氮素不同形态配比对菜用大豆生长_种子抗氧化酶活性及活性氧代谢解析

1、收稿日期：2009-05-27接受日期：2009-09-21基金项目：十一?五”国家高技术（863研究计划重大项目（编号 2006AA10A110 资助。作者简介：陈磊（1982,男，重庆长寿人，博士研究生，主要从事蔬菜栽培生理研究。E2mail :leichennjau 1631com 3通讯作者 E 2mail:ylzhu . cn氮素不同形态配比对菜用大豆生长、种子抗氧化酶活性及活性氧代谢的影响陈磊，朱月林3,杨立飞，王聪（南京农业大学园艺学院，江苏南京210095摘要：通过蛭石盆栽试验,研究了氮素不同形态配比对菜用大豆 G lycine max （L. Merr.品种

2、理想95-1”生长、种子抗氧化酶活性及活性氧代谢的影响。结果表明,营养液中适宜的硝铵比（75 : 25有利于菜用大豆的生长发育,植株具有最 大生物量；在高比例的硝态氮（100%和铵态氮（75%处理下,植株的干重、鲜重及 产量均显著降低,以硝铵比为25 : 75处理下尤为显著。在适宜的硝铵比（75 : 25和50 : 50处理下，菜用大豆种子具有较低的抗氧化酶活性，活性氧代谢产物O 2H、过氧化氢（H 2O 2和膜脂过氧化产物丙二醛（M DA含量也较低,表明植株 受到的氧化胁迫程度较低；而在硝铵比为25 : 75处理中,抗氧化酶活性最高,O 2H生成速率、H 2O 2和M DA含量也最高，表明过

3、多的铵态氮 对细胞膜造成了 伤害，所受的氧化损伤程度较重。关键词：氮素形态；菜用大豆；抗氧化酶；膜脂 过氧化中图分类号:S64317; S14311文献标识码:A :505X ( E ffects of nitrogen ,an tioxida nt en zymeof vegetable soybea nCHE N Lei , ZH U Y ue 2lin 3, Y ANGLi 2fei , W ANG C ong(College o f Horticulture , Nanji ng Agricultural Uni ver sity , Nanji ng , Jia ngsu 21009

4、5, Chi naAbstract :Using the vermiculite culture , the effects of ratios of NO -32N and NH +42N on pla nt growth , seed an tioxida nt en zyme activities and reactive oxyge n metabolism of vegetable s oybea n G lyc ine max (L. Merr. cv. Li 2xia ng 95-1were studied. The results show that the appropria

5、te ratio of NO -32N and NH +42N is about 75 : 25which is beneficial to the growth and development of the s oybean , and produces the maximum pla nt biomass. Un der the treatme nt of excessiveNO -3(100% or NH +4(75% , both biomass production and yields are decreased obviously , especially for the NH

6、+4(75% treatment. In the NO -3: NH +4treatments of 75 : 25and 50： 50, the activities of antioxidant enzymes are low , and the O 2produc ing rate , hydroge n peroxide (H 20 2 and malon diadehyde (MDA contents are als o low , therefore the de 2gree of oxidative stress is com paratively low. H owever ,

7、 under the NO -3: NH +4treatment of 25 : 75, the antioxidant enzyme activities , the O 2Hproduc ing rate , H 2O 2and MDA contents reach to their highest values. These results indicate that ex 2cessive NH +4is harm ful to cell membrane integrity , resulting in severe degree of oxidative damage in the

8、 seeds of veg 2etable s oybea n.K ey w ords :n itroge n forms ; vegetable s oybea n ; an tioxida nt en zyme activity ;membra ne lipid peroxidati on硝态氮和铵态氮是蔬菜作物吸收的两种主要氮素形态，但是不同蔬菜作 物对这两种氮素形态吸收、还原、运输、分布和同化等方面是截然不同的，从 而对蔬菜的生长和代谢产生不同的生理效应1-2。赵建荣等3研究发现，氮素形态显著影响菠菜营养品 质和抗氧化酶活性，在完 全供应铵态氮时,膜脂过氧植物营养与肥料学报 2010,

9、16(3 :768-772Plant Nutrition and Fertilizer Science化程度较高。朱祝军等4也发现，在550卩m ol/(m 2 s的光照强度下， 氮素形态显著影响了菜 豆植株生长和抗氧化系统，在供应铵态氮的植株叶 片中，抗 坏血酸过氧化物酶(APX、单脱氢抗坏血酸 还原酶(MDH AR和谷胱甘肽还原酶 (G R活性均显著增强。但是，目前氮素形态对蔬菜作物生长发育 后期生理响应的 研究较少，而研究氮素不同形态的 合理配比对实现作物高产有着重要的现实意 义。为此，开展了在自然光照条件下不同氮素形态对菜用大豆生长、种子抗氧化酶活性及活性氧代谢影响的 研究，旨在探讨氮

10、素形态与酶促抗氧化系统在菜用 大豆子粒膨大过程中的生理机制，以期为无土栽培 和田间条件下，提高菜用大豆产 量而进行合理施用氮肥提供理论依据。1材料与方法111 试验设计试验于2008年3月6日至581 ” G lycine max 2951购自。3月6日,大豆 种子直播于上直径40cm、下 直径25cm、高35cm的塑料盆中，蛭石作基质，浇足底水后，每盆播6粒种子。 真叶展开后，每盆留4株长势一致的幼苗，生长期间每盆每3d浇110L含有氮素不 同形态配比的改良H oagland营养液。植株生长在自然光照下，昼/夜温度为(2830 C /(2022 C ,温室相对湿度为60%80%,日最高光照强

11、度在500850 卩 m ol/(m 2s范围内(采用美国LI -C OR公司生产的LI -190S B传感器测在总氮浓度均为16mm ol/L的前提下,试验设4个硝铵比(NO -32N : NH+42N处理,分别为100 ： 0、75 : 25、50 : 50和25 : 75。每处理5盆,3次重复。此外,营养液中均加入7卩m ol/L硝化抑制剂双氰胺(DC D。处理所用 改良H oagland营养液，其大量元 素组成如表1,微量元素的含量分别为(卩m ol/L :B 140(H 3BO 3、Cu 100(CuS O 4? 5H 2O、Mn 36(MnCI 2? 4H 2O、Zn 46(ZnS

12、 O 4? 7H 2O、Fe 30(Fe 2E DT A 和 M o 1(H 2M oO 2。4月8日始花，此后一周内每天挂牌标记开花 期，并记录每天的挂牌数，以此 确立每天的开花数。4月11日花数最多，试验即以该天开花形成的种子为研究对 象。表1处理用营养液中大量营养元素的组成T able 1 Comp onents of m acroeleme nts in the nu triti on soluti on un der differe nttreatme nts无机盐Inorganic salt硝铵比 NO -32N : NH +42N(NO -3+4100:075:2550:5025

13、:75 Ca (NO 3 2413217316118 K NO 351751400 MgS O4210210210210 NH 4H 2PO 4010110110110 K H 2PO 4110000 K Cl 110213717717NH 4Cl 0215611917 CaCl 20115017214112 测定项目及方法423（,取同一天开花（4月1次,共取7 （NBT光还（S OD活性；愈创木酚 法 测定过氧化物酶（POD活性；过氧化氢酶（C AT活性按照Cakmak等6的方 法测定；抗坏血酸过氧化物酶（APX活性按照Nakano等7的方法测定；O 2H生成速率按照王爱国等8的方法测定；

14、H 2O 2含量按照林植芳等9 的方法测定；硫代巴比妥酸法（T BA测定丙二醛（MDA含量10。 5月16日（花 后35d进行生物量（茎叶、根系和百粒种子干鲜重的测定。试验数据用S AS软件进行单因素方差分析，并用Duncan 新复极差法进行 多重比较。2 结果与分析211 氮素不同形态配比对菜用大豆生物量的影响表2可知，不同硝铵比对菜用大豆的生长影响 显著，随着营养液中铵态氮比例的适当增加 （25% 50% ,菜用大 豆植株茎叶、根系和种子百粒鲜重显著增加，但在硝铵比为75 : 25和50 : 50处 理下无 显著差异。营养液中过高的硝或铵比里例 （100% NO -32N和75%NH +4

15、2N 均显著降低了菜用大豆的鲜重，尤以硝铵比为25： 75时最为显著。不同处理菜 用大豆植株茎叶、根系和种子的干重均达到显著差异水平。与鲜重的变化规律相 似，随着营养液中铵 态氮比例的适当增加，菜用大豆干物重也逐渐增加，在硝铵比 为75： 25时，菜用大豆干物重达到最大值，平均单株茎叶和根系干重分别达到 12156 和 3178g 9673期陈磊，等：氮素不同形态配比对菜用大豆生长、种子抗氧化酶活性 及活性氧代谢的影响表2不同硝铵比对菜用大豆生物量的影响T able 2 E ffect of N O -32N and NH +42N ratios on biom ass of vegetabl

16、e soybean硝铵比NO -32N : NH +42N鲜重 Fresh weight干重 Dry weight茎叶（g/pla ntShoot根系（g/pla ntR oot百粒种子重（g1002seeds wt.茎叶（g/pla ntShoot根系（g/pla ntR oot百粒种子重（g100-seeds wt.100 : 060168 0132b 15117 54a 58113 41b 9130 35c 2125 36c16190133c 75 : 2566104 0169a 17117 32a 66174 32a 12156 64a3178164a 22167 47a 50： 50

17、64145 153a 16102 77a 63144 18a10172147b 3119 0147b 19142 38b 25： 7549192126c11146146b51128109c6187142d1156142d13186 =0124d注（N ote :数据为平均数 标准差，n =3;同一列的数据后不同小写字母表示处理间的差异达5%的显著水平M ean D , n =3. Differentsmall letters in a colu mn are sig nifica nt differe nee at 5%level.3178g ;种子百粒干重可达22167g ,分别是硝铵比为

18、100 : 0、50 : 50、25 : 75 处理的 1134、1117和 1164倍。212 氮素 不同形态配比对菜用大豆不同发育时期种子抗氧化酶活性的影响从图1可知,花后12到18d ,不同硝铵比显著 提高了种子S OD活性（图1A , 态氮比例的增加,S OD 25 : 75时，天数的增加（到铵态氮（50% S OD活性；在硝铵 比为50 : 50和25 : 75时,菜用大豆种子S OD活性分别下降了 2615%和 3614%。而在硝铵比为100 : 0和75： 25时,菜用大豆种子均能维持较高的 S OD 活性。在不同硝铵比处理下，菜用大豆种子的POD表现为先上升后下降的趋势 （图1

19、B。在硝铵比为25 : 75和50 : 50时，POD活性上升幅度较大，但是前者下降 速度较慢,后者下降速率快；在不同硝铵比处理下,POD活性在18到21d期间达到 峰值,与花后12d时POD活性相比,硝铵比为100： 0、75 : 25、50 : 50、25 : 75 分别增加了 4817%、4617%、5712%和 5811%。C AT 活性方面（图 1C ,在硝铵比为50： 50和25： 75条件下,菜用大豆种子的C AT表现为先上升后下降 再 缓慢上升的趋势,而在硝铵比为100 : 0和75 : 25时,C AT活性表现为先上升后 下降的趋势。在花后30d ,C AT活性随着营养液中铵

20、态氮比例的增加而升高,在硝铵比为25 : 75时,菜用大豆种子的C AT活性分别是硝铵比为100 : 0、75 : 25、50 : 50 处理的 1187、1168和 1122 倍。213 氮素不同形态 配比对菜用大豆不同发育时期种子O 2H生成速率、H 2O 2和MDA含量的影响表3看出,在不同硝铵比处理下,菜用大豆种子 中O 2H生成速率表现为先迅速增加而后维持在较高水平。营养液中适当比例的铵态氮（25%50%*2IIQi 肖2圈w Hsdltahl1213 Iff Zl 242730tliFi -d) 1|:Hyi (Lfier f)i?，waBa图1不同硝铵比对菜用大豆种子抗氧化酶活性

21、的影响Fig. 1E ffects of N O -32N and NH +42N ratios on the activitiesof an tioxid ant en zymes in seeds of vegetable soybea n著降低了 O 2H生成速率，较高比例的铵态氮处理下，O 2 H生成速率显著升高。花后30d时,硝铵比为75： 25时,菜用大豆种子中O2H含量最低,分别是硝铵比为 100 : 0、50 : 50、25 : 75 处理的 0174、0188和 0170倍。H 2O 2 含量方面,在硝铵比为100 : 0和25： 75时,菜用77植物营养与肥料学报16卷大豆

22、种子中H 2O 2含量表现为先迅速增加而后维持在较高水平,而硝铵比为75 : 25和50 : 50时,H 2O 2含量表现为开始无明 显变化而后缓慢增加。适当的硝铵比（25%50%处理下,H 2O 2含量较低。MDA含量方面,在不同硝铵比处理下,菜用大豆种子中MDA含量的变化与H 2O 2含量变化相似。花后18到30d ,营养液中高比例的铵态氮（75%和硝态氮（100%均使菜用大豆种子中 MDA含量显著增加。花后30d时,在硝铵比为75： 25时,菜用大豆种子中MDA 含量最低,分别是硝铵比为100 : 0和25： 75处理的0155倍和0143倍。表3 不同硝铵比对菜用大豆种子 O 2H生成

23、速率、H 2O 2和MDA含量的影响T able 3 E ffects of N O -32N and NH +42N ratios on O 2Hproduc ing rate , H 2O 2and MDA contents in seeds of vegetable soybea项目I tem硝铵比-+花后天数 Days after flowering (d 121518212427300 2生成速率 O 2 H producing rate 卩 m ol/(r?in g , F M100 : 01132a 2112a 1176b 1186b 2101b 2132a 2114a 75 2

24、51104b 1147d 1141d 1160c 1144b 1181b 1159c 5： 500190b 1165c 1162c 1145c 1165c 1174b 1180b 25 751125a 1190b 1199a 2103a 2128a a 2126a H 20 含量H 2O 2content (卩 m ol/g , F M 1000193a 1114a 1b 125b 2b 2155b 75250179a 0185a 0c 21c 111118c 50 500187a 111c c 1156c 1131c 25 751a a a 3114a 3143a 3124a M DA 含量

25、 M DA (卩 m log , F a 032a 0135b 0141b 0150b 0158b 01a 0121a 0122b 0120c 0125c 0126c 0132c 500123a 0124a 0126ab 0127c 0128c 0131c 0136c 25： 750131a0131a0131a 0140a 0154a0162a0175a注（N ote :同一列的数据后不同小写字母表示处理间的差异达5%的显著水平 Differe nt small letters in a colu mn are sig nifica nt at 5%level.3 讨论适宜的硝铵比对植物的生长

26、发育和丰产都是非常有 利 的,如小麦（Triticum aestivum L. 12、菜豆（Phaseolus vulgaris L.4、菠菜（Spinacia oleracea L.等13。然而,Britto 等14和 Cao 等15认为,在高比例的硝态氮或铵态氮处理下，过多的能量消耗用于NO -3或NH +4的转移，从 而导致蛋白质和糖类合成的减少或植物体内激素平衡的失调和细胞分裂素含量急剧下降16,降低氮同化能力，从而影响作物的 丰产。本研究表明，在硝铵比为 100 : 0和25 : 75时,菜用大豆生物量显著降低,在硝铵比为25 : 75时表现尤为 显著。上述结果与T abatabae

27、i等11在草莓上 的研究基本结果一致，但不同的是 T abatabaei等发现在硝铵比为50 : 50时草莓具有最大的生物量,而本试验发现硝 铵比为75 : 25时菜用大豆具有最大的生 物量，这可能是由于不同的作物对 NO -3 或NH +4的敏感性和嗜好性存在差异。植物受到干旱、盐渍、温度等胁迫时，活性氧代谢平衡被破坏，产生O 2H、H 2O 2、 ? OH、 1O 2,从而加快 膜脂过氧化进程，导致一系列生理生化代谢紊乱。Medici等17和Nim ptsch等18证实,过多的硝态氮或 铵态氮易诱导植物抗 氧化酶（S OD、POD、C AT、APX和G R活性的升高，表明过多的硝态氮或铵态

28、氮会 对植株产生氧化胁迫。寿 森炎等19研究发现,在自然光强下,供应铵态氮的植株生长受到明显抑制,S OD、G R等抗氧化酶活性及0 2 H生成速率、H 20 2和MDA含量显著高于供应硝态氮的植株 。赵建荣和秦改 花3研究表明,在增加铵态氮比例时,P0D、S 0D和C AT活性有所降低,而在 完全供铵时,其活性达到最高,MDA含量也最高。本研究结果表明,在自然光照 下，不同硝铵比对菜用大豆种子发育过程中 的抗氧化系统有显著影响。在不同硝 铵比处理下，P0D和C AT活性随着营养液中铵态氮比例的增加 而逐渐升高。然 而,高比例的硝态氮处理下,菜用大豆种子抗氧化酶（P0D和C AT活性却维持在

29、较低水平。在种子发育后期（花后18到30d ,硝铵比为25 : 75时S 0D在抗氧化 过程中没有起到关键的作 用，该结果与Rios 2G onzalez等20对玉米的研究结果 相似。营养液中过多的硝态氮或铵态氮均使菜用大豆种子中0 2H生成速率、H 20 2和MDA含量显著增加。对菜用大豆，营养液中适当的硝 铵比能使种子1773期陈磊，等：氮素不同形态配比对菜用大豆生长、种子抗氧化酶活性及活性氧代谢的影响维持较低的抗氧化酶活性，活性氧代谢产物0 2H、H 20 2和膜脂过氧化产物MDA含量也较低，表明氧 化胁迫伤害较轻。而 在硝铵比为25 : 75时，抗氧化酶活性最高，0 2 H生成速率、H

30、 20 2和MDA含量也最 高，说明过多的铵态氮对细胞膜造成了 伤害，细胞抗氧化酶系统开始起作用。综上所述,与完全供应硝态氮处理相比较,硝铵比为75 : 25和50 : 50时菜 用大豆的生物量显著提 高,尤以硝铵比为75： 25时更为显著；而且抗氧化 酶 (POD 和 C AT 活性、0 2 H生成速率、H 20 2和MDA含量均维持在较低水平，表明所受的氧化胁迫程 度最低。可见，不同硝铵比氮素营养对菜用大豆种子发育过程中的抗氧化系统产生了显著的影响，说明不同氮素形态处理下抗氧化系统和活性氧代谢与菜用大豆丰产有着密切的相关性。关于这方面的分子生物学依据，有待深入研究。参考 文献：1 D on

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