不同施氮水平对小麦幼苗抗氧化酶及叶绿素含量的影响

阎佩云,姬苗苗,顾田英

(商洛学院 生物医药与食品工程学院,陕西 商洛 726000)

引言

小麦是人类的三大主食之一，是世界各地都有广泛种植的禾本科植物[1～2]。很多研究表明，小麦品种、土壤条件、气候等因素都会影响小麦的产量，其中氮素(N)水平影响非常大[3～4]。氮素是大多数植物生长发育不可或缺的元素之一，主要参与植物体内蛋白质、核酸等重要物质合成，影响植物光合作用，进而直接影响小麦的氮代谢过程[5]，而且还可以通过影响粒、穗、叶、茎、根等器官的生长，最终影响其作物的产量和品质[6]。此外，也有不少研究表明在施肥过程中由于过量施肥或者不当施肥都可能会引起环境污染[7～8]。因此，合理运用氮肥对小麦的种植具有重要意义。

Man[9]等研究发现补充灌溉可显著提高小麦的叶绿素含量、CAT 与SOD 活性。Abid[10]等发现，干旱下增施氮肥可以显著提高小麦叶片叶绿素含量和SOD 酶活性。众多研究表明[11]，小麦抗氧化酶和叶绿素的研究对于了解小麦的生理发育都有重要的作用。

综上所述得知，近些年来对于小麦的施肥效应研究已有很多，但是关于不同氮素水平对不同小麦品种幼苗抗氧化酶活性的研究报道较少。为此，笔者实验选取商麦1619、小偃15和黑小麦三个品种小麦作为实验材料，用水培方式培养，对不同类型小麦SOD、POD、CAT和叶绿素含量指标进行测定研究，筛选出适合该试验小麦品种在商洛种植生产的适宜施氮量，为小麦在商洛地区的种植生产实践提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料选用选取商洛学院良繁中心商麦1619、小偃15和黑小麦各0.5 kg。

1.2 试验方法

参照高树涛[12]等的方法，首先将选取的无病害、饱满、大小基本一致的小麦种子用10%次氯酸浸种消毒10 min，其次使用自来水和蒸馏水依次各冲洗三遍后，然后置于蒸馏水中通气吸胀6 h，吸胀后将种子摆放在培养皿的滤纸上，最后置于植物培养箱内25°下恒温催芽24 h露白。

小麦幼苗预处理。将不同品种露白的小麦用镊子夹取10株放置铺有纱布的水培篮中，置于不同氮素浓度的营养液中，用不加氮的营养液(0 mmol·L-1)做对照组，共六组。用不同氮素浓度连续培养小麦至两叶一心后，进行各项指标的测定。氮素浓度设置编号如下表：

表1 五种不同氮素浓度的处理编号

1.3 测定的指标和方法

1.3.1 叶绿素含量 参考邱念伟等[13]对叶绿素的提取方法，重复3组。

1.3.2 抗氧化酶活性 ①超氧化物歧化酶(SOD)的测定：参照高俊风[14]氮蓝四唑(NBT)光还原法测定。②过氧化物酶(POD)的测定：参照朱广联[15]的愈创木酚显色法测定。③过氧化氢酶(CAT)的测定：参照郝再彬等[16]的紫外吸收法。

1.4 数据处理

所有指标处理测定重复3次，最终数据为3次测量值的平均值，用Excel 进行数据处理和作图，数据的方差分析和显著性检验用SPSS软件进行。

2 结果与分析

2.1 同施氮水平处理对小麦幼苗叶绿素含量的影响

由图1可得，叶绿素含量在3个供试小麦品种幼苗叶片中均表现出先增后减的变化趋势。其中，三个品种的小麦幼苗在N1处理时叶绿素含量都是最低；随着氮素溶液浓度的升高，小麦幼苗叶片的叶绿素含量显著增加，说明氮素水平的升高可以促进小麦叶片叶绿素的合成从而有利于小麦苗期的生长，其中N4处理(氮素浓度为120 mmol·L-1)小麦苗期的生长效果最好。但N5处理(氮素浓度为150 mmol·L-1)的3个供试小麦品种幼苗叶片中叶绿素含量均比N4处理时下降，表明小麦幼苗合成叶绿素能力开始下降，进而影响小麦苗期的生长效果。

2.2 不同施氮水平处理对小麦幼苗SOD活性的影响

由图2可以看出，不同施氮水平处理下不同品种小麦幼苗内SOD活性随着氮素浓度的增加而升高，氮素溶液升至一定浓度时SOD活性达到最大值，之后随着溶液浓度的升高SOD活性开始呈下降的变化趋势。供试小麦品种小偃15和黑小麦幼苗内SOD活性均在N4处理下达到最高值；而供试小麦商麦1619幼苗内SOD活性在N3处理下达到最高值。

三种供试小麦在不同施氮水平处理下，随着氮素溶液浓度的升高，幼苗内SOD活性逐渐升高，说明氮素水平的升高可明显提高小麦幼苗叶片内的SOD活性，从而改善小麦苗期的生长情况。但当氮素水平升至一定浓度时，小麦幼苗的生长情况开始减弱，出现叶片变黄等现象，导致叶片内SOD活性下降，这说明过量的氮素会抑制小麦幼苗内的各项生理活动，进而影响其生长情况。在所有氮素水平对供试小麦进行处理下，N1处理均小于其他四个氮素处理，说明低氮素水平对不太利于小麦苗期的生长情况。综合以上分析表明，不同氮素水平对不同品种小麦幼苗内SOD活性的变化不尽相同，其中商麦1619在N3处理下，SOD活性最高；小偃15和黑小麦在N4处理下，SOD活性最高。

2.3 不同施氮水平处理对小麦幼苗POD活性的影响

由图3可以看出，不同施氮水平处理下不同品种小麦的POD活性随着氮素浓度的增加而升高，氮素溶液升至一定浓度时POD活性达到最大值，之后随着氮素溶液浓度的继续升高POD活性反而开始降低。供试小麦商麦1619和小偃15幼苗内POD活性在N3处理下达到最高值；而供试小麦黑小麦幼苗内POD活性在N4处理下达到最高值。三种供试小麦在不同施氮水平处理下，随着氮素溶液浓度的升高，幼苗内POD活性逐渐升高，说明氮素水平的升高可明显提高小麦幼苗叶片内的POD活性，从而提高小麦苗期的生长情况。但当氮素水平升至一定浓度时，小麦幼苗的生长情况开始减弱，出现叶片变黄等现象，导致叶片内POD活性下降，这说明过量的氮素会抑制小麦幼苗内的各项生理活动，从而影响其生长情况。

在所有氮素水平对供试小麦进行处理下，N1处理均小于其他四个氮素处理，说明低氮素水平不太利于小麦苗期的生长情况。综合以上分析表明，不同氮素水平对不同品种小麦幼苗内POD活性的变化不尽相同，其中商麦1619和小偃15在N3处理下，POD活性最高；黑小麦在N4处理下，POD活性最高。

2.4 不同施氮水平处理对小麦幼苗CAT活性的影响

由图4可知，不同施氮水平处理下不同品种小麦的CAT活性随着氮素浓度的增加而升高，氮素溶液升至一定浓度时CAT活性达到最大值，而后随着溶液浓度的升高CAT活性开始呈下降趋势。供试小麦小偃15和黑小麦幼苗内CAT活性在N4处理下达到最高值。而供试小麦商麦1619幼苗内CAT活性在N3处理下达到最高值。三种供试小麦在不同施氮水平处理下，随着氮素溶液浓度的升高，幼苗内CAT活性逐渐升高，说明氮素水平的升高可明显提高小麦幼苗叶片内的CAT活性，从而提高小麦苗期的生长情况。

但当氮素水平升至一定浓度时，小麦幼苗的生长情况开始减弱，出现叶片变黄等现象，导致叶片内CAT活性下降，这说明过量的氮素会抑制小麦幼苗内的各项生理活动，从而影响其生长情况。在所有氮素水平对供试小麦进行处理下，N1处理均小于其他四个氮素处理，说明低氮素水平不太利于小麦苗期的生长情况。综合以上结果表明，不同施氮水平对不同品种小麦幼苗内CAT活性的变化不尽相同，其中商麦1619在N3处理下，CAT活性最高；小偃15和黑小麦在N4处理下，CAT活性最高。

3 讨论与结论

3.1 讨论

三种供试小麦的叶绿素含量随着氮素溶液浓度的升高而升高，且各处理间差异较为明显，说明氮素水平的升高在小麦幼苗生长期有利于促进叶片的叶绿素合成，但当氮素溶液浓度升至为150 mmol·L-1时，叶片叶绿素含量不再增加开始呈下降趋势，小麦幼苗合成叶绿素的能力下降。这说明三种小麦在N3水平时，最适合这三种小麦生长，而处于N5时，幼苗的性状表现一般，表明氮素浓度过大，不利于小麦幼苗的生长。柳嘉佳[17]等对米槁幼苗生长和生理特性的研究也有类似的结论，再次印证了氮素在植物生长发育过程中的重要性。

超氧化物歧化酶SOD通过催化歧化反应使活性氧(植物在逆境胁迫下会产生活性氧)生成过氧化氢和氧气，保护细胞避免或减轻活性氧伤害，是活性氧清除系统中最先发挥作用的抗氧化酶[18]。所以叶片内SOD活性越高就表明该植物的抗逆性越强，越低则表明该植物的抗逆性降低。过氧化物酶(POD)可将H2O2分解为H2O，因此POD活性的提高有利于提高幼苗清除体内过氧化氢的能力，有利于保护生物膜的稳定，提高幼苗的抗逆能力[19]。植物在逆境下或衰老时，过氧化氢酶(CAT)与超氧化物歧化酶(POD)产生协同作用以此清除超氧物阴离子自由基以及过氧化氢[20]。

王贺正[21]等对小麦旗叶生理特性和产量的研究得出在一定范围内随施氮水平的增加可以显著提高SOD、POD、CAT活性，但施氮水平超过一定水平后，各指标增幅不明显或呈下降趋势的结论与本文结论基本一致。笔者研究结果表明随着氮素浓度的升高，商麦1619、小偃15、黑小麦三个品种小麦叶片中SOD、POD、CAT活性均出现先升高后降低的趋势，但其峰值不在同一个浓度梯度内。经过单因素方差分析，得知三个小麦品种在叶绿素、SOD、POD指标上无显著性差异，而在CAT指标上，黑小麦品种显著高于商麦1619和小偃15。

3.2 结论

综合各项研究结果表明商麦1619、小偃15、黑小麦三个小麦品种的的叶绿素含量在120 mmol·L-1氮素浓度下达到最高；SOD、POD、CAT活性的最大值出现在90 mmol·L-1至120 mmol·L-1氮素浓度范围内，说明在5个氮素水平下适合3个类型小麦适宜生长的氮素浓度范围为90 mmol·L-1至120 mmol·L-1。笔者实验利用3个品种的供试小麦在5种不同的氮素溶液浓度下自然生长，结合小麦幼苗生长发育情况以及体内不同抗氧化酶指标测定进行研究，初步了解不同氮素水平处理下3种商麦幼苗的抗氧化酶活性水平，为小麦在商洛种植地的适宜施氮量提供了理论依据。