鎂肥對缺鎂葡萄葉片活性氧含量和保護酶活性的影響

馬曉麗，顏秋陽，劉雪峰，袁項成，向蘋葦,楊 梅*

(1.重慶三峽農業科學院，重慶 404155；2.重慶三峽學院，重慶 404020)

鎂在植物生理作用中有著其它元素不可替代的重要地位，參與光合作用、碳氮代謝等[1-2]。我國南方地區受氣候及土壤酸性較強等因素的影響，土壤中的鎂容易因遷移和淋溶而損失，土壤供鎂能力降低，作物缺鎂現象日益嚴重[3-4]。葡萄對鎂需求量大，缺Mg全年都可發生，葡萄缺鎂時，會改變葉綠素結構、降低光合效率、蛋白質合成受阻，影響對其他礦質元素的吸收，并導致果實品質的降低[5-6]。國內外有很多對鎂素營養的研究，但大多集中在缺鎂對植物光合作用以及酶系統等的影響上，并且在盆栽蔬菜及沙培果樹幼苗研究較多[7-8]，在大田條件下，缺鎂多年生果樹土施及葉面噴施鎂肥后，對植株葉片活性氧含量和保護酶活性的影響的研究相對較少。因此，本文擬在田間條件下，對已缺鎂的葡萄園進行土施和葉面噴施鎂肥，分析葉片活性氧產生速率、過氧化氫含量、保護酶活性及脯氨酸、膜質過氧化產物丙二醛的差異顯著性，評價土施與葉面噴施對缺鎂葡萄葉片活性氧代謝、過氧化脅迫程度和抗氧化酶活性的影響，并分析葉片鎂含量與活性氧含量和保護酶活性的相關性，以及活性氧含量和保護酶活性與葡萄產量的相關性。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于四川省龍泉驛區洛帶鎮寶勝村，屬亞熱帶濕潤季風氣候，氣候溫和，雨量充沛，四季分明。年平均日照1 032.9 h，8月最多，12月最少。年平均氣溫16.5℃，無霜期年平均297 d，年降水量平均為895.6 mm，年均相對濕度81%。試驗前對該地土壤和葡萄成熟葉片進行了營養診斷，試驗土壤為平地紅色砂土，其基本理化性狀為pH值5.56、有機質19.76 g/kg、銨態氮8.56 mg/kg、硝態氮18.29 mg/kg、有效磷20.76 mg/kg、速效鉀104.34 mg/kg、速效鈣342.35 mg/kg、速效鎂40.79 mg/kg、有效鋅1.23 mg/kg、有效鐵34.78 mg/kg、有效錳17.89 mg/kg；該地葡萄成熟葉片元素含量為鉀5.93 g/kg、鈣14.84 g/kg、鎂1.6 g/kg、鐵74.34 mg/kg、錳48.36 mg/kg、鋅24.78 mg/kg、銅12.36 mg/kg。參考李港麗等[9]葡萄葉片營養分級標準，發現該地葡萄鈣、鋅、鐵、銅、錳元素均在適量水平，但鎂含量嚴重缺乏。

1.2 試驗設計

采用裂區試驗設計，主區設4個土施硫酸鎂(MgSO4·7H2O)水平，分別是0、112.5、150、187.5 kg/hm2，用S0、S1、S2、S3表示，副區設3個葉面噴施硫酸鎂濃度，分別是0%、0.2%、0.4%，用F0、F0.2、F0.4表示，共計12個處理，依次為S0F0、S0F0.2、S0F0.4、S1F0、S1F0.2、S1F0.4、S2F0、S2F0.2、S2F0.4、S3F0、S3F0.2、S3F0.4。每個小區選10株葡萄，重復3次，小區面積30 m2，土施硫酸鎂在秋季隨基肥施入，然后進行旋耕；葉面噴施則分3次，分別為5月中旬、6月中旬、7月中旬，以葉片滴水為限。自2014年10月開始，試驗連續進行2年。

1.3 測定項目與方法

2016年10月5日，即果實成熟期，采集坐果位點的葉片，每個處理隨機采集9片，塑封袋標號，放入冰盒，帶回實驗室后對各項指標進行測定，3次重復，取其平均值。同時每個處理隨機選擇8株，采集果穗，用電子天平稱量單株產量。

1.3.1 葉片鎂含量的測定

根據中國農業大學制定的標準進行洗滌，將洗滌過后的葉片置于105℃烘箱中殺酶20 min，之后在70～80℃下烘干。用不銹鋼植物磨碎機磨碎過0.25 mm孔徑篩，貯于干燥器中待測。葉片鎂含量通過550℃馬弗爐灼燒，制成灰分，加入稀鹽酸溶解，用火焰原子吸收光譜法[10]測定。

1.3.2 葉片活性氧含量和保護酶活性的測定

超氧陰離子產生速率采用羥氨反應法測定[11]，過氧化氫(H2O2)含量的測定參照林植芳等[12]的方法，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT法測定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚比色法測定，過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法測定[13]，脯氨酸(Pro)含量采用磺基水楊酸法測定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法測定[13]。

1.4 數據處理與分析

試驗數據采用Excel 2010軟件進行處理并繪制相關圖表，采用SPSS 18.0軟件進行統計分析,各處理多重比較采用DUCAN法。

2 結果與分析

2.1 施鎂對葉片鎂含量和活性氧含量的影響

由圖1可以看出，未施鎂肥的處理S0F0葉片鎂含量僅1.42 g/kg，根據李港麗等[9]葡萄葉片營養分級標準，葉片鎂含量小于1.50 g/kg為缺鎂范圍，可以看出未施鎂肥時葡萄缺鎂，補鎂后，葉片鎂含量顯著增加，均達到了適量標準，處理S3F0.4鎂含量最高，達到了4.65 g/kg，與處理S2F0.4差異不顯著，較其他處理差異顯著。當土施量一定時，葉片鎂含量表現出F0.4>F0.2>F0，當葉面噴施濃度一定時，表現出S3>S2>S1>S0。

圖1 補鎂對缺鎂葡萄葉片鎂含量產生速率和H2O2含量的影響注：圖中不同的小寫字母表示各處理在0.05水平下差異顯著。下同。

表1 土施和葉面噴施鎂肥對缺鎂黃化葡萄產生速率和H2O2含量的效果鑒定

注：**表示F檢驗極顯著水平(P<0.01)，*表示F檢驗顯著水平(P<0.05)。下同。

2.2 施鎂對葉片保護酶活性的影響

由圖2可以看出，未施鎂肥時，葉片中SOD活性最高，達到了73.776 U/g FW，與處理S1F0差異不顯著，顯著高于其他處理，而處理S2F0.4的SOD活性顯著低于其他處理；當土施量在0～112.5 kg/hm2時，土施量和葉面噴施濃度越大，葉片中SOD活性越低，而當土施量為150 kg/hm2時，則表現出F0.4>F0.2>F0；與SOD活性變化相反，未施鎂肥的S0F0處理葉片POD活性最低，處理S2F0.4活性最高，達到4.002 U/(g FW·min)，顯著高于其他處理，當土施量在0～112.5 kg/hm2時，土施量和葉面噴施濃度越大，葉片中POD活性越高，而當土施量為150 kg/hm2時，則表現出F0>F0.2>F0.4；未施鎂肥的S0F0處理CAT活性最低，施鎂后各處理CAT活性增加，并隨著施鎂濃度的增加，各處理表現出一直升高的趨勢，處理S3F0.4活性最高，達到了12.087 U/(g FW·min)，顯著高于其他處理。

圖2 補鎂對缺鎂葡萄葉片保護酶活性的影響

由表2可知，土施和葉面噴施對葉片SOD、POD和CAT活性均有極顯著影響，且對SOD和POD有極顯著交互效應，對CAT活性有顯著交互效應。

表2 土施和葉面噴施鎂肥對缺鎂黃化葡萄保護酶的效果鑒定

2.3 施鎂對葉片丙二醛和脯氨酸含量的影響

由圖3可以看出，補鎂后，隨著土施和葉面噴施鎂肥量的增加，葉片丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量表現出先降低后增加的趨勢，土施量在0～150 kg/hm2時，隨著施鎂量的增加葉片MDA和Pro含量逐漸降低，處理S2F0.4含量均最低，但MDA含量與處理S2F0.2、S1F0.4、S1F0.2和S0F0.4差異不顯著，Pro含量與S1F0、S1F0.2、S1F0.4、S2F0、S2F0.2差異不顯著。當土施量達到187.5 kg/hm2時，葉片MDA和Pro含量顯著增加。說明在缺鎂情況下，葡萄葉片受到損害，產生大量MDA和Pro，土施和葉面噴施硫酸鎂肥可以緩解這種傷害，當土施量在0～150 kg/hm2時，土施量越大，緩解效果越好，但當土施量為187.5 kg/hm2，緩解效果一般。土施150 kg/hm2同時葉面噴施0.4%硫酸鎂對該缺鎂葡萄緩解葉片損傷效果最好。

圖3 補鎂對缺鎂葡萄葉片丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量的影響

鑒定土施和葉面噴施對葉片MDA和Pro含量的效果發現，土施對MDA和Pro含量均有極顯著影響，葉面噴施對MDA影響極顯著，對Pro影響不顯著，土施和葉面噴施對MDA有極顯著交互效應，對Pro有顯著交互效應。

表3 土施和葉面噴施鎂肥對缺鎂黃化葡萄MDA和Pro的效果鑒定

2.4 施鎂對葡萄單株產量的影響

由圖4可以看出，未施鎂肥的處理S0F0單株產量最低，僅4.09 kg，土施和葉面噴施鎂肥后，葡萄單株產量增加，處理S2F0.4單株產量最高，達到了5.49 kg，與處理S1F0.4、S2F0.2、S3F0.2、S3F0.4差異不顯著，顯著高于其他處理。

圖4 補鎂對缺鎂葡萄單株產量的影響

2.5 葉片鎂含量、單株產量與活性氧清除系統相關指標的相關性分析

表4 葉片中鎂含量、單株產量與活性氧清除系統相關指標的相關性分析

注：*和**分別表示相關性達顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平。

3 討論

3.1 施鎂對葉片超氧陰離子產生速率和過氧化氫含量的影響

3.2 施鎂對葉片保護酶活性的影響

植物應對環境脅迫下活性氧的累積的重要機制之一是啟動抗氧化酶系統[20]，SOD、POD、CAT是植物體內活性氧清除系統的3種關鍵酶。汪洪等[21]、李延等[22]、陳偉立等[23]、申燕等[24]在菜豆、龍眼、砂糖橘和‘春見’橘橙上研究表明，缺鎂條件下，植株體內SOD、POD、CAT活性明顯高于正常植株。王芳等[25]在鎂對大豆葉片保護酶活性的影響研究中發現，鎂脅迫下大豆葉片CAT活性受到明顯抑制，施鎂則大大增加CAT活性。楊勇等[26]在水稻上研究發現高鎂葉片中CAT活性明顯升高。朱立保等[27]、韓艷婷[18]和彭云等[28]在厚皮甜瓜、葡萄和花生上研究則發現適宜鎂處理可以增強葉片POD、SOD和CAT活性，缺鎂和過量鎂降低了葉片POD、SOD和CAT活性。

而本試驗結果發現，未施鎂肥的缺鎂葡萄葉片SOD活性高于施鎂處理，POD和CAT活性低于施鎂處理。土施和葉面噴施鎂肥后，葉片SOD活性先降低后升高，而POD活性先升高后降低，CAT活性則持續升高。可以看出，缺鎂狀況下抗氧化酶活性及施鎂對抗氧化酶活性影響的結論不一致，可能是因為缺鎂脅迫下，植物葉片細胞內產生較多超氧陰離子，從而誘導抗氧化酶活性增加，但隨著鎂脅迫時間的延長，植株體內產生的超氧陰離子自由基過多，超過抗氧化酶活性，導致活性下降，隨著鎂肥的施入，光系統受損程度得到緩解，抗氧化酶活性增加。

3.3 施鎂對葉片丙二醛和脯氨酸含量的影響

雖然植物細胞內活性氧產生和清除酶活性處于動態平衡狀態，但當受到逆境脅迫，體內活性氧過多，超過防御能力，仍會發生膜脂過氧化作用，丙二醛含量增高，細胞膜透性增加[21]。生物膜在植物抗性生理方面起著非常重要的作用，脯氨酸對于維持生物膜的正常功能具有一定的作用，植物在遭受逆境脅迫時脯氨酸會在體內大量積累，丙二醛是植物膜脂過氧化的最終產物，反映了生物膜受傷害的程度[29]。本試驗發現，未施鎂肥的缺鎂葡萄葉片脯氨酸和丙二醛含量顯著高于施鎂處理，這在黃瓜[17]、砂糖橘[23]、菜豆[21]等作物上也有相關報道。適量施鎂后葉片丙二醛和脯氨酸含量降低，說明適量補鎂有利于緩解生物膜受傷害程度，這與鎂處理在厚皮甜瓜[27]、葡萄[18]和花生[28]上的研究一致。

4 結論