氮與pH互作對菊苣4項生理指標的影響

解 寶，陳 果，杜金鴻，王佺珍，吳春會

(西北農林科技大學動物科技學院草業科學系，陜西 楊凌 712100)

菊苣(Cichoriumintybus)是以菊粉果聚糖形式積累能量的一種多年生宿根菊科植物，起源于地中海、中亞和北非，早在古希臘和古羅馬時代就已被種植[1-3]。在我國主要分布于西北、華北、東北等暖溫帶地區，常見于山區、田邊及荒地[4]。菊苣在歐洲栽培甚多，常被用作葉類蔬菜牧草和飼料、制糖原料及香料等。菊苣根中含有豐富的聚糖和芳香族物質，可提高消化器官的活動能力，具有大面積推廣種植的價值，因此對于菊苣的研究備受關注[5]。菊苣自20世紀80年代引入我國后，又培育出大葉型牧草品種。由于其品質優良，已成為我國最有發展前途的飼料和經濟作物[6]。

1 材料與方法

1.1試驗材料 試驗材料為西北農林科技大學王佺珍副教授在西北農林科技大學農一站試驗地種植的菊苣。該品種有很強的耐土壤酸、堿性，但過高的酸性土壤抑制其增長。

1.2試驗設計 于2010年在西北農林科技大學農一站全自動草業科學溫室內進行盆栽試驗。選取生長狀況近似一致的菊苣幼苗種植于直徑25 cm、高30 cm的塑料桶中，每盆7株。栽培基質為經沖洗、消毒過的河沙。栽植前用清水將菊苣苗根系所帶土壤沖洗干凈。

氮素和pH兩個因素處理采用完全設計。氮素設置為3個水平，分別為0.5、1.0、2.0倍的Hoagland營養液N1(65.305 mg·L-1)、N2(130.61 mg·L-1)、N3(261.22 mg·L-1)；pH也設置為3個水平，分別為pH1(5.5)、pH2(7.0)、pH3(8.5)。共9個組合，每個組合重復3次。

1.3測定指標與方法 葉綠素測定采用吸光度法[17]，稱取0.1 g新鮮葉片，加80%的丙酮研磨提取后在波長652 nm處測定光密度(Optical Density，OD)值，并計算葉綠素含量(mg·g-1)。 丙二醛(MDA)采用李合生[18]的巴比妥酸(TBA)顯色法測定，過氧化物酶(POD)活性的測定采用愈創木酚法[19]，超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍四唑法[20]。

2 結果與分析

2.1氮與pH對菊苣4種生理指標的影響

2.1.1氮處理對4種生理指標的影響 菊苣葉片葉綠素和MDA含量在不同氮質量濃度作用下差異不顯著(P>0.05)；但葉綠素在N2處理下含量最高，MDA含量最低(表1)。而POD與SOD活性變化表現一致：N1(低氮)>N2(中氮)>N3(高氮)，且兩者都表現出N1顯著高于N2、N3處理(P<0.05)。

表1 不同氮質量濃度、pH對菊苣葉片4個生理指標的影響

2.1.2pH處理對4種生理指標的影響 菊苣葉片葉綠素含量隨pH水平升高而降低，且pH1與pH3差異顯著(P<0.05)，pH2與pH3差異不顯著(P>0.05)。MDA在不同水平的pH處理下差異不顯著，但在pH2中性時，含量最低(表1)。POD活性在pH1時最高，分別為pH2和pH3的3.66倍和3.32倍。SOD活性隨pH水平升高卻呈現出下降趨勢，且在pH3時達到最低值，pH1與pH3差異顯著(P<0.05)。

2.2菊苣對氮與pH互作的生理反應

2.2.1氮與pH對菊苣葉片葉綠素含量的互作效應 從互作效應分析結果(圖1-Ⅰ)可以看出，氮處理與pH可以同時對菊苣葉片葉綠素產生影響。在N3、pH1處理下，葉綠素含量達到最高；在N1、pH1和N3、pH3處理下，葉綠素含量較低，它們之間差異不顯著(P>0.05)，但二者與其他組合差異顯著(P<0.05)。同時發現，在N1處理下，葉綠素含量隨pH水平升高而升高，且pH1與pH2、pH3差異顯著(P<0.05)；在N2處理下，葉綠素含量隨pH升高而降低，但3個處理間差異不顯著(P>0.05)；在N3處理下，葉綠素含量隨pH升高而降低，且pH1、pH2與pH3差異顯著(P<0.05)。

2.2.2氮與pH對菊苣葉片MDA含量的互作效應 氮與pH對菊苣葉片MDA(圖1-Ⅱ)互作效應結果顯示，在N3、pH1處理下，MDA含量為所有處理組合中最低，其次為N2、pH2組合，且與其他組合間差異顯著(P<0.05)。在pH1處理下，MDA含量隨氮質量濃度升高而降低，且N1、N2與N3差異顯著(P<0.05)。在pH2處理下，N2表現出最低值，且與其他兩者差異顯著(P<0.05)。在pH3處理下，N2表現出最低值，但與其他兩者差異不顯著(P<0.05)。N1、pH1組合下，MDA含量為1.13 μmol·g-1，為所有組合中的最大值。

2.2.3氮與pH對菊苣葉片POD活性的互作效應 氮與pH互作對菊苣葉片POD(圖1-Ⅲ)活性結果顯示，在N1、pH1處理時受到強烈脅迫，POD活性明顯上升,且其他處理組合間差異不顯著(P>0.05)，N3、pH3處理時活性最低。在pH一定時，POD活性表現為N1>N2>N3。說明氮濃度的升高可以緩解pH對菊苣生長的脅迫作用，使POD活性下降。

2.2.4氮與pH對菊苣葉片SOD含量的互作效應 對于菊苣葉片SOD活性的互作效應(圖1-Ⅳ)，在N1、pH1組合下SOD活性最高。在N3與pH2和pH3處理下，SOD活性較低，且與其他組合差異顯著(P<0.05)。在N3處理下，SOD在pH1水平活性最高，且與其他兩者差異顯著(P<0.05)。在N1和N2處理下，SOD在pH2水平活性最低，而在pH1和pH3水平活性較高，且各組合間差異不顯著(P>0.05)。在N3處理下，SOD活性隨pH水平升高而降低，且在pH1水平最高，與其他兩者差異顯著(P<0.05)。在pH一定時，SOD活性表現為N1>N2>N3。

圖1 氮與pH互作對葉綠素(Ⅰ)、MDA(Ⅱ)、POD(Ⅲ)和SOD(Ⅳ)的影響

2.34種生理指標的雙因素方差分析 分別以氮濃度(0.5、1.0和2.0倍的Hoagland營養液)和pH水平(5.5、7.0和8.5)代表不同處理，對菊苣葉片葉綠素和MDA含量、SOD和POD活性與氮、pH之間的關系進行雙因素方差分析(表2)。表2中F=方差(MS)/誤差(Error)，F值越大差異越大[21]。菊苣葉片的葉綠素含量雙因素方差分析結果表現為pH水平的F值遠大于氮濃度的F值，即pH處理對黃菊苣葉片葉綠素含量的影響遠大于氮處理。但菊苣葉片MDA含量、SOD和POD活性的雙因素方差分析結果表現為氮濃度的F值遠大于pH水平的F值，即氮處理對黃菊苣葉片MDA含量、SOD和POD活性的影響遠大于pH處理。

表2 雙因素方差分析結果

3 討論與結論

本試驗采用3種不同氮濃度與3種普遍存在的土壤pH相互組合，模擬出9種類似于菊苣生境的土壤環境，通過比較其4種生理指標的變化，從而找到菊苣生長的最佳生境。結果表明，氮與pH對菊苣生長都有影響，且在一定范圍內高濃度氮會促進菊苣生長，菊苣對pH適應范圍較大，氮處理對菊苣生長影響明顯比pH處理大。

Nakaji等[22]和Clement等[23]研究發現，葉片中氮含量的增加會改變與光合作用有關的酶的濃度和活性；在一定濃度范圍內，氮含量的增加會引起核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)濃度和活性及葉綠素含量的增加，從而增加光合速率，但過量的氮則會引起植物體內的營養失衡，對光合作用產生不利影響。正常生長發育的植物細胞內存在精確的pH調控，細胞的代謝活動、DNA復制、細胞分裂等均隨pH變化而被激活或抑制[24]。因此，當植物受到氮與pH脅迫時，其體內葉綠素和丙二醛含量及過氧化物酶和超氧化物酶活性會發生顯著變化。

正常生長條件下，植物體內活性氧的產生和清除之間保持著一種動態平衡，當植物遭受脅迫時，這種平衡就被破壞，首先影響的是生物膜。往往發生膜脂過氧化作用，丙二醛是膜脂過氧化作用的最終分解產物，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度。菊苣葉片丙二醛含量，在受到氮或pH脅迫時，雖然葉片細胞膜和葉綠素受到了不同程度的破壞，但各處理的丙二醛含量差異不顯著，推測在脅迫發生時，植物本身可以通過自身的機制加以調節，使其細胞膜的破壞降到最小，丙二醛的含量變化甚微。丙二醛在高氮低pH和中氮中pH互作時含量較低，其他組合互作對菊苣生長產生脅迫，丙二醛含量顯著上升。在受到脅迫時，植物體內活性氧產生與清除的動態平衡被打破，造成活性氧的積累，而過氧化物酶、超氧化物酶是植物體內活性氧清除系統中的2種重要抗氧化酶，能有效阻止活性氧在植物體內的積累，通常狀況下過氧化物酶與超氧化物酶變化是協同變化的[27]。菊苣在受到低氮或低pH及低氮低pH互作脅迫時，過氧化物酶活性顯著增加。因為植物在遭受逆境脅迫時，產生的氧自由基數量增多，為了抵抗逆境對植物造成的傷害，超氧化物歧化酶的活性增加，以便清除氧自由基，減少膜脂過氧化[28]。超氧化物酶活性在低氮或低pH及低氮低pH與低氮高pH脅迫時，活性明顯增加。

綜上所述，菊苣受到氮或pH脅迫時葉綠素含量顯著下降，丙二醛含量變化不顯著，其抗氧化酶系統中，超氧化物酶、過氧化物酶協同作用，維持了植物體內活性氧的產生和清除之間的動態平衡。從雙因素方差分析結果可以得到，適度地提高氮濃度可以降低酸堿對植物生長的危害。植物的抗逆反應是一個涉及到眾多基因，受多途徑調控的復雜過程，有關菊苣在氮及酸堿脅迫下超氧化物酶、過氧化物酶活性誘導的分子機理尚需進一步深入研究。

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