農(nóng)用稀土對(duì)兩個(gè)甜玉米種子萌發(fā)期營(yíng)養(yǎng)成分和抗氧化酶的影響

周柏宇，徐運(yùn)林，房浩，程昕昕

（安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)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(guó)擁有世界上最豐富的稀土資源，對(duì)于稀土的研究工作始于20世紀(jì)70年代［2］。從農(nóng)用稀土產(chǎn)品的研制到小范圍試驗(yàn)再到大范圍推廣，我國(guó)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(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)成分、口感較好而受到廣大消費(fèi)者的青睞。隨著我國(guó)居民生活水平的不斷提高，對(duì)于甜玉米的消費(fèi)需求也日益增長(zhǎng)，因此甜玉米的生產(chǎn)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益［5］。研究甜玉米生長(zhǎng)發(fā)育過程中的生理生化機(jī)制，可以找到有效促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育的方法，對(duì)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(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)，一方面表現(xiàn)在植物對(duì)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(duì)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(yíng)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(qiáng)抗氧化防御系統(tǒng)是植物適應(yīng)逆境的重要機(jī)制。植物遇到生物和非生物逆境時(shí)，細(xì)胞內(nèi)活性氧含量會(huì)迅速增加，破壞了細(xì)胞膜的完整性［6］。為保護(hù)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(xì)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(duì)于逆境的抵御能力。本文研究了農(nóng)用稀土“常樂”對(duì)兩個(gè)品種的甜玉米種子在萌發(fā)期營(yíng)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(hào)’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(gè)元素）。

1.2 種子消毒與試驗(yàn)處理

取兩個(gè)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(gè)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(shí)用稀土溶液以及蒸餾水補(bǔ)充。每個(gè)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(cè)定項(xiàng)目與方法

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

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2010和Win DPS7.05數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(duì)兩個(gè)甜玉米種子萌發(fā)期營(yíng)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(yíng)養(yǎng)成分［11］。兩個(gè)甜玉米種子蛋白質(zhì)含量的測(cè)定見圖1和圖2，均顯示表明農(nóng)用稀土對(duì)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(shì)，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(jìn)蛋白質(zhì)分解，到第5天降至最低，2.0%處理達(dá)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(shì)，但不同濃度的農(nóng)用稀土均抑制‘榮玉甜7號(hào)’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(dá)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(shí)，貯藏的淀粉在淀粉酶酶解作用下水解為葡萄糖［12］。兩個(gè)甜玉米種子葡萄糖含量的測(cè)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(shì)，萌發(fā)前期，淀粉分解使葡萄糖含量增加，在第3天含量達(dá)到最高，2.0%濃度處理下，葡萄糖含量高達(dá)2.40 mmol/L。不同濃度稀土促進(jìn)葡萄糖含量增加的效果均顯著（P＜0.05）高于對(duì)照。萌發(fā)后期葡萄糖含量逐漸下降，說明稀土處理促進(jìn)種子萌發(fā)對(duì)有機(jī)物質(zhì)的消耗，從而促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)與發(fā)育。由圖4可見，‘榮玉甜7號(hào)’葡萄糖含量呈先升高后降低的趨勢(shì)，在第5天達(dá)到最高，其中2.0%濃度處理下，葡萄糖含量高達(dá)1.39 mmol/L。第3天不同濃度稀土促進(jìn)葡萄糖含量增加的效果均顯著（P＜0.05）高于對(duì)照。第5天以后，葡萄糖含量均呈下降趨勢(shì)，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(hào)’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(duì)兩個(gè)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(cè)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(xì)胞內(nèi)的活性氧［7］。兩個(gè)甜玉米種子SOD活性的測(cè)定見圖5和圖6，可見農(nóng)用稀土對(duì)‘理科甜5807’與‘榮玉甜7號(hào)’兩個(gè)甜玉米品種的SOD活性的影響不同，但在萌發(fā)后期都促進(jìn)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(shì)，在第5天活性達(dá)到最高。與對(duì)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(jìn)效果最明顯，但3個(gè)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(hào)’SOD活性的增強(qiáng)，在第5天以后，SOD活性為上升趨勢(shì)，第7天達(dá)到最大值。第7天時(shí)，農(nóng)用稀土促進(jìn)SOD活性較對(duì)照顯著增強(qiáng)（P＜0.05），但3個(gè)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(hào)’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(cè)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(xì)胞膜免受傷害［14］。兩個(gè)甜玉米種子POD活性的測(cè)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(jìn)酶活性增強(qiáng)，萌發(fā)第7天促進(jìn)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(jìn)POD活性達(dá)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(zhǎng)，‘榮玉甜7號(hào)’種子中POD活性呈升高趨勢(shì)。與CK相比，整個(gè)萌發(fā)期，3個(gè)濃度的稀土處理的POD活性均增強(qiáng)明顯，在第7天促進(jìn)效果達(dá)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(hào)’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(cè)定CAT普遍存在于植物組織中，是重要的保護(hù)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(duì)細(xì)胞產(chǎn)生氧化破壞作用［14］。兩個(gè)甜玉米種子CAT活性的測(cè)定見圖9和圖10。由圖9可見，隨著萌發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，‘理科甜5807’種子中CAT活性基本呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，第3天樣品中CAT活性最高，2.0%稀土促進(jìn)效果最好，達(dá)到17.06 U/（g·min）。萌發(fā)前期，農(nóng)用稀土促進(jìn)其酶活性的增強(qiáng)，萌發(fā)后期（5～7 d）抑制酶活性增強(qiáng)。由圖10可見，隨著萌發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，‘榮玉甜7號(hào)’種子中CAT活性也呈現(xiàn)相同趨勢(shì)。第3天活性最高，達(dá)到16.71 U/（g·min），以后酶活性下降。與對(duì)照相比，萌發(fā)前期，稀土處理增強(qiáng)其CAT活性，1.0%的稀土增強(qiáng)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(hào)’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(yíng)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(xué)變化，同時(shí)會(huì)利用種子內(nèi)貯藏的有機(jī)物質(zhì)如淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)等作為萌發(fā)所需的營(yíng)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(biāo)。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(hào)’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(jìn)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(guó)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(shí)也與朱新榮等［16］研究大豆發(fā)芽期間營(yíng)養(yǎng)成分變化的結(jié)果類似。兩個(gè)品種中蛋白質(zhì)含量的變化趨勢(shì)相似，2.0%稀土溶液促進(jìn)其分解的效果最顯著。此外，兩個(gè)甜玉米品種中，稀土溶液對(duì)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(dá)到最高，最高時(shí)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?yàn)槌跏济劝l(fā)時(shí)，淀粉酶促進(jìn)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(dǎo)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(dòng)的結(jié)果類似。

3.2 抗氧化酶活性的變化

植物在進(jìn)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(xì)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(jìn)SOD、POD、CAT酶活性的增強(qiáng)。這與余海兵等［14］研究農(nóng)用稀土對(duì)糯玉米幼苗生理指標(biāo)影響的結(jié)果相似。本研究分析表明，農(nóng)用稀土促進(jìn)抗氧化酶活性增強(qiáng)的效果因處理時(shí)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(qiáng)，‘理科甜5807’在萌發(fā)前期（1～3 d）促進(jìn)效果不明顯，第3天時(shí)顯著促進(jìn)其活性增強(qiáng)，最有效處理濃度為1.0%?！畼s玉甜7號(hào)’在第3天以前促進(jìn)效果不明顯，第3天以后顯著促進(jìn)其活性增強(qiáng)，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(shí)間的吸水過程，其體內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)比較滯緩，而后期幼苗長(zhǎng)出以后，使其物質(zhì)合成能力提高，因而酶活性迅速增強(qiáng)。3種濃度的稀土同樣促進(jìn)POD活性的增強(qiáng)，‘榮玉甜7號(hào)’較‘理科甜5807’促進(jìn)的效果更明顯，2.0%濃度的稀土在第7天促進(jìn)‘理科甜5807’POD活性增強(qiáng)，較CK差異顯著（P＜0.05），0.5%濃度的稀土在第7天促進(jìn)‘榮玉甜7號(hào)’POD活性增強(qiáng)，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(duì)照，而萌發(fā)中后期（5～7 d）酶活性被抑制；‘榮玉甜7號(hào)’在萌發(fā)前中期（1～5 d），CAT活性高于對(duì)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(jìn)種子內(nèi)抗氧化酶活性的提高，進(jìn)而增強(qiáng)甜玉米種子對(duì)于萌發(fā)期應(yīng)對(duì)外界脅迫的抵御能力。