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解析.docx

1、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解析收稿日期 :2009-05-27 接受日期 :2009-09-21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。作者简介 :陈磊 (1982, 男 , 重庆长寿人 , 博士研究生 , 主要从事蔬菜栽培生理研究。 E 2mail :leichennjau 1631com 3通讯作者 E 2mail :ylzhu njau.edu. cn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 ,

2、 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 G lycine max (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 O 2、 过氧化氢

3、(H 2O 2 和膜脂过氧化产物丙二醛 (M DA 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 ,O 2生成速率 、 H 2O 2和 M DA 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 :505X ( E ffects of nitrogen , antioxidant enzymeof vegetable soybeanCHE N Lei , ZH U Y ue 2

4、lin 3, Y ANGLi 2fei , W ANG C ong(College o f Horticulture , Nanjing Agricultural Univer sity , Nanjing , Jiangsu 210095, China Abstract :Using the vermiculite culture , the effects of ratios of NO -32N and NH +42N on plant growth , seed antioxidant enzyme activities and reactive oxygen metabolism o

5、f vegetable s oybean G lycine max (L. Merr. cv. Li 2xiang 95-1were studied. The results show that the appropriate ratio of NO -32N and NH +42N is about 75 25which is beneficial to the growth and development of the s oybean , and produces the maximum plant biomass. Under the treatment of excessiveNO

6、-3(100% or NH +4(75% , both biomass production and yields are decreased obviously , especially for the NH +4(75% treatment. In the NO -3 NH +4treatments of 75 25and 50 50, the activities of antioxidant enzymes are low , and the O 2producing rate , hydrogen peroxide (H 2O 2 and malondiadehyde (MDA co

7、ntents are als o low , therefore the de 2gree of oxidative stress is com paratively low. H owever , under the NO -3 NH +4treatment of 25 75, the antioxidant enzyme activities , the O 2producing rate , H 2O 2and MDA contents reach to their highest values. These results indicate that ex 2cessive NH +4

8、is harm ful to cell membrane integrity , resulting in severe degree of oxidative damage in the seeds of veg 2etable s oybean.K ey w ords :nitrogen forms ; vegetable s oybean ; antioxidant enzyme activity ; membrane lipid peroxidation 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

9、是截然不同的 , 从而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 , 膜脂过氧植物营养与肥料学报 2010,16(3 :768-772Plant Nutrition and Fertilizer Science化 程 度 较 高 。朱 祝 军 等 4也 发 现 , 在 550m ol/(m 2 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 (MDH AR 和谷胱甘肽还原酶 (G R

10、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 。1 材料与方法111 试验设计试验于 2008年 3月 6日至 581” G lycine max 2951, 购自 。 3月 6日 , 大豆 种子直播于上直径 40

11、cm 、 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 H oagland 营养液 。 植株生长在自然光照下 , 昼 /夜温度为 (2830 /(2022 , 温室相对湿度为 60%80%, 日 最 高 光 照 强 度 在 500850m ol/(m 2 s 范围内 (采用美国 LI -C OR 公司生产的 LI -190S B 传感器测定 。在总氮浓度均为 16mm ol/L 的前提下 , 试验设 4个硝铵比 (N

12、O -32N NH +42N 处理 , 分别为 100 0、 75 25、 50 50和 25 75。每处理 5盆 ,3次重复 。此外 , 营养 液 中 均 加 入 7m ol/L 硝 化 抑 制 剂 双 氰 胺 (DC D 。 处理所用改良 H oagland 营养液 , 其大量元 素组成如表 1, 微量元素的含量分别为 (m ol/L :B 140(H 3BO 3 、 Cu 100(CuS O 4 5H 2O 、 Mn 36(MnCl 2 4H 2O 、 Zn 46(ZnS O 4 7H 2O 、 Fe 30(Fe 2E DT A 和 M o 1(H 2M oO 2 。4月 8日始花 ,

13、此后一周内每天挂牌标记开花 期 , 并记录每天的挂牌数 , 以此确立每天的开花数 。 4月 11日花数最多 , 试验即以该天开花形成的种子 为研究对象 。表 1 处理用营养液中大量营养元素的组成T able 1 Components of m acroelements in the nutrition solution under different treatments无机盐Inorganic salt硝铵比 NO -32N NH +42N(NO -3+4100:075:2550:5025:75 Ca (NO 3 2413217316118 K NO 351751400 MgS O 4210

14、210210210 NH 4H 2PO 4010110110110 K H 2PO 4110000 K Cl 110213717717 NH 4Cl 0215611917 CaCl 20115017214112 测定项目及方法423(, 取同一天开花 (4月 1次 , 共取 7 (NBT 光还 (S OD 活性 ; 愈创木酚 法 5测 定 过 氧 化 物 酶 (POD 活 性 ; 过 氧 化 氢 酶 (C AT 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 ; O 2生 成 速 率 按 照 王 爱 国 等 8的 方 法

15、 测 定 ; H 2O 2含量按照林植芳等 9的方法测定 ; 硫代巴比 妥酸法 (T BA 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 S AS 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211 氮素不同形态配比对菜用大豆生物量的影响 表 2可知 , 不同硝铵比对菜用大豆的生长影响 显著 , 随着营养液中铵态氮比例的适当增加 (25% 50% , 菜用大豆植株茎叶 、 根系和种子百粒鲜重 显著增加 , 但在硝铵比为 75 25和 50 50处理下无 显

16、著差异 。营养液中过高的硝或铵比里例 (100% NO -32N 和 75%NH +42N 均显著降低了菜用大豆的 鲜重 , 尤以硝铵比为 25 75时最为显著 。不同处理 菜用大豆植株茎叶 、 根系和种子的干重均达到显著 差异水平。 与鲜重的变化规律相似 , 随着营养液中铵 态氮比例的适当增加 , 菜用大豆干物重也逐渐增加 , 在硝铵比为 75 25时 , 菜用大豆干物重达到最大值 , 平均单株茎叶和根系干重分别达到 12156和 3178g 9673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 2 不同硝铵比对菜用大豆生物量的影响T able

17、 2 E ffect of N O -32N and NH +42N ratios on biom ass of vegetable soybean硝铵比NO -32N NH +42N鲜重 Fresh weight干重 Dry weight茎叶 (g/plant Shoot根系 (g/plant R oot百粒种子重 (g 1002seeds wt.茎叶 (g/plant Shoot根系 (g/plant R oot百粒种子重 (g 100-seeds wt.100 0601680132b 151170154a 581131141b 91300135c 21250136c 161900133c

18、 75 25661040169a 171170132a 661741132a 121560164a 31780164a 221670147a 50 50641450153a 161020177a 631441118a 101720147b 31190147b 191420138b 25 75491920126c111460146b511281109c61870142d11560142d131860124d 注 (N ote :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 M ean S D , n =3. Differentsmall le

19、tters in a column are significant difference at 5%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 S OD 活性 (图 1A , 态氮比例的增加 ,S OD 25 75时 , 天数的增加 (到 铵态氮 (50% S OD 活性 ; 在硝铵 比为 50 50和 25 75时 , 菜用大豆种子

20、S OD 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 S OD 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

21、%。 C AT 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 C AT 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 ,C AT 活性表现为先上升后下降的趋势 。在花后 30d ,C AT 活性随着营养液中铵态氮比例的增加而升高 , 在硝铵比为 25 75时 , 菜用大豆种子的 C AT 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种子 O 2生成速率 、 H 2O 2和 MDA 含量的影响表 3看出 ,

22、 在不同硝铵比处理下 , 菜用大豆种子 中 O 2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 E ffects of N O -32N and NH +42N ratios on the activitiesof antioxid ant enzymes in seeds of vegetable soybean著降低了 O 2生成速率 , 较高比例的铵态氮处理下 , O 2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 O 2含量最低 ,

23、分别是硝铵比为 100 0、 50 50、 25 75处理的 0174、 0188和 0170倍 。 H 2O 2含量方面 , 在硝铵比为 100 0和 25 75时 , 菜用77植 物 营 养 与 肥 料 学 报16卷大豆种子中 H 2O 2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 ,H 2O 2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 ,H 2O 2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 H 2O 2含量变化相似 。花后 18到 30d , 营养液

24、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 O 2生成速率 、 H 2O 2和 MDA 含量的影响T able 3 E ffects of N O -32N and NH +42N ratios on O 2producing rate , H 2O 2and MDA contents in seeds of vegetable soybean

25、 项目I tem硝铵比-+花后天数 Days after flowering (d 12151821242730O 2生成速率 O 2producing rate m ol/(min g , F M100 01132a 2112a 1176b 1186b 2101b 2132a 2114a 75 251104b 1147d 1141d 1160c 1144b 1181b 1159c 50 500190b 1165c 1162c 1145c 1165c 1174b 1180b 25 751125a 1190b 1199a 2103a 2128a a 2126a H 2O 2含量H 2O 2con

26、tent (m ol/g , F M 100 00193a 1114a 1b 125b 2b 2155b 75 250179a 0185a 0c 21c 111118c 50 500187a 111c c 1156c 1131c 25 751a a a 3114a 3143a 3124a M DA 含量 M DA (m ol/g , F a 032a 0135b 0141b 0150b 0158b 01a 0121a 0122b 0120c 0125c 0126c 0132c 500123a 0124a 0126ab 0127c 0128c 0131c 0136c 25 750131a0131

27、a0131a 0140a 0154a0162a0175a 注 (N ote :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 Different small letters in a column are significant at 5%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 (Triticum aestivum L. 12、 菜 豆 (Phaseolus vulgaris L. 4、 菠菜 (Spinacia oleracea L. 等 13。 然而 ,Britto 等 14和 Cao 等 15认为 , 在高比 例的硝态氮或铵

28、态氮处理下 , 过多的能量消耗用于 NO -3或 NH +4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 T abatabaei 等 11在草莓上 的研究基本结果一致 , 但不同的是 T abatabaei 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

29、作物对 NO -3或 NH +4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 O 2、 H 2O 2、 OH 、 1O 2, 从而加快 膜脂过氧化进程 , 导致一系列生理生化代谢紊乱 。Medici 等 17和 Nim ptsch 等 18证实 , 过多的硝态氮或 铵态氮易诱导植物抗氧化酶 (S OD 、 POD 、 C AT 、 APX和 G R 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 , S OD 、 G R 等抗氧化酶

30、活性及 O 2生成速率 、 H 2O 2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 、 S OD 和 C AT 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 C AT 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 C AT 活性却维持在较低水 平 。 在种子发育后期 (花后 18到 3

31、0d , 硝铵比为 25 75时 S OD 在抗氧化过程中没有起到关键的作 用 , 该结果与 Rios 2G onzalez 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 O 2生成速率 、 H 2O 2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1773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维持较低的抗氧化酶活性 , 活性氧代谢产物 O 2、 H 2O 2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 ,O 2生成速率 、 H 2O 2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 C AT 活性 、 O 2生成速率 、 H 2