氮素運籌對不同基因型紫蘇幼苗生理特性的影響

趙永平，陳曉蒙，朱 亞，王文翼

（商洛學院生物醫藥與食品工程學院，陜西商洛726000）

紫蘇（Perilla frutescens）又名荏，為唇形科1年生草本植物。其在解表散寒、理氣方面卓有成效，被我國衛生部門確定為首批藥食同源植物之一[1-2]。紫蘇的葉片、梗以及籽粒中含有多種活性成分，均有一定藥用價值，其中，紫蘇葉有解表散寒、行氣和胃的功效；紫蘇?？煞乐箛I吐，常用于治療脾胃氣滯而引起的消化不良等癥；紫蘇籽有鎮咳平喘、祛痰化瘀的作用，紫蘇油對治療冠心病和高血脂有顯著的療效。因此，其被廣泛地應用于醫藥、保健品和飲料等行業[3-5]。

氮素是是植物生長發育必需的大量元素之一，被稱為“生命元素”。首次，氮素是多種核酸和蛋白質的組成成分，沒有氮，植物就不能維持生命，因此，氮對植物的各種生理反應和能量代謝有著非常重要的作用[6]；其次，葉綠素的形成也需要氮的參與，只有合成葉綠素，植物才能進行光合作用、積累有機物，因此，氮與光合作用也密切相關。再次，氮也可以作為一種信號分子參與植物的生長，對植物根系特征、生育后期葉片持綠能力等都具有一定的調控作用[7-9]。楊森等[6]研究表明，施氮量對紫蘇農藝性狀、產量及生物量均具有很大的影響，但是對紫蘇的含油率和脂肪酸含量影響不顯著[6]。祝聰宇等[10]研究了不同施氮量對葉用紫蘇產量的影響，結果表明，增施氮肥對單株商品葉片數和葉產量的提高具有顯著作用，然而，隨著氮肥施用量的增加，葉片數沒有顯著增加。王賀正等[11]研究認為，增加施氮水平在一定范圍內可以顯著提高可溶性糖、脯氨酸及可溶性蛋白質的含量，增加SOD，POD，CAT活性，降低MDA含量。柳嘉佳等[12]研究認為，不同氮素水平的處理在不同生長期對米槁生理生化指標均會產生不同的影響。但是，目前關于氮素供應對紫蘇生理特性影響的研究較少。

本試驗研究了氮素運籌對不同基因型紫蘇幼苗生理特性的影響，以期為合理地施用氮肥、提高氮素利用效率及優化紫蘇栽培技術提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試種子為紫蘇育種材料中表現突出的3個基因型：SL-TS-8，SL-TS-4，SL-TS-7。

1.2 試驗設計

采用盆栽試驗，選用盆口直徑為22 cm、盆高30 cm的塑料盆，將蛭石、珍珠巖、沙子按1∶1∶1的體積比例混合均勻裝入盆中，并在盆中施入等量磷、鉀肥（磷肥：P2O5105kg/hm2；鉀肥：K2O45kg/hm2），各處理施基肥量一致。氮素運籌處理為：N0（0 kg/hm2），N1 （112.5 kg/hm2），N2 （225.0 kg/hm2），N3（337.5 kg/hm2），N4（施氮 225.0 kg/hm2＋有機肥30 t/hm2），N5（有機肥 30 t/hm2），共 6 個處理。

分別選取3個基因型中飽滿的紫蘇種子各150粒，用1%的NaClO表面消毒10 min，然后用去離子水沖洗數次，晾干備用。將處理好的紫蘇種子放在編好號碼并且鋪有一層濾紙的培養皿中，置于25℃光照培養箱中催芽，待種子露白后將其點播在相應氮素處理的花盆中，每盆點播5粒，每個處理重復3次，常規管理，并及時松土拔草。出苗60 d后，進行生理指標測定。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 保護酶活性 SOD活性測定采用氮藍四唑光化學還原法[13]，POD活性測定采用愈創木酚法[13]，CAT活性測定采用高錳酸鉀滴定法[13]。

1.3.2 膜質過氧化程度 采用硫代巴比妥酸法測定MDA含量[14]。

1.3.3 滲透性調節物質 采用茚三酮比色法測定脯氨酸含量[14]，采用考馬斯亮藍G-250法測定可溶性蛋白含量[13]，采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[13]。

1.4 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2003和SPSS 18.0軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 氮素運籌對紫蘇保護性酶活性的影響

表1 氮素運籌對紫蘇保護性酶活性的影響 U/g

植物細胞中的保護性酶主要包括SOD，POD和CAT等，SOD可以消除植物體因逆境脅迫而產生的大量活性氧自由基，POD和CAT可以協同作用分解H2O2，減緩植物遭受傷害的程度[11]。從表1可以看出，不同氮素運籌對紫蘇SOD，POD和CAT活性具有顯著的影響，且不同基因型間其變化趨勢不盡相同。SL-TS-8的SOD，POD和CAT活性均隨著施氮量的增加而增加，且在N4處理均達到最高，分別較不施氮處理提高77.46%，56.57%和 60.91%；SL-TS-4的SOD活性在施氮量達到225 kg/hm2時，就已經達到最大，隨后施氮量繼續增大或增施有機肥都會使SOD活性下降，POD活性在N4處理下最高，為256.30 U/g；SL-TS-7的SOD和CAT活性均在N4處理下達到最高值，分別較N0處理提高42.45%和49.86%。表明在一定范圍內，隨著施氮量的增加，保護性酶的活性也會增加，單純施用有機肥，會引起保護性酶活性降低。因此，適量的氮供應有利于增加紫蘇體內保護性酶活性，并且減氮增施有機肥有助于紫蘇保護性酶活性的提高，更好地適應環境，快速生長。

2.2 氮素運籌對紫蘇MDA含量的影響

從圖1可以看出，當氮肥施用量從0增加到225 kg/hm2時，不同基因型紫蘇MDA含量均呈緩慢升高的趨勢，但當氮肥施用量超過225kg/hm2，MDA含量急劇升高，且N4處理（減氮增施有機肥）和N5處理（純施有機肥）MDA含量均逐漸下降。其中，在N3處理下，SL-TS-8，SL-TS-4和SL-TS-7的MDA含量均最高，分別為N0處理的2.51倍、1.81倍和1.87倍。而不同基因型紫蘇MDA含量變化對有機肥的響應不盡相同，其中，SL-TS-4在N4處理下，MDA含量最高，較N0處理提高50.36%，SL-TS-4和SL-TS-7在N5處理下，MDA含量均較高。

2.3 氮素運籌對紫蘇可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白是植物體內的一種滲透調節物質和營養物質，通過滲透調節，可以維持植物體內的水分平衡、提高植物在逆境中的適應能力，較高水平的施氮量有利于可溶性蛋白質的合成，進而提高植物的抗性[15-16]。由圖2可知，氮素運籌對不同基因型紫蘇可溶性蛋白含量具有顯著的影響，對于SLTS-8和SL-TS-7來說，其可溶性蛋白含量隨著施氮量的增加而升高，在氮肥施用量為337.5 kg/hm2時達最大值，較N0處理分別增加了98.11%和79.59%，其中，SL-TS-8在N4處理時，可溶性蛋白含量較高，為N0處理的1.96倍；對于SL-TS-4而言，低氮條件下，各處理可溶性蛋白含量變化不明顯，當施氮量超過225 kg/hm2時，可溶性蛋白含量急劇升高，減氮增施有機肥和純施有機肥處理可溶性蛋白含量逐漸降低。

2.4 氮素運籌對紫蘇可溶性糖含量的影響

可溶性糖的含量直接決定作物的食用品質，合理地施用氮肥，可使光合產物向蔗糖的轉化速率加快，有利于提高作物可溶性糖含量，改善其品質[17]。由圖3可知，氮肥施用量從0增加到337.5kg/hm2時，不同基因型紫蘇可溶性糖含量呈現逐漸升高的趨勢，且各氮素運籌處理間差異顯著。但是，SL-TS-8和SL-TS-7在減氮增施有機肥處理（N4）下，可溶性糖含量均最高，分別為N0處理的2.51倍和2.86倍；而SL-TS-4在N4，N5處理下，可溶性糖含量均相對較高，比N0處理分別提高了116.80%和119.76%。由此可見，適當地提高供氮量可以增加紫蘇體內可溶性糖的含量，低氮條件下增施有機肥有利于提高植株可溶性糖的含量，增強植物抗性。

2.5 氮素運籌對紫蘇脯氨酸含量的影響

脯氨酸是存在于植物體內的一種滲透調節物質，是判斷植物抗性的重要指標之一。楊善等[18]研究認為，不同施氮水平對脯氨酸含量有顯著影響，其含量隨施氮水平的增加而增加。由圖4可知，不同基因型紫蘇脯氨酸含量均隨著施氮量的增加而升高，但適當地減氮增施有機肥處理脯氨酸含量要高于高氮處理。SL-TS-8，SL-TS-4，SL-TS-7的脯氨酸含量均在N4處理下達到最高值，分別較N0處理提高了77.07%，44.53%和62.14%。由此可見，氮肥結合有機肥施用，有利于植物體內脯氨酸的生成。

3 結論與討論

許多學者研究認為，植物體抗氧化保護酶的活性受植株體內氮素水平的影響非常顯著，植物體內的氮素水平隨著施氮量的增加而升高，其SOD，POD，CAT等酶的活性隨之增強，而MDA含量則顯著下降[19-20]。本研究結果表明，氮素運籌對紫蘇SOD，POD和CAT活性具有顯著的影響，適宜地增加氮肥施用量，紫蘇植株體內保護性酶的活性則會逐漸增加，但純施有機肥，會引起保護性酶活性下降，適量的氮肥供應有利于增加紫蘇體內保護性酶活性，這與金喜軍等[21]的研究結論基本一致。植物體內的MDA含量的高低表明了植物細胞發生膜質過氧化程度的大小。本研究結果表明，較低施氮量對不同基因型紫蘇MDA含量變化的影響不明顯，但高氮條件下植株MDA含量快速增加。

可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量的變化可以反映植物對環境的適應能力，是評價植物抗性強弱的主要生理指標[22]。本研究結果表明，氮素運籌對紫蘇可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量均具有顯著的影響，但基因型不同，其變化規律也不盡相同。隨著施氮量的增加，SL-TS-8和SL-TS-7的可溶性蛋白含量也隨之升高，可溶性糖和脯氨酸含量均在N4處理下最高，而SL-TS-4在施氮量低于225 kg/hm2時，各處理可溶性蛋白含量增幅不大，但高氮條件下可溶性蛋白含量急劇升高，N4處理下可溶性糖和脯氨酸含量均相對較高，說明適量地提高氮肥施用量可以增加紫蘇體內可溶性糖、脯氨酸含量，結合增施有機肥更有利于提高植株體內滲透調節物質的含量，增強植物抗性。

在本試驗條件下，增施氮肥有利于提高紫蘇保護酶的活性和滲透調節物質的含量，提高其抗性，但是減氮增施有機肥會有效抑制膜質氧化和有利于提高滲透調節物質含量。3個參試基因型中，SL-TS-8和SL-TS-7生理指標變化對氮肥運籌的響應規律基本一致，而SL-TS-4略有差異。本研究結果可為紫蘇規范化種植過程中適宜栽培品種的選擇和氮肥與有機肥的施用提供理論參考。