復合菌肥對二氯喹啉酸脅迫下煙株抗氧化酶活性及丙二醛含量的影響

李海霞, 邢國珍, 孟 南, 郭盤盤, 賈然然, 呂春芳, 劉華山

(1.河南農業大學生命科學學院,河南鄭州 450002; 2.河南農業大學風景園林與藝術學院,河南鄭州 450002)

目前,針對二氯喹啉酸污染的修復有物理修復、化學修復和微生物修復等。其中物理修復見效快,但勞動強度大,長期使用此方法必然會失效;化學修復會破壞土壤結構,且未從根本上解決二氯喹啉酸在土壤中的殘留問題[9-10];微生物修復具有效率高、成本低的特點,但由于單一菌種在田間成活率不高,修復效果仍不甚理想[11-12]。因此,研究安全、多效的聯合修復技術對二氯喹啉酸污染土壤的修復有非常重要的意義。復合菌肥不同于單一型菌肥,其配方更為合理,含有大量有機質和有益、無拮抗作用的微生物群,可以作為土壤有毒污染物的重要化學絡合劑和吸附劑,它在土壤中的生理代謝活動,使有機污染物的存留和形態結構發生變化,加速土壤有害物質的降解[13-14]。向土壤中施加復合菌肥,可改善土壤結構、提高土壤肥力,增加土壤有益菌群數量、增強有益微生物的活性,利于污染土壤的生物修復,從而減輕作物藥害及病害,為作物提供適合的微生態環境[13-15]。本研究通過向受二氯喹啉酸危害的煙株土壤中施加復合菌肥,測定葉片及根系的抗氧化酶活性及丙二醛含量,明確不同濃度復合菌肥對二氯喹啉酸危害煙草的調節作用,為二氯喹啉酸污染的土壤利用生物修復技術應用到稻煙輪作生產中的瓶頸提供理論依據,為稻煙輪作區煙葉優質高產提供有力的措施。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試烤煙(NicotianatabacumL.)品種為K326,采用漂浮育苗;50%二氯喹啉酸可濕性粉劑,由江蘇綠利來股份有限公司生產;供試的3種復合菌肥富含多種微量元素和活性物質。復合菌肥1(豐農煙草專用)、復合菌肥2(生物菌劑)均由長沙艾格里生物肥料技術開發有限公司生產,有效活菌數≥5.0億個/mL;復合菌肥3(生物菌肥)由哈爾濱倫多農業生物科技有限公司生產,有效活菌數≥0.2億個/g。

試驗所使用土壤取自河南農業大學科教園區(34.87°N,113.60°E),土壤的pH值為7.97,有機質含量為12.93 g/kg,全氮含量為0.87 g/kg,全磷含量為0.42 g/kg,速效鉀含量為57.43 mg/kg,速效磷含量為164.15 mg/kg,堿解氮含量為 57.43 mg/kg。

1.2 試驗處理及設計

將5葉期生長健壯一致的煙苗移栽到塑料盆中,共設5個處理:即CK(正常土壤),不施二氯喹啉酸,只用清水處理;T0(受害土壤),干土中施入二氯喹啉酸0.085 mg(商品推薦量為0.375 kg/hm2);T1,受害土壤+復合菌肥1(干土中施入 0.7 mL/kg);T2,受害土壤+復合菌肥2(干土中施入0.7 mL/kg);T3,受害土壤+復合菌肥3(干土中施入1.1 g/kg)。土壤用2 mm孔徑鋼篩過篩后,施加二氯喹啉酸拌勻(CK除外),裝入直徑為20 cm、高為15 cm的塑料盆中,每盆裝干土 2.5 kg,保持田間最大持水量的70%,每盆栽煙苗1株,每個處理15盆,共75盆。供試菌肥均按商品注明的用量進行試驗。

按正常的煙草栽培標準進行管理。待煙草生長至8葉期、明顯表現出受害癥狀時進行處理:CK和T0施等量清水,其他3個處理將復合菌肥按照使用說明分別用等量清水稀釋溶解后灌施。分別于處理后每隔5 d取樣1次,共取4次。每個處理取3株,取煙草自上而下的第4張葉(去除主脈及葉尖);煙草根系取出沖洗干凈后,用濾紙吸干表面水分,取根尖以上5 cm段為根系樣品,測定葉片和根系各項生理指標。

1.3 測定方法

SOD活性采用氮藍四唑(NBT)法測定,CAT活性采用紫外吸收法測定,APX活性采用紫外分光光度法測定,MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定[16-19]。

1.4 統計與分析

采用Excel 2010進行數據處理,采用Sigmaplot 14.0軟件作圖,采用 SPSS 22.0 中的最小顯著性差異法(LSD)進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 復合菌肥對二氯喹啉酸脅迫下煙株SOD活性的影響

由圖1可知,隨著處理時間的增加,煙葉中的SOD活性呈明顯的先升高后降低的趨勢,在處理15 d達到高峰,之后降低,正常煙葉中的SOD活性明顯高于受害煙葉,根系中SOD活性與葉片所表現的趨勢基本一致。15 d,T0、T1、T2、T3處理葉片的SOD活性比CK分別降低25.93%、17.82%、16.38%、5.04%,根系分別降低30.49%、19.57%、12.99%、9.18%。在20 d時,與正常(CK)相比,受二氯喹啉酸危害(T0)煙葉和根系的SOD活性分別降低27.74%、35.13%,說明根系受害程度高于葉片,T1、T2、T3處理煙株的葉片中SOD活性分別比T0提高了16.60%、18.16%、30.61%,根系中SOD活性分別比T0提高了24.37%、30.87%、40.61%,各處理煙株中SOD活性綜合表現為 CK>T3>T2>T1>T0處理,表明復合菌肥對受害煙株中SOD活性具有一定的修復作用,以T3處理的修復效果最好。

2.2 復合菌肥對二氯喹啉酸脅迫下煙株APX活性的影響

由圖2可知,隨著處理時間的增加,APX活性逐漸升高,15 d時達到最大值,之后降低。復合菌肥修復處理APX低于正常對照但明顯高于受害處理。15 d,T0、T1、T2、T3處理葉片的APX活性比CK分別降低27.73%、24.06%、16.71%、6.79%,根系分別降低29.01%、20.58%、11.02%、3.24%。在20 d時,與正常(CK)相比,受害(T0)煙葉和根系APX活性分別下降了30.43%、33.94%。在20 d時,T1、T2、T3處理煙株的葉片中APX活性比T0處理提高了11.48%、16.40%、33.35%,根系中APX活性比T0處理提高了18.86%、28.54%、38.46%,各處理中APX活性趨勢表現為CK>T3>T2>T1>T0,表明復合菌肥對受害煙株中APX活性有一定的修復作用,其中,T3處理的修復效果要好于其他2個處理。

2.3 復合菌肥對二氯喹啉酸脅迫下煙株CAT活性的影響

由圖3可知,在受害對照和復合菌肥修復煙葉中CAT活性呈先升高后下降的趨勢,在處理5 d,復合菌肥處理煙葉中CAT活性雖低于正常對照(CK),但明顯高于受害對照(T0),根系中CAT活性與葉片變化基本一致。15 d,T0、T1、T2、T3處理葉片的CAT活性比CK分別降低34.91%、23.10%、18.64%、9.19%,根系下降61.02%、43.76%、28.04%、14.48%。在20 d時,受害煙葉和根系CAT活性比正常對照分別降低39.67%和66.67%,T1、T2、T3處理煙葉CAT活性比T0分別升高25.23%、27.93%和40.54%,根系的CAT活性比T0分別高67.61%、114.55%、153.99%,表明根系受復合菌肥修復效果比葉片明顯。各處理煙株中CAT活性綜合表現為CK>T3>T2>T1>T0處理,表明在用了復合菌肥處理后,以T3處理對煙株CAT活性修復效為最佳。

2.4 復合菌肥對二氯喹啉酸脅迫下煙株MDA含量的影響

MDA是植物器官在衰老時或逆境條件下的脂質過氧化產物,其含量可以反映脂質過氧化程度,其在植物體內的積累可以作為膜脂氧化和細胞傷害的重要指標[20-21]。由圖4可知,正常煙株的MDA含量維持在較低的水平,而受害煙葉中MDA含量隨著處理時間的延長不斷升高,T0在5、10、15、20 d分別比CK升高了167.80%、317.24%、262.16%、213.98%;而加入復合菌肥后能有效降低MDA的含量,并且存在顯著差異。T1、T2、T3于15 d時分別比T0的煙葉中MDA含量降低了17.91%、30.97%、54.48%。到20 d時,處理T1、T2、T3分別比T0的煙葉中MDA含量降低了8.22%、30.82%和59.25%。根系中各處理MDA含量變化趨勢與葉片一致,但煙草根系MDA含量均低于葉片,表明根系受二氯喹啉酸傷害比葉片小。整體來看,復合菌肥處理受二氯喹啉酸危害的煙株MDA含量修復趨勢表現為T0>T1>T2>T3>CK。

3 結論與討論

綜上所述,復合菌肥處理可以有效緩解二氯喹啉酸脅迫下煙株根系和葉片造成的氧化損傷,有助于清除MDA從而維持細胞膜的穩定性,能調節抗氧化酶活性參與煙草對二氯喹啉酸脅迫的防御過程。因此,在稻煙輪作區域種植煙草的栽培中,施加適宜的復合菌肥能加速二氯喹啉酸降解,可有效增強煙株抵抗殘留土壤中二氯喹啉酸危害的能力,為稻田植煙地區安全生產提供技術與理論依據。