周柏宇，徐運林，房浩，程昕昕

（安徽科技學院農(nóng)學院，安徽鳳陽233100）

0 引言

稀土是元素周期表中鑭系17種元素的統(tǒng)稱［1］。我國擁有世界上最豐富的稀土資源，對于稀土的研究工作始于20世紀70年代［2］。從農(nóng)用稀土產(chǎn)品的研制到小范圍試驗再到大范圍推廣，我國在稀土的農(nóng)用技術(shù)上取得了重大成就，并且最先將稀土元素應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中［3］。已有研究表明，噴施一定濃度的稀土溶液能夠促進農(nóng)作物的生長發(fā)育，增大產(chǎn)量，并可以改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)［4］。

甜玉米又稱蔬菜玉米，因其富含多種營養(yǎng)成分、口感較好而受到廣大消費者的青睞。隨著我國居民生活水平的不斷提高，對于甜玉米的消費需求也日益增長，因此甜玉米的生產(chǎn)具有良好的經(jīng)濟效益［5］。研究甜玉米生長發(fā)育過程中的生理生化機制，可以找到有效促進其生長發(fā)育的方法，對甜玉米生產(chǎn)具有重要的意義。農(nóng)用稀土可以調(diào)節(jié)作物的營養(yǎng)生長和生殖生長，一方面表現(xiàn)在植物對養(yǎng)分的吸收利用能力，另一方面表現(xiàn)在植物自身的抗逆性。本文研究了稀土在甜玉米種子萌發(fā)期對于養(yǎng)分利用和抗氧化能力的影響。首先，種子萌發(fā)初期主要利用自身貯藏的營養(yǎng)物質(zhì)，蛋白質(zhì)和葡萄糖可以反映萌發(fā)期種子的代謝情況。其次，增強抗氧化防御系統(tǒng)是植物適應(yīng)逆境的重要機制。植物遇到生物和非生物逆境時，細胞內(nèi)活性氧含量會迅速增加，破壞了細胞膜的完整性［6］。為保護自身不受傷害，植物形成了超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶系統(tǒng)，從而清除細胞內(nèi)過多的活性氧［7］，因此種子萌發(fā)期SOD、POD、CAT活性的變化情況，可以反映其對于逆境的抵御能力。本文研究了農(nóng)用稀土“常樂”對兩個品種的甜玉米種子在萌發(fā)期營養(yǎng)成分和抗氧化酶的影響，旨在為“常樂”稀土微肥在甜玉米的生產(chǎn)應(yīng)用上提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料：甜玉米種子‘理科甜5807’‘榮玉甜7號’由安徽玉米工程技術(shù)研究中心提供；農(nóng)用稀土“常樂”購于楊凌依農(nóng)農(nóng)業(yè)科技有限公司，主要由輕稀土組成（輕稀土元素包括鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪7個元素）。

1.2 種子消毒與試驗處理

取兩個品種的甜玉米飽滿種子各50粒，0.1%的HgCl2浸種15 min消毒，無菌水沖洗3次，每個品種分別用0（CK）、0.5%、1.0%、2.0%農(nóng)用稀土溶液在25℃下浸種12 h，然后將種子均勻地平鋪于兩層濾紙發(fā)芽盒內(nèi)，每天定時用稀土溶液以及蒸餾水補充。每個處理重復(fù)3次。將發(fā)芽盒置于28℃恒溫培養(yǎng)箱中光照培養(yǎng)，設(shè)置為黑暗和光照各12 h，分別在第1、3、5、7天取出萌發(fā)期種子，放置在冰箱中貯存。

1.3 測定項目與方法

1.2中各處理的種子均進行蛋白質(zhì)含量、葡萄糖含量及3種抗氧化酶活性的測定。蛋白質(zhì)含量的測定采用考馬斯亮藍染色法［8］；葡萄糖含量的測定采用葡萄糖氧化酶-過氧化物酶法［9］；3種抗氧化酶活性的測定均參考文獻［10］：SOD活性采用氮藍四唑法測定；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定；CAT活性采用紫外吸收法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)采用Excel2010和Win DPS7.05數(shù)據(jù)處理軟件進行統(tǒng)計分析和作圖，各圖中不同字母表示差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)用稀土對兩個甜玉米種子萌發(fā)期營養(yǎng)成分的影響

2.1.1 蛋白質(zhì)含量的影響蛋白質(zhì)是種子中主要貯藏物質(zhì)之一，種子萌發(fā)過程中，蛋白質(zhì)水解為氨基酸，成為種子萌發(fā)所需的營養(yǎng)成分［11］。兩個甜玉米種子蛋白質(zhì)含量的測定見圖1和圖2，均顯示表明農(nóng)用稀土對不同甜玉米品種萌發(fā)期種子中蛋白質(zhì)的影響不同。由圖1可見，萌發(fā)期‘理科甜5807’種子內(nèi)蛋白質(zhì)的含量呈下降趨勢，與CK相比，2.0%農(nóng)用稀土抑制蛋白質(zhì)分解，0.5%、1.0%農(nóng)用稀土促進蛋白質(zhì)分解，到第5天降至最低，2.0%處理達到0.09 g/L。由圖2可見，甜玉米種子萌發(fā)期蛋白質(zhì)含量呈下降趨勢，但不同濃度的農(nóng)用稀土均抑制‘榮玉甜7號’種子萌發(fā)期蛋白質(zhì)的分解。萌發(fā)至第3天，含量已經(jīng)降至極低的水平，CK處理水平最低，達到0.12 g/L。

圖1‘理科甜5807’種子萌發(fā)期蛋白質(zhì)含量Fig.1 The protein content of'Liketian 5807'seeds during germination

2.1.2葡萄糖含量的影響淀粉是種子中主要貯藏物質(zhì)之一，種子萌發(fā)時，貯藏的淀粉在淀粉酶酶解作用下水解為葡萄糖［12］。兩個甜玉米種子葡萄糖含量的測定見圖3和圖4。由圖3可見，‘理科甜5807’萌發(fā)期種子內(nèi)葡萄糖含量呈先升高后降低的趨勢，萌發(fā)前期，淀粉分解使葡萄糖含量增加，在第3天含量達到最高，2.0%濃度處理下，葡萄糖含量高達2.40 mmol/L。不同濃度稀土促進葡萄糖含量增加的效果均顯著（P＜0.05）高于對照。萌發(fā)后期葡萄糖含量逐漸下降，說明稀土處理促進種子萌發(fā)對有機物質(zhì)的消耗，從而促進幼苗生長與發(fā)育。由圖4可見，‘榮玉甜7號’葡萄糖含量呈先升高后降低的趨勢，在第5天達到最高，其中2.0%濃度處理下，葡萄糖含量高達1.39 mmol/L。第3天不同濃度稀土促進葡萄糖含量增加的效果均顯著（P＜0.05）高于對照。第5天以后，葡萄糖含量均呈下降趨勢，說明前期淀粉水解積累的葡萄糖在后期被用于種子萌發(fā)。

圖3‘理科甜5807’種子萌發(fā)期葡萄糖含量Fig.3 The glucose content of'Liketian 5807'seeds during germination

圖4‘榮玉甜7號’種子萌發(fā)期葡萄糖含量Fig.4 The glucose content of'Rongyutian 7'seeds during germination

2.2 農(nóng)用稀土對兩個甜玉米種子萌發(fā)期中抗氧化酶活性的影響

2.2.1 SOD活性的測定SOD是植物體內(nèi)減輕活性氧毒害的首要防線［13］，SOD把超氧陰離子（O2-·）轉(zhuǎn)化為H2O2，H2O2又可被POD、CAT分解為H2O和O2，從而能夠有效地清除細胞內(nèi)的活性氧［7］。兩個甜玉米種子SOD活性的測定見圖5和圖6，可見農(nóng)用稀土對‘理科甜5807’與‘榮玉甜7號’兩個甜玉米品種的SOD活性的影響不同，但在萌發(fā)后期都促進SOD活性增加。由圖5可見，‘理科甜5807’萌發(fā)期種子中SOD活性呈先升高后降低的趨勢，在第5天活性達到最高。與對照相比，在第5天3種處理與CK相比均呈顯著差異（P＜0.05），其中1.0%濃度的稀土促進效果最明顯，但3個處理間無顯著差異。由圖6可見，萌發(fā)前期稀土處理抑制了‘榮玉甜7號’SOD活性的增強，在第5天以后，SOD活性為上升趨勢，第7天達到最大值。第7天時，農(nóng)用稀土促進SOD活性較對照顯著增強（P＜0.05），但3個處理間無顯著差異。

圖5‘理科甜5807’種子萌發(fā)期SOD活性Fig.5 SOD activity of'Liketian 5807'seeds during germination

圖6‘榮玉甜7號’種子萌發(fā)期SOD活性Fig.6 SOD activity of'Rongyutian 7'seeds during germination

2.2.2 POD活性的測定POD是植物體內(nèi)普遍存在且活性較高的一種酶，其作用主要是分解植物體內(nèi)的H2O2，使細胞膜免受傷害［14］。兩個甜玉米種子POD活性的測定見圖7和圖8。由圖7可見，萌發(fā)前期，農(nóng)用稀土抑制了‘理科甜5807’種子的POD活性，后期促進酶活性增強，萌發(fā)第7天促進效果與CK相比有顯著性差異（P＜0.05），其中2.0%農(nóng)用稀土促進POD活性達到最大值402.38 U/（g·min），3種不同的濃度處理間存在顯著差異（P＜0.05）。由圖8可見，隨著萌發(fā)期的延長，‘榮玉甜7號’種子中POD活性呈升高趨勢。與CK相比，整個萌發(fā)期，3個濃度的稀土處理的POD活性均增強明顯，在第7天促進效果達到極顯著效應(yīng)（P＜0.01）。

圖7‘理科甜5807’種子萌發(fā)期POD活性Fig.7 POD activity of'Liketian 5807'seeds during germination

圖8‘榮玉甜7號’種子萌發(fā)期POD活性Fig.8 POD activity of'Rongyutian 7'seeds during germination

2.2.3 CAT活性的測定CAT普遍存在于植物組織中，是重要的保護酶之一，其作用是與POD共同清除SOD產(chǎn)生的H2O2，以避免H2O2積累對細胞產(chǎn)生氧化破壞作用［14］。兩個甜玉米種子CAT活性的測定見圖9和圖10。由圖9可見，隨著萌發(fā)時間的延長，‘理科甜5807’種子中CAT活性基本呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，第3天樣品中CAT活性最高，2.0%稀土促進效果最好，達到17.06 U/（g·min）。萌發(fā)前期，農(nóng)用稀土促進其酶活性的增強，萌發(fā)后期（5～7 d）抑制酶活性增強。由圖10可見，隨著萌發(fā)時間的延長，‘榮玉甜7號’種子中CAT活性也呈現(xiàn)相同趨勢。第3天活性最高，達到16.71 U/（g·min），以后酶活性下降。與對照相比，萌發(fā)前期，稀土處理增強其CAT活性，1.0%的稀土增強效果最好，而后期呈現(xiàn)抑制效果，第7天呈顯著抑制效應(yīng)（P＜0.05）。

圖9‘理科甜5807’種子萌發(fā)期CAT活性Fig.9 CAT activity of'Liketian 5807'seeds during germination

圖10‘榮玉甜7號’種子萌發(fā)期CAT活性Fig.10 CAT activity of'Rongyutian 7'seeds during germination

3 討論

3.1 營養(yǎng)成分含量的變化

種子萌發(fā)過程中發(fā)生一系列生物化學變化，同時會利用種子內(nèi)貯藏的有機物質(zhì)如淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)等作為萌發(fā)所需的營養(yǎng)物質(zhì)，這些物質(zhì)的代謝是種子萌發(fā)能量代謝的重要指標。本研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的稀土溶液使萌發(fā)期甜玉米種子中的蛋白質(zhì)含量顯著降低，‘理科甜7號’與‘榮玉甜5807’分別在第5天、第3天含量降至最低，說明農(nóng)用稀土促進甜玉米種子在萌發(fā)前期消耗自身貯藏的蛋白質(zhì)。這與李瑞國等［15］研究萌發(fā)期綠豆芽蛋白質(zhì)含量變化的結(jié)果類似，同時也與朱新榮等［16］研究大豆發(fā)芽期間營養(yǎng)成分變化的結(jié)果類似。兩個品種中蛋白質(zhì)含量的變化趨勢相似，2.0%稀土溶液促進其分解的效果最顯著。此外，兩個甜玉米品種中，稀土溶液對葡萄糖含量的影響大致相似，兩者分別在第3天和第5天葡萄糖含量達到最高，最高時的處理濃度分別為2.0%和1.0%，顯著高于CK。萌發(fā)前期，稀土溶液使甜玉米種子中葡萄糖含量增加，后期含量又逐漸下降，這是因為初始萌發(fā)時，淀粉酶促進淀粉分解而積累了葡萄糖，由于貯藏物質(zhì)有限，種子后期萌發(fā)過程中又利用了葡萄糖，所以導致其含量下降。這與程昕昕等［12］研究普甜玉米萌發(fā)期糖代謝活動的結(jié)果類似。

3.2 抗氧化酶活性的變化

植物在進化過程中逐漸形成了自身特有的抗氧化防御系統(tǒng)，即通過調(diào)節(jié)SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性，清除體內(nèi)活性氧，使細胞免受傷害［5］。本研究發(fā)現(xiàn)，一定濃度的稀土溶液能夠促進SOD、POD、CAT酶活性的增強。這與余海兵等［14］研究農(nóng)用稀土對糯玉米幼苗生理指標影響的結(jié)果相似。本研究分析表明，農(nóng)用稀土促進抗氧化酶活性增強的效果因處理時間和處理濃度不同表現(xiàn)出差異。農(nóng)用稀土處理有利于SOD酶活性的增強，‘理科甜5807’在萌發(fā)前期（1～3 d）促進效果不明顯，第3天時顯著促進其活性增強，最有效處理濃度為1.0%。‘榮玉甜7號’在第3天以前促進效果不明顯，第3天以后顯著促進其活性增強，最有效處理濃度為0.5%?？赡茉蚴敲劝l(fā)初期種子有一段時間的吸水過程，其體內(nèi)的生物化學反應(yīng)比較滯緩，而后期幼苗長出以后，使其物質(zhì)合成能力提高，因而酶活性迅速增強。3種濃度的稀土同樣促進POD活性的增強，‘榮玉甜7號’較‘理科甜5807’促進的效果更明顯，2.0%濃度的稀土在第7天促進‘理科甜5807’POD活性增強，較CK差異顯著（P＜0.05），0.5%濃度的稀土在第7天促進‘榮玉甜7號’POD活性增強，較CK差異極顯著（P＜0.01）。稀土處理使CAT活性先升高后下降，‘理科甜5807’種子在萌發(fā)前期（1～3 d），CAT活性高于對照，而萌發(fā)中后期（5～7 d）酶活性被抑制；‘榮玉甜7號’在萌發(fā)前中期（1～5 d），CAT活性高于對照，而萌發(fā)后期（7 d）酶活性被抑制。以上分析表明，一定濃度的稀土溶液處理萌發(fā)期的甜玉米種子可以促進種子內(nèi)抗氧化酶活性的提高，進而增強甜玉米種子對于萌發(fā)期應(yīng)對外界脅迫的抵御能力。