鎂肥對(duì)缺鎂葡萄葉片活性氧含量和保護(hù)酶活性的影響

馬曉麗，顏秋陽，劉雪峰，袁項(xiàng)成，向蘋葦,楊 梅*

(1.重慶三峽農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 404155；2.重慶三峽學(xué)院，重慶 404020)

鎂在植物生理作用中有著其它元素不可替代的重要地位，參與光合作用、碳氮代謝等[1-2]。我國南方地區(qū)受氣候及土壤酸性較強(qiáng)等因素的影響，土壤中的鎂容易因遷移和淋溶而損失，土壤供鎂能力降低，作物缺鎂現(xiàn)象日益嚴(yán)重[3-4]。葡萄對(duì)鎂需求量大，缺Mg全年都可發(fā)生，葡萄缺鎂時(shí)，會(huì)改變?nèi)~綠素結(jié)構(gòu)、降低光合效率、蛋白質(zhì)合成受阻，影響對(duì)其他礦質(zhì)元素的吸收，并導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)的降低[5-6]。國內(nèi)外有很多對(duì)鎂素營養(yǎng)的研究，但大多集中在缺鎂對(duì)植物光合作用以及酶系統(tǒng)等的影響上，并且在盆栽蔬菜及沙培果樹幼苗研究較多[7-8]，在大田條件下，缺鎂多年生果樹土施及葉面噴施鎂肥后，對(duì)植株葉片活性氧含量和保護(hù)酶活性的影響的研究相對(duì)較少。因此，本文擬在田間條件下，對(duì)已缺鎂的葡萄園進(jìn)行土施和葉面噴施鎂肥，分析葉片活性氧產(chǎn)生速率、過氧化氫含量、保護(hù)酶活性及脯氨酸、膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛的差異顯著性，評(píng)價(jià)土施與葉面噴施對(duì)缺鎂葡萄葉片活性氧代謝、過氧化脅迫程度和抗氧化酶活性的影響，并分析葉片鎂含量與活性氧含量和保護(hù)酶活性的相關(guān)性，以及活性氧含量和保護(hù)酶活性與葡萄產(chǎn)量的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于四川省龍泉驛區(qū)洛帶鎮(zhèn)寶勝村，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛，四季分明。年平均日照1 032.9 h，8月最多，12月最少。年平均氣溫16.5℃，無霜期年平均297 d，年降水量平均為895.6 mm，年均相對(duì)濕度81%。試驗(yàn)前對(duì)該地土壤和葡萄成熟葉片進(jìn)行了營養(yǎng)診斷，試驗(yàn)土壤為平地紅色砂土，其基本理化性狀為pH值5.56、有機(jī)質(zhì)19.76 g/kg、銨態(tài)氮8.56 mg/kg、硝態(tài)氮18.29 mg/kg、有效磷20.76 mg/kg、速效鉀104.34 mg/kg、速效鈣342.35 mg/kg、速效鎂40.79 mg/kg、有效鋅1.23 mg/kg、有效鐵34.78 mg/kg、有效錳17.89 mg/kg；該地葡萄成熟葉片元素含量為鉀5.93 g/kg、鈣14.84 g/kg、鎂1.6 g/kg、鐵74.34 mg/kg、錳48.36 mg/kg、鋅24.78 mg/kg、銅12.36 mg/kg。參考李港麗等[9]葡萄葉片營養(yǎng)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)該地葡萄鈣、鋅、鐵、銅、錳元素均在適量水平，但鎂含量嚴(yán)重缺乏。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)4個(gè)土施硫酸鎂(MgSO4·7H2O)水平，分別是0、112.5、150、187.5 kg/hm2，用S0、S1、S2、S3表示，副區(qū)設(shè)3個(gè)葉面噴施硫酸鎂濃度，分別是0%、0.2%、0.4%，用F0、F0.2、F0.4表示，共計(jì)12個(gè)處理，依次為S0F0、S0F0.2、S0F0.4、S1F0、S1F0.2、S1F0.4、S2F0、S2F0.2、S2F0.4、S3F0、S3F0.2、S3F0.4。每個(gè)小區(qū)選10株葡萄，重復(fù)3次，小區(qū)面積30 m2，土施硫酸鎂在秋季隨基肥施入，然后進(jìn)行旋耕；葉面噴施則分3次，分別為5月中旬、6月中旬、7月中旬，以葉片滴水為限。自2014年10月開始，試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行2年。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

2016年10月5日，即果實(shí)成熟期，采集坐果位點(diǎn)的葉片，每個(gè)處理隨機(jī)采集9片，塑封袋標(biāo)號(hào)，放入冰盒，帶回實(shí)驗(yàn)室后對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，3次重復(fù)，取其平均值。同時(shí)每個(gè)處理隨機(jī)選擇8株，采集果穗，用電子天平稱量單株產(chǎn)量。

1.3.1 葉片鎂含量的測(cè)定

根據(jù)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)制定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行洗滌，將洗滌過后的葉片置于105℃烘箱中殺酶20 min，之后在70～80℃下烘干。用不銹鋼植物磨碎機(jī)磨碎過0.25 mm孔徑篩，貯于干燥器中待測(cè)。葉片鎂含量通過550℃馬弗爐灼燒，制成灰分，加入稀鹽酸溶解，用火焰原子吸收光譜法[10]測(cè)定。

1.3.2 葉片活性氧含量和保護(hù)酶活性的測(cè)定

超氧陰離子產(chǎn)生速率采用羥氨反應(yīng)法測(cè)定[11]，過氧化氫(H2O2)含量的測(cè)定參照林植芳等[12]的方法，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT法測(cè)定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測(cè)定，過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法測(cè)定[13]，脯氨酸(Pro)含量采用磺基水楊酸法測(cè)定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進(jìn)行處理并繪制相關(guān)圖表，采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,各處理多重比較采用DUCAN法。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鎂對(duì)葉片鎂含量和活性氧含量的影響

由圖1可以看出，未施鎂肥的處理S0F0葉片鎂含量?jī)H1.42 g/kg，根據(jù)李港麗等[9]葡萄葉片營養(yǎng)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，葉片鎂含量小于1.50 g/kg為缺鎂范圍，可以看出未施鎂肥時(shí)葡萄缺鎂，補(bǔ)鎂后，葉片鎂含量顯著增加，均達(dá)到了適量標(biāo)準(zhǔn)，處理S3F0.4鎂含量最高，達(dá)到了4.65 g/kg，與處理S2F0.4差異不顯著，較其他處理差異顯著。當(dāng)土施量一定時(shí)，葉片鎂含量表現(xiàn)出F0.4>F0.2>F0，當(dāng)葉面噴施濃度一定時(shí)，表現(xiàn)出S3>S2>S1>S0。

圖1 補(bǔ)鎂對(duì)缺鎂葡萄葉片鎂含量產(chǎn)生速率和H2O2含量的影響注：圖中不同的小寫字母表示各處理在0.05水平下差異顯著。下同。

表1 土施和葉面噴施鎂肥對(duì)缺鎂黃化葡萄產(chǎn)生速率和H2O2含量的效果鑒定

注：**表示F檢驗(yàn)極顯著水平(P<0.01)，*表示F檢驗(yàn)顯著水平(P<0.05)。下同。

2.2 施鎂對(duì)葉片保護(hù)酶活性的影響

由圖2可以看出，未施鎂肥時(shí)，葉片中SOD活性最高，達(dá)到了73.776 U/g FW，與處理S1F0差異不顯著，顯著高于其他處理，而處理S2F0.4的SOD活性顯著低于其他處理；當(dāng)土施量在0～112.5 kg/hm2時(shí)，土施量和葉面噴施濃度越大，葉片中SOD活性越低，而當(dāng)土施量為150 kg/hm2時(shí)，則表現(xiàn)出F0.4>F0.2>F0；與SOD活性變化相反，未施鎂肥的S0F0處理葉片POD活性最低，處理S2F0.4活性最高，達(dá)到4.002 U/(g FW·min)，顯著高于其他處理，當(dāng)土施量在0～112.5 kg/hm2時(shí)，土施量和葉面噴施濃度越大，葉片中POD活性越高，而當(dāng)土施量為150 kg/hm2時(shí)，則表現(xiàn)出F0>F0.2>F0.4；未施鎂肥的S0F0處理CAT活性最低，施鎂后各處理CAT活性增加，并隨著施鎂濃度的增加，各處理表現(xiàn)出一直升高的趨勢(shì)，處理S3F0.4活性最高，達(dá)到了12.087 U/(g FW·min)，顯著高于其他處理。

圖2 補(bǔ)鎂對(duì)缺鎂葡萄葉片保護(hù)酶活性的影響

由表2可知，土施和葉面噴施對(duì)葉片SOD、POD和CAT活性均有極顯著影響，且對(duì)SOD和POD有極顯著交互效應(yīng)，對(duì)CAT活性有顯著交互效應(yīng)。

表2 土施和葉面噴施鎂肥對(duì)缺鎂黃化葡萄保護(hù)酶的效果鑒定

2.3 施鎂對(duì)葉片丙二醛和脯氨酸含量的影響

由圖3可以看出，補(bǔ)鎂后，隨著土施和葉面噴施鎂肥量的增加，葉片丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量表現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)，土施量在0～150 kg/hm2時(shí)，隨著施鎂量的增加葉片MDA和Pro含量逐漸降低，處理S2F0.4含量均最低，但MDA含量與處理S2F0.2、S1F0.4、S1F0.2和S0F0.4差異不顯著，Pro含量與S1F0、S1F0.2、S1F0.4、S2F0、S2F0.2差異不顯著。當(dāng)土施量達(dá)到187.5 kg/hm2時(shí)，葉片MDA和Pro含量顯著增加。說明在缺鎂情況下，葡萄葉片受到損害，產(chǎn)生大量MDA和Pro，土施和葉面噴施硫酸鎂肥可以緩解這種傷害，當(dāng)土施量在0～150 kg/hm2時(shí)，土施量越大，緩解效果越好，但當(dāng)土施量為187.5 kg/hm2，緩解效果一般。土施150 kg/hm2同時(shí)葉面噴施0.4%硫酸鎂對(duì)該缺鎂葡萄緩解葉片損傷效果最好。

圖3 補(bǔ)鎂對(duì)缺鎂葡萄葉片丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量的影響

鑒定土施和葉面噴施對(duì)葉片MDA和Pro含量的效果發(fā)現(xiàn)，土施對(duì)MDA和Pro含量均有極顯著影響，葉面噴施對(duì)MDA影響極顯著，對(duì)Pro影響不顯著，土施和葉面噴施對(duì)MDA有極顯著交互效應(yīng)，對(duì)Pro有顯著交互效應(yīng)。

表3 土施和葉面噴施鎂肥對(duì)缺鎂黃化葡萄MDA和Pro的效果鑒定

2.4 施鎂對(duì)葡萄單株產(chǎn)量的影響

由圖4可以看出，未施鎂肥的處理S0F0單株產(chǎn)量最低，僅4.09 kg，土施和葉面噴施鎂肥后，葡萄單株產(chǎn)量增加，處理S2F0.4單株產(chǎn)量最高，達(dá)到了5.49 kg，與處理S1F0.4、S2F0.2、S3F0.2、S3F0.4差異不顯著，顯著高于其他處理。

圖4 補(bǔ)鎂對(duì)缺鎂葡萄單株產(chǎn)量的影響

2.5 葉片鎂含量、單株產(chǎn)量與活性氧清除系統(tǒng)相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性分析

表4 葉片中鎂含量、單株產(chǎn)量與活性氧清除系統(tǒng)相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性分析

注：*和**分別表示相關(guān)性達(dá)顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平。

3 討論

3.1 施鎂對(duì)葉片超氧陰離子產(chǎn)生速率和過氧化氫含量的影響

3.2 施鎂對(duì)葉片保護(hù)酶活性的影響

植物應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫下活性氧的累積的重要機(jī)制之一是啟動(dòng)抗氧化酶系統(tǒng)[20]，SOD、POD、CAT是植物體內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)的3種關(guān)鍵酶。汪洪等[21]、李延等[22]、陳偉立等[23]、申燕等[24]在菜豆、龍眼、砂糖橘和‘春見’橘橙上研究表明，缺鎂條件下，植株體內(nèi)SOD、POD、CAT活性明顯高于正常植株。王芳等[25]在鎂對(duì)大豆葉片保護(hù)酶活性的影響研究中發(fā)現(xiàn)，鎂脅迫下大豆葉片CAT活性受到明顯抑制，施鎂則大大增加CAT活性。楊勇等[26]在水稻上研究發(fā)現(xiàn)高鎂葉片中CAT活性明顯升高。朱立保等[27]、韓艷婷[18]和彭云等[28]在厚皮甜瓜、葡萄和花生上研究則發(fā)現(xiàn)適宜鎂處理可以增強(qiáng)葉片POD、SOD和CAT活性，缺鎂和過量鎂降低了葉片POD、SOD和CAT活性。

而本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未施鎂肥的缺鎂葡萄葉片SOD活性高于施鎂處理，POD和CAT活性低于施鎂處理。土施和葉面噴施鎂肥后，葉片SOD活性先降低后升高，而POD活性先升高后降低，CAT活性則持續(xù)升高?？梢钥闯?，缺鎂狀況下抗氧化酶活性及施鎂對(duì)抗氧化酶活性影響的結(jié)論不一致，可能是因?yàn)槿辨V脅迫下，植物葉片細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生較多超氧陰離子，從而誘導(dǎo)抗氧化酶活性增加，但隨著鎂脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，植株體內(nèi)產(chǎn)生的超氧陰離子自由基過多，超過抗氧化酶活性，導(dǎo)致活性下降，隨著鎂肥的施入，光系統(tǒng)受損程度得到緩解，抗氧化酶活性增加。

3.3 施鎂對(duì)葉片丙二醛和脯氨酸含量的影響

雖然植物細(xì)胞內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除酶活性處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，但當(dāng)受到逆境脅迫，體內(nèi)活性氧過多，超過防御能力，仍會(huì)發(fā)生膜脂過氧化作用，丙二醛含量增高，細(xì)胞膜透性增加[21]。生物膜在植物抗性生理方面起著非常重要的作用，脯氨酸對(duì)于維持生物膜的正常功能具有一定的作用，植物在遭受逆境脅迫時(shí)脯氨酸會(huì)在體內(nèi)大量積累，丙二醛是植物膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，反映了生物膜受傷害的程度[29]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，未施鎂肥的缺鎂葡萄葉片脯氨酸和丙二醛含量顯著高于施鎂處理，這在黃瓜[17]、砂糖橘[23]、菜豆[21]等作物上也有相關(guān)報(bào)道。適量施鎂后葉片丙二醛和脯氨酸含量降低，說明適量補(bǔ)鎂有利于緩解生物膜受傷害程度，這與鎂處理在厚皮甜瓜[27]、葡萄[18]和花生[28]上的研究一致。

4 結(jié)論