彭文勇等

摘要：2010年4～6月于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)盆栽場以水稻品種Ⅱ-623為材料，進行了氮、磷、鋅配施盆栽試驗，研究氮、磷、鋅配施對水稻（Oryza sativa L.）幼苗生長及抗氧化酶活性的影響。結(jié)果表明，氮營養(yǎng)對水稻株高、葉綠素a含量、SOD、POD、CAT、APX活性起主要效應(yīng)，而磷對根系生長影響大于氮和鋅。與單一施用氮肥相比，氮磷、氮鋅配合施用增加了水稻葉綠素a含量和水稻株高，促進了根系活力。平衡施用氮、磷、鋅肥，水稻根長、根系活力、株高、葉綠素a含量均處于較高水平，較CK均有所增加，葉片SOD、POD、CAT、APX活性則最低，較CK均有所降低。綜上所述，平衡施用氮、磷、鋅肥可有效緩解水稻幼苗來自養(yǎng)分等環(huán)境脅迫，促進水稻根系和地上部生長。

關(guān)鍵詞：氮；磷；鋅；水稻（Oryza sativa L.）；抗氧化酶

中圖分類號：S511 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）18-4419-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.18.010

鋅是作物生長發(fā)育必需的微量元素，參與200多種酶的調(diào)節(jié)、穩(wěn)定和催化作用，供鋅對作物的生長發(fā)育具有重要意義[l-5]。水稻（Oryza sativa L.）是我國重要的糧食作物，移栽水稻在插秧后2～4周內(nèi)易發(fā)缺鋅癥，導(dǎo)致僵苗不發(fā)，嚴重影響水稻高產(chǎn)潛力的發(fā)揮[6]，因此苗期供鋅異常重要。氮、磷是水稻正常生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素，是水稻產(chǎn)量的主要影響因子，因此現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍利用氮磷肥提高水稻產(chǎn)量。但目前關(guān)于長江中下游油-稻輪作區(qū)氮、磷、鋅配合施用對水稻生長發(fā)育的影響鮮見報道，研究氮、磷、鋅配合施用對水稻生長發(fā)育影響研究具有重要意義。鑒于此，本研究從天門市多年以油-稻輪作制為主要種植方式的田塊，在油菜成熟以后，取回土壤，通過盆栽試驗?zāi)M油-稻輪作環(huán)境，研究了氮、磷、鋅配合施用對水稻幼苗生長發(fā)育及抗氧化酶活性的影響，旨在為油-稻輪作下的水稻生產(chǎn)合理施用鋅肥，提高水稻幼苗素質(zhì)而提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2010年4～6月在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院盆栽場進行。供試土壤為水稻土，基本理化性質(zhì)為：pH 7.85，有機質(zhì)18.41 g/kg，堿解氮53.55 mg/kg，速效磷11.77 mg/kg，速效鉀106.35 mg/kg，有效鋅2.19 mg/kg。供試水稻品種為Ⅱ-623（四川種業(yè)公司生產(chǎn)）。供試肥料中氮肥為尿素，磷肥為磷酸二氫鈉，鉀肥為氯化鉀，鋅肥為七水硫酸鋅，各肥料均為分析純試劑。

土樣從油菜田取回后，風(fēng)干、撿出雜物、過篩，裝入聚乙烯塑料盆，每盆裝土9 kg，然后用水浸泡2 d，肥料用水溶解后與浸泡2 d的土樣攪拌均勻后放置2 d。水稻種用NaClO4消毒后在自來水中浸泡24 h（每8 h換1次水），然后用紗布包裹轉(zhuǎn)移到電熱恒溫培養(yǎng)箱中，25 ℃培養(yǎng)，待水稻種露白后栽入盆中。

采用三因素兩水平的完全均衡設(shè)計，氮為N0（0 mg/kg）和N（240 mg/kg），磷為P0（P2O5 0 mg/kg）和P（P2O5 250 mg/kg），鋅為Zn0（ZnSO4·7H2O 0 mg/kg）和Zn（ZnSO4·7H2O 7.12 mg/kg）。三因素兩水平完全均衡組合，CK（N0P0Zn0）、 Zn（N0P0Zn）、 P（N0PZn0）、PZn（N0PZn）、N（NP0Zn0）、NZn（NP0Zn）、NP（NPZn0）和NPZn共8個處理組合，每個處理3次重復(fù)，為了排除非試驗因素鉀干擾，本試驗統(tǒng)一施用K2O 200 mg/kg。水稻幼苗培養(yǎng)25 d，在9：00～11：00采取葉片，測定根系活力、葉綠素含量、SOD、POD、CAT及APX活性。

1.2 測定指標

1.2.1 根系活力測定 參照文獻[7]采用TTC染色法測定水稻根系活力。

根系活力=GTF還原量（μg）/[根重（g）×?xí)r間（h）]

1.2.2 葉綠素a含量測定 參照文獻[8]采用酒精浸提分光光度法測定葉片葉綠素a含量，稱取葉片約0.10 g，放入研缽中，加入適量95%乙醇研磨直到組織變白，過濾到25 mL容量瓶中，用95%乙醇洗滌研缽2～3次，全部過濾，再用95%乙醇沿濾紙周圍洗脫色素，最后定容至25 mL，以95%乙醇為參比，分別測定665 nm和649 nm波長下吸收峰，獲得葉綠素含量。計算公式為：Chl.a（mg/g）=（13.95×OD665 nm-6.88×OD649 nm）×25×1 000/m（m為稱取葉片重，g）。

1.2.3 抗氧化酶活性測定 參照文獻[9]測定超氧化物歧化酶（SOD）活性，反應(yīng)液為3 mL，含有磷酸緩沖液（50 mmol/L，pH 7.8）1.75 mL，10 mmol/L Na2-EDTA 0.3 mL，130 m Met（甲硫氨酸）0.3 mL，0.63 mmol/L NBT（氮藍四唑）0.3 mL，13 U mrib（核黃素）0.3 mL，加入50 μL的酶提取液后，在裝有熒光燈管的培養(yǎng)室內(nèi)（溫度25 ℃）內(nèi)光照20 min，以放置黑暗處的試管作為對照管，SOD活性定義為每微克蛋白質(zhì)在每小時內(nèi)抑制NBT光化還原50%量為一個酶活性單位。

過氧化物酶（POD）活性測定參照Rao等[10]的方法：反應(yīng)液為3 mL，磷酸緩沖液（100 mmol/L，pH 6.5）2.085 mL，50 mmol/L愈創(chuàng)木酚0.9 mL，10%（V/V）H2O2 10 μl，加入5 μL的酶提取液后在470 nm處測定5 min內(nèi)吸光度變化值，反應(yīng)由愈創(chuàng)木酚啟動，酶活性用愈創(chuàng)木酚的吸光系數(shù)26.6 mmol/L·cm計算，POD活性定義為每毫克蛋白質(zhì)在每分鐘內(nèi)降解1 μmol愈創(chuàng)木酚量為一個酶活性單位。

過氧化氫酶（CAT）活性測定參照Rao等[11]的方法，反應(yīng)液為3 mL，含有磷酸緩沖液（100 mmol/L，pH 7.0）2.9 mL ，30%（V/V）H2O2 6.8 μL，加0.1 mL酶提取液后在240 nm處測定5 min內(nèi)吸光度的變化值，反應(yīng)由H2O2啟動，酶活性用H2O2的吸光系數(shù)26.6 mmol/L·cm計算，CAT活性定義為每毫克蛋白質(zhì)在每分鐘內(nèi)降解1 μmol H2O2量為一個酶活性單位。

抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性測定參照Rao等[11]的方法，反應(yīng)液為3 mL，含有磷酸緩沖液（100 mmol/L，pH 7.5）2.6 mL，0.3%（V/V）H2O2 6.8 μl，50 μmol/L抗壞血酸（ASA）0.3 mL，加0.1 mL酶提取液后在290 nm處測定3 min內(nèi)吸光度變化值，反應(yīng)由ASA啟動，酶活性用ASA的吸光系數(shù)2.8 mmol/L·cm計算，CAT活性定義為每毫克蛋白質(zhì)在每分鐘內(nèi)降解1 μmol ASA量為一個酶活性單位。

蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍G-250法[12]，以牛血清白蛋白為標準。

1.3 作圖

采用Excel 2000 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮、磷、鋅及其配施對水稻幼苗生長的影響

由圖1可知，水稻植株經(jīng)25 d氮、磷、鋅及其配施處理后，各處理水稻株高表現(xiàn)為NPZn>NP>NZn>N>P>Zn>PZn>CK，根長表現(xiàn)為NPZn>P>PZn>Zn>CK>NP>N>NZn。由此可見，氮、磷、鋅3個試驗因子中，氮營養(yǎng)對水稻植株地上部生長起主要效應(yīng)，其次是磷，再次是鋅；磷營養(yǎng)對根系生長的影響大于氮和鋅，在氮營養(yǎng)存在基礎(chǔ)上，增加磷和鋅能促進水稻植株地上部和地下部的生長。NPZn、NP、NZn處理株高較CK分別增加66.12%、40.69%和24.59%；而磷鋅配合施用與單獨施用磷、鋅相比，降低了水稻株高。各處理均以NPZn配合處理水稻株高及根系長度最大，說明平衡氮、磷、鋅配合供給更能夠促進水稻根部和地上部生長。

2.2 氮、磷、鋅及其配施對水稻根系活力的影響

根系活力是植物生長狀況指標，根系活力越高，表明植物地下部的活動越旺盛，其吸收養(yǎng)分的能力越強。由圖2可見，水稻植株經(jīng)25 d氮、磷、鋅及其配施處理后，各處理水稻根系活力表現(xiàn)為NPZn>NP>Zn>P>PZn>CK>NZn>N，說明磷、鋅及其配合施用均不同程度的增加了水稻根系活力，與對照相比，分別增加8.31%、14.35%和3.59%。而氮肥及氮鋅配合施用卻降低了水稻幼苗根系活力，與CK處理相比，分別降低19.14%、13.16%。在施用氮肥基礎(chǔ)上，增加磷肥（NP）及磷鋅肥（NPZn）能較大幅度提高水稻幼苗根系活力，與對照相比分別增加17.94%和40.67%。所有處理以NPZn配施處理水稻根系活力最大，表明平衡供給氮、磷、鋅肥，能增加水稻根系活力，促進其生長。

2.3 氮、磷、鋅及其配施對水稻幼苗葉綠素a含量的影響

由圖3可見，水稻植株經(jīng)25 d氮、磷、鋅配施處理后，氮、磷、鋅及配合施用對水稻葉綠素a含量具有顯著影響，N、NP、NZn和NPZn 4個含氮處理及Zn處理，水稻幼苗葉綠素a含量顯著高于CK、P和PZn處理；P和PZn處理葉綠素a含量較CK處理分別增加20.20%和16.67%。4個含氮處理及鋅處理之間，葉綠素a含量變化趨勢為NZn>NP>Zn>NPZn>N。由此可見，氮營養(yǎng)對水稻幼苗葉綠素a含量起主要效應(yīng)，其次是鋅，再次是磷，在施用氮肥的基礎(chǔ)上，配合供給磷、鋅營養(yǎng)，可以有效增加水稻幼苗葉綠素a含量，促進水稻幼苗光合作用，有利于水稻幼苗的生長。

2.4 氮、磷、鋅及其配施對水稻幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

由圖4可見，水稻植株經(jīng)過25 d氮、磷、鋅配施處理后，氮、磷、鋅及其配合施用水稻葉片SOD活性顯著低于不施肥處理，4個含氮處理N、NP、NZn和NPZn葉片SOD活性顯著低于4個無氮處理，4個含氮處理之間葉片SOD活性無顯著差異，其活性大小表現(xiàn)為：NP>NZn>N>NPZn。4個無氮處理葉片SOD活性具有明顯差異，表現(xiàn)為CK>Zn>PZn>P。在所有處理中，以NPZn處理水稻幼苗葉片SOD活性最低，較對照降低了46.78%?？梢?，氮對水稻葉片SOD活性起主要作用，其次是磷，再次是鋅，平衡施用氮、磷、鋅肥可以有效降低水稻苗期來自養(yǎng)分等的環(huán)境脅迫，其水稻幼苗葉片SOD活性最低，有利于幼苗正常生長。

2.5 氮、磷、鋅及其配施對水稻幼苗葉片過氧化物酶（POD）活性的影響

由圖5可見，水稻植株經(jīng)25 d氮、磷、鋅及其配施處理后，各處理POD活性大小為CK>Zn>PZn>P>NZn>NP>N>NPZn，氮、磷、鋅及其配合處理水稻葉片POD活性顯著低于CK。4個氮處理葉片POD活性低于4個無氮處理，4個含氮處理中N、NP、NZn處理葉片POD活性無顯著差異，4個無氮處理葉片POD活性差異顯著，P、Zn、PZn處理POD活性較CK分別降低57.47%、42.16%、54.80%。在所有處理中，以NPZn處理水稻幼苗葉片POD活性最低，較CK降低了80.82%。可見，氮對水稻葉片POD活性起主要作用，其次是磷，再次是鋅，平衡供給氮、磷、鋅肥可有效降低水稻苗期養(yǎng)分等脅迫，有利于幼苗生長。

2.6 氮、磷、鋅及其配施對水稻幼苗葉片過氧化氫酶（CAT）活性的影響

由圖6可見，水稻植株經(jīng)25 d氮、磷、鋅配施處理后，氮、磷、鋅及其配合施用水稻葉片CAT活性顯著低于CK，4個含氮處理葉片CAT活性低于4個無氮處理，4個含氮處理葉片CAT活性大小為NP>NZn>N>NPZn，但無明顯差異。4個無氮處理葉片CAT活性大小為CK>PZn>P>Zn，P、Zn和PZn處理較CK分別降低40.56%、46.05%和40.37%。在所有處理中，以NPZn處理水稻幼苗葉片CAT活性最低，較CK降低62.31%?？梢?，氮對水稻葉片CAT活性起主要作用，其次是鋅，再次是磷，平衡施用氮、磷、鋅肥可以有效降低水稻苗期養(yǎng)分等環(huán)境脅迫，有利于幼苗生長。

2.7 氮、磷、鋅及其配施對水稻幼苗葉片抗壞血酸酶（APX）活性的影響

由圖7可見，水稻植株經(jīng)25 d氮、磷、鋅配施處理后，各處理水稻APX活性大小順序為CK>Zn>P>PZn>NZn>NP>N>NPZn，氮、磷、鋅及其配合施用水稻葉片APX活性顯著低于不施肥處理，4個含氮處理葉片APX活性低于4個無氮處理，雖然NZn、NP處理葉片APX活性略高于N處理，但三者APX活性無顯著差異，較CK分別降低50.58%、52.18%和55.00%。與CK相比，P、Zn、PZn處理葉片APX活性分別降低44.43%、42.44%、47.78%，三者亦無顯著差異。在所有處理中，以NPZn處理水稻幼苗葉片APX活性最低，較CK降低了66.91%。綜上所述，氮對水稻葉片APX活性起主要作用，其次是磷，再次是鋅，氮、磷、鋅三者配合施用，可以有效降低水稻苗期養(yǎng)分等環(huán)境脅迫，有利于幼苗生長。

3 小結(jié)與討論

根系是植株吸收營養(yǎng)物質(zhì)的重要部位，對養(yǎng)分供應(yīng)狀況敏感。根系可以通過調(diào)節(jié)自身結(jié)構(gòu)而適應(yīng)外界養(yǎng)分供應(yīng)狀況，從而調(diào)節(jié)對水分和養(yǎng)分的吸收與運輸而完成生長發(fā)育。葉綠素a是植物進行光合作用的主要色素，其含量高低在一定程度上反映了光合作用水平的高低，進而反映了植株生長狀況[13]。本研究表明，氮、磷、鋅3個試驗因子中，氮對水稻株高和葉綠素a含量起主要效應(yīng)，而磷對根系生長的影響要大于氮和鋅。與單施氮肥相比，氮磷、氮鋅配合施用有利于增加水稻葉綠素含量和根系活力，促進水稻株高的增加，各處理中平衡供給氮磷鋅肥（NPZn處理），水稻根長、根系活力、葉綠素a含量、株高均處于較高水平，表明平衡配合施用氮磷鋅肥一方面可以有效增加水稻根系長度，提高根系活力，促進水稻對水分和養(yǎng)分的吸收，另一方面有效地提高了葉綠素a含量，增強了光合作用，從而促進水稻幼苗的生長，增加了水稻植株高度。

SOD、POD、CAT、APX等是植物體內(nèi)主要抗氧化酶，其主要功能是清除植株體內(nèi)ROS和過氧化物，保護植株免受氧化脅迫損傷[14]。當植物處于逆境條件下，如溫度、水分、養(yǎng)分脅迫促使活性氧增加，SOD作為植物體內(nèi)抵御氧化脅迫的第一道防線，其合成表達能力此時會增強[15]，以催化O2-·轉(zhuǎn)化為O2和H2O2，清除脅迫產(chǎn)生過多的O2-·。同時廣泛存在于植物組織中的POD、CAT、APX合成表達也增強，以清除細胞內(nèi)由SOD產(chǎn)生的H2O2，維持細胞H2O2的平衡，從而保持膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。本試驗結(jié)果表明，氮、磷、鋅及其任意兩者或三者配合施用，水稻葉片中SOD、POD、CAT、APX活性均顯著低于CK處理，并且4個含氮處理的SOD、POD、CAT、APX活性均低于4個無氮處理，4個含氮處理中，NZn、NP處理4種酶活性均高于N處理，SOD、CAT活性表現(xiàn)為NP>NZn>N>NPZn，POD、APX活性表現(xiàn)為：NZn>NP>N>NPZn；4個無氮處理中SOD、POD活性表現(xiàn)為CK>Zn>PZn>P，CAT活性表現(xiàn)為CK>PZn>P >Zn，APX活性表現(xiàn)為CK>Zn>P>PZn。所有處理中，均以NPZn處理SOD、POD、CAT、APX活性最低。說明水稻苗期施用氮肥對于緩解作物來自養(yǎng)分等的環(huán)境脅迫具有重要作用，其次是磷和鋅。與單施氮肥相比，在施用氮肥的基礎(chǔ)上單一增施磷或鋅肥，可能會使作物對養(yǎng)分的吸收處于一種相對不平衡的狀態(tài)，從而產(chǎn)生養(yǎng)分脅迫，引起SOD、POD、CAT、APX活性升高，而氮磷鋅肥配合施用（NPZn處理）使水稻對養(yǎng)分的吸收處于一種相對平衡的狀態(tài)，來自養(yǎng)分等的環(huán)境脅迫較低，此時細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生和清除也處于相對較低的平衡狀態(tài)，水稻葉片內(nèi)SOD、POD、CAT和APX合成表達較低，其活性也就相對較低。

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