并维持正常生长发育。

表5 不同种植模式大麦品种抗氧化酶活性相关性分析

2.5 间作种植模式下大麦品种抗氧化性综合评价对间作种植模式下64 份大麦品种（系）进行隶属函数值计算，筛选出了抗氧化能力较优的10 个大麦品种（表6）。

表6 间作种植下大麦品种的综合抗氧化隶属函数值（综合前10）

3 讨论

影响植物抗氧化酶活性的主要因素有基因型和外部环境，基因型决定其内在品质，而外部环境主要有生长、种植条件以及气候等[6]。外部环境改变时，植物体内的防御系统会通过协同抗氧化酶，维持自由基产生与清除的动态平衡，而较高的抗氧化酶活性可以增强大麦植株抵抗外界胁迫的能力[20]。

研究发现，间作体系中由于作物基因型不同、高低不等、受热受光不均，导致两种作物在生长过程中存在光热资源的竞争[21]。本研究中，马铃薯间作大麦诱导了分蘖期大麦SOD、CAT、POD、PPO 活性水平显著升高，这与Assadi 等[22]对大麦鹰嘴豆间作、杨娜娜等[23]对燕麦马铃薯间作研究结果一致。大麦—马铃薯间作系统中存在地上部光热水气资源以及地下部大麦—马铃薯根系间营养、水分的资源竞争[24-25]。说明间作种植时可对大麦造成氧化胁迫，从而造成大麦苗活性氧数量增加。大麦苗在外界环境改变时进行胁迫保护，体内的抗氧化酶活性随之变化。

大麦根据穗的棱型可分为二棱和多棱，不同棱型大麦品种的生长规律、代谢特点存在明显差异[26]，二棱大麦农艺性状[27]、营养成分含量[28]优于多棱。王美琦等[29]对二棱大麦材料进行抗氧化能力综合评价，发现大麦种质间的抗氧化性存在显著差异。有研究表明，多棱大麦多为春大麦，宜播期在3-4 月，而二棱大麦多为冬大麦，宜播期在11 月至翌年1 月左右[30]。本研究发现二棱大麦在不同种植模式下抗氧化酶活性都高于多棱，这可能与播种季节及二棱大麦抗性有关，其具体机制需要进一步研究。

酚类化合物在植物体内积累有助于植物适应强紫外线辐射、温度极端变化和其他非生物胁迫的恶劣环境[31]，也是大麦中的主要生物活性成分之一，会直接影响大麦芽和麦汁的品质，进而会影响成品啤酒的色泽、风味和非生物稳定性[32]。本研究结果表明，啤酒大麦抗氧化酶活性高于青稞和饲料大麦，而抗氧化酶POD 和PPO 在酚类物质的合成和分解代谢过程中起着重要的作用。此外，有研究表明，啤酒大麦根系发达，具有极强的分蘖性，表现出更好的抗旱和丰产稳产能力[33]。青稞由于其特殊的分布环境，使得其具有较好的适应高原恶劣环境的遗传基础，在激素信号转导、抗病性和次生代谢合成等方面优于普通大麦[34-35]，这与本研究中青稞抗氧化酶活性高于一般饲料大麦的结论相呼应。

4 结论

本研究通过马铃薯—大麦间作试验，发现间作时分蘖期大麦苗抗氧化酶活性显著高于单作；间作二棱大麦抗氧化酶活性最高，单作多棱大麦抗氧化酶活性最低；间作时啤酒大麦品种抗氧化酶活性最高，青稞品种次之，饲料大麦品种抗氧化酶活性最低；大麦苗各抗氧化酶活性具有协同作用。综合考虑，用隶属函数法对间作大麦苗抗氧化性综合评价，初步筛选出云啤麦MF20-5、宽颖大麦、MF20-16 等抗氧化综合评价前10 的品种（系），作为最适宜与马铃薯间作且抗氧化性强的云南大麦品种（系）。