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氮素不同形态配比对菜用大豆生长_种子抗氧化酶活性及活性氧代谢的影响

来源：爱问旅游网

植物营养与肥料学报2010,16(3):768-772

PlantNutritionandFertilizerScience

氮素不同形态配比对菜用大豆生长、种子抗氧化

酶活性及活性氧代谢的影响

陈磊,朱月林3,杨立飞,王聪

(南京农业大学园艺学院,江苏南京210095)

摘要:通过蛭石盆栽试验,研究了氮素不同形态配比对菜用大豆[Glycinemax(L.)Merr.]品种“理想95-1”生长、种子抗氧化酶活性及活性氧代谢的影响。结果表明,营养液中适宜的硝铵比(75∶25)有利于菜用大豆的生长发育,植株具有最大生物量;在高比例的硝态氮(100%)和铵态氮(75%)处理下,植株的干重、鲜重及产量均显著降低,以硝铵比为25∶75处理下尤为显著。在适宜的硝铵比(75∶25和50∶50)处理下,菜用大豆种子具有较低的抗氧化酶活性,活性氧代谢产物O2、过氧化氢(H2O2)和膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量也较低,表明植株受到的氧化胁迫程度较低;而在硝铵比为25∶75处理中,抗氧化酶活性最高,O2生成速率、H2O2和MDA含量也最高,表明过多的铵态氮对细胞膜造成了伤害,所受的氧化损伤程度较重。关键词:氮素形态;菜用大豆;抗氧化酶;膜脂过氧化

中图分类号:S64317;S14311　　　文献标识码:A　　　文章编号:1008-505X(2010)03-0768-05Η

Effectsofnitrogenformsandratiosonplantgrowth,seedantioxidantenzyme

activitiesandreactiveoxygenmetabolismofvegetablesoybean

CHENLei,ZHUYue2lin3,YANGLi2fei,WANGCong

(CollegeofHorticulture,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing,Jiangsu210095,China)

Abstract:Usingthevermiculiteculture,theeffectsofratiosofNO3-2NandNH4+2Nonplantgrowth,seedantioxidantenzymeactivitiesandreactiveoxygenmetabolismofvegetablesoybean[Glycinemax(L.)Merr.cv.Li2xiang95-1]werestudied.TheresultsshowthattheappropriateratioofNO3-2NandNH4+2Nisabout75∶25whichisbeneficialtothegrowthanddevelopmentofthesoybean,andproducesthemaximumplantbiomass.Underthetreatmentofexcessive

NO3-(100%)orNH4+(75%),bothbiomassproductionandyieldsaredecreasedobviously,especiallyfortheNH4+(75%)treatment.IntheNO3-∶NH4+treatmentsof75∶25and50∶50,theactivitiesofantioxidantenzymesarelow,andtheO2producingrate,hydrogenperoxide(H2O2)andmalondiadehyde(MDA)contentsarealsolow,thereforethede2greeofoxidativestressiscomparativelylow.However,undertheNO3-∶NH4+treatmentof25∶75,theantioxidantenzymeactivities,theO2producingrate,H2O2andMDAcontentsreachtotheirhighestvalues.Theseresultsindicatethatex2cessiveNH4+isharmfultocellmembraneintegrity,resultinginseveredegreeofoxidativedamageintheseedsofveg2etablesoybean.

Keywords:nitrogenforms;vegetablesoybean;antioxidantenzymeactivity;membranelipidperoxidation

　　硝态氮和铵态氮是蔬菜作物吸收的两种主要氮素形态,但是不同蔬菜作物对这两种氮素形态吸收、还原、运输、分布和同化等方面是截然不同的,从而

收稿日期:2009-05-27　　　接受日期:2009-09-21

对蔬菜的生长和代谢产生不同的生理效应[1-2]。赵

建荣等[3]研究发现,氮素形态显著影响菠菜营养品质和抗氧化酶活性,在完全供应铵态氮时,膜脂过氧

基金项目:“十一・五”国家高技术(863)研究计划重大项目(编号2006AA10A110)资助。

),男,重庆长寿人,博士研究生,主要从事蔬菜栽培生理研究。E2mail:leichennjau@1631com作者简介:陈磊(1982—

3通讯作者E2mail:ylzhu@njau.edu.cn

3期　　　陈磊,等:氮素不同形态配比对菜用大豆生长、种子抗氧化酶活性及活性氧代谢的影响

表1　处理用营养液中大量营养元素的组成

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化程度较高。朱祝军等[4]也发现,在550

μmol/(m2・s)的光照强度下,氮素形态显著影响了菜豆植株生长和抗氧化系统,在供应铵态氮的植株叶片中,抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性均显著增强。但是,目前氮素形态对蔬菜作物生长发育后期生理响应的研究较少,而研究氮素不同形态的合理配比对实现作物高产有着重要的现实意义。为此,开展了在自然光照条件下不同氮素形态对菜用大豆生长、种子抗氧化酶活性及活性氧代谢影响的研究,旨在探讨氮素形态与酶促抗氧化系统在菜用大豆子粒膨大过程中的生理机制,以期为无土栽培和田间条件下,提高菜用大豆产量而进行合理施用氮肥提供理论依据。

Table1　Componentsofmacroelementsinthenutrition

solutionunderdifferenttreatments

无机盐Inorganicsalt

Ca(NO3)2KNO3MgSO4NH4H2PO4KH2PO4KClNH4ClCaCl2

硝铵比NO3-2N∶NH4+2N

(NO3-2N∶NH4+2Nratio)

100:041351721001011011000

75:252175142101100213215115

50:5031602101100717611017

25:7511802101100717917214

1　材料与方法

111　试验设计

112　测定项目及方法

4月23日(花后12d)开始取样,取同一天开花(4月11日)形成的种子,每3d取样1次,共取7次,测定各项生理指标。采用氮蓝四唑(NBT)光还

试验于2008年3月6日至5月8日在南京农业大学温室内进行。供试菜用大豆品种为“理想95-1”[Glycinemax(L.)Merr.cv.Li2xiang95-1],购自江苏省农业科学院江蔬种苗公司。3月6日,大豆种子直播于上直径40cm、下直径25cm、高35cm的塑料盆中,蛭石作基质,浇足底水后,每盆播6粒种子。真叶展开后,每盆留4株长势一致的幼苗,生长期间每盆每3d浇110L含有氮素不同形态配比的改良Hoagland营养液。植株生长在自然光照下,昼/夜温度为(28～30)℃/(20～22)℃,温室相对湿度为60%～80%,日最高光照强度在500～850μs)范围内(采用美国LI-COR公司生产的mol/(m2・

LI-190SB传感器测定)。

原法[5]测定超氧化物歧化酶(SOD)活性;愈创木酚法[5]测定过氧化物酶(POD)活性;过氧化氢酶(CAT)活性按照Cakmak等[6]的方法测定;抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性按照Nakano等[7]的方法测定;O2生成速率按照王爱国等[8]的方法测定;H2O2含量按照林植芳等[9]的方法测定;硫代巴比

妥酸法(TBA)测定丙二醛(MDA)含量[10]。5月16日(花后35d)进行生物量(茎叶、根系和百粒种子干鲜重)的测定。

试验数据用SAS软件进行单因素方差分析,并用Duncan’s新复极差法进行多重比较。

2　结果与分析

在总氮浓度均为16mmol/L的前提下,试验设4

211　氮素不同形态配比对菜用大豆生物量的影响

个硝铵比(NO3-2N∶NH4+2N)处理,分别为100∶0、75∶

表2可知,不同硝铵比对菜用大豆的生长影响

25、50∶50和25∶75。每处理5盆,3次重复。此外,

显著,随着营养液中铵态氮比例的适当增加(25%

营养液中均加入7μmol/L硝化抑制剂双氰胺

～50%),菜用大豆植株茎叶、根系和种子百粒鲜重

(DCD)。处理所用改良Hoagland营养液,其大量元

显著增加,但在硝铵比为75∶25和50∶50处理下无

μ素组成如表1,微量元素的含量分别为(mol/L):B

显著差异。营养液中过高的硝或铵比里例(100%

140(H3BO3)、Cu100(CuSO4・5H2O)、Mn36(MnCl2・

NO3-2N和75%NH4+2N)均显著降低了菜用大豆的

4H2O)、Zn46(ZnSO4・7H2O)、Fe30(Fe2EDTA)和Mo

鲜重,尤以硝铵比为25∶75时最为显著。不同处理

1(H2MoO2)。

菜用大豆植株茎叶、根系和种子的干重均达到显著

4月8日始花,此后一周内每天挂牌标记开花

差异水平。与鲜重的变化规律相似,随着营养液中铵

期,并记录每天的挂牌数,以此确立每天的开花数。

态氮比例的适当增加,菜用大豆干物重也逐渐增加,

4月11日花数最多,试验即以该天开花形成的种子

在硝铵比为75∶25时,菜用大豆干物重达到最大值,

为研究对象。

平均单株茎叶和根系干重分别达到12156和3178g

770

植物营养与肥料学报

表2　不同硝铵比对菜用大豆生物量的影响

Table2　EffectofNO3-2NandNH4+2Nratiosonbiomassofvegetablesoybean

16卷

硝铵比

-NO32N∶NH4+2N

100∶075∶2550∶5025∶75

鲜重Freshweight

茎叶(g/plant)

Shoot

60168±0132b66104±0169a64145±0153a49192±0126c

干重Dryweight

百粒种子重(g)

1002seedswt.

58113±1141b66174±1132a63144±1118a51128±1109c

根系(g/plant)

Root

15117±0154a17117±0132a16102±0177a11146±0146b

茎叶(g/plant)

Shoot

9130±0135c12156±0164a10172±0147b6187±0142d

根系(g/plant)

Root

2125±0136c3178±0164a3119±0147b1156±0142d

百粒种子重(g)

100-seedswt.

16190±0133c22167±0147a19142±0138b13186±0124d

　　注(Note):数据为平均数±标准差,n=3;同一列的数据后不同小写字母表示处理间的差异达5%的显著水平Mean±SD,n=3.Different

smalllettersinacolumnaresignificantdifferenceat5%level.

3178g;种子百粒干重可达22167g,分别是硝铵比

为100∶0、50∶50、25∶75处理的1134、1117和1164倍。212　氮素不同形态配比对菜用大豆不同发育时期

种子抗氧化酶活性的影响

从图1可知,花后12到18d,不同硝铵比显著提高了种子SOD活性(图1A),并且随着营养液中铵态氮比例的增加,SOD活性也逐渐升高,在硝铵比为25∶75时,菜用大豆种子SOD活性最强。随着处理天数的增加(花后18到30d),营养液中过高比例的铵态氮(50%～75%)显著降低了SOD活性;在硝铵比为50∶50和25∶75时,菜用大豆种子SOD活性分别下降了2615%和3614%。而在硝铵比为100∶0和75∶25时,菜用大豆种子均能维持较高的SOD活性。在不同硝铵比处理下,菜用大豆种子的POD表现为先上升后下降的趋势(图1B)。在硝铵比为25∶75和50∶50时,POD活性上升幅度较大,但是前者下降速度较慢,后者下降速率快;在不同硝铵比处理下,POD活性在18到21d期间达到峰值,与花后12d时POD活性相比,硝铵比为100∶0、75∶25、50∶50、25∶75分别增加了4817%、4617%、5712%和5811%。CAT活性方面(图1C),在硝铵比为50∶50和25∶75条件下,菜用大豆种子的CAT表现为先上升后下降再缓慢上升的趋势,而在硝铵比为100∶0和75∶25时,CAT活性表现为先上升后下降的趋势。在花后30d,CAT活性随着营养液中铵态氮比例的增加而

图1　不同硝铵比对菜用大豆种子抗氧化酶活性的影响

Fig.1　EffectsofNO3-2NandNH4+2Nratiosontheactivities

ofantioxidantenzymesinseedsofvegetablesoybean

升高,在硝铵比为25∶75时,菜用大豆种子的CAT活性分别是硝铵比为100∶0、75∶25、50∶50处理的1187、1168和1122倍。213　氮素不同形态配比对菜用大豆不同发育时期

著降低了O2生成速率,较高比例的铵态氮处理下,O2生成速率显著升高。花后30d时,硝铵比为75∶25时,菜用大豆种子中O2含量最低,分别是硝铵比

种子O2生成速率、H2O2和MDA含量的影响

表3看出,在不同硝铵比处理下,菜用大豆种子中O2生成速率表现为先迅速增加而后维持在较高水平。营养液中适当比例的铵态氮(25%～50%)显

为100∶0、50∶50、25∶75处理的0174、0188和0170倍。H2O2含量方面,在硝铵比为100∶0和25∶75时,菜用

3期　　　陈磊,等:氮素不同形态配比对菜用大豆生长、种子抗氧化酶活性及活性氧代谢的影响

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大豆种子中H2O2含量表现为先迅速增加而后维持

在较高水平,而硝铵比为75∶25和50∶50时,H2O2含量表现为开始无明显变化而后缓慢增加。适当的硝铵比(25%～50%)处理下,H2O2含量较低。MDA含量方面,在不同硝铵比处理下,菜用大豆种子中MDA含量的变化与H2O2含量变化相似。花后18

到30d,营养液中高比例的铵态氮(75%)和硝态氮(100%)均使菜用大豆种子中MDA含量显著增加。花后30d时,在硝铵比为75∶25时,菜用大豆种子中MDA含量最低,分别是硝铵比为100∶0和25∶75处理的0155倍和0143倍。

表3　不同硝铵比对菜用大豆种子O2生成速率、H2O2和MDA含量的影响

Table3　EffectsofNO3-2NandNH42NratiosonO2

producingrate,H2O2andMDAcontentsinseedsofvegetablesoybean152112a1147d1165c1190b1114a0185a1107a1131a0129a0121a0124a0131a

项目

Item

O2生成速率O2producingrate[μmol/(min・g),FM]

H2O2含量

H2O2content(μmol/g,FM)MDA含量MDAcontent(μmol/g,FM)ΗΗ硝铵比

-NO32N∶NH4+2N100∶075∶2550∶5025∶75100∶075∶2550∶5025∶75100∶075∶2550∶5025∶75

121132a1104b0190b1125a0193a0179a0187a1108a0128a0118a0123a0131a

　　注(Note):同一列的数据后不同小写字母表示处理间的差异达5%的显著水平Differentsmalllettersinacolumnaresignificantat5%level.

3　讨论

适宜的硝铵比对植物的生长发育和丰产都是非

常有利的,如小麦(TriticumaestivumL.)[12]、菜豆(PhaseolusvulgarisL.)[4]、菠菜(SpinaciaoleraceaL.)等[13]。然而,Britto等[14]和Cao等[15]认为,在高比例的硝态氮或铵态氮处理下,过多的能量消耗用于NO3-或NH4+的转移,从而导致蛋白质和糖类合成的减少或植物体内激素平衡的失调和细胞分裂素含量急剧下降[16],降低氮同化能力,从而影响作物的丰产。本研究表明,在硝铵比为100∶0和25∶75时,菜用大豆生物量显著降低,在硝铵比为25∶75时表现尤为显著。上述结果与Tabatabaei等[11]在草莓上的研究基本结果一致,但不同的是Tabatabaei等发现在硝铵比为50∶50时草莓具有最大的生物量,而本试验发现硝铵比为75∶25时菜用大豆具有最大的生物量,这可能是由于不同的作物对NO3-或NH4+的敏感性和嗜好性存在差异。

植物受到干旱、盐渍、温度等胁迫时,活性氧代

谢平衡被破坏,产生O2、H2O2、・OH、O2,从而加快膜脂过氧化进程,导致一系列生理生化代谢紊乱。

花后天数Daysafterflowering(d)1821241176b1186b2101b1141d1160c1144b1162c1145c1165c1199a2103a2128a1161b2125b2148b0199c1121c1106c1112c1154c1136c2118a3117a3114a0132a0135b0141b0122b0120c0125c0126ab0127c0128c0131a0140a0154a

272132a1181b1174b2118a2177b1131c1156c3143a0150b0126c0131c0162a

302114a1159c1180b2126a2155b1118c1131c3124a0158b0132c0136c0175a

Medici等[17]和Nimptsch等[18]证实,过多的硝态氮或铵态氮易诱导植物抗氧化酶(SOD、POD、CAT、APX

和GR)活性的升高,表明过多的硝态氮或铵态氮会对植株产生氧化胁迫。寿森炎等[19]研究发现,在自然光强下,供应铵态氮的植株生长受到明显抑制,SOD、GR等抗氧化酶活性及O2生成速率、H2O2和MDA含量显著高于供应硝态氮的植株。赵建荣和秦改花[3]研究表明,在增加铵态氮比例时,POD、SOD和CAT活性有所降低,而在完全供铵时,其活性达到最高,MDA含量也最高。本研究结果表明,在自然光照下,不同硝铵比对菜用大豆种子发育过程中的抗氧化系统有显著影响。在不同硝铵比处理下,POD和CAT活性随着营养液中铵态氮比例的增加而逐渐升高。然而,高比例的硝态氮处理下,菜用大豆种子抗氧化酶(POD和CAT)活性却维持在较低水平。在种子发育后期(花后18到30d),硝铵比为25∶75时SOD在抗氧化过程中没有起到关键的作用,该结果与Rios2Gonzalez等[20]对玉米的研究结果相似。营养液中过多的硝态氮或铵态氮均使菜用大豆种子中O2生成速率、H2O2和MDA含量显著增加。对菜用大豆,营养液中适当的硝铵比能使种子

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植物营养与肥料学报

16卷

维持较低的抗氧化酶活性,活性氧代谢产物O2、H2O2和膜脂过氧化产物MDA含量也较低,表明氧化胁迫伤害较轻。而在硝铵比为25∶75时,抗氧化酶活性最高,O2生成速率、H2O2和MDA含量也最高,说明过多的铵态氮对细胞膜造成了伤害,细胞抗氧化酶系统开始起作用。

综上所述,与完全供应硝态氮处理相比较,硝铵比为75∶25和50∶50时菜用大豆的生物量显著提高,尤以硝铵比为75∶25时更为显著;而且抗氧化酶(POD和CAT)活性、O2生成速率、H2O2和MDA含量均维持在较低水平,表明所受的氧化胁迫程度最低。可见,不同硝铵比氮素营养对菜用大豆种子发育过程中的抗氧化系统产生了显著的影响,说明不同氮素形态处理下抗氧化系统和活性氧代谢与菜用大豆丰产有着密切的相关性。关于这方面的分子生物学依据,有待深入研究。参考文献:

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