不同施氮水平對小麥幼苗抗氧化酶及葉綠素含量的影響

閻佩云,姬苗苗,顧田英

(商洛學院 生物醫藥與食品工程學院,陜西 商洛 726000)

引言

小麥是人類的三大主食之一，是世界各地都有廣泛種植的禾本科植物[1～2]。很多研究表明，小麥品種、土壤條件、氣候等因素都會影響小麥的產量，其中氮素(N)水平影響非常大[3～4]。氮素是大多數植物生長發育不可或缺的元素之一，主要參與植物體內蛋白質、核酸等重要物質合成，影響植物光合作用，進而直接影響小麥的氮代謝過程[5]，而且還可以通過影響粒、穗、葉、莖、根等器官的生長，最終影響其作物的產量和品質[6]。此外，也有不少研究表明在施肥過程中由于過量施肥或者不當施肥都可能會引起環境污染[7～8]。因此，合理運用氮肥對小麥的種植具有重要意義。

Man[9]等研究發現補充灌溉可顯著提高小麥的葉綠素含量、CAT 與SOD 活性。Abid[10]等發現，干旱下增施氮肥可以顯著提高小麥葉片葉綠素含量和SOD 酶活性。眾多研究表明[11]，小麥抗氧化酶和葉綠素的研究對于了解小麥的生理發育都有重要的作用。

綜上所述得知，近些年來對于小麥的施肥效應研究已有很多，但是關于不同氮素水平對不同小麥品種幼苗抗氧化酶活性的研究報道較少。為此，筆者實驗選取商麥1619、小偃15和黑小麥三個品種小麥作為實驗材料，用水培方式培養，對不同類型小麥SOD、POD、CAT和葉綠素含量指標進行測定研究，篩選出適合該試驗小麥品種在商洛種植生產的適宜施氮量，為小麥在商洛地區的種植生產實踐提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料選用選取商洛學院良繁中心商麥1619、小偃15和黑小麥各0.5 kg。

1.2 試驗方法

參照高樹濤[12]等的方法，首先將選取的無病害、飽滿、大小基本一致的小麥種子用10%次氯酸浸種消毒10 min，其次使用自來水和蒸餾水依次各沖洗三遍后，然后置于蒸餾水中通氣吸脹6 h，吸脹后將種子擺放在培養皿的濾紙上，最后置于植物培養箱內25°下恒溫催芽24 h露白。

小麥幼苗預處理。將不同品種露白的小麥用鑷子夾取10株放置鋪有紗布的水培籃中，置于不同氮素濃度的營養液中，用不加氮的營養液(0 mmol·L-1)做對照組，共六組。用不同氮素濃度連續培養小麥至兩葉一心后，進行各項指標的測定。氮素濃度設置編號如下表：

表1 五種不同氮素濃度的處理編號

1.3 測定的指標和方法

1.3.1 葉綠素含量 參考邱念偉等[13]對葉綠素的提取方法，重復3組。

1.3.2 抗氧化酶活性 ①超氧化物歧化酶(SOD)的測定：參照高俊風[14]氮藍四唑(NBT)光還原法測定。②過氧化物酶(POD)的測定：參照朱廣聯[15]的愈創木酚顯色法測定。③過氧化氫酶(CAT)的測定：參照郝再彬等[16]的紫外吸收法。

1.4 數據處理

所有指標處理測定重復3次，最終數據為3次測量值的平均值，用Excel 進行數據處理和作圖，數據的方差分析和顯著性檢驗用SPSS軟件進行。

2 結果與分析

2.1 同施氮水平處理對小麥幼苗葉綠素含量的影響

由圖1可得，葉綠素含量在3個供試小麥品種幼苗葉片中均表現出先增后減的變化趨勢。其中，三個品種的小麥幼苗在N1處理時葉綠素含量都是最低；隨著氮素溶液濃度的升高，小麥幼苗葉片的葉綠素含量顯著增加，說明氮素水平的升高可以促進小麥葉片葉綠素的合成從而有利于小麥苗期的生長，其中N4處理(氮素濃度為120 mmol·L-1)小麥苗期的生長效果最好。但N5處理(氮素濃度為150 mmol·L-1)的3個供試小麥品種幼苗葉片中葉綠素含量均比N4處理時下降，表明小麥幼苗合成葉綠素能力開始下降，進而影響小麥苗期的生長效果。

2.2 不同施氮水平處理對小麥幼苗SOD活性的影響

由圖2可以看出，不同施氮水平處理下不同品種小麥幼苗內SOD活性隨著氮素濃度的增加而升高，氮素溶液升至一定濃度時SOD活性達到最大值，之后隨著溶液濃度的升高SOD活性開始呈下降的變化趨勢。供試小麥品種小偃15和黑小麥幼苗內SOD活性均在N4處理下達到最高值；而供試小麥商麥1619幼苗內SOD活性在N3處理下達到最高值。

三種供試小麥在不同施氮水平處理下，隨著氮素溶液濃度的升高，幼苗內SOD活性逐漸升高，說明氮素水平的升高可明顯提高小麥幼苗葉片內的SOD活性，從而改善小麥苗期的生長情況。但當氮素水平升至一定濃度時，小麥幼苗的生長情況開始減弱，出現葉片變黃等現象，導致葉片內SOD活性下降，這說明過量的氮素會抑制小麥幼苗內的各項生理活動，進而影響其生長情況。在所有氮素水平對供試小麥進行處理下，N1處理均小于其他四個氮素處理，說明低氮素水平對不太利于小麥苗期的生長情況。綜合以上分析表明，不同氮素水平對不同品種小麥幼苗內SOD活性的變化不盡相同，其中商麥1619在N3處理下，SOD活性最高；小偃15和黑小麥在N4處理下，SOD活性最高。

2.3 不同施氮水平處理對小麥幼苗POD活性的影響

由圖3可以看出，不同施氮水平處理下不同品種小麥的POD活性隨著氮素濃度的增加而升高，氮素溶液升至一定濃度時POD活性達到最大值，之后隨著氮素溶液濃度的繼續升高POD活性反而開始降低。供試小麥商麥1619和小偃15幼苗內POD活性在N3處理下達到最高值；而供試小麥黑小麥幼苗內POD活性在N4處理下達到最高值。三種供試小麥在不同施氮水平處理下，隨著氮素溶液濃度的升高，幼苗內POD活性逐漸升高，說明氮素水平的升高可明顯提高小麥幼苗葉片內的POD活性，從而提高小麥苗期的生長情況。但當氮素水平升至一定濃度時，小麥幼苗的生長情況開始減弱，出現葉片變黃等現象，導致葉片內POD活性下降，這說明過量的氮素會抑制小麥幼苗內的各項生理活動，從而影響其生長情況。

在所有氮素水平對供試小麥進行處理下，N1處理均小于其他四個氮素處理，說明低氮素水平不太利于小麥苗期的生長情況。綜合以上分析表明，不同氮素水平對不同品種小麥幼苗內POD活性的變化不盡相同，其中商麥1619和小偃15在N3處理下，POD活性最高；黑小麥在N4處理下，POD活性最高。

2.4 不同施氮水平處理對小麥幼苗CAT活性的影響

由圖4可知，不同施氮水平處理下不同品種小麥的CAT活性隨著氮素濃度的增加而升高，氮素溶液升至一定濃度時CAT活性達到最大值，而后隨著溶液濃度的升高CAT活性開始呈下降趨勢。供試小麥小偃15和黑小麥幼苗內CAT活性在N4處理下達到最高值。而供試小麥商麥1619幼苗內CAT活性在N3處理下達到最高值。三種供試小麥在不同施氮水平處理下，隨著氮素溶液濃度的升高，幼苗內CAT活性逐漸升高，說明氮素水平的升高可明顯提高小麥幼苗葉片內的CAT活性，從而提高小麥苗期的生長情況。

但當氮素水平升至一定濃度時，小麥幼苗的生長情況開始減弱，出現葉片變黃等現象，導致葉片內CAT活性下降，這說明過量的氮素會抑制小麥幼苗內的各項生理活動，從而影響其生長情況。在所有氮素水平對供試小麥進行處理下，N1處理均小于其他四個氮素處理，說明低氮素水平不太利于小麥苗期的生長情況。綜合以上結果表明，不同施氮水平對不同品種小麥幼苗內CAT活性的變化不盡相同，其中商麥1619在N3處理下，CAT活性最高；小偃15和黑小麥在N4處理下，CAT活性最高。

3 討論與結論

3.1 討論

三種供試小麥的葉綠素含量隨著氮素溶液濃度的升高而升高，且各處理間差異較為明顯，說明氮素水平的升高在小麥幼苗生長期有利于促進葉片的葉綠素合成，但當氮素溶液濃度升至為150 mmol·L-1時，葉片葉綠素含量不再增加開始呈下降趨勢，小麥幼苗合成葉綠素的能力下降。這說明三種小麥在N3水平時，最適合這三種小麥生長，而處于N5時，幼苗的性狀表現一般，表明氮素濃度過大，不利于小麥幼苗的生長。柳嘉佳[17]等對米槁幼苗生長和生理特性的研究也有類似的結論，再次印證了氮素在植物生長發育過程中的重要性。

超氧化物歧化酶SOD通過催化歧化反應使活性氧(植物在逆境脅迫下會產生活性氧)生成過氧化氫和氧氣，保護細胞避免或減輕活性氧傷害，是活性氧清除系統中最先發揮作用的抗氧化酶[18]。所以葉片內SOD活性越高就表明該植物的抗逆性越強，越低則表明該植物的抗逆性降低。過氧化物酶(POD)可將H2O2分解為H2O，因此POD活性的提高有利于提高幼苗清除體內過氧化氫的能力，有利于保護生物膜的穩定，提高幼苗的抗逆能力[19]。植物在逆境下或衰老時，過氧化氫酶(CAT)與超氧化物歧化酶(POD)產生協同作用以此清除超氧物陰離子自由基以及過氧化氫[20]。

王賀正[21]等對小麥旗葉生理特性和產量的研究得出在一定范圍內隨施氮水平的增加可以顯著提高SOD、POD、CAT活性，但施氮水平超過一定水平后，各指標增幅不明顯或呈下降趨勢的結論與本文結論基本一致。筆者研究結果表明隨著氮素濃度的升高，商麥1619、小偃15、黑小麥三個品種小麥葉片中SOD、POD、CAT活性均出現先升高后降低的趨勢，但其峰值不在同一個濃度梯度內。經過單因素方差分析，得知三個小麥品種在葉綠素、SOD、POD指標上無顯著性差異，而在CAT指標上，黑小麥品種顯著高于商麥1619和小偃15。

3.2 結論

綜合各項研究結果表明商麥1619、小偃15、黑小麥三個小麥品種的的葉綠素含量在120 mmol·L-1氮素濃度下達到最高；SOD、POD、CAT活性的最大值出現在90 mmol·L-1至120 mmol·L-1氮素濃度范圍內，說明在5個氮素水平下適合3個類型小麥適宜生長的氮素濃度范圍為90 mmol·L-1至120 mmol·L-1。筆者實驗利用3個品種的供試小麥在5種不同的氮素溶液濃度下自然生長，結合小麥幼苗生長發育情況以及體內不同抗氧化酶指標測定進行研究，初步了解不同氮素水平處理下3種商麥幼苗的抗氧化酶活性水平，為小麥在商洛種植地的適宜施氮量提供了理論依據。