氮磷鋅配施對水稻幼苗生長及抗氧化酶活性影響的研究

彭文勇等

摘要：2010年4～6月于華中農業大學盆栽場以水稻品種Ⅱ-623為材料，進行了氮、磷、鋅配施盆栽試驗，研究氮、磷、鋅配施對水稻（Oryza sativa L.）幼苗生長及抗氧化酶活性的影響。結果表明，氮營養對水稻株高、葉綠素a含量、SOD、POD、CAT、APX活性起主要效應，而磷對根系生長影響大于氮和鋅。與單一施用氮肥相比，氮磷、氮鋅配合施用增加了水稻葉綠素a含量和水稻株高，促進了根系活力。平衡施用氮、磷、鋅肥，水稻根長、根系活力、株高、葉綠素a含量均處于較高水平，較CK均有所增加，葉片SOD、POD、CAT、APX活性則最低，較CK均有所降低。綜上所述，平衡施用氮、磷、鋅肥可有效緩解水稻幼苗來自養分等環境脅迫，促進水稻根系和地上部生長。

關鍵詞：氮；磷；鋅；水稻（Oryza sativa L.）；抗氧化酶

中圖分類號：S511 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）18-4419-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.18.010

鋅是作物生長發育必需的微量元素，參與200多種酶的調節、穩定和催化作用，供鋅對作物的生長發育具有重要意義[l-5]。水稻（Oryza sativa L.）是我國重要的糧食作物，移栽水稻在插秧后2～4周內易發缺鋅癥，導致僵苗不發，嚴重影響水稻高產潛力的發揮[6]，因此苗期供鋅異常重要。氮、磷是水稻正常生長發育必需的營養元素，是水稻產量的主要影響因子，因此現代農業生產中普遍利用氮磷肥提高水稻產量。但目前關于長江中下游油-稻輪作區氮、磷、鋅配合施用對水稻生長發育的影響鮮見報道，研究氮、磷、鋅配合施用對水稻生長發育影響研究具有重要意義。鑒于此，本研究從天門市多年以油-稻輪作制為主要種植方式的田塊，在油菜成熟以后，取回土壤，通過盆栽試驗模擬油-稻輪作環境，研究了氮、磷、鋅配合施用對水稻幼苗生長發育及抗氧化酶活性的影響，旨在為油-稻輪作下的水稻生產合理施用鋅肥，提高水稻幼苗素質而提供理論基礎和科學指導。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2010年4～6月在華中農業大學資源與環境學院盆栽場進行。供試土壤為水稻土，基本理化性質為：pH 7.85，有機質18.41 g/kg，堿解氮53.55 mg/kg，速效磷11.77 mg/kg，速效鉀106.35 mg/kg，有效鋅2.19 mg/kg。供試水稻品種為Ⅱ-623（四川種業公司生產）。供試肥料中氮肥為尿素，磷肥為磷酸二氫鈉，鉀肥為氯化鉀，鋅肥為七水硫酸鋅，各肥料均為分析純試劑。

土樣從油菜田取回后，風干、撿出雜物、過篩，裝入聚乙烯塑料盆，每盆裝土9 kg，然后用水浸泡2 d，肥料用水溶解后與浸泡2 d的土樣攪拌均勻后放置2 d。水稻種用NaClO4消毒后在自來水中浸泡24 h（每8 h換1次水），然后用紗布包裹轉移到電熱恒溫培養箱中，25 ℃培養，待水稻種露白后栽入盆中。

采用三因素兩水平的完全均衡設計，氮為N0（0 mg/kg）和N（240 mg/kg），磷為P0（P2O5 0 mg/kg）和P（P2O5 250 mg/kg），鋅為Zn0（ZnSO4·7H2O 0 mg/kg）和Zn（ZnSO4·7H2O 7.12 mg/kg）。三因素兩水平完全均衡組合，CK（N0P0Zn0）、 Zn（N0P0Zn）、 P（N0PZn0）、PZn（N0PZn）、N（NP0Zn0）、NZn（NP0Zn）、NP（NPZn0）和NPZn共8個處理組合，每個處理3次重復，為了排除非試驗因素鉀干擾，本試驗統一施用K2O 200 mg/kg。水稻幼苗培養25 d，在9：00～11：00采取葉片，測定根系活力、葉綠素含量、SOD、POD、CAT及APX活性。

1.2 測定指標

1.2.1 根系活力測定 參照文獻[7]采用TTC染色法測定水稻根系活力。

根系活力=GTF還原量（μg）/[根重（g）×時間（h）]

1.2.2 葉綠素a含量測定 參照文獻[8]采用酒精浸提分光光度法測定葉片葉綠素a含量，稱取葉片約0.10 g，放入研缽中，加入適量95%乙醇研磨直到組織變白，過濾到25 mL容量瓶中，用95%乙醇洗滌研缽2～3次，全部過濾，再用95%乙醇沿濾紙周圍洗脫色素，最后定容至25 mL，以95%乙醇為參比，分別測定665 nm和649 nm波長下吸收峰，獲得葉綠素含量。計算公式為：Chl.a（mg/g）=（13.95×OD665 nm-6.88×OD649 nm）×25×1 000/m（m為稱取葉片重，g）。

1.2.3 抗氧化酶活性測定 參照文獻[9]測定超氧化物歧化酶（SOD）活性，反應液為3 mL，含有磷酸緩沖液（50 mmol/L，pH 7.8）1.75 mL，10 mmol/L Na2-EDTA 0.3 mL，130 m Met（甲硫氨酸）0.3 mL，0.63 mmol/L NBT（氮藍四唑）0.3 mL，13 U mrib（核黃素）0.3 mL，加入50 μL的酶提取液后，在裝有熒光燈管的培養室內（溫度25 ℃）內光照20 min，以放置黑暗處的試管作為對照管，SOD活性定義為每微克蛋白質在每小時內抑制NBT光化還原50%量為一個酶活性單位。

過氧化物酶（POD）活性測定參照Rao等[10]的方法：反應液為3 mL，磷酸緩沖液（100 mmol/L，pH 6.5）2.085 mL，50 mmol/L愈創木酚0.9 mL，10%（V/V）H2O2 10 μl，加入5 μL的酶提取液后在470 nm處測定5 min內吸光度變化值，反應由愈創木酚啟動，酶活性用愈創木酚的吸光系數26.6 mmol/L·cm計算，POD活性定義為每毫克蛋白質在每分鐘內降解1 μmol愈創木酚量為一個酶活性單位。

過氧化氫酶（CAT）活性測定參照Rao等[11]的方法，反應液為3 mL，含有磷酸緩沖液（100 mmol/L，pH 7.0）2.9 mL ，30%（V/V）H2O2 6.8 μL，加0.1 mL酶提取液后在240 nm處測定5 min內吸光度的變化值，反應由H2O2啟動，酶活性用H2O2的吸光系數26.6 mmol/L·cm計算，CAT活性定義為每毫克蛋白質在每分鐘內降解1 μmol H2O2量為一個酶活性單位。

抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性測定參照Rao等[11]的方法，反應液為3 mL，含有磷酸緩沖液（100 mmol/L，pH 7.5）2.6 mL，0.3%（V/V）H2O2 6.8 μl，50 μmol/L抗壞血酸（ASA）0.3 mL，加0.1 mL酶提取液后在290 nm處測定3 min內吸光度變化值，反應由ASA啟動，酶活性用ASA的吸光系數2.8 mmol/L·cm計算，CAT活性定義為每毫克蛋白質在每分鐘內降解1 μmol ASA量為一個酶活性單位。

蛋白質含量測定采用考馬斯亮藍G-250法[12]，以牛血清白蛋白為標準。

1.3 作圖

采用Excel 2000 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 氮、磷、鋅及其配施對水稻幼苗生長的影響

由圖1可知，水稻植株經25 d氮、磷、鋅及其配施處理后，各處理水稻株高表現為NPZn>NP>NZn>N>P>Zn>PZn>CK，根長表現為NPZn>P>PZn>Zn>CK>NP>N>NZn。由此可見，氮、磷、鋅3個試驗因子中，氮營養對水稻植株地上部生長起主要效應，其次是磷，再次是鋅；磷營養對根系生長的影響大于氮和鋅，在氮營養存在基礎上，增加磷和鋅能促進水稻植株地上部和地下部的生長。NPZn、NP、NZn處理株高較CK分別增加66.12%、40.69%和24.59%；而磷鋅配合施用與單獨施用磷、鋅相比，降低了水稻株高。各處理均以NPZn配合處理水稻株高及根系長度最大，說明平衡氮、磷、鋅配合供給更能夠促進水稻根部和地上部生長。

2.2 氮、磷、鋅及其配施對水稻根系活力的影響

根系活力是植物生長狀況指標，根系活力越高，表明植物地下部的活動越旺盛，其吸收養分的能力越強。由圖2可見，水稻植株經25 d氮、磷、鋅及其配施處理后，各處理水稻根系活力表現為NPZn>NP>Zn>P>PZn>CK>NZn>N，說明磷、鋅及其配合施用均不同程度的增加了水稻根系活力，與對照相比，分別增加8.31%、14.35%和3.59%。而氮肥及氮鋅配合施用卻降低了水稻幼苗根系活力，與CK處理相比，分別降低19.14%、13.16%。在施用氮肥基礎上，增加磷肥（NP）及磷鋅肥（NPZn）能較大幅度提高水稻幼苗根系活力，與對照相比分別增加17.94%和40.67%。所有處理以NPZn配施處理水稻根系活力最大，表明平衡供給氮、磷、鋅肥，能增加水稻根系活力，促進其生長。

2.3 氮、磷、鋅及其配施對水稻幼苗葉綠素a含量的影響

由圖3可見，水稻植株經25 d氮、磷、鋅配施處理后，氮、磷、鋅及配合施用對水稻葉綠素a含量具有顯著影響，N、NP、NZn和NPZn 4個含氮處理及Zn處理，水稻幼苗葉綠素a含量顯著高于CK、P和PZn處理；P和PZn處理葉綠素a含量較CK處理分別增加20.20%和16.67%。4個含氮處理及鋅處理之間，葉綠素a含量變化趨勢為NZn>NP>Zn>NPZn>N。由此可見，氮營養對水稻幼苗葉綠素a含量起主要效應，其次是鋅，再次是磷，在施用氮肥的基礎上，配合供給磷、鋅營養，可以有效增加水稻幼苗葉綠素a含量，促進水稻幼苗光合作用，有利于水稻幼苗的生長。

2.4 氮、磷、鋅及其配施對水稻幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

由圖4可見，水稻植株經過25 d氮、磷、鋅配施處理后，氮、磷、鋅及其配合施用水稻葉片SOD活性顯著低于不施肥處理，4個含氮處理N、NP、NZn和NPZn葉片SOD活性顯著低于4個無氮處理，4個含氮處理之間葉片SOD活性無顯著差異，其活性大小表現為：NP>NZn>N>NPZn。4個無氮處理葉片SOD活性具有明顯差異，表現為CK>Zn>PZn>P。在所有處理中，以NPZn處理水稻幼苗葉片SOD活性最低，較對照降低了46.78%?？梢?，氮對水稻葉片SOD活性起主要作用，其次是磷，再次是鋅，平衡施用氮、磷、鋅肥可以有效降低水稻苗期來自養分等的環境脅迫，其水稻幼苗葉片SOD活性最低，有利于幼苗正常生長。

2.5 氮、磷、鋅及其配施對水稻幼苗葉片過氧化物酶（POD）活性的影響

由圖5可見，水稻植株經25 d氮、磷、鋅及其配施處理后，各處理POD活性大小為CK>Zn>PZn>P>NZn>NP>N>NPZn，氮、磷、鋅及其配合處理水稻葉片POD活性顯著低于CK。4個氮處理葉片POD活性低于4個無氮處理，4個含氮處理中N、NP、NZn處理葉片POD活性無顯著差異，4個無氮處理葉片POD活性差異顯著，P、Zn、PZn處理POD活性較CK分別降低57.47%、42.16%、54.80%。在所有處理中，以NPZn處理水稻幼苗葉片POD活性最低，較CK降低了80.82%。可見，氮對水稻葉片POD活性起主要作用，其次是磷，再次是鋅，平衡供給氮、磷、鋅肥可有效降低水稻苗期養分等脅迫，有利于幼苗生長。

2.6 氮、磷、鋅及其配施對水稻幼苗葉片過氧化氫酶（CAT）活性的影響

由圖6可見，水稻植株經25 d氮、磷、鋅配施處理后，氮、磷、鋅及其配合施用水稻葉片CAT活性顯著低于CK，4個含氮處理葉片CAT活性低于4個無氮處理，4個含氮處理葉片CAT活性大小為NP>NZn>N>NPZn，但無明顯差異。4個無氮處理葉片CAT活性大小為CK>PZn>P>Zn，P、Zn和PZn處理較CK分別降低40.56%、46.05%和40.37%。在所有處理中，以NPZn處理水稻幼苗葉片CAT活性最低，較CK降低62.31%。可見，氮對水稻葉片CAT活性起主要作用，其次是鋅，再次是磷，平衡施用氮、磷、鋅肥可以有效降低水稻苗期養分等環境脅迫，有利于幼苗生長。

2.7 氮、磷、鋅及其配施對水稻幼苗葉片抗壞血酸酶（APX）活性的影響

由圖7可見，水稻植株經25 d氮、磷、鋅配施處理后，各處理水稻APX活性大小順序為CK>Zn>P>PZn>NZn>NP>N>NPZn，氮、磷、鋅及其配合施用水稻葉片APX活性顯著低于不施肥處理，4個含氮處理葉片APX活性低于4個無氮處理，雖然NZn、NP處理葉片APX活性略高于N處理，但三者APX活性無顯著差異，較CK分別降低50.58%、52.18%和55.00%。與CK相比，P、Zn、PZn處理葉片APX活性分別降低44.43%、42.44%、47.78%，三者亦無顯著差異。在所有處理中，以NPZn處理水稻幼苗葉片APX活性最低，較CK降低了66.91%。綜上所述，氮對水稻葉片APX活性起主要作用，其次是磷，再次是鋅，氮、磷、鋅三者配合施用，可以有效降低水稻苗期養分等環境脅迫，有利于幼苗生長。

3 小結與討論

根系是植株吸收營養物質的重要部位，對養分供應狀況敏感。根系可以通過調節自身結構而適應外界養分供應狀況，從而調節對水分和養分的吸收與運輸而完成生長發育。葉綠素a是植物進行光合作用的主要色素，其含量高低在一定程度上反映了光合作用水平的高低，進而反映了植株生長狀況[13]。本研究表明，氮、磷、鋅3個試驗因子中，氮對水稻株高和葉綠素a含量起主要效應，而磷對根系生長的影響要大于氮和鋅。與單施氮肥相比，氮磷、氮鋅配合施用有利于增加水稻葉綠素含量和根系活力，促進水稻株高的增加，各處理中平衡供給氮磷鋅肥（NPZn處理），水稻根長、根系活力、葉綠素a含量、株高均處于較高水平，表明平衡配合施用氮磷鋅肥一方面可以有效增加水稻根系長度，提高根系活力，促進水稻對水分和養分的吸收，另一方面有效地提高了葉綠素a含量，增強了光合作用，從而促進水稻幼苗的生長，增加了水稻植株高度。

SOD、POD、CAT、APX等是植物體內主要抗氧化酶，其主要功能是清除植株體內ROS和過氧化物，保護植株免受氧化脅迫損傷[14]。當植物處于逆境條件下，如溫度、水分、養分脅迫促使活性氧增加，SOD作為植物體內抵御氧化脅迫的第一道防線，其合成表達能力此時會增強[15]，以催化O2-·轉化為O2和H2O2，清除脅迫產生過多的O2-·。同時廣泛存在于植物組織中的POD、CAT、APX合成表達也增強，以清除細胞內由SOD產生的H2O2，維持細胞H2O2的平衡，從而保持膜結構的穩定。本試驗結果表明，氮、磷、鋅及其任意兩者或三者配合施用，水稻葉片中SOD、POD、CAT、APX活性均顯著低于CK處理，并且4個含氮處理的SOD、POD、CAT、APX活性均低于4個無氮處理，4個含氮處理中，NZn、NP處理4種酶活性均高于N處理，SOD、CAT活性表現為NP>NZn>N>NPZn，POD、APX活性表現為：NZn>NP>N>NPZn；4個無氮處理中SOD、POD活性表現為CK>Zn>PZn>P，CAT活性表現為CK>PZn>P >Zn，APX活性表現為CK>Zn>P>PZn。所有處理中，均以NPZn處理SOD、POD、CAT、APX活性最低。說明水稻苗期施用氮肥對于緩解作物來自養分等的環境脅迫具有重要作用，其次是磷和鋅。與單施氮肥相比，在施用氮肥的基礎上單一增施磷或鋅肥，可能會使作物對養分的吸收處于一種相對不平衡的狀態，從而產生養分脅迫，引起SOD、POD、CAT、APX活性升高，而氮磷鋅肥配合施用（NPZn處理）使水稻對養分的吸收處于一種相對平衡的狀態，來自養分等的環境脅迫較低，此時細胞內ROS的產生和清除也處于相對較低的平衡狀態，水稻葉片內SOD、POD、CAT和APX合成表達較低，其活性也就相對較低。

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