氮肥對桔梗幼苗生理特征及氮積累的影響

李堆淑，冀玉良

（商洛學(xué)院生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西商洛 726000）

桔梗[Platycodon grandiflorum（Jacq）A.DC]屬桔?？平酃俣嗄晟荼局参?，以根入藥，既有藥用價值，又有食用和觀賞價值。桔梗根營養(yǎng)豐富，含多種氨基酸、大量亞油酸等不飽和脂肪酸等人體需要的微量元素，具有抗炎、抗腫瘤、抗氧化、抗肥胖、祛痰、鎮(zhèn)咳、保肝作用，常用來治療糖尿病、高血壓、心血管病[1]。桔梗根可制作菜肴[2]、糕點、釀酒[3]。桔梗還有較高的經(jīng)濟價值，桔梗的主要活性成分為三萜皂苷[4]。隨著桔梗的需求量大增，藥用桔梗價格的持續(xù)上漲，野生桔梗資源早已不能滿足需求。由此，各地大量種植桔梗，但由于施肥以及病蟲害防治大部分屬于粗放型栽培管理，造成桔梗病蟲害時有發(fā)生[5]，如果不能有效防治和控制，將會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失以及環(huán)境污染，還可能降低藥用植物桔梗的利用價值。王玲等[6]研究認(rèn)為氮肥和磷肥對一年生桔梗的產(chǎn)量和品質(zhì)影響較大，而鉀肥作用較小。李松等[7]研究認(rèn)為桔梗對肥料較為敏感。王靜等[8]研究認(rèn)為合理施用氮磷鉀能明顯提高桔梗產(chǎn)量，增加總皂巧含量。張紅燕等[9]研究認(rèn)為有機肥、氮磷鉀配施對桔梗產(chǎn)量有增產(chǎn)作用。如果種植中藥材施用氮磷鉀比例失調(diào)，并且過量施用磷肥將會造成土壤板結(jié)，降低肥料利用率，嚴(yán)重影響中藥材產(chǎn)量和質(zhì)量[10-12]?？梢?，合理施肥既能促進藥用植物生長發(fā)育，提高藥材產(chǎn)量，又能改善藥材品質(zhì)，如果不合理施肥不但嚴(yán)重影響藥材的產(chǎn)量和質(zhì)量，而且會污染藥材。鑒于此，本研究用不同濃度的氮肥（NH4NO3溶液）處理桔梗幼苗，研究桔梗幼苗的過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）和可溶性蛋白含量等生理指標(biāo)以及全氮的積累，并研究桔梗幼苗的生理指標(biāo)和全氮含量之間的相關(guān)性。以期為桔梗生產(chǎn)的精準(zhǔn)施肥提供科學(xué)依據(jù)，使桔梗生產(chǎn)向著高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的方向發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料

桔梗種子：購于商州區(qū)沙河子鎮(zhèn)種子專營店。

1.2 方法

1.2.1 桔梗種子的預(yù)處理

桔梗種子去雜后，用0.5%KMnO4消毒15 min，用無菌水沖洗數(shù)次后，吸取種子表面多余水分。挑選大小一致、籽粒飽滿的種子，放在鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿50粒，置于恒溫培養(yǎng)箱中（25℃±2℃）培養(yǎng)。

1.2.2 桔梗幼苗的處理

待桔梗幼苗長出二葉時，移植于小花盆。待小花盆中桔梗幼苗長出三葉一心時，分別用NH4NO3溶液濃度為 2.0、3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1處理桔梗幼苗，以蒸餾水為對照（CK），置于恒溫培養(yǎng)箱中（25℃±2℃）培養(yǎng),從第 0～6 d分別取樣，每組重復(fù)3次。

1.2.3 桔梗幼苗指標(biāo)的測定

可溶性蛋白質(zhì)含量的測定采用考馬斯亮藍法[13]，過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法[14-15]，過氧化氫酶（CAT）活性的測定采用紫外吸收法[13]，丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸法[14],全氮含量的測定采用凱氏定氮法[16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010及SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥對桔梗幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

由圖1可知，經(jīng)五種不同濃度氮肥（NH4NO3溶液）處理桔梗幼苗后，在0～6 d，隨著NH4NO3溶液濃度增加，桔梗幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量先升高再降低。 在第 4 天各處理（CK、2.0、3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1）的桔梗幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量均達到峰值，分別為 0.381、0.453、0.551、0.566、0.592、0.505 mg·g－1，用 6.5 mmol·L－1NH4NO3溶液處理的桔梗幼苗，其可溶性蛋白質(zhì)含量均顯著高于其他處理（P<0.05）。 同一時間（1～6 d），不同濃度NH4NO3溶液處理桔梗幼苗后，其可溶性蛋白質(zhì)含量均顯著高于CK（P<0.05），因此，適宜濃度的氮肥能有效地增強桔梗幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量，從而能提高桔梗的產(chǎn)量。

圖1 氮肥對桔梗幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

2.2 氮肥對桔梗幼苗POD活性的影響

POD為生物體氧化還原酶，能合成木質(zhì)素和木栓質(zhì)，其活力與抗性密切相關(guān)[17]。如圖2所示，經(jīng)五種不同濃度氮肥（NH4NO3溶液）處理桔梗幼苗后，在0～6 d，隨著NH4NO3溶液濃度增加，桔梗幼苗POD活性均先升高再降低。桔梗幼苗剛處理后，五種不同濃度NH4NO3溶液處理的桔梗幼苗POD活性與CK不顯著。在第 1～6 d，CK和2.0 mmol·L－1NH4NO3處理后，在第 5 天桔梗幼苗POD活性均達到峰值，分別為2.107、2.119U·g－1·min－1；用 3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1NH4NO3處理后，在第4天桔梗幼苗POD活性均達到峰值，分別為2.327、2.401、2.611、2.304 U·g－1·min－1；用6.5 mmol·L－1NH4NO3溶液處理的桔梗幼苗，其POD活性均顯著高于其他處理（P<0.05）?？梢姡?.5mmol·L－1NH4NO3溶液處理桔梗幼苗，其POD活性最大，說明用一定濃度的氮肥能增強桔梗幼苗的免疫力。

圖2 氮肥對桔梗幼苗POD活性的影響

2.3 氮肥對桔梗幼苗CAT活性的影響

CAT是生物體的誘導(dǎo)酶，催化了木質(zhì)素的形成，促進細胞壁木質(zhì)化[17]。如圖3所示，經(jīng)五種不同濃度氮肥（NH4NO3溶液）處理桔梗幼苗后，在0～6 d，隨著NH4NO3溶液濃度增加，桔梗幼苗CAT活性均先升高再降低。桔梗幼苗剛處理后，五種不同濃度NH4NO3溶液處理的桔梗幼苗CAT 活性與 CK 不顯著；用 CK、2.0、3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1NH4NO3溶液分別處理桔梗幼苗，在第4天桔梗幼苗CAT活性均達到峰值，分別為10.112、11.524、12.624、14.412、15.592、12.463 U·g－1·min－1。用6.5 mmol·L－1NH4NO3溶液處理桔梗幼苗后，在第1～6 d，其CAT活性均顯著高于其他處理（P<0.05）。用不同濃度NH4NO3溶液處理桔梗幼苗后，在第2～6 d，其CAT活性均顯著高于CK（P<0.05）。 可見，用 6.5 mmol·L－1氮肥（NH4NO3溶液）處理桔梗幼苗，對其體內(nèi)產(chǎn)生的CAT活性較大。

圖3 氮肥對桔梗幼苗CAT活性的影響

2.4 氮肥對桔梗幼苗MDA含量的影響

如圖4所示，經(jīng)五種不同濃度氮肥（NH4NO3溶液）處理桔梗幼苗后，從0～6 d，隨著NH4NO3溶液濃度增加，桔梗幼苗MDA含量均先降低再升高又有降低的趨勢；NH4NO3溶液濃度為3.5～6.5 mmol·L－1時，桔梗幼苗 MDA 含量均低于CK，尤其在處理后第1～6 d桔梗幼苗MDA含量顯著低于CK（P<0.05）。在第2天，用CK、2.0、3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1NH4NO3溶液分別處理后，桔梗幼苗MDA含量均達到低谷，分別為0.487、0.411、0.421、0.404、0.443、0.451μmol·g－1。桔梗幼苗剛處理后，五種不同濃度NH4NO3溶液處理的桔梗幼苗MDA含量與CK不顯著；在第1～2 d，CK處理的桔梗幼苗MDA含量均顯著高于用不同濃度NH4NO3溶液處理（P<0.05）。用5.0 mmol·L－1NH4NO3溶液處理桔梗幼苗后，在第1～6 d，其MDA含量均顯著低于其他處理（P<0.05）。 可見，用 5.0 mmol·L－1NH4NO3溶液處理桔梗幼苗，可以較好的減少其體內(nèi)產(chǎn)生MDA。

圖4 氮肥對桔梗幼苗MDA含量的影響

2.5 氮肥對桔梗幼苗全氮含量的影響

由圖5可知，經(jīng)五種不同濃度氮肥（NH4NO3溶液）處理桔梗幼苗后，從第1～6 d，隨著NH4NO3溶液濃度增加，桔梗幼苗全氮含量也增加。隨著時間的增長桔梗幼苗全氮含量積累也逐漸增加，并且NH4NO3溶液濃度越大，桔梗幼苗全氮積累越多，但 NH4NO3溶液濃度增加到 5.0 mmol·L－1時，桔梗幼苗全氮積累的趨勢逐漸平緩。用8.0 mmol·L－1NH4NO3溶液處理桔梗幼苗后，在第0～6d，其全氮含量均顯著高于其他處理（P<0.05），同時CK處理桔梗幼苗全氮含量均顯著低于其他處理（P<0.05）。因此，適宜濃度的氮肥能有效地促進桔梗幼苗全氮積累，從而增加桔梗體內(nèi)的氮營養(yǎng)。

圖5 氮肥對桔梗幼苗全氮含量的影響

2.6 氮肥對桔梗幼苗生理指標(biāo)及氮積累相關(guān)性的影響

由表1可見，經(jīng)五種不同濃度氮肥（NH4NO3溶液）處理桔梗幼苗后，桔梗幼苗生理指標(biāo)及氮積累相互之間具有一定的正相關(guān)關(guān)系。桔梗幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量除了與MDA含量呈顯著性（P<0.05）外，分別與CTA活性、POD活性、全氮含量呈高度顯著性（P<0.001）。CTA活性除了與MDA含量呈極顯著性（P<0.01）外，分別與POD活性、全氮含量呈高度顯著性（P<0.001）。MDA含量與POD活性呈極顯著性（P<0.01），POD活性與全氮含量呈高度顯著性（P<0.001）。

表1 氮肥對桔梗幼苗生理指標(biāo)及氮積累相關(guān)性的影響

3 討論與結(jié)論

桔梗喜溫和涼爽的氣候，適宜栽培在土層較深，土質(zhì)肥沃、排水較好的沙質(zhì)土壤。因此桔梗在栽培過程中必須加強管理，增強其抗氧化系統(tǒng)。植物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的保護酶SOD、CAT和POD活性是相互協(xié)調(diào)一致的，能維持植物在逆境脅迫條件下植物細胞免受傷害[17]。MDA是細胞膜脂過氧化物的產(chǎn)物之一，產(chǎn)生MDA直接加劇了細胞膜的損傷，植物體內(nèi)保護酶增加，將會抑制MDA產(chǎn)生。植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量與植物的抗逆性成正比關(guān)系[17]。植物中氮元素主要來自土壤中氮元素，土壤氮素絕大部分來自有機質(zhì)，土壤中的全氮含量表示土壤中所貯存的氮素量以及土壤的供氮潛力，因此，全氮含量直接影響土壤肥力。

本研究用 2.0、3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1NH4NO3溶液處理桔梗幼苗后，剛開始，五種不同濃度NH4NO3溶液處理的桔梗幼苗CAT活性、POD活性、可溶性蛋白質(zhì)含量、MAD含量與CK均不顯著（P>0.05）；在第 1～6 d，桔梗幼苗 CAT 活性、POD活性和可溶性蛋白質(zhì)含量均有所提高，且NH4NO3溶液濃度為 6.5 mmol·L－1處理桔梗幼苗的效果較好；NH4NO3溶液濃度為 3.5～6.5 mmol·L－1時，桔梗幼苗 MDA 含量顯著低于 CK（P＜0.05），尤其 NH4NO3溶液濃度為 5.0 mmol·L－1處理的桔梗幼苗MDA含量更顯著；隨著氮肥濃度的增加，桔梗幼苗全氮含量也逐漸增多，但NH4NO3溶液濃度增加到 5.0 mmol·L－1時，桔梗幼苗全氮積累量逐漸平緩。

本研究用 2.0、3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1NH4NO3處理桔梗幼苗后，其CAT活性、POD活性、MDA含量、可溶性蛋白含量和全氮含量之間呈正相關(guān)關(guān)系，桔梗幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量與MDA含量呈顯著性（P＜0.05），MDA 含量分別與 CTA 活性、POD 活性呈極顯著性（P＜0.01），MDA 含量與全氮含量不顯著，桔梗幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量分別與CTA活性、POD活性、全氮含量呈高度顯著性（P＜0.001）。 CTA 活性分別與 POD 活性、全氮含量呈高度顯著性（P＜0.001）。 POD 活性與全氮含量呈高度顯著性（P＜0.001）。可見，桔梗幼苗用不同濃度的氮肥處理后，桔梗幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量與CTA活性、POD活性、MDA含量、全氮含量相互影響相互制約。