氮與pH互作對(duì)菊苣4項(xiàng)生理指標(biāo)的影響

解 寶，陳 果，杜金鴻，王佺珍，吳春會(huì)

(西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院草業(yè)科學(xué)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(shí)代就已被種植[1-3]。在我國(guó)主要分布于西北、華北、東北等暖溫帶地區(qū)，常見于山區(qū)、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(zhì)，可提高消化器官的活動(dòng)能力，具有大面積推廣種植的價(jià)值，因此對(duì)于菊苣的研究備受關(guān)注[5]。菊苣自20世紀(jì)80年代引入我國(guó)后，又培育出大葉型牧草品種。由于其品質(zhì)優(yōu)良，已成為我國(guó)最有發(fā)展前途的飼料和經(jīng)濟(jì)作物[6]。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料 試驗(yàn)材料為西北農(nóng)林科技大學(xué)王佺珍副教授在西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)一站試驗(yàn)地種植的菊苣。該品種有很強(qiáng)的耐土壤酸、堿性，但過高的酸性土壤抑制其增長(zhǎng)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì) 于2010年在西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)一站全自動(dòng)草業(yè)科學(xué)溫室內(nèi)進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。選取生長(zhǎng)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(zhì)為經(jīng)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(gè)因素處理采用完全設(shè)計(jì)。氮素設(shè)置為3個(gè)水平，分別為0.5、1.0、2.0倍的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液N1(65.305 mg·L-1)、N2(130.61 mg·L-1)、N3(261.22 mg·L-1)；pH也設(shè)置為3個(gè)水平，分別為pH1(5.5)、pH2(7.0)、pH3(8.5)。共9個(gè)組合，每個(gè)組合重復(fù)3次。

1.3測(cè)定指標(biāo)與方法 葉綠素測(cè)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(zhǎng)652 nm處測(cè)定光密度(Optical Density，OD)值，并計(jì)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(cè)定，過氧化物酶(POD)活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[19]，超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑法[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1氮與pH對(duì)菊苣4種生理指標(biāo)的影響

2.1.1氮處理對(duì)4種生理指標(biāo)的影響 菊苣葉片葉綠素和MDA含量在不同氮質(zhì)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(xiàn)一致：N1(低氮)>N2(中氮)>N3(高氮)，且兩者都表現(xiàn)出N1顯著高于N2、N3處理(P<0.05)。

表1 不同氮質(zhì)量濃度、pH對(duì)菊苣葉片4個(gè)生理指標(biāo)的影響

2.1.2pH處理對(duì)4種生理指標(biāo)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(shí)，含量最低(表1)。POD活性在pH1時(shí)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(xiàn)出下降趨勢(shì)，且在pH3時(shí)達(dá)到最低值，pH1與pH3差異顯著(P<0.05)。

2.2菊苣對(duì)氮與pH互作的生理反應(yīng)

2.2.1氮與pH對(duì)菊苣葉片葉綠素含量的互作效應(yīng) 從互作效應(yīng)分析結(jié)果(圖1-Ⅰ)可以看出，氮處理與pH可以同時(shí)對(duì)菊苣葉片葉綠素產(chǎn)生影響。在N3、pH1處理下，葉綠素含量達(dá)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(shí)發(fā)現(xiàn)，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(gè)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(duì)菊苣葉片MDA含量的互作效應(yīng) 氮與pH對(duì)菊苣葉片MDA(圖1-Ⅱ)互作效應(yīng)結(jié)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(zhì)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(xiàn)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(xiàn)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(duì)菊苣葉片POD活性的互作效應(yīng) 氮與pH互作對(duì)菊苣葉片POD(圖1-Ⅲ)活性結(jié)果顯示，在N1、pH1處理時(shí)受到強(qiáng)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(shí)活性最低。在pH一定時(shí)，POD活性表現(xiàn)為N1>N2>N3。說明氮濃度的升高可以緩解pH對(duì)菊苣生長(zhǎng)的脅迫作用，使POD活性下降。

2.2.4氮與pH對(duì)菊苣葉片SOD含量的互作效應(yīng) 對(duì)于菊苣葉片SOD活性的互作效應(yīng)(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(shí)，SOD活性表現(xiàn)為N1>N2>N3。

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

2.34種生理指標(biāo)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(yíng)養(yǎng)液)和pH水平(5.5、7.0和8.5)代表不同處理，對(duì)菊苣葉片葉綠素和MDA含量、SOD和POD活性與氮、pH之間的關(guān)系進(jìn)行雙因素方差分析(表2)。表2中F=方差(MS)/誤差(Error)，F(xiàn)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(jié)果表現(xiàn)為pH水平的F值遠(yuǎn)大于氮濃度的F值，即pH處理對(duì)黃菊苣葉片葉綠素含量的影響遠(yuǎn)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(jié)果表現(xiàn)為氮濃度的F值遠(yuǎn)大于pH水平的F值，即氮處理對(duì)黃菊苣葉片MDA含量、SOD和POD活性的影響遠(yuǎn)大于pH處理。

表2 雙因素方差分析結(jié)果

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)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(huán)境，通過比較其4種生理指標(biāo)的變化，從而找到菊苣生長(zhǎng)的最佳生境。結(jié)果表明，氮與pH對(duì)菊苣生長(zhǎng)都有影響，且在一定范圍內(nèi)高濃度氮會(huì)促進(jìn)菊苣生長(zhǎng)，菊苣對(duì)pH適應(yīng)范圍較大，氮處理對(duì)菊苣生長(zhǎng)影響明顯比pH處理大。

Nakaji等[22]和Clement等[23]研究發(fā)現(xiàn)，葉片中氮含量的增加會(huì)改變與光合作用有關(guān)的酶的濃度和活性；在一定濃度范圍內(nèi)，氮含量的增加會(huì)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?jiǎng)t會(huì)引起植物體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)失衡，對(duì)光合作用產(chǎn)生不利影響。正常生長(zhǎng)發(fā)育的植物細(xì)胞內(nèi)存在精確的pH調(diào)控，細(xì)胞的代謝活動(dòng)、DNA復(fù)制、細(xì)胞分裂等均隨pH變化而被激活或抑制[24]。因此，當(dāng)植物受到氮與pH脅迫時(shí)，其體內(nèi)葉綠素和丙二醛含量及過氧化物酶和超氧化物酶活性會(huì)發(fā)生顯著變化。

正常生長(zhǎng)條件下，植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和清除之間保持著一種動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)植物遭受脅迫時(shí)，這種平衡就被破壞，首先影響的是生物膜。往往發(fā)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(chǎn)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(shí)，雖然葉片細(xì)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(cè)在脅迫發(fā)生時(shí)，植物本身可以通過自身的機(jī)制加以調(diào)節(jié)，使其細(xì)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(shí)含量較低，其他組合互作對(duì)菊苣生長(zhǎng)產(chǎn)生脅迫，丙二醛含量顯著上升。在受到脅迫時(shí)，植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生與清除的動(dòng)態(tài)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(nèi)活性氧清除系統(tǒng)中的2種重要抗氧化酶，能有效阻止活性氧在植物體內(nèi)的積累，通常狀況下過氧化物酶與超氧化物酶變化是協(xié)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(shí)，過氧化物酶活性顯著增加。因?yàn)橹参镌谠馐苣婢趁{迫時(shí)，產(chǎn)生的氧自由基數(shù)量增多，為了抵抗逆境對(duì)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(shí)，活性明顯增加。

綜上所述，菊苣受到氮或pH脅迫時(shí)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(tǒng)中，超氧化物酶、過氧化物酶協(xié)同作用，維持了植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和清除之間的動(dòng)態(tài)平衡。從雙因素方差分析結(jié)果可以得到，適度地提高氮濃度可以降低酸堿對(duì)植物生長(zhǎng)的危害。植物的抗逆反應(yīng)是一個(gè)涉及到眾多基因，受多途徑調(diào)控的復(fù)雜過程，有關(guān)菊苣在氮及酸堿脅迫下超氧化物酶、過氧化物酶活性誘導(dǎo)的分子機(jī)理尚需進(jìn)一步深入研究。

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