氧化鐵納米粒子處理下西瓜的生理變化

王運強 胡靜 戴照義 李俊麗 黃進

目的與意義： 鐵是植物生長必需的微量元素，而現有的鐵肥施用后很快就轉化成植物不能利用的三鐵（Ⅲ）形式。隨著納米技術的發展，開發納米鐵肥料是農業生產中改善植物缺鐵和提高鐵肥利用率的重要手段。本研究將西瓜幼苗種植于經不同濃度氧化鐵納米粒子（γ-Fe2O3 NPs）改良的土壤中，通過連續5周測定西瓜葉片中可溶性糖、可溶性蛋白質、葉綠素、和丙二醛（MDA）含量變化，以及抗氧化酶活性的變化來探究γ-Fe2O3 NPs對西瓜生理的影響及其應用價值。

材料與方法： 首先合成氧化鐵納米粒子（γ-Fe2O3 NPs），顆粒大小為（17.7±3.9） nm。采用穴盤育苗，在3葉期選取生長一致的西瓜幼苗移植到營養缽，每缽1株。經過一段時間緩苗，在西瓜幼苗長到7片真葉時分別用含0、20、50、100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs 和50 ?mol·L-1 FeSO4的霍格蘭營養液澆灌。γ-Fe2O3 NPs霍格蘭營養液用超聲波混合均勻。每缽澆灌250 mL不同濃度的γ-Fe2O3 NPs或FeSO4霍格蘭營養液，每個處理設3次重復，隨后每周澆灌100 mL不含鐵的霍格蘭營養液。處理1周后采西瓜葉片進行生理指標測定，包括可溶性糖和蛋白、葉綠素含量、丙二醛含量、抗氧化酶SOD、POD和CAT的活性，每周測定1次，連續5周。采用蒽銅硫酸法測定可溶性糖含量、考馬斯亮藍G-250染色法測定可溶性蛋白含量、丙酮法測定葉綠素含量、硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量、氮藍四唑（NBT）光化還原法測定SOD酶活性、紫外吸收法測定CAT酶活性、愈創木酚比色法測定POD酶活性。用透射電子顯微鏡觀察西瓜根系對γ-Fe2O3 NPs的吸收。采用單因子方差分析（one-way ANOVA）、Turkeys多重比較和Duncan's多重比較進行差異分析和顯著性檢驗。

結果與分析： （1）γ-Fe2O3 NPs對可溶性糖含量的影響。1周后，100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組的西瓜葉片可溶性糖含量比對照降低32.2%，其他處理組沒有明顯變化。2周后，50 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組的西瓜葉片可溶性糖含量比對照顯著提高，增加74.9%，其他處理組與對照比無顯著差異。第3周和第4周時，不同濃度γ-Fe2O3 NPs處理組與對照比均無明顯差異，但是50 ?mol·L-1 FeSO4處理組的西瓜葉片可溶性糖含量低于對照組。第5周時，所有處理組和對照組比均無顯著差異。每個處理組的可溶性糖含量變化均表現為先降再增再降的趨勢，至第5周時其含量明顯低于第1周。（2）γ-Fe2O3 NPs對可溶性蛋白含量的影響。第1周，第2周和第4周時，50 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs組西瓜葉片的可溶性蛋白含量分別比對照組高出18.0%、13.4%和24.8%。其他情況下γ-Fe2O3 NPs和FeSO4處理對西瓜葉片可溶性蛋白的含量均無影響。每個處理組的可溶性蛋白含量變化也表現為先降再增再降，這種變化可能與西瓜生長過程中營養物質的需求變化和分布有關。（3）γ-Fe2O3 NPs對葉綠素含量的影響。第1和第2周所有處理組西瓜葉片的葉綠素含量與對照組比均無顯著差異。第3周至第5周時，50 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組的葉綠素含量分別比對照組高16.0%、21.7%和64.0%，但其他組與對照比無顯著差異。每個處理組的葉綠素含量變化同樣表現為先降再增再降。γ-Fe2O3 NPs和FeSO4處理第一周后葉綠素含量下降可能與鐵元素誘導的氧化壓力增大和MDA含量增加有關。（4）γ-Fe2O3 NPs對MDA含量的影響。20 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組葉片的MDA含量在所有時期均與對照組無顯著差異。50 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組葉片的MDA含量在第1周和第2周分別比對照高35.4%和18.3%。100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組葉片的MDA含量在前3周分別比對照高57.1%、30.5%和17.2%。3周后所有處理組葉片的MDA含量與對照組比均無顯著差異，這可能是因為植物的解毒代謝途徑被激發，金屬鐵引起的毒害作用被消除。（5）γ-Fe2O3 NPs對抗氧化酶活性的影響。20 mg·L-1? ? γ-Fe2O3 NPs處理組所有時期的SOD、CAT和POD酶活性均與對照組無明顯差異。50 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組葉片的SOD酶活性在前2周分別比對照高38.9%和28.7%。100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs和FeSO4處理組在第2周時SOD酶活性高于對照組，同時CAT酶活性分別高于對照組49.2%和56.0%。50 mg·L-1、100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs和FeSO4 3個處理組第1周的POD酶活性均有所提高，但第2周時下降到與對照組一致水平。第3周至第5周時，100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs組的POD分別比對照組高10.2%、14.5%和37.8%，其他處理組則與對照無明顯差異。

結? ? 論： 20 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理對西瓜葉片的關鍵生理指標和脂質氧化反應均無影響;50 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理能增加西瓜葉片的可溶性、可溶性蛋白和葉綠素含量;50 mg·L-1和100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理早期能誘導西瓜的氧化應激反應。綜上所述，合適濃度的γ-Fe2O3 NPs在農業生產中可以作為一種鐵肥來改善西瓜缺鐵癥狀。