甘氨酸鉬與硼配施對黃瓜幼苗生長發育的協同作用研究

楊文杰，陳 瑩，楊 潔，楊 蕊，張萌萌，鄭一丹，束 嫻，徐建明

(淮陰師范學院 生命科學學院/江蘇省環洪澤湖生態農業生物技術重點實驗室，江蘇 淮安 223300)

硼、鉬均為植物生長發育必需的微量元素，廣泛參與植物的生長發育和生理代謝。但硼和鉬對作物的作用機理有所不同，鉬是通過硝酸還原酶、黃嘌呤脫氫酶、醛氧化酶、亞硫酸鹽氧化酶及固氮酶等鉬酶參與碳、氮、硫及激素等物質的代謝過程。研究顯示，鉬可通過參與硝態氮的還原過程，提高作物的氮肥利用效率[1-2]，促進作物蛋白質的合成[3-4]；同時，鉬還可以提高葉綠素的含量與穩定性，維持光合作用的正常進行[5-6]；改善碳水化合物從葉部向莖稈和生殖器官分配的能力，從而促進植株的生長發育及產量和品質的提高[7-8]。此外，鉬通過調控激素的合成可顯著提高作物超氧化物歧化酶、過氧化物酶及過氧化氫酶等抗氧化酶活性以及谷胱甘肽、類胡蘿卜素和抗壞血酸等非酶抗氧化物質的含量[9]，增強作物的滲透調節能力[10]，提高作物的抗逆性。

硼則是通過影響細胞壁結構的形成[11-13]、細胞膜的穩定性[14-15]及根系的生長[16]等過程，進而影響植物的生長發育。雖然研究顯示硼對植物光合作用沒有直接的影響，但充足的硼對維持植物葉綠體的正常結構[17-18]、作物對CO2的固定[19-20]、碳水化合物的合成及運輸均具有重要作用[21]。而碳水化合物的合成與運輸，又進而為相關蛋白質和酶的合成提供了能量[22]。此外，硼作為作物必需的營養元素，可通過促進植株的生長，擴大植物的生長量，增強根系活力[23]，間接地促進植株對氮的吸收和利用，進而為硝酸還原酶提供誘導物和原料[24-25]。

近年來，對花生[26]、苜蓿[27]、紫云英[28]、大豆[29]、煙草[30]等作物的研究顯示，硼、鉬配施對作物的生長發育、產量及品質均具有顯著的相互協同促進的作用。而氨基酸微肥可更為顯著地提高葉片的葉綠素含量，增強作物光合能力，并可加快作物籽粒灌漿速率，增加粒重，從而提高作物的產量[31-32]及蛋白質含量[33]。本試驗對甘氨酸絡合鉬肥與硼酸在黃瓜幼苗生長發育中的協同作用進行了初步研究。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

黃瓜幼苗津研9號由淮安市農科院蔬菜研究中心提供。硼酸(B)以及配制營養液的其他化合物均為國藥分析純試劑，甘氨酸絡合鉬(Gly-Mo)溶液為本實驗室自制。

1.2 實驗方法

1.2.1 黃瓜幼苗的培養與處理 將顆粒飽滿的黃瓜種子置于1%次氯酸鈉溶液中，浸泡消毒30 min，去離子水清洗干凈，用紗布包裹后置于清水中浸種12 h；然后，將黃瓜種子平攤于鋪有濾紙的白瓷盤中，并覆蓋兩層濕紗布，置于恒溫培養箱中，在28～30 ℃下催芽。待種子發芽、根長1.5～3.0 cm時，選擇長勢健壯均一的幼苗移入盛有清水的培養盆(20 cm×30 cm)中；每盆12株，培養7 d后改用不完全的改良Hoagland’s培養液(不含硼和鉬)繼續培養。

待幼苗長至3葉1心期時，對黃瓜幼苗進行甘氨酸鉬和硼酸混合液的噴施處理。混合液設CK1(2 mg/L Gly-Mo)、T1(2 mg/L Gly-Mo+5 mg/L B)、T2(2 mg/L Gly-Mo+10 mg/L B)、T3(2 mg/L Gly-Mo+15 mg/L B)、CK2(4 mg/L Gly-Mo)、T4(4 mg/L Gly-Mo+5 mg/L B)、T5(4 mg/L Gly-Mo+10 mg/L B)、T6(4 mg/L Gly-Mo+15 mg/L B)8個處理，每處理設3次重復。以上各處理中甘氨酸鉬的濃度以鉬的含量計算，硼酸的濃度以硼的含量計算。處理7 d后，隨機抽取各處理的植株進行生理生化指標的測定，利用SPSS 19.0和Excel 2003軟件進行數據的統計分析。

1.2.2 相關生理指標的檢測 隨機選取生長正常的黃瓜幼苗，清水清洗干凈后，吸水紙吸干水分，分別對其地上部和根系部稱重檢測其鮮重；用于干重檢測的植株經105 ℃殺青10 min后，轉置于80 ℃下烘干至恒重后稱重檢測。采用丙酮乙醇浸提法測定葉綠素含[34-35]，采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法檢測根系活力[36]，SOD和POD酶活性的檢測分別采用氮藍四唑還原法[37]和愈創木酚法[38]。

2 結果與分析

2.1 甘氨酸鉬與硼配施對生物量的影響

生物量是作物生長發育的重要生理指標之一，對于研究和考量作物生長發育及其生產力均具有重要的作用。實驗結果顯示(表1、圖1)：在2 mg/L甘氨酸鉬處理條件下，黃瓜幼苗的鮮重及干重均隨著硼酸施用濃度的增加而增大，硼的施用濃度為15 mg/L時，根部和莖葉部鮮重達到最大值，分別為0.8268 g和5.1262 g，與CK1、T1、T2差異極顯著(P<0.01)；根部和莖葉部干重分別為0.0757 g和0.6554 g，與CK1、T1、T2的差異顯著(P<0.05)。在4 mg/L甘氨酸鉬處理組中，當硼酸的施用濃度為10 mg/L時，黃瓜幼苗的鮮重及干重均達到最大值。其中，根部及莖葉部鮮重分別為0.8658 g和5.8622 g，均高于2 mg/L甘氨酸鉬處理組的T2和T3，且差異極顯著(P<0.01)；而黃瓜幼苗的根部及莖葉部干重則分別為0.0831 g和0.6884 g，也分別高于2 mg/L甘氨酸鉬處理組的T2和T3，且差異顯著(P<0.05)。但當硼酸處理濃度為15 mg/L時，黃瓜幼苗的鮮重及干重均呈現下降趨勢，T5與T4之間的差異分別達到1%和5%的顯著水平。其中，根部鮮重和根部干重均顯著低于2 mg/L甘氨酸鉬處理組的T3，差異分別達到1%和5%水平。此結果揭示，一定濃度的甘氨酸鉬與硼酸配施可顯著促進黃瓜幼苗的生長發育，其中，4 mg/L甘氨酸鉬處理組優于2 mg/L甘氨酸鉬處理組，而當甘氨酸鉬處理濃度為4 mg/L時，硼酸的最佳配施濃度為10 mg/L。

2.2 甘氨酸鉬與硼酸配施對葉綠素的影響

有研究表明：葉綠素含量與光合速率之間呈顯著的正相關[39-40]，葉綠素含量在一定程度上可反映植物光合作用能力的強弱[41]。采用丙酮乙醇浸提法對黃瓜幼苗葉片葉綠素含量進行了檢測，結果如表2及圖2所示。在2 mg/L甘氨酸鉬處理條件下，隨著硼酸處理濃度的增加，葉綠素含量也隨之增加；當硼酸為15 mg/L時，葉綠素含量達到15.3724 mg/g，顯著高于CK1、T1、T2(P<0.05)；而在4 mg/L甘氨酸鉬處理條件下，隨著硼酸處理濃度的增加，葉綠素含量則呈現出先升后降的變化。其中，當硼酸為10 mg/L時，葉綠素含量達到最高值為16.3894 mg/g，與其他各處理均達到5%水平顯著差異。但當硼酸為15 mg/L時，葉綠素含量則回落為15.6827 mg/g，與T3差異顯著。

2.3 甘氨酸鉬與硼配施對根系活力的影響

如表2、圖3所示，甘氨酸鉬與硼酸的配施顯著提高了黃瓜幼苗的根系活力。其中，2 mg/L甘氨酸鉬處理組，隨著硼酸配施濃度的增加，根系活力也逐漸增加；但在4 mg/L甘氨酸鉬處理組，結果與葉綠素含量變化相似，呈現出先升后的變化趨勢。當施用硼酸為10 mg/L時，根系活力達到最大值0.3826 mg/(g·h)，并與各處理的差異達到了1%的顯著水平；然而，當硼酸為15 mg/L時，根系活力陡降為0.2752 mg/(g·h)，并極顯著低于2 mg/L甘氨酸鉬處理組的T3(P<0.01)。

2.4 甘氨酸鉬與硼酸配施對POD和SOD酶活性的影響

隨機選取同一生長水平的黃瓜葉片0.2 g，分別采用NBT法和愈創木酚法對其超氧化物歧化酶(SOD)及過氧化物酶(POD)活性進行了檢測。結果表明：當甘氨酸鉬處理濃度為2 mg/L時，POD和SOD酶活性均隨硼酸噴施濃度的增加而增強；而在4 mg/L甘氨酸鉬處理水平下，2種保護性酶的活性均表現為先升后降。其中，當硼酸濃度位10 mg/L時，POD和SOD酶活性分別達到最高值1277.6757 U/g和242.7082 U/g，與其他處理組差異極顯著(P<0.01)；當硼酸濃度位15 mg/L時，POD和SOD酶活性顯著下降，但POD酶活性仍極顯著高于2 mg/L甘氨酸鉬處理組的T3(P<0.01)，而SOD酶活性卻低至209.1244 U/g，極顯著低于2 mg/L甘氨酸鉬處理組的T2和T3(P<0.01)。此結果表明，甘氨酸鉬與硼酸的配施可在一定程度上提高黃瓜幼苗的POD及SOD等保護性酶的活性，但在一定甘氨酸鉬施用條件下，配施硼酸濃度過高也將會對黃瓜幼苗的保護性酶活性產生負面的影響(表3、圖4)。

表1 甘氨酸鉬與硼酸配施對黃瓜幼苗生物量的影響g

注:同列不同小、大寫字母分別表示在5%、1%水平上的差異顯著性，字母相同則差異不顯著，不同則顯著。下同。

圖1 Gly-Mo和B對黃瓜幼苗生物量的影響

3 討論

近年來，越來越多的研究結果顯示，氨基酸微肥用于農作物，具有明顯的提高作物農藝性狀及產量、改善作物品質等作用[31-33]。有研究報道，作物吸收的甘氨酸，一方面可直接合成谷胱甘肽，通過調節抗壞血酸氧化還原等過程提高作物的抗壞血酸含量；另一方面，還可通過轉氨、脫氨等反應形成其他氨基酸、谷胱甘肽等物質，進而參與三羧酸循環或其他代謝途徑生成維生素、糖、有機酸等代謝產物[42]。研究表明，鉬與氮肥存在顯著的互作效應[43]。高洪波等[44]的研究結果顯示，甘氨酸與鉬的配合施用顯著提高了生菜葉中游離氨基酸、可溶性蛋白、可溶性糖、葉綠素及抗壞血酸的含量。而鉬則可以通過提高硝酸還原酶活性、推動氮素還原等途徑，增強作物的光合能力，促使光合作用過程中的大量產物流向氮素代謝，通過氨基酸代謝參與合成氨基酸和蛋白質[45]，從而顯著促進作物的生長發育及光合產量。

表2 甘氨酸鉬與硼酸配施對黃瓜幼苗葉綠素含量及根系活力的影響

圖2 Gly-Mo和B對黃瓜幼苗葉綠素含量的影響

大量研究表明，硼、鉬肥配施對作物農藝性狀、產量及品質的影響要優于單施硼肥或鉬肥[26,29-30]。 鉬通過含鉬酶對作物的氮代謝過程起著非常重要的核心作用[46]。許嘉陽等的熒光定量PCR檢測結果表明：與對照相比，施鉬可顯著促進硝酸還原酶(Nitrate Reductase,NR)基因的表達，從而明顯增強作物的氮代謝強度，促進含氮物質的合成和積累[47]。雖然，硼與作物的氮代謝沒有直接關系,但研究顯示，當硼的施用量不足時，作物體內的硝酸還原酶、亞硝酸還原酶和固氮酶等鉬酶的活性都會顯著降低[48]。

圖3 Gly-Mo和B對黃瓜幼苗根系活力的影響

表3 甘氨酸鉬與硼酸配施對黃瓜幼苗POD、SOD酶活性的影響U/g

圖4 Gly-Mo和B對黃瓜幼苗保護性酶活性的影響

此外，施鉬還可顯著提高作物液泡轉化酶(Vacuolar Invertase,VIN)、蔗糖磷酸合成酶(sucrose-phosphate synthase,SPS)和蔗糖磷酸化酶(Sucrose-6-Phosphate Phosphatase,SPP)等基因的表達水平[47-49]。這些酶在碳代謝過程中均具有至關重要的作用[50]，與作物對碳的固定能力的提高以及碳代謝強度的增強密切有關。研究顯示，硼可能通過影響葉綠體內RNA和可溶性蛋白質的含量、保護酶的活性、酚類物質的積累，參與調節作物對CO2的固定，進而影響碳水化合物的合成[51]。研究表明，在缺硼狀態下，一方面可能會因篩管中胼胝質的形成而導致篩孔堵塞[52]，另一方面，可能會通過抑制尿嘧啶的生物合成進而導致葡萄糖二磷酸尿苷(UDPG)的合成受阻，最終導致作物體內的碳水化合物運輸受阻[21,24]。

綜上所述，鉬和硼在植物的碳、氮代謝調節、含氮物質的合成、碳水化合物的合成及運輸等方面均具有明顯的互作效應。本文對新型絡合鉬肥——甘氨酸鉬與硼酸配施對黃瓜幼苗的生長發育的影響進行了初步的研究和探討。實驗結果顯示，4 mg/L的甘氨酸鉬與10 mg/L的硼酸配施，可顯著提高黃瓜幼苗的生物量、葉綠素含量、根系活力、POD和SOD酶的活性，表現出了顯著的協同作用，其具體互作機制尚有待進一步深入研究。