农用稀土对两个甜玉米种子萌发期营养成分和抗氧化酶的影响

周柏宇，徐运林，房浩，程昕昕

（安徽科技学院农学院，安徽凤阳233100）

0 引言

稀土是元素周期表中镧系17种元素的统称［1］。我国拥有世界上最丰富的稀土资源，对于稀土的研究工作始于20世纪70年代［2］。从农用稀土产品的研制到小范围试验再到大范围推广，我国在稀土的农用技术上取得了重大成就，并且最先将稀土元素应用于农业生产中［3］。已有研究表明，喷施一定浓度的稀土溶液能够促进农作物的生长发育，增大产量，并可以改善农产品品质［4］。

甜玉米又称蔬菜玉米，因其富含多种营养成分、口感较好而受到广大消费者的青睐。随着我国居民生活水平的不断提高，对于甜玉米的消费需求也日益增长，因此甜玉米的生产具有良好的经济效益［5］。研究甜玉米生长发育过程中的生理生化机制，可以找到有效促进其生长发育的方法，对甜玉米生产具有重要的意义。农用稀土可以调节作物的营养生长和生殖生长，一方面表现在植物对养分的吸收利用能力，另一方面表现在植物自身的抗逆性。本文研究了稀土在甜玉米种子萌发期对于养分利用和抗氧化能力的影响。首先，种子萌发初期主要利用自身贮藏的营养物质，蛋白质和葡萄糖可以反映萌发期种子的代谢情况。其次，增强抗氧化防御系统是植物适应逆境的重要机制。植物遇到生物和非生物逆境时，细胞内活性氧含量会迅速增加，破坏了细胞膜的完整性［6］。为保护自身不受伤害，植物形成了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶系统，从而清除细胞内过多的活性氧［7］，因此种子萌发期SOD、POD、CAT活性的变化情况，可以反映其对于逆境的抵御能力。本文研究了农用稀土“常乐”对两个品种的甜玉米种子在萌发期营养成分和抗氧化酶的影响，旨在为“常乐”稀土微肥在甜玉米的生产应用上提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料：甜玉米种子‘理科甜5807’‘荣玉甜7号’由安徽玉米工程技术研究中心提供；农用稀土“常乐”购于杨凌依农农业科技有限公司，主要由轻稀土组成（轻稀土元素包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕7个元素）。

1.2 种子消毒与试验处理

取两个品种的甜玉米饱满种子各50粒，0.1%的HgCl2浸种15 min消毒，无菌水冲洗3次，每个品种分别用0（CK）、0.5%、1.0%、2.0%农用稀土溶液在25℃下浸种12 h，然后将种子均匀地平铺于两层滤纸发芽盒内，每天定时用稀土溶液以及蒸馏水补充。每个处理重复3次。将发芽盒置于28℃恒温培养箱中光照培养，设置为黑暗和光照各12 h，分别在第1、3、5、7天取出萌发期种子，放置在冰箱中贮存。

1.3 测定项目与方法

1.2中各处理的种子均进行蛋白质含量、葡萄糖含量及3种抗氧化酶活性的测定。蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝染色法［8］；葡萄糖含量的测定采用葡萄糖氧化酶-过氧化物酶法［9］；3种抗氧化酶活性的测定均参考文献［10］：SOD活性采用氮蓝四唑法测定；POD活性采用愈创木酚法测定；CAT活性采用紫外吸收法测定。

1.4 数据处理

实验数据采用Excel2010和Win DPS7.05数据处理软件进行统计分析和作图，各图中不同字母表示差异显著性。

2 结果与分析

2.1 农用稀土对两个甜玉米种子萌发期营养成分的影响

2.1.1 蛋白质含量的影响蛋白质是种子中主要贮藏物质之一，种子萌发过程中，蛋白质水解为氨基酸，成为种子萌发所需的营养成分［11］。两个甜玉米种子蛋白质含量的测定见图1和图2，均显示表明农用稀土对不同甜玉米品种萌发期种子中蛋白质的影响不同。由图1可见，萌发期‘理科甜5807’种子内蛋白质的含量呈下降趋势，与CK相比，2.0%农用稀土抑制蛋白质分解，0.5%、1.0%农用稀土促进蛋白质分解，到第5天降至最低，2.0%处理达到0.09 g/L。由图2可见，甜玉米种子萌发期蛋白质含量呈下降趋势，但不同浓度的农用稀土均抑制‘荣玉甜7号’种子萌发期蛋白质的分解。萌发至第3天，含量已经降至极低的水平，CK处理水平最低，达到0.12 g/L。

图1‘理科甜5807’种子萌发期蛋白质含量Fig.1 The protein content of'Liketian 5807'seeds during germination

2.1.2葡萄糖含量的影响淀粉是种子中主要贮藏物质之一，种子萌发时，贮藏的淀粉在淀粉酶酶解作用下水解为葡萄糖［12］。两个甜玉米种子葡萄糖含量的测定见图3和图4。由图3可见，‘理科甜5807’萌发期种子内葡萄糖含量呈先升高后降低的趋势，萌发前期，淀粉分解使葡萄糖含量增加，在第3天含量达到最高，2.0%浓度处理下，葡萄糖含量高达2.40 mmol/L。不同浓度稀土促进葡萄糖含量增加的效果均显著（P＜0.05）高于对照。萌发后期葡萄糖含量逐渐下降，说明稀土处理促进种子萌发对有机物质的消耗，从而促进幼苗生长与发育。由图4可见，‘荣玉甜7号’葡萄糖含量呈先升高后降低的趋势，在第5天达到最高，其中2.0%浓度处理下，葡萄糖含量高达1.39 mmol/L。第3天不同浓度稀土促进葡萄糖含量增加的效果均显著（P＜0.05）高于对照。第5天以后，葡萄糖含量均呈下降趋势，说明前期淀粉水解积累的葡萄糖在后期被用于种子萌发。

图3‘理科甜5807’种子萌发期葡萄糖含量Fig.3 The glucose content of'Liketian 5807'seeds during germination

图4‘荣玉甜7号’种子萌发期葡萄糖含量Fig.4 The glucose content of'Rongyutian 7'seeds during germination

2.2 农用稀土对两个甜玉米种子萌发期中抗氧化酶活性的影响

2.2.1 SOD活性的测定SOD是植物体内减轻活性氧毒害的首要防线［13］，SOD把超氧阴离子（O2-·）转化为H2O2，H2O2又可被POD、CAT分解为H2O和O2，从而能够有效地清除细胞内的活性氧［7］。两个甜玉米种子SOD活性的测定见图5和图6，可见农用稀土对‘理科甜5807’与‘荣玉甜7号’两个甜玉米品种的SOD活性的影响不同，但在萌发后期都促进SOD活性增加。由图5可见，‘理科甜5807’萌发期种子中SOD活性呈先升高后降低的趋势，在第5天活性达到最高。与对照相比，在第5天3种处理与CK相比均呈显著差异（P＜0.05），其中1.0%浓度的稀土促进效果最明显，但3个处理间无显著差异。由图6可见，萌发前期稀土处理抑制了‘荣玉甜7号’SOD活性的增强，在第5天以后，SOD活性为上升趋势，第7天达到最大值。第7天时，农用稀土促进SOD活性较对照显著增强（P＜0.05），但3个处理间无显著差异。

图5‘理科甜5807’种子萌发期SOD活性Fig.5 SOD activity of'Liketian 5807'seeds during germination

图6‘荣玉甜7号’种子萌发期SOD活性Fig.6 SOD activity of'Rongyutian 7'seeds during germination

2.2.2 POD活性的测定POD是植物体内普遍存在且活性较高的一种酶，其作用主要是分解植物体内的H2O2，使细胞膜免受伤害［14］。两个甜玉米种子POD活性的测定见图7和图8。由图7可见，萌发前期，农用稀土抑制了‘理科甜5807’种子的POD活性，后期促进酶活性增强，萌发第7天促进效果与CK相比有显著性差异（P＜0.05），其中2.0%农用稀土促进POD活性达到最大值402.38 U/（g·min），3种不同的浓度处理间存在显著差异（P＜0.05）。由图8可见，随着萌发期的延长，‘荣玉甜7号’种子中POD活性呈升高趋势。与CK相比，整个萌发期，3个浓度的稀土处理的POD活性均增强明显，在第7天促进效果达到极显著效应（P＜0.01）。

图7‘理科甜5807’种子萌发期POD活性Fig.7 POD activity of'Liketian 5807'seeds during germination

图8‘荣玉甜7号’种子萌发期POD活性Fig.8 POD activity of'Rongyutian 7'seeds during germination

2.2.3 CAT活性的测定CAT普遍存在于植物组织中，是重要的保护酶之一，其作用是与POD共同清除SOD产生的H2O2，以避免H2O2积累对细胞产生氧化破坏作用［14］。两个甜玉米种子CAT活性的测定见图9和图10。由图9可见，随着萌发时间的延长，‘理科甜5807’种子中CAT活性基本呈现先升高后降低的趋势，第3天样品中CAT活性最高，2.0%稀土促进效果最好，达到17.06 U/（g·min）。萌发前期，农用稀土促进其酶活性的增强，萌发后期（5～7 d）抑制酶活性增强。由图10可见，随着萌发时间的延长，‘荣玉甜7号’种子中CAT活性也呈现相同趋势。第3天活性最高，达到16.71 U/（g·min），以后酶活性下降。与对照相比，萌发前期，稀土处理增强其CAT活性，1.0%的稀土增强效果最好，而后期呈现抑制效果，第7天呈显著抑制效应（P＜0.05）。

图9‘理科甜5807’种子萌发期CAT活性Fig.9 CAT activity of'Liketian 5807'seeds during germination

图10‘荣玉甜7号’种子萌发期CAT活性Fig.10 CAT activity of'Rongyutian 7'seeds during germination

3 讨论

3.1 营养成分含量的变化

种子萌发过程中发生一系列生物化学变化，同时会利用种子内贮藏的有机物质如淀粉、脂肪和蛋白质等作为萌发所需的营养物质，这些物质的代谢是种子萌发能量代谢的重要指标。本研究发现，不同浓度的稀土溶液使萌发期甜玉米种子中的蛋白质含量显著降低，‘理科甜7号’与‘荣玉甜5807’分别在第5天、第3天含量降至最低，说明农用稀土促进甜玉米种子在萌发前期消耗自身贮藏的蛋白质。这与李瑞国等［15］研究萌发期绿豆芽蛋白质含量变化的结果类似，同时也与朱新荣等［16］研究大豆发芽期间营养成分变化的结果类似。两个品种中蛋白质含量的变化趋势相似，2.0%稀土溶液促进其分解的效果最显著。此外，两个甜玉米品种中，稀土溶液对葡萄糖含量的影响大致相似，两者分别在第3天和第5天葡萄糖含量达到最高，最高时的处理浓度分别为2.0%和1.0%，显著高于CK。萌发前期，稀土溶液使甜玉米种子中葡萄糖含量增加，后期含量又逐渐下降，这是因为初始萌发时，淀粉酶促进淀粉分解而积累了葡萄糖，由于贮藏物质有限，种子后期萌发过程中又利用了葡萄糖，所以导致其含量下降。这与程昕昕等［12］研究普甜玉米萌发期糖代谢活动的结果类似。

3.2 抗氧化酶活性的变化

植物在进化过程中逐渐形成了自身特有的抗氧化防御系统，即通过调节SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性，清除体内活性氧，使细胞免受伤害［5］。本研究发现，一定浓度的稀土溶液能够促进SOD、POD、CAT酶活性的增强。这与余海兵等［14］研究农用稀土对糯玉米幼苗生理指标影响的结果相似。本研究分析表明，农用稀土促进抗氧化酶活性增强的效果因处理时间和处理浓度不同表现出差异。农用稀土处理有利于SOD酶活性的增强，‘理科甜5807’在萌发前期（1～3 d）促进效果不明显，第3天时显著促进其活性增强，最有效处理浓度为1.0%。‘荣玉甜7号’在第3天以前促进效果不明显，第3天以后显著促进其活性增强，最有效处理浓度为0.5%。可能原因是萌发初期种子有一段时间的吸水过程，其体内的生物化学反应比较滞缓，而后期幼苗长出以后，使其物质合成能力提高，因而酶活性迅速增强。3种浓度的稀土同样促进POD活性的增强，‘荣玉甜7号’较‘理科甜5807’促进的效果更明显，2.0%浓度的稀土在第7天促进‘理科甜5807’POD活性增强，较CK差异显著（P＜0.05），0.5%浓度的稀土在第7天促进‘荣玉甜7号’POD活性增强，较CK差异极显著（P＜0.01）。稀土处理使CAT活性先升高后下降，‘理科甜5807’种子在萌发前期（1～3 d），CAT活性高于对照，而萌发中后期（5～7 d）酶活性被抑制；‘荣玉甜7号’在萌发前中期（1～5 d），CAT活性高于对照，而萌发后期（7 d）酶活性被抑制。以上分析表明，一定浓度的稀土溶液处理萌发期的甜玉米种子可以促进种子内抗氧化酶活性的提高，进而增强甜玉米种子对于萌发期应对外界胁迫的抵御能力。