氮素運(yùn)籌對不同基因型紫蘇幼苗生理特性的影響

趙永平，陳曉蒙，朱 亞，王文翼

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

紫蘇（Perilla frutescens）又名荏，為唇形科1年生草本植物。其在解表散寒、理氣方面卓有成效，被我國衛(wèi)生部門確定為首批藥食同源植物之一[1-2]。紫蘇的葉片、梗以及籽粒中含有多種活性成分，均有一定藥用價值，其中，紫蘇葉有解表散寒、行氣和胃的功效；紫蘇?？煞乐箛I吐，常用于治療脾胃氣滯而引起的消化不良等癥；紫蘇籽有鎮(zhèn)咳平喘、祛痰化瘀的作用，紫蘇油對治療冠心病和高血脂有顯著的療效。因此，其被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、保健品和飲料等行業(yè)[3-5]。

氮素是是植物生長發(fā)育必需的大量元素之一，被稱為“生命元素”。首次，氮素是多種核酸和蛋白質(zhì)的組成成分，沒有氮，植物就不能維持生命，因此，氮對植物的各種生理反應(yīng)和能量代謝有著非常重要的作用[6]；其次，葉綠素的形成也需要氮的參與，只有合成葉綠素，植物才能進(jìn)行光合作用、積累有機(jī)物，因此，氮與光合作用也密切相關(guān)。再次，氮也可以作為一種信號分子參與植物的生長，對植物根系特征、生育后期葉片持綠能力等都具有一定的調(diào)控作用[7-9]。楊森等[6]研究表明，施氮量對紫蘇農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及生物量均具有很大的影響，但是對紫蘇的含油率和脂肪酸含量影響不顯著[6]。祝聰宇等[10]研究了不同施氮量對葉用紫蘇產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，增施氮肥對單株商品葉片數(shù)和葉產(chǎn)量的提高具有顯著作用，然而，隨著氮肥施用量的增加，葉片數(shù)沒有顯著增加。王賀正等[11]研究認(rèn)為，增加施氮水平在一定范圍內(nèi)可以顯著提高可溶性糖、脯氨酸及可溶性蛋白質(zhì)的含量，增加SOD，POD，CAT活性，降低MDA含量。柳嘉佳等[12]研究認(rèn)為，不同氮素水平的處理在不同生長期對米槁生理生化指標(biāo)均會產(chǎn)生不同的影響。但是，目前關(guān)于氮素供應(yīng)對紫蘇生理特性影響的研究較少。

本試驗研究了氮素運(yùn)籌對不同基因型紫蘇幼苗生理特性的影響，以期為合理地施用氮肥、提高氮素利用效率及優(yōu)化紫蘇栽培技術(shù)提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試種子為紫蘇育種材料中表現(xiàn)突出的3個基因型：SL-TS-8，SL-TS-4，SL-TS-7。

1.2 試驗設(shè)計

采用盆栽試驗，選用盆口直徑為22 cm、盆高30 cm的塑料盆，將蛭石、珍珠巖、沙子按1∶1∶1的體積比例混合均勻裝入盆中，并在盆中施入等量磷、鉀肥（磷肥：P2O5105kg/hm2；鉀肥：K2O45kg/hm2），各處理施基肥量一致。氮素運(yùn)籌處理為：N0（0 kg/hm2），N1 （112.5 kg/hm2），N2 （225.0 kg/hm2），N3（337.5 kg/hm2），N4（施氮 225.0 kg/hm2＋有機(jī)肥30 t/hm2），N5（有機(jī)肥 30 t/hm2），共 6 個處理。

分別選取3個基因型中飽滿的紫蘇種子各150粒，用1%的NaClO表面消毒10 min，然后用去離子水沖洗數(shù)次，晾干備用。將處理好的紫蘇種子放在編好號碼并且鋪有一層濾紙的培養(yǎng)皿中，置于25℃光照培養(yǎng)箱中催芽，待種子露白后將其點(diǎn)播在相應(yīng)氮素處理的花盆中，每盆點(diǎn)播5粒，每個處理重復(fù)3次，常規(guī)管理，并及時松土拔草。出苗60 d后，進(jìn)行生理指標(biāo)測定。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 保護(hù)酶活性 SOD活性測定采用氮藍(lán)四唑光化學(xué)還原法[13]，POD活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[13]，CAT活性測定采用高錳酸鉀滴定法[13]。

1.3.2 膜質(zhì)過氧化程度 采用硫代巴比妥酸法測定MDA含量[14]。

1.3.3 滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì) 采用茚三酮比色法測定脯氨酸含量[14]，采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測定可溶性蛋白含量[13]，采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮素運(yùn)籌對紫蘇保護(hù)性酶活性的影響

表1 氮素運(yùn)籌對紫蘇保護(hù)性酶活性的影響 U/g

植物細(xì)胞中的保護(hù)性酶主要包括SOD，POD和CAT等，SOD可以消除植物體因逆境脅迫而產(chǎn)生的大量活性氧自由基，POD和CAT可以協(xié)同作用分解H2O2，減緩植物遭受傷害的程度[11]。從表1可以看出，不同氮素運(yùn)籌對紫蘇SOD，POD和CAT活性具有顯著的影響，且不同基因型間其變化趨勢不盡相同。SL-TS-8的SOD，POD和CAT活性均隨著施氮量的增加而增加，且在N4處理均達(dá)到最高，分別較不施氮處理提高77.46%，56.57%和 60.91%；SL-TS-4的SOD活性在施氮量達(dá)到225 kg/hm2時，就已經(jīng)達(dá)到最大，隨后施氮量繼續(xù)增大或增施有機(jī)肥都會使SOD活性下降，POD活性在N4處理下最高，為256.30 U/g；SL-TS-7的SOD和CAT活性均在N4處理下達(dá)到最高值，分別較N0處理提高42.45%和49.86%。表明在一定范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加，保護(hù)性酶的活性也會增加，單純施用有機(jī)肥，會引起保護(hù)性酶活性降低。因此，適量的氮供應(yīng)有利于增加紫蘇體內(nèi)保護(hù)性酶活性，并且減氮增施有機(jī)肥有助于紫蘇保護(hù)性酶活性的提高，更好地適應(yīng)環(huán)境，快速生長。

2.2 氮素運(yùn)籌對紫蘇MDA含量的影響

從圖1可以看出，當(dāng)?shù)适┯昧繌?增加到225 kg/hm2時，不同基因型紫蘇MDA含量均呈緩慢升高的趨勢，但當(dāng)?shù)适┯昧砍^225kg/hm2，MDA含量急劇升高，且N4處理（減氮增施有機(jī)肥）和N5處理（純施有機(jī)肥）MDA含量均逐漸下降。其中，在N3處理下，SL-TS-8，SL-TS-4和SL-TS-7的MDA含量均最高，分別為N0處理的2.51倍、1.81倍和1.87倍。而不同基因型紫蘇MDA含量變化對有機(jī)肥的響應(yīng)不盡相同，其中，SL-TS-4在N4處理下，MDA含量最高，較N0處理提高50.36%，SL-TS-4和SL-TS-7在N5處理下，MDA含量均較高。

2.3 氮素運(yùn)籌對紫蘇可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白是植物體內(nèi)的一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，通過滲透調(diào)節(jié)，可以維持植物體內(nèi)的水分平衡、提高植物在逆境中的適應(yīng)能力，較高水平的施氮量有利于可溶性蛋白質(zhì)的合成，進(jìn)而提高植物的抗性[15-16]。由圖2可知，氮素運(yùn)籌對不同基因型紫蘇可溶性蛋白含量具有顯著的影響，對于SLTS-8和SL-TS-7來說，其可溶性蛋白含量隨著施氮量的增加而升高，在氮肥施用量為337.5 kg/hm2時達(dá)最大值，較N0處理分別增加了98.11%和79.59%，其中，SL-TS-8在N4處理時，可溶性蛋白含量較高，為N0處理的1.96倍；對于SL-TS-4而言，低氮條件下，各處理可溶性蛋白含量變化不明顯，當(dāng)施氮量超過225 kg/hm2時，可溶性蛋白含量急劇升高，減氮增施有機(jī)肥和純施有機(jī)肥處理可溶性蛋白含量逐漸降低。

2.4 氮素運(yùn)籌對紫蘇可溶性糖含量的影響

可溶性糖的含量直接決定作物的食用品質(zhì)，合理地施用氮肥，可使光合產(chǎn)物向蔗糖的轉(zhuǎn)化速率加快，有利于提高作物可溶性糖含量，改善其品質(zhì)[17]。由圖3可知，氮肥施用量從0增加到337.5kg/hm2時，不同基因型紫蘇可溶性糖含量呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，且各氮素運(yùn)籌處理間差異顯著。但是，SL-TS-8和SL-TS-7在減氮增施有機(jī)肥處理（N4）下，可溶性糖含量均最高，分別為N0處理的2.51倍和2.86倍；而SL-TS-4在N4，N5處理下，可溶性糖含量均相對較高，比N0處理分別提高了116.80%和119.76%。由此可見，適當(dāng)?shù)靥岣吖┑靠梢栽黾幼咸K體內(nèi)可溶性糖的含量，低氮條件下增施有機(jī)肥有利于提高植株可溶性糖的含量，增強(qiáng)植物抗性。

2.5 氮素運(yùn)籌對紫蘇脯氨酸含量的影響

脯氨酸是存在于植物體內(nèi)的一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，是判斷植物抗性的重要指標(biāo)之一。楊善等[18]研究認(rèn)為，不同施氮水平對脯氨酸含量有顯著影響，其含量隨施氮水平的增加而增加。由圖4可知，不同基因型紫蘇脯氨酸含量均隨著施氮量的增加而升高，但適當(dāng)?shù)販p氮增施有機(jī)肥處理脯氨酸含量要高于高氮處理。SL-TS-8，SL-TS-4，SL-TS-7的脯氨酸含量均在N4處理下達(dá)到最高值，分別較N0處理提高了77.07%，44.53%和62.14%。由此可見，氮肥結(jié)合有機(jī)肥施用，有利于植物體內(nèi)脯氨酸的生成。

3 結(jié)論與討論

許多學(xué)者研究認(rèn)為，植物體抗氧化保護(hù)酶的活性受植株體內(nèi)氮素水平的影響非常顯著，植物體內(nèi)的氮素水平隨著施氮量的增加而升高，其SOD，POD，CAT等酶的活性隨之增強(qiáng)，而MDA含量則顯著下降[19-20]。本研究結(jié)果表明，氮素運(yùn)籌對紫蘇SOD，POD和CAT活性具有顯著的影響，適宜地增加氮肥施用量，紫蘇植株體內(nèi)保護(hù)性酶的活性則會逐漸增加，但純施有機(jī)肥，會引起保護(hù)性酶活性下降，適量的氮肥供應(yīng)有利于增加紫蘇體內(nèi)保護(hù)性酶活性，這與金喜軍等[21]的研究結(jié)論基本一致。植物體內(nèi)的MDA含量的高低表明了植物細(xì)胞發(fā)生膜質(zhì)過氧化程度的大小。本研究結(jié)果表明，較低施氮量對不同基因型紫蘇MDA含量變化的影響不明顯，但高氮條件下植株MDA含量快速增加。

可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量的變化可以反映植物對環(huán)境的適應(yīng)能力，是評價植物抗性強(qiáng)弱的主要生理指標(biāo)[22]。本研究結(jié)果表明，氮素運(yùn)籌對紫蘇可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量均具有顯著的影響，但基因型不同，其變化規(guī)律也不盡相同。隨著施氮量的增加，SL-TS-8和SL-TS-7的可溶性蛋白含量也隨之升高，可溶性糖和脯氨酸含量均在N4處理下最高，而SL-TS-4在施氮量低于225 kg/hm2時，各處理可溶性蛋白含量增幅不大，但高氮條件下可溶性蛋白含量急劇升高，N4處理下可溶性糖和脯氨酸含量均相對較高，說明適量地提高氮肥施用量可以增加紫蘇體內(nèi)可溶性糖、脯氨酸含量，結(jié)合增施有機(jī)肥更有利于提高植株體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，增強(qiáng)植物抗性。

在本試驗條件下，增施氮肥有利于提高紫蘇保護(hù)酶的活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，提高其抗性，但是減氮增施有機(jī)肥會有效抑制膜質(zhì)氧化和有利于提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量。3個參試基因型中，SL-TS-8和SL-TS-7生理指標(biāo)變化對氮肥運(yùn)籌的響應(yīng)規(guī)律基本一致，而SL-TS-4略有差異。本研究結(jié)果可為紫蘇規(guī)范化種植過程中適宜栽培品種的選擇和氮肥與有機(jī)肥的施用提供理論參考。