磷肥施用深度對苜蓿根頸抗氧化酶活性及抗寒性的影響

夏全超，張玉霞,b，孫明雪，陳衛(wèi)東，杜曉艷，張慶昕，張冬梅

(內(nèi)蒙古民族大學(xué)a農(nóng)學(xué)院，b生態(tài)環(huán)境與綠色發(fā)展研究院，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

苜蓿(MedicagosativaL.)作為世界上栽培時(shí)間最悠久的豆科牧草[1]，具有營養(yǎng)價(jià)值高，適口性好，能改善土壤肥力等優(yōu)點(diǎn)，國家把苜蓿產(chǎn)業(yè)化作為突破口帶動(dòng)了草業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，因此苜蓿產(chǎn)業(yè)化發(fā)展在整個(gè)草業(yè)系統(tǒng)工程中占據(jù)著極其重要的地位[2]?？茽柷呱车匚挥谵r(nóng)牧交錯(cuò)帶，依托于自然條件的優(yōu)勢和國家政策的扶持，近年來科爾沁地區(qū)已成為我國苜蓿種植產(chǎn)業(yè)化水平較高的新興苜蓿生產(chǎn)區(qū)[3]。但是科爾沁沙地降水主要集中在夏季，冬季干旱少雪，并且近年來經(jīng)常出現(xiàn)極端低溫、倒春寒等現(xiàn)象，嚴(yán)重限制了苜蓿越冬[4-5]。磷素是植物體內(nèi)能調(diào)控其生長發(fā)育的重要元素之一，既是植物體內(nèi)重要化合物的組成元素又參與調(diào)控多種關(guān)鍵的酶促反應(yīng)及代謝途徑[6]。有研究表明，施用磷肥能顯著提高苜蓿抗氧化酶活性，保護(hù)植物細(xì)胞膜，清除活性氧，提高苜?？购訹7-8]。但是磷肥施入土壤后，由于被土壤中表面反應(yīng)、化學(xué)沉淀和生物吸收機(jī)制等固持，磷肥在土壤中的移動(dòng)性差，無法全部被植物吸收和利用，而且磷肥施用深度多集中在距離土壤表面0～10 cm處，導(dǎo)致表面富足、下層不足的現(xiàn)象[9-10]，但是過量施用磷肥又會導(dǎo)致土壤表面板結(jié)，既造成浪費(fèi)，又污染環(huán)境[11]。目前，關(guān)于磷肥施用下移深度對其他作物生長及生理特性方面的研究很多，但關(guān)于磷肥施用下移深度對苜?？购硖匦杂绊懛矫娴难芯可跎?。因此，本研究分析了不同磷肥施用深度處理下苜蓿根頸生理指標(biāo)(MDA、SOD、POD、CAT)的變化特點(diǎn)及其與苜?？购缘年P(guān)系，旨在為科爾沁沙地苜?？购弋a(chǎn)栽培中磷肥的高效管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古通遼市開魯縣東風(fēng)鎮(zhèn)林輝草業(yè)公司基地(43°60′N，121°31′E)，該地區(qū)屬于溫帶大陸性半干旱氣候，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季干旱少雪，≥10 ℃年積溫3 000～3 200 ℃，年平均氣溫5.8 ℃，無霜期140～150 d，年平均降水量約370 mm，年平均風(fēng)速3.1～4.3 m/s；土壤有機(jī)質(zhì)含量64.10 mg/kg，堿解氮含量35.88 mg/kg，全氮含量44.01 mg/kg，速效磷含量3.59 mg/kg，速效鉀含量77.89 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 大田試驗(yàn)設(shè)計(jì) 供試材料為‘北極熊’紫花苜蓿品種(M.sativa‘Gibraltar’)，由北京百斯特有限公司提供。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，于2020年7月1日播種，播種量為22.5 kg/hm2，行距為20 cm，小區(qū)面積為3 m×5 m=15 m2。磷肥(P2O5)用量為225 kg/hm2，共設(shè)置5個(gè)施磷深度：施土地表面(S0)和距離地表7.5 cm (S1)、15 cm(S2)、22.5 cm (S3)、30 cm (S4)，并設(shè)置不施磷肥作為對照(CK)，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，共18個(gè)小區(qū)，于播種前一次性施入，施磷方式為開溝條施。播種前一次性施入氯化鉀(K2O)150 kg/hm2，施于地表。試驗(yàn)田灌水使用指針式噴灌，并正常進(jìn)行田間管理。于封凍前期(11月13日)挖取長勢一致的苜蓿(越冬器官)，帶回室內(nèi)進(jìn)行低溫脅迫處理，測定抗氧化酶活性和MDA含量。

1.2.2 低溫處理 參照朱愛民等[12]的試驗(yàn)方法，每個(gè)小區(qū)挖取80株長勢均勻一致的苜蓿根頸，平均分成4份，其中1份放入4 ℃冰箱中低溫冷藏處理，另外3份苜蓿根系用蒸餾水沖洗干凈，整齊地排放在20 cm×30 cm的脫脂純棉布上包裹好后，用3 mL蒸餾水均勻噴灑，使棉布保持濕潤，最后用30 cm×30 cm的錫箔紙包裹好，放入可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱分別進(jìn)行-10，-20，-30 ℃低溫冷凍處理?？沙淌胶銣睾銤裨囼?yàn)箱設(shè)置為：以4 ℃為起點(diǎn)，先以4 ℃/h 的速率降溫，在目標(biāo)溫度下保持6 h，然后以4 ℃/h的速度升溫至4 ℃，取出后在4 ℃下放置12 h，與4 ℃冷藏處理材料同時(shí)測定根頸抗氧化酶活性和MDA含量。

1.3 測定指標(biāo)及方法

丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法[13]測定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑法[13]測定，過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法[13]測定，過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法[13]測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用WPS 2019軟件整理數(shù)據(jù)和繪制圖表，用DPS 7.0軟件進(jìn)行方差顯著性分析及相關(guān)性分析，采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較,分析處理間差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 施磷深度和低溫脅迫處理對苜蓿根頸MDA含量的影響

施磷深度和低溫脅迫處理對苜蓿根頸MDA含量的影響見表1。如表1所示，在同一低溫脅迫處理下，不同施磷深度下苜蓿根頸的MDA含量均明顯小于CK，說明施用磷肥有利于降低苜蓿根頸中的MDA含量，其中S2處理的MDA含量最低，在4，-10，-20，-30 ℃下分別較CK顯著降低了50.00%，48.94%，48.61%和50.92%(P<0.05)，說明施磷深度15 cm(S2)最有利于減緩細(xì)胞膜受害程度，保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。在同一施磷深度下，-10 ℃低溫脅迫處理的苜蓿根頸MDA含量顯著低于其他低溫脅迫處理(P<0.05)(S2處理4 ℃除外)；-30 ℃處理苜蓿根頸MDA含量最高，且顯著高于其他低溫脅迫處理(P<0.05)，說明-30 ℃低溫脅迫處理下苜蓿根頸細(xì)胞膜脂過氧化反應(yīng)劇烈，細(xì)胞膜損壞嚴(yán)重。

表1 施磷深度和低溫脅迫處理對苜蓿根頸MDA含量的影響

2.2 施磷深度和低溫脅迫處理對苜蓿根頸SOD活性的影響

施磷深度和低溫脅迫處理對苜蓿根頸SOD活性的影響見表2。如表2所示，在同一低溫脅迫處理下，不同施磷深度下苜蓿根頸的SOD活性均顯著高于CK(―20 ℃下S3、S4處理除外)(P<0.05)，說明施用磷肥有利于提高苜蓿根頸中的SOD活性;且其中S2處理的SOD活性最大，4，-10，-20，-30 ℃低溫脅迫處理分別較CK增大了35.61%，31.83%，26.42%和26.59%，說明施磷深度為15 cm(S2)最有利于提高苜蓿根頸的SOD活性。在同一施磷深度下，-10 ℃低溫脅迫處理苜蓿根頸SOD活性均顯著高于其他低溫脅迫處理(P<0.05)，說明-10 ℃處理下苜蓿根頸細(xì)胞SOD活性更強(qiáng)，更有利于清除活性氧和自由基；-30 ℃處理苜蓿根頸SOD活性最小，且顯著低于其他低溫脅迫處理，說明-30 ℃下苜蓿根頸細(xì)胞產(chǎn)生的自由基超出SOD清除活性氧能力范圍，細(xì)胞受到傷害，正常生命活動(dòng)受到了抑制。

表2 施磷深度和低溫脅迫處理對苜蓿根頸SOD活性的影響

2.3 施磷深度和低溫脅迫處理對苜蓿根頸POD活性的影響

如表3所示，在同一低溫脅迫處理下，不同施磷深度下苜蓿根頸的POD活性均顯著高于CK(―20 ℃下S0處理除外)(P<0.05)，說明施用磷肥有利于提高苜蓿根頸中的POD活性，且其中S2處理的POD活性最大，在4，-10，-20，-30 ℃下分別較CK增加了57.46%，53.37%，63.68%和84.67%，說明施磷深度為15 cm(S2)最有利于提高苜蓿根頸的POD活性。在同一施磷深度下，-10 ℃處理的苜蓿根頸POD活性總體上顯著高于其他低溫脅迫處理(S4處理除外)，說明-10 ℃處理下苜蓿根頸細(xì)胞POD活性最強(qiáng)，更有利于降低細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的受損程度。

表3 施磷深度和低溫脅迫處理對苜蓿根頸POD活性的影響

2.4 施磷深度和低溫脅迫處理對苜蓿根頸CAT活性的影響

如表4所示，在同一低溫脅迫處理下，不同施磷深度下苜蓿根頸的CAT活性均顯著高于CK(-30 ℃下的S4處理除外)(P<0.05)，說明施用磷肥有利于提高苜蓿根頸中的CAT活性;其中S2處理下CAT活性最強(qiáng)，在4，-10，-20，-30 ℃下分別較CK增加了61.58%，53.59%，24.94%和42.16%，說明施磷深度為15 cm(S2)最有利于清除H2O2，保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。在同一施磷深度下，-10 ℃處理的苜蓿根頸CAT活性均明顯高于其他低溫脅迫處理，說明-10 ℃低溫脅迫處理下苜蓿根頸細(xì)胞CAT活性更強(qiáng)，但當(dāng)溫度更低時(shí)，活性氧積累程度超過植物CAT的可清除范圍，CAT活性反而降低。

表4 施磷深度和低溫脅迫處理對苜蓿根頸CAT活性的影響

2.5 苜蓿根頸MDA含量與抗氧化酶活性的相關(guān)性分析

如表5所示，在4，-10，-20和-30 ℃低溫脅迫處理下，苜蓿根頸的CAT、POD和SOD活性均與MDA含量呈顯著或者極顯著負(fù)相關(guān)。在4，-10和-30 ℃處理下，苜蓿根頸SOD活性與CAT、POD活性均呈顯著或者極顯著正相關(guān)。在-10，-20和-30 ℃處理下，苜蓿根頸POD活性與CAT活性呈顯著或者極顯著正相關(guān)。以上結(jié)果說明，苜蓿根頸抗氧化酶活性之間為相互協(xié)作關(guān)系，并且抗氧化酶活性越強(qiáng)，苜蓿根頸的MDA含量越低，膜質(zhì)過氧化程度減弱，苜蓿越冬能力增強(qiáng)。

表5 不同低溫脅迫處理下苜蓿根頸中MDA含量與抗氧化酶活性的相關(guān)性

3 討 論

MDA是一種能與細(xì)胞體內(nèi)各種化學(xué)成分發(fā)生反應(yīng)的高活性物質(zhì)，還能與脂類、糖類和蛋白質(zhì)等物質(zhì)交聯(lián)，繼而影響細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和細(xì)胞的生理機(jī)能[14-15]；MDA含量的變化可以反映植物的受傷害程度，當(dāng)植物受到低溫脅迫時(shí)，就會積累大量的MDA[16]。本研究結(jié)果表明，在同一施磷深度下，隨著溫度的降低，苜蓿根頸MDA含量呈先降低后升高的趨勢，且在-10 ℃處理下達(dá)到最小值，這是因?yàn)?10 ℃處理刺激植物細(xì)胞抗氧化酶活性增強(qiáng)，進(jìn)而加快了對自由基的消除過程，膜脂過氧化程度得到緩解，MDA含量降低[17]。胡華群[18]研究表明，缺磷時(shí)辣椒根系MDA含量增加，施磷能降低辣椒根系的MDA含量；秦寧[19]的研究結(jié)果表明，施磷可有效降低桔梗根系MDA含量。本研究結(jié)果表明，施用磷肥后，苜蓿根頸中MDA含量明顯低于CK，且S2處理苜蓿根頸的MDA含量最小，說明距離土壤表面15 cm(S2)處施用磷肥最有利于降低苜蓿根頸的MDA含量，緩解細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度，減少有害過氧化產(chǎn)物的生成。

4 結(jié) 論

同一施磷深度下，隨著脅迫溫度的降低，苜蓿根頸MDA含量呈先降低后升高的趨勢，且在-10 ℃下達(dá)到最小值；苜蓿根頸SOD、POD、CAT活性呈先升高后降低的趨勢，且在-10 ℃下活性最強(qiáng)；在S2處理下，苜蓿根頸SOD、POD、CAT活性最強(qiáng)，MDA含量最低。因此，建議在科爾沁沙地建植苜蓿時(shí)，在距離土壤表面15 cm處施用磷肥，有利于促進(jìn)苜?？寡趸富钚栽鰪?qiáng)，提高苜?？购?。