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Effect of nitrogen on protective enzyme activities and lipid peroxidation in triticale genotypes with different N use efficiency

氮素对不同氮效率小黑麦基因型叶片保护酶活性和膜脂过氧化的影响



全 文 :书氮素对不同氮效率小黑麦基因型叶片
保护酶活性和膜脂过氧化的影响
匡艺1,2,李廷轩1,余海英1
(1.四川农业大学资源环境学院,四川 雅安625014;2.四川威远县环境监测站,四川 威远642450)
摘要:采用盆栽试验,以氮高效小黑麦基因型(PI429186)和氮低效小黑麦基因型(CIxt74)为材料,设置4个氮素水
平0,0.25,0.50,和1.00gN/盆,探讨氮素供应对不同氮效率小黑麦各生育期 (苗期、分蘖期、拔节期和最佳刈割
时期-抽穗期)植株地上部生物量、叶片保护性酶活性和膜脂过氧化程度的影响。结果表明,1)在同一生育期同
一供氮条件下,氮高效小黑麦基因型地上部生物量显著高于氮低效基因型。在同一生育期,小黑麦地上部生物量
随供氮量的增加而增大,氮高效小黑麦基因型增加幅度大于氮低效基因型。2)氮高效小黑麦基因型的超氧化物歧
化酶(superxoidedismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)活性随生育期表现
出在同一供氮条件下强于氮低效基因型的趋势,而膜脂过氧化产物丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量显著低于
氮低效基因型小黑麦。3)相关分析表明,小黑麦地上部生物量与SOD、POD、CAT活性的相关性因生育期不同其
相关程度不一;地上部生物量与 MDA含量呈负相关关系。这表明氮高效小黑麦基因型叶片保护酶在各生育期通
过协同作用,共同起到阻止高浓度氧积累和膜脂过氧化,提高其光合性能,达到增产目的。
关键词:小黑麦;氮效率;叶片保护酶;膜脂过氧化
中图分类号:S816;S512.4  文献标识码:A  文章编号:10045759(2011)06009308
  叶片是植物进行光合作用的主要器官,作物全株光合产物的90%~95%来自光合作用,光合时间的长短主
要取决于叶片衰老的进程。自20世纪70年代,自由基伤害假说引入作物衰老研究以来活性氧自由基与作物衰
老关系的研究成为学者关注的焦点[1]。研究表明,当作物受到外界环境胁迫时,其清除活性氧自由基系统中的超
氧化物歧化酶(superxoidedismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)会迅速
启动,来共同抵抗外界胁迫带来的危害[2]。而活性氧毒害引发细胞膜脂过氧化产生的丙二醛(malondialdehyde,
MDA),其含量的高低亦可反应细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境胁迫反应的强弱[3]。氮是作物所需最多的营
养元素,其在作物的保护酶代谢中起着重要作用。作物抗性生理的有关研究表明,细胞中SOD、POD、CAT活性
和 MDA含量变化因供氮量、作物品种、生育期不同而有很大的差异。据刘连涛等[4]报道,氮素缺乏会引起棉花
(犌狅狊狊狔狆犻狌犿犺犻狉狊狌狋狌犿)丙二醛含量升高,加速叶片的衰老。魏海燕等[1]对不同氮利用效率水稻(犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪)的
研究表明,齐穗后的不同时期,氮高效水稻基因型的SOD、POD和CAT活性均显著高于氮低效基因型,而 MDA
的含量显著低于氮低效基因型。饲草作为畜牧业生产的物质基础,其产量的高低对作物-家畜综合系统的生产
力产生重要影响。当前,施用氮肥是增加饲草[5,6]与种子[7]产量、提高经济效益[8]、促进养分吸收[9]、改善品质[10]
的主要手段。然而随着施氮量的增加,产投比下降,这在降低氮肥利用效率,带来资源浪费的同时,也导致了水体
富营养化等一系列环境问题。已有的研究表明,作物在吸收利用氮素方面普遍存在着基因型差异[1315],这使得挖
掘作物自身吸收利用氮素的潜力,成为提高农田氮肥利用率、减少氮素损失的有效途径[16]。小黑麦(犜狉犻狋犻犮狅狊犲
犮犪犾犲)作为禾本科牧草中的优良种,在我国饲草中占有重要的地位[17]。目前针对小黑麦的研究多集中于品质[18]、
高产评价[19]、水盐胁迫[20,21]等方面,对于氮素供应对不同氮效率小黑麦基因型叶片保护酶活性和膜脂过氧化随
生育期变化的研究鲜见报道。因此,本研究拟通过研究供氮水平对不同氮效率小黑麦基因型在苗期、分蘖期、拔
第20卷 第6期
Vol.20,No.6
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
93-100
2011年12月
 收稿日期:20100916;改回日期:20101115
基金项目:国家自然科学基金(40901138),国家科技支撑计划子课题(2008BAD98B03)和四川省教育厅基金项目(07ZB063)资助。
作者简介:匡艺(1987),女,四川内江人,在读硕士。Email:kuangyigar@sina.com
通讯作者。Email:litinx@263.net
节期和最佳刈割时期-抽穗期[22]时叶片保护酶活性和膜脂过氧化的影响,以及它们与地上部生物量的相关性,
以期揭示不同氮效率小黑麦基因型对氮肥利用差异的可能原因及机理。
1 材料与方法
1.1 供试材料
依据2008-2009年的研究分类与评价,选取2个具有不同氮利用效率特征的小黑麦基因型为材料,分别为
氮低效利用基因型(CIxt74),氮高效利用基因型(PI429186)。盆栽用土为青衣江河流冲积物发育而来的潮土,采
自四川省雅安市雨城区大兴镇。其基本理化性质为:有机质9.07g/kg、全氮0.36g/kg、碱解氮25.74mg/kg、速
效磷9.45mg/kg、速效钾36.32mg/kg,pH6.12。所用尿素含N46.70%,磷酸二氢钾含P2O552.17%、含K2O
34.53%,硫酸钾含K2O53.94%;其中尿素为市场购买,磷酸二氢钾和硫酸钾为分析纯试剂。
1.2 试验处理
于2009-2010年在四川农业大学教学科研园有防雨设施的网室进行盆栽试验,试验所用盆体上口径27
cm,下口径20cm,高23cm,每盆装土15kg。据报道[23],150.00kgN/hm2 为小黑麦的最佳施氮量,故氮素处理
设0gN/盆(N0)、0.25gN/盆(N1)、0.50gN/盆(N2)、1.00gN/盆(N3)4个水平,分别相当于0,37.50,75.00
和150.00kgN/hm2。所有处理的磷、钾肥用量一致,按P2O50.60g/盆、K2O0.50g/盆施入。试验共8个处
理,每个处理重复20次,完全随机排列。其中60%氮肥和所有磷钾肥配制成溶液在播种前5d与土壤充分混匀,
其余40%氮肥作为追肥在拔节期施用。播种前选取饱满的种子,用50%多菌灵消毒后堆闷6h。2009年11月
25日播种,每盆播10粒种子,及时补种,于2009年12月29日,定苗为8株。全生育期进行病虫害防治并适时灌
溉,采用自然光照。
1.3 测定内容与方法
在小黑麦的苗期(出苗后47d)、分蘖期(出苗后82d)、拔节期(出苗后102d)和抽穗期(出苗后140d)进行采
样,每次采样每个处理取4次重复。采样时将盆栽土壤和植株倾盆倒出,以免破坏植株完整根系。采收后,先用
自来水洗净叶片表面灰尘和污物,然后用蒸馏水润洗,再用吸水纸将叶片附着的水分吸干。取同一盆中4株小黑
麦用于叶片和根系生理测定,其余4株用于植物含氮量和根系形态的测定。将用于测定叶片生理的样品剪碎、混
匀,液氮速冻后存于-80℃超低温冰箱中用于保护酶活性与膜脂过氧化产物的分析。用氮蓝四唑(NBT)法测定
SOD活性[24];愈创木酚法测定POD活性[25];过氧化氢法测定CAT活性[26];硫代巴比妥酸(TBA)法测定 MDA
含量[24]。将样品根系和地上部剪断分开,于烘箱中105℃杀青30min,将温度调至75℃烘干至恒重,然后测定其
干重。土壤基本理化性质采用常规分析方法[27]。
1.4 统计分析
采用Excel2003、唐启义和冯明光[28]的DPS数据处理系统进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 氮素对不同氮效率小黑麦基因型生物量的影响
各生育期小黑麦地上部生物量存在显著的基因型差异(表1)。氮高效小黑麦基因型在同一生育期的同一供
氮条件下,其地上部生物量显著高于氮低效基因型。就各生育期而言,氮高效基因型在苗期各供氮条件下,其地
上部生物量为氮低效基因型的1.12,1.93,1.64和1.67倍;分蘖期为氮低效基因型的1.18,1.02,1.27和1.30
倍;拔节期时为氮低效基因型的1.26,1.22,1.16和1.37倍;到最佳刈割时期-抽穗期为氮低效基因型的1.15,
1.09,1.16和1.21倍。针对同一小黑麦基因型,除苗期供试小黑麦基因型地上部生物量随供氮量的增加其增产
效果不明显外,其余各生育期地上部生物量随供氮量的增加而增大。在分蘖期、拔节期、抽穗期时,氮高效小黑麦
基因型在正常供氮条件下,其地上部生物量分别比不施氮条件增产84.49%,40.49%和40.43%;对氮低效基因
型而言,其地上部生物量分别比不施氮条件下增产66.87%,29.64%和33.15%。这表明,在正常供氮条件,氮高
效基因型随供氮量增加的增产效果大于氮低效基因型。
49 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.6
表1 氮素对不同氮效率小黑麦基因型地上部生物量的影响
犜犪犫犾犲1 犈犳犳犲犮狋狊狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀狅狀犫犻狅犿犪狊狊狅犳狊犺狅狅狋犻狀狋狉犻狋犻犮犪犾犲犵犲狀狅狋狔狆犲狊狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犖狌狊犲犲犳犳犻犮犻犲狀犮狔 g/株Plant
生育期Growthstage 基因型Genotype N0 N1 N2 N3
苗期Seedlingstage CIxt74 0.14aA 0.10bB 0.11bAB 0.10bB
PI429186 0.15aA 0.20aA 0.18aA 0.16aA
分蘖期Tileringstage CIxt74 0.40aD 0.48aC 0.54bB 0.66bA
PI429186 0.47aC 0.49aC 0.69aB 0.86aA
拔节期Jointingstage CIxt74 0.97bC 1.17bB 1.37bA 1.26bB
PI429186 1.22aD 1.44aC 1.58aB 1.72aA
抽穗期 Headingstage CIxt74 2.73bB 2.98bB 2.96bB 3.64bA
PI429186 3.14aC 3.26aBC 3.45aB 4.40aA
 注:N0、N1、N2和N3分别代表不施氮、低氮、中等供氮和正常供氮处理;数字后面不同小写字母表示同一生育期、同一供氮处理下不同小黑麦基因
型差异达5%显著水平;不同大写字母表示同一基因型小黑麦在同一生育期、不同供氮处理下差异达5%显著水平,下同。
 Note:N0,N1,N2andN3representthelevelwithnoNsupply,lowNsupply,middleNsupplyandnormalNsupplyrespectively;Differentsmal
lettersbehindthedatameangenotypicdifferencesignificantlyat5%levelinthesamegrowthstagewiththesameNtreatment;Anddifferentcapital
lettersmeanthedifferencesignificantlyat5%levelofthedifferentNtreatmentinthesamegrowthstageforthesametriticalegenotype,thesameas
below.
2.2 氮素对不同氮效率小黑麦基因型叶片保护酶活性的影响
2.2.1 氮素对不同氮效率小黑麦基因型叶片SOD活性的影响 SOD是植物体内清除活性氧自由基的关键酶,
能催化生物体内分子氧活化的第一中间产物———超氧自由基(O2·-)发生歧化反应,生成O2 和 H2O2,其活性大
小是植株衰老和抗性的良好指标。各生育期小黑麦SOD活性存在显著的基因型差异(表2),氮高效小黑麦基因
型在同一生育期的同一供氮条件下,SOD活性显著高于氮低效基因型。就各生育期而言,氮高效基因型在各供
氮条件下,其苗期SOD活性为氮低效基因型的1.08,1.03,1.18和1.31倍;分蘖期为氮低效基因型的1.13,
1.07,1.34和1.17倍;拔节期为氮低效基因型的1.20,1.25,1.19和1.10倍;到最佳刈割时期———抽穗期为氮
低效基因型的1.11,1.12,1.29和1.19倍。针对同一生育期同一小黑麦基因型,其SOD活性随供氮量的增加而
增强,且其活性在N2和N3条件下达到较强值。正常供氮条件下,小黑麦氮高效基因型在苗期、分蘖期、拔节期
和抽穗期时其SOD活性分别比不施氮条件下提高了26.43%,6.27%,23.04%和21.14%;而氮低效基因型,其
SOD活性分别比不施氮条件下提高了4.34%,2.38%,34.41%和13.29%。这表明,在正常供氮条件下,氮高效
基因型的SOD活性增强的能力强于氮低效基因型。
表2 氮素对不同氮效率小黑麦基因型叶片犛犗犇活性的影响
犜犪犫犾犲2 犈犳犳犲犮狋狊狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀狅狀犛犗犇犪犮狋犻狏犻狋狔狅犳犾犲犪犳犻狀狋狉犻狋犻犮犪犾犲犵犲狀狅狋狔狆犲狊狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犖狌狊犲犲犳犳犻犮犻犲狀犮狔 U/gFW
生育期Growthstage 基因型Genotype N0 N1 N2 N3
苗期Seedlingstage CIxt74 42.52aAB 46.39aA 41.56bB 44.36bAB
PI429186 46.10aB 47.94aB 49.12aB 58.28aA
分蘖期Tileringstage CIxt74 40.08bC 45.25bAB 48.90bA 41.03bBC
PI429186 45.27aB 48.40aB 65.68aA 48.11aB
拔节期Jointingstage CIxt74 41.03bC 47.08aBC 51.59bAB 55.15bA
PI429186 49.26aB 59.06aA 61.50aA 60.62aA
抽穗期 Headingstage CIxt74 45.88bB 54.82bA 58.68bA 51.97bAB
PI429186 51.10aC 61.31aB 75.52aA 61.91aB
59第20卷第6期 草业学报2011年
2.2.2 氮素对不同氮效率小黑麦基因型叶片POD活性的影响 POD是细胞防御活性氧毒害酶系统的成员之
一,能催化H2O2 氧化其他底物以清除H2O2。各生育期小黑麦POD活性存在显著的基因型差异(表3),并呈先
下降后上升的趋势。除苗期和分蘖期,氮高效小黑麦基因型在同一生育期的同一供氮条件下,POD活性基本表
现出显著高于氮低效基因型。就各生育期而言,氮高效基因型在各供氮条件下,在苗期时SOD活性为氮低效基
因型的1.02,0.78,0.76和0.72倍;分蘖期为氮低效基因型的0.91,1.26,0.96和0.83倍;拔节期时为氮低效基
因型的0.95,1.04,1.23和0.99倍;到最佳刈割时期———抽穗期为氮低效基因型的1.11,1.06,1.25和1.10倍。
针对同一生育期同一小黑麦基因型,其SOD活性随供氮量的提高,规律性不明显。正常供氮条件下,分蘖期和抽
穗期时,小黑麦氮高效基因型SOD活性分别比不施氮条件下提高了4.94%和7.07%,在苗期和拔节期时下降了
12.41%和0.15%;而对氮低效基因型而言,其SOD活性在苗期、分蘖期和抽穗期时分别比不施氮条件下提高了
24.07%,16.20%和8.31%,在拔节期时下降了4.04%。这表明在不同生育期,供氮对POD活性的影响不一致。
表3 氮素对不同氮效率小黑麦基因型叶片犘犗犇活性的影响
犜犪犫犾犲3 犈犳犳犲犮狋狊狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀狅狀犘犗犇犪犮狋犻狏犻狋狔狅犳犾犲犪犳犻狀狋狉犻狋犻犮犪犾犲犵犲狀狅狋狔狆犲狊
狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犖狌狊犲犲犳犳犻犮犻犲狀犮狔 △OD470/(gFW·min)
生育期Growthstage 基因型Genotype N0 N1 N2 N3
苗期Seedlingstage CIxt74 592.30aB 615.69aB 658.58aAB 734.88aA
PI429186 603.26aA 478.31bB 502.39bB 528.38bAB
分蘖期Tileringstage CIxt74 399.68aB 663.58bA 424.96aB 464.41aB
PI429186 365.16aB 837.52aA 409.76aB 383.21aB
拔节期Jointingstage CIxt74 463.75aB 494.10aA 420.65bC 445.01aB
PI429186 441.91aB 515.59aA 515.59aA 441.24aB
抽穗期 Headingstage CIxt74 955.21aC 981.03aBC 1141.00bA 1034.58bB
PI429186 1064.66aB 1043.55aB 1426.81aA 1139.98aB
2.2.3 氮素对不同氮效率小黑麦基因型叶片CAT活性的影响 CAT能够催化 H2O2 分解为 H2O与O2,使得
H2O2 不至于与O2 在铁螯合作用下反应生成非常有害的·OH,是植物体内主要的保护酶之一。各生育期小黑
麦CAT活性存在显著的基因型差异(表4),氮高效小黑麦基因型在同一生育期的同一供氮条件下,CAT活性基
本表现出显著高于氮低效基因型。就各生育期而言,氮高效基因型在各供氮条件下,在苗期时SOD活性为氮低
效基因型的1.71,2.09,1.60和2.10倍;分蘖期为氮低效基因型的1.46,2.25,2.11和1.71倍;拔节期时为氮低
效基因型的1.04,1.85,1.38和1.48倍;到最佳刈割时期———抽穗期为氮低效基因型的1.44,1.54,1.45和2.08
倍。针对同一小黑麦基因型,CAT活性在苗期随供氮量的增加先下降后上降,而在分蘖期和抽穗期时其活性随
供氮量的增加而加强,在拔节期时,则为先上升后下降。正常供氮条件下,小黑麦氮高效基因型在分蘖期、拔节期
和抽穗期时其CAT活性分别比不施氮条件下提高了126.07%,80.48%和247.37%,在苗期时下降了17.76%;
而氮低效基因型,其CAT活性分别比不施氮条件下提高了92.67%,26.70%和96.78%,苗期时下降了33.81%。
这表明虽然在苗期,氮高效基因型的CAT活性在正常供氮条件下,其活性较不供氮下降,但是其降幅较氮低效
基因型低,而在分蘖期、拔节期和抽穗期时,其活性较低效基因型提高明显。
2.3 氮素对不同氮效率小黑麦基因型叶片 MDA含量的影响
MDA是植物在逆境和衰老过程中膜脂过氧化作用的产物,其含量常用来衡量膜脂过氧化的程度。小黑麦
MDA随着生育期,其含量逐渐增加。同一生育期同一供氮条件下,氮高效小黑麦基因型叶片中 MDA含量低于
或显著低于氮低效基因型(表5)。就各生育期而言,氮高效基因型在各供氮条件下,在苗期时,MDA含量较氮低
效基因型降低了1.03%,9.52%,35.20%和33.86%;分蘖期除N2供氮条件下,氮高效基因型MDA含量高于氮
低效基因型外,其余各供氮条件较氮低效基因型分别降低了17.50%,8.75%和72.41%;拔节期时较氮低效基因
69 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.6
型降低了18.49%,23.75%,19.48%和15.89%;到最佳刈割时期———抽穗期较氮低效基因型降低了33.35%,
14.99%,24.22%和23.57%。针对同一生育期同一小黑麦基因型,其 MDA含量随供氮水平的升高而降低。正
常供氮条件下,小黑麦氮高效基因型在苗期、分蘖期、拔节期和抽穗期时其 MDA含量分别比不施氮条件下降了
63.54%,79.41%,43.96%和39.54%;而氮低效基因型,其 MDA 含量分别比不施氮条件下降了45.44%,
38.42%,45.70%和30.98%。这表明,在氮高效基因型膜脂过氧化程度较氮低效基因型低,在逆境胁迫下细胞
受伤害较小。
表4 氮素对不同氮效率小黑麦基因型叶片犆犃犜活性的影响
犜犪犫犾犲4 犈犳犳犲犮狋狊狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀狅狀犆犃犜犪犮狋犻狏犻狋狔狅犳犾犲犪犳犻狀狋狉犻狋犻犮犪犾犲犵犲狀狅狋狔狆犲狊
狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犖狌狊犲犲犳犳犻犮犻犲狀犮狔 U/(gFW·min)
生育期Growthstage 基因型Genotype N0 N1 N2 N3
苗期Seedlingstage CIxt74 3.49bA 1.54bD 1.86bC 2.31bB
PI429186 5.97aA 3.23aB 2.99aB 4.91aA
分蘖期Tileringstage CIxt74 1.79aB 1.83bB 2.59bAB 3.44bA
PI429186 2.60aB 4.12aAB 5.46aA 5.88aA
拔节期Jointingstage CIxt74 2.17aB 2.48bB 5.03aA 2.75bB
PI429186 2.26aB 4.59aAB 6.93aA 4.08aAB
抽穗期 Headingstage CIxt74 2.59bB 3.16aB 5.30bA 6.22bA
PI429186 3.72aD 4.89aC 7.66aB 12.93aA
表5 氮素对不同氮效率小黑麦基因型叶片 犕犇犃含量的影响
犜犪犫犾犲5 犈犳犳犲犮狋狊狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀狅狀犕犇犃犮狅狀狋犲狀狋狅犳犾犲犪犳犻狀狋狉犻狋犻犮犪犾犲犵犲狀狅狋狔狆犲狊
狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犖狌狊犲犲犳犳犻犮犻犲狀犮狔 μmol/mgFW
生育期Growthstage 基因型Genotype N0 N1 N2 N3
苗期Seedlingstage CIxt74 0.60aA 0.70aA 0.67aA 0.33aB
PI429186 0.60aA 0.63aA 0.43bAB 0.22aB
分蘖期Tileringstage CIxt74 0.84aA 0.78aAB 0.65aBC 0.52aC
PI429186 0.70bA 0.71aA 0.78aA 0.14bB
拔节期Jointingstage CIxt74 0.93aA 0.96aA 0.75aB 0.50aA
PI429186 0.75bA 0.74bA 0.61bB 0.42bC
抽穗期 Headingstage CIxt74 2.27aA 1.74aB 1.45aC 1.20aC
PI429186 1.51bA 1.48bA 1.10bB 0.92bB
2.4 小黑麦叶片保护酶活性、膜脂过氧化与生物量的相互关系
小黑麦保护酶活性及膜脂过氧化产物 MDA含量不仅存在显著的基因型差异,同时与小黑麦地上部生物量
有着密切的相互关系。小黑麦地上部生物量与叶片中SOD、POD、CAT活性存在的相关性因生育期不同,而有
不同的体现(表6)。在苗期,POD活性与地上部生物量呈极显著的负相关关系;分蘖期时,CAT活性与地上部生
物量呈极显著正相关关系,到了拔节期时其叶片中SOD和CAT活性与地上部生物量达显著和极显著正相关关
系,而到抽穗期时,CAT活性与地上部生物量呈极显著正相关关系。除苗期外,MDA含量与地上部生物量呈显
著或极显著负相关关系。由此表明,小黑麦保护性酶系统中的SOD、POD和CAT是一个清除活性氧自由基的
体系,清除活性氧自由基是其共同作用的结果,其清除能力也因生育时期不同各异。由于氮高效基因型SOD、
POD、CAT在各生育期具有较高的活性,更能及时清除活性氧自由基,有效的阻止高浓度氧的积累和膜脂过氧
化,降低叶片受损伤程度,提高其光合性能。因此,使其生产出更多的光合产物,增进物质积累,从而利于其提高
氮素利用效率。
79第20卷第6期 草业学报2011年
3 讨论
在植物体内存在SOD、POD、CAT等一系列保护
酶,它们能够在逆境胁迫中维持活性氧的代谢平衡并
保护细胞膜结构,协同抵御不良环境的胁迫,保证植物
正常生长。MDA作为细胞膜脂过氧化产物之一,其
含量的多少反应细胞受损的程度。因而,通常情况下
将抗氧化酶活性和 MDA含量视为作物在忍受逆境胁
迫的生理指标[29]。已有的研究表明[2],作物叶片中抗
氧化酶系统存在品种差异,且其活性高低受到生育期
的影响。本试验条件下,不同氮利用效率小黑麦基因
型的保护酶活性存在显著的基因型差异。除苗期
POD活性外,氮高效小黑麦基因型叶片中SOD、
表6 小黑麦叶片保护酶活性、膜脂过氧化
与生物量的相互关系
犜犪犫犾犲6 犚犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆狊犫犲狋狑犲犲狀犫犻狅犿犪狊狊狅犳狊犺狅狅狋犪狀犱
狆狉狅狋犲犮狋犻狏犲犲狀狕狔犿犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊,犾犻狆犻犱狆犲狉狅狓犻犱犪狋犻狅狀
狅犳犾犲犪犳犻狀犜狉犻狋犻犮犪犾犲犵犲狀狅狋狔狆犲狊
生育期Growthstage SOD POD CAT MDA
苗期Seedlingstage 0.50 -0.93 0.47 -0.14
分蘖期 Tileringstage 0.39 -0.31 0.85 -0.84
拔节期Jointingstage 0.93 0.11 0.73 -0.76
抽穗期 Headingstage 0.41 0.34 0.95 -0.84
 注:和表示5%和1%水平上显著相关。
 Note:anddenotesignificantcorrelationat5%and1%level.
POD、CAT活性在各生育期的同一供氮条件下显著高于氮低效基因型。同时,其活性随供氮量增加的幅度大于
氮低效基因型。与保护酶活性相反,氮高效小黑麦基因型叶片膜脂过氧化产物 MDA含量在同一生育期同一供
氮条件下显著低于氮低效基因型。针对同一生育时期而言,氮高效小黑麦基因型随供氮量的增加,其细胞受损害
的程度较氮低效基因型明显降低。由此说明,与氮低效基因型相比,氮高效小黑麦基因型叶片中活性氧清除酶系
统能及时清除活性氧自由基,有效的阻止高浓度氧的积累和膜脂过氧化作用,从而降低叶片的损伤程度,这与相
关学者对水稻的研究结果一致[1]。正常情况下,细胞自由基活性氧的产生和清除处于动态平衡状态,这些产物的
浓度很低不会引起伤害[2]。但是当出现胁迫状况时,这一动态平衡就受到破坏,此时,作物就会启动相应的抗氧
化系统来阻止细胞膜脂过氧化,减弱其受损程度。本研究表明,SOD、POD、CAT活性均能对地上部生物量产生
影响,但其作用大小受生育时期的影响。表现为,SOD活性大小在拔节期时,与地上部生物量呈极显著正相关关
系;POD活性大小在苗期时与地上部生物量呈极显著负相关关系,CAT则在分蘖期、拔节期和抽穗期时与地上
部生物量呈显著或极显著正相关关系。由于苗期时,氮高效基因型地上部生物量在各供氮条件下大于氮低效基
因型,说明氮高效小黑麦基因型在苗期时,其抵抗外界胁迫的能力较强,叶片受损程度相对较小,所以其POD活
性可能就没有达到较强值,用于保护其可能受到的损伤。而对于氮低效小黑麦基因型,由于其对氮素吸收和利用
的能力较弱,故在苗期时,就表现出细胞受到损害的情况,故其清除活性氧自由基的POD酶启动,表现出其活性
显著高于氮高效基因型。因此,这时表现出POD活性在苗期时与地上部生物量呈显著负相关关系。随着小黑麦
的生长,表现出SOD、POD、CAT协同作用,共同清除活性氧自由基,从而降低 MDA含量,达到保护叶片生理功
能,提高产量的作用。
4 结论
氮高效小黑麦基因型(PI429186)在各生育期的同一供氮条件下,其地上部生物量显著高于氮低效小黑麦基
因型(CIxt74)。在同一生育期,小黑麦地上部生物量随供氮水平的增加而增大,氮高效基因型在正常供氮条件
下,其生物量在分蘖期、拔节期和抽穗期分别较不施氮条件下增加了84.49%,40.49%和40.43%;而氮低效基因
型增加了66.87%,29.64%和33.15%,其增产效果小于氮高效基因型。除苗期POD活性在各条件下氮高效小
黑麦基因型低于氮低效小黑麦基因型,氮高效基因型小黑麦的SOD、POD、CAT活性在各生育期的同一供氮条
件下,其保护酶活性高于氮低效小黑麦基因型,而 MDA含量显著低于氮低效小黑麦基因型。相关分析表明,小
黑麦地上部生物量与SOD、POD、CAT活性的相关性因生育期不同其相关性不一。SOD活性在拔节期时与地上
部生物量呈极显著正相关,POD活性在苗期时与地上部生物量呈极显著负相关,CAT则在分蘖期、拔节期和抽
穗期时与地上部生物量呈显著或极显著正相关;而与 MDA含量在分蘖期、拔节期和抽穗期时呈显著或极显著负
相关。
89 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.6
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99第20卷第6期 草业学报2011年
犈犳犳犲犮狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀狅狀狆狉狅狋犲犮狋犻狏犲犲狀狕狔犿犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犪狀犱犾犻狆犻犱狆犲狉狅狓犻犱犪狋犻狅狀犻狀
狋狉犻狋犻犮犪犾犲犵犲狀狅狋狔狆犲狊狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犖狌狊犲犲犳犳犻犮犻犲狀犮狔
KUANGYi1,2,LITingxuan1,YUHaiying1
(1.ColegeofResourcesandEnvironmentalScience,SichuanAgricultureUniversity,Yaan625014,China;
2.EnvironmentalMonitorStationofWeiyuanCounty,SichuanProvince,Weiyuan642450,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Toelucidatetheeffectofnitrogenonbiomassofshoot,protectiveenzymeactivitiesandlipidperoxi
dationintriticaleleavesatdifferentgrowingstages(seeding,tilering,jointingandheading),apotexperiment
wascarriedoutusingfourNlevels(0,0.25,0.50and1.00gN/pot)withtwotriticalegenotypes,oneofhigh
Nuseefficiency(P1429186)andoneoflowNuseefficiency(Clxt74).1)AtthesameNlevels,shootbiomass
ofP1429186wassignificantlygreaterthanthatofClxt74atdifferentgrowthstages.Atthesamegrowthsta
ges,shootbiomasswasgreaterwhenmoreNwassupplied,andtheincreasingcapacityofP1429186wasmuch
greaterthanthatofClxt74.2)Duringseeding,theactivitiesofsuperxoidedismutase(SOD),peroxidase
(POD),andcatalase(CAT)inleavesofP1429186weregreaterthaninClxt74atthesameNlevels.Contrari
ly,malondialdehyde(MDA)contentwassignificantlylowerinP1429186thaninClxt74.3)Correlationanaly
sisshowedthatshootbiomasshadvariouscorrelationswiththeactivitiesofSOD,POD,andCATinleavesof
triticaleatdifferentgrowthstages,andhadanegativecorrelationwithMDAcontent.Thisindicatedthat,the
protectiveenzymesofP1429186cancooperatewitheachothertoeliminatereactiveoxygenspecies,therebyin
hibitingmembranelipidperoxidationtoincreasephotosynthesisandyield.
犓犲狔狑狅狉犱狊:triticale(犜狉犻狋犻犮狅狊犲犮犪犾犲);Nuseefficiency;protectiveenzymeactivity;lipidperoxidation
001 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.6