植物根系在密實(shí)土壤中的呼吸代謝

譚雯

【摘要】：黃瓜對(duì)土壤的密實(shí)程度反應(yīng)最為靈敏，本文以黃瓜幼苗為研究對(duì)象，研究了其根系在密實(shí)土壤中的呼吸代謝。結(jié)果表明，土壤的密實(shí)程度越高，根系呼吸代謝受到的抑制程度越強(qiáng)；在密實(shí)土壤中根系的有氧呼吸受到了明顯的抑制，但無(wú)氧呼吸有一定程度的增強(qiáng)。

【關(guān)鍵詞】：根系；呼吸代謝；土壤密實(shí)程度

【引言】

土壤狀況對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量品質(zhì)影響巨大，其中土壤的密實(shí)程度又直接影響植物吸收養(yǎng)分的關(guān)鍵器官-根系的狀況[1]。根系的呼吸代謝對(duì)于植物的生理循環(huán)來(lái)說(shuō)是基礎(chǔ)和根本，其受到土壤緊實(shí)程度的影響更為顯著[2]。本文以對(duì)土壤緊實(shí)程度反應(yīng)最靈敏的黃瓜為例，研究了在密實(shí)土壤中其根系呼吸代謝的變化情況，為黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的進(jìn)一步提升提供了參考。

1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用的黃瓜幼苗取自城郊大棚，進(jìn)行幼苗盆栽所用的土壤也取自大棚內(nèi)。每千克該土壤中含有10.45g的有機(jī)質(zhì)，11.6g的氮元素，184.2mg的鉀元素，52.3mg的磷元素。將取回的土壤風(fēng)干，之后過(guò)濾，每千克土壤中追加氮含量為46%的尿素0.6g，五氧化二磷含量為16%的過(guò)磷酸鈣0.7g。追肥后進(jìn)行土壤密實(shí)度處理。

用容重對(duì)土壤的密實(shí)度進(jìn)行表示，大棚土壤的容重為1.1g·cm-3，將其選為對(duì)照組，之后取容重1.3 g·cm-3，1.5 g·cm-3和1.7 g·cm-3為實(shí)驗(yàn)用容重值。根據(jù)容重算出每組實(shí)驗(yàn)用濕土質(zhì)量m濕，計(jì)算公式如式1所示：

m_濕=（1+W）×V×ρ_b （1）

式1中W為土壤的質(zhì)量含水量，V為每組幼苗培養(yǎng)的瓷盆體積（cm3），ρb為土壤的容重（g·cm-3）。將稱(chēng)好的土壤和幼苗置于瓷盆內(nèi)，瓷盆大小為直徑25cm，高28cm的圓柱體，對(duì)于容重較大的土壤采用木槌夯實(shí)，嚴(yán)格控制每組土壤距離瓷盆上沿為5cm。在移植完成后8天，植株長(zhǎng)出20片葉后進(jìn)行采樣測(cè)試。

采集位于中部的黃瓜植株根系0.5g，加入2mlpH值為6.8的提取液（Tris-HCl）。提取液中MgCl2和β-巰基乙醇的濃度均為5mmol/L，EDTA和EGTA的濃度為1 mmol/L，PMSF濃度為0.1 mmol/L，甘油為15%。在冰水浴的條件下進(jìn)行研磨后，以每分鐘15000轉(zhuǎn)的速度離心，取上清液獲得粗酶液。對(duì)各種酶活性采用試劑盒（南京）進(jìn)行比色法測(cè)定。根系無(wú)氧呼吸涉及到的乳酸脫氫酶、乙醇脫氫酶的比色波長(zhǎng)為440nm和340nm，有氧呼吸涉及到的蘋(píng)果酸脫氫酶和琥珀酸脫氫酶比色波長(zhǎng)為340nm和600nm。根系中丙烯酸的測(cè)定，首先采用2， 4-二硝基苯腙與根系中的丙酮酸反應(yīng)，測(cè)定520nm處的吸光度，采用的分光光度計(jì)儀器型號(hào)為UV-8000A型（上海） 。與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照就可以得出丙酮酸的含量。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在植物的呼吸代謝過(guò)程中，丙酮酸是重要的中間產(chǎn)物。圖1 土壤緊實(shí)度不同的情況下根系中丙酮酸含量的變化，從圖中可以看出隨著土壤容重的增大，丙酮酸含量逐漸增多。丙酮酸作為呼吸代謝的中間產(chǎn)物，最終會(huì)分解為二氧化碳、水、乳酸、乙醇和乙醛等多種產(chǎn)物，在緊密土壤中丙酮酸含量的增多說(shuō)明黃瓜幼苗根系的呼吸代謝受到了抑制。

中間產(chǎn)物丙酮酸如果經(jīng)過(guò)植物根系的有氧呼吸，最終會(huì)生成二氧化碳和水，有氧呼吸過(guò)程中涉及到的酶主要有蘋(píng)果酸脫氫酶和琥珀酸脫氫酶，這兩種酶的活性可以反映根系有氧呼吸的情況。表1所示為土壤緊密度不同的條件下根系中有氧呼吸酶活性的變化，可以看出隨著土壤越來(lái)越緊密，兩種酶的活性下降，說(shuō)明有氧呼吸在密實(shí)土壤中受到了抑制。

表2所示為不同緊實(shí)度土壤條件下根系無(wú)氧呼吸酶的活性。丙酮酸無(wú)氧呼吸的產(chǎn)物是乙醇和乳酸，乙醇脫氫酶和乳酸脫氫酶的活性可以表示根系無(wú)氧呼吸的情況，從表2所示的結(jié)果可以看出在土壤越來(lái)越密實(shí)的情況下，兩種酶的活性增大，說(shuō)明雖然整體呼吸代謝受到抑制，但無(wú)氧呼吸有所增強(qiáng)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在密實(shí)土壤中，黃瓜幼苗根系中呼吸代謝中間產(chǎn)物丙酮酸含量增多，整體呼吸代謝受到了抑制，其中有氧呼吸酶的活性減弱，有氧呼吸受到限制，但無(wú)氧呼吸酶活性增強(qiáng)，說(shuō)明密實(shí)土壤中黃瓜幼苗根系無(wú)氧呼吸強(qiáng)度增大。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 胡曉輝， 郭世榮， 李璟， 王素平， 賈永霞. 低氧脅迫對(duì)黃瓜幼苗根系無(wú)氧呼吸酶和抗氧化酶活性的影響[J]. 武漢植物學(xué)研究， 2005， 23（4）： 337-341.

[2] 崔曉明，張亞如， 張曉軍， 王銘倫， 王月福. 土壤緊實(shí)度對(duì)花生根系生長(zhǎng)和活性變化的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)， 2016， 31（6）： 131-136.