鉬\\(Mo\\)是植物必需的礦質營養元素,作為硝酸還原酶的成分參與到植物體內氮的代謝過程,可以增強植物的光合作用,促進植物體的呼吸代謝作用及繁殖器官的發育。Mo可以稱作蔬菜的品質元素,施Mo可以提高蔬菜Vc含量、可溶性蛋白含量。
同時,Mo還是逆境防御元素,可以增強作物對多種逆境的防御能力,例如施Mo能提高冬小麥的抗寒力、增強大麥對水分脅迫的防御能力以及緩解鎢對萵苣的毒害作用。從中國鹽漬化土壤分布圖可以看出,中國的鹽漬化土壤面積約有1億hm2,分布在我國的多個糧食和蔬菜主產區,而且其中有些地區還伴隨著Mo的缺乏。不僅如此,中國約有2/3的土壤缺硒\\(Se\\)。Se同樣也被稱為逆境防御元素,施用Se肥也能提高作物對多種逆境的防御能力。如果在生產富硒蔬菜的同時又能兼顧提高蔬菜對鹽漬化的防御能力,將會是一種很好的蔬菜生產模式。因此,研究鉬\\(Mo\\)、硒\\(Se\\)單施和配施對緩解小白菜鹽脅迫的效應既豐富和發展了植物Mo、Se研究理論,又在大田生產上有著重要的實踐意義。本研究以小白菜\\(Brassica chinensisL.\\)為研究對象,從抗氧化作用、滲透調節作用等方面考察鉬\\(Mo\\)、硒\\(Se\\)單施和配施對鹽脅迫下小白菜生長的影響,旨在探明鉬\\(Mo\\)、硒\\(Se\\)單施和配施對鹽脅迫下小白菜的生長是否有著緩解作用以及是否能兼顧到生產富硒蔬菜。
1、材料與方法
1.1供試材料
試驗采用盆栽方式進行,供試小白菜為上海青\\(Brassica chinensisL.\\),試驗地點為華中農業大學微量元素研究中心盆栽場。供試土壤為采自武漢市新洲區的酸性黃棕壤,其中有機質含量2.06%、堿解N72.37mg/kg、速效P31.38mg/kg、速效K48.86mg/kg、pH值4.6、有效Mo0.09mg/kg、有效Se11.52μg/kg。試驗時每盆盛土6.0kg,大量元素肥料純N、P2O5、K2O的用量分別為0.20、0.15、0.20g/kg,肥源依次為尿素、NH4H2PO4和KCl;每千克土壤中加入1mL缺Mo的Arnon營養液\\(1000倍\\)作為微量元素肥料。
1.2試驗設計
正常生長環境和鹽脅迫生長環境均設4個處理,即CK、0.3mg/kgMo\\(Mo0.3\\)、0.4mg/kgSe\\(Se0.4\\)和0.3mg/kgMo+0.4mg/kgSe\\(Mo0.3Se0.4\\),分別以\\(NH4\\)2MoO4·4H2O\\(鉬酸銨\\)和Na2SeO3\\(亞硒酸鈉\\)為肥源,各處理重復8次,出苗后1周每盆定苗8株。大量元素肥料及微量元素肥料在播種前均配成溶液一次性施入土壤,整個生長期內采用去離子水澆灌,置于玻璃鋼棚內防止雨水淋洗。鹽脅迫采用分步脅迫的方式進行,分別在出苗后第10天、第20天和第30天添加500mL0.8%的NaCl溶液。
1\\)養分含量測定。取各處理相同部位的小白菜葉片,用去離子水迅速洗凈并按待測指標個數分別裝于盛有液氮的取樣盒內,然后轉存于超低溫冰箱\\(-80℃\\)內以待分析。各處理剩余的4個重復用去離子水洗凈后,先在105℃殺青30min,然后于65℃烘干至恒質量,最后樣品經粉碎過篩后測定養分含量。
2\\)胡蘿卜素\\(CAR\\)、可溶性蛋白、抗壞血酸\\(ASA\\)、脯氨酸含量、可溶性糖含量及膜透性的測定。胡蘿卜素含量采用乙醇提取比色法測定,可溶性蛋白采用考馬斯亮藍法測定,抗壞血酸含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測定,脯氨酸含量采用茚三酮比色法測定,可溶性糖采用蒽酮比色法測定,膜透性采用電導法測定。
3\\)抗氧化酶活性測定。POD活性采用愈創木酚法測定,CAT活性采用紫外吸收法測定,SOD活性采用NBT法測定,上述指標均參考李合生的方法測定。
4\\)GSH的測定。稱0.5g小白菜樣品加入5mL5%的三氯乙酸研磨,10000r/min下離心10min。取離心后的上清液0.25mL,加入0.18mLDTNB和2.6mL150mmol/L的NaH2PO4,以磷酸緩沖液作對照,30℃保溫反應5min,分光光度計測定412nm的吸光度,根椐標準曲線計算樣品中GSH含量。
5\\)Mo、Se、K、Na、Ca和Mg的測定。小白菜Mo含量采用催化極譜法測定;植株內Se含量采用原子熒光氫化物發生法測定。小白菜樣品經消化后,溶液中的K+、Na+采用火焰光度法測定,Ca2+、Mg2+采用原子吸收分光光度法測定。
1.3數據處理
使用Excel2003進行數據處理,Sigmaplot10.0作圖,各因素主效應分析采用F-test法,處理平均值的多重比較采用Duncan-test\\(P<0.05\\)法。
方差分析中,F\\(NaCl\\)表示鹽脅迫的效應,F\\(Mo\\)表示Mo的主效應,F\\(Se\\)表示Se的主效應,F\\(NaCl×Mo\\)表示Mo和NaCl的交互作用,F\\(NaCl×Se\\)表示Se和NaCl的交互作用,F\\(NaCl×Mo×Se\\)表示Mo、Se及NaCl之間的交互作用,其中*和**分別表示F值檢驗顯著性P<0.05和P<0.01,圖中不同小寫字母表示差異顯著性P<0.05。
2、結果與分析
2.1Mo、Se單施及配施對小白菜產量的影響
鹽脅迫導致小白菜產量顯著\\(P<0.01\\)降低,單施Mo及Mo、Se配施不但顯著地\\(P<0.05\\)提高了正常生長環境下小白菜的產量,而且也顯著地提高了鹽脅迫下小白菜的產量。同時也可以看出,單獨施Se雖然提高了正常生長及脅迫環境下小白菜的產量,但均未達到顯著水平\\(圖1\\)。單施Mo及Mo、Se配施對小白菜產量提高的幅度基本相當,因此,Mo、Se配施并沒有表現出顯著的交互作用。結果表明,鹽脅迫下小白菜遭受了嚴重的逆境傷害,而Mo、Se配施則對其有一定的緩解作用。
2.2Mo、Se單施及配施對小白菜Mo、Se含量的影響
鹽脅迫顯著降低了小白菜Mo的含量,而施Mo同時顯著提高了正常生長條件下和鹽脅迫條件下小白菜體內Mo的含量,改善了小白菜的Mo營養水平;Mo、Se配施不但顯著促進了正常生長條件下小白菜對Mo的吸收,而且也促進了鹽脅迫條件下小白菜對Mo的吸收\\(圖2A\\)。盡管鹽脅迫降低了正常生長條件下和鹽脅迫條件下小白菜體內Se的含量,但是施Se同時提高了正常生長條件下和鹽脅迫下小白菜Se的含量\\(圖2B\\);Mo、Se配施同時促進了正常生長及脅迫環境下小白菜對Se的吸收,增加了Se的含量。
Mo、Se配施對小白菜Mo含量及Se含量均表現出了顯著的交互作用。結果表明,施用Mo、Se可以很好地改善鹽脅迫下小白菜的Mo、Se營養水平。
2.3Mo、Se單施及配施對小白菜細胞膜透性的影響
鹽脅迫條件下細胞膜遭受到一定的損傷,對離子的選擇透過性降低,增加了電解質的外滲。施Mo、施Se以及二者配施對正常生長環境下小白菜細胞膜透性影響不大,而施Mo及Mo、Se配施對鹽脅迫下小白菜電解質的外滲有著緩解作用,有利于維持細胞膜的完整性,增強了小白菜細胞膜的選擇透過能力,同時也可以看出單獨施Se雖然對降低鹽脅迫下小白菜電解質外滲有一定的作用,但并不顯著\\(圖3\\)。結果表明,施Mo及Mo、Se配施有利于維持細胞膜的完整性。
2.4Mo、Se單施及配施對小白菜抗氧化系統的影響
1\\)Mo、Se單施及配施對小白菜抗氧化酶活性的影響\\(圖4A-C\\)。鹽脅迫對超氧化物歧化酶\\(SOD\\)的活性有著顯著的影響,同時施Mo也顯著地提高了鹽脅迫條件下小白菜體內SOD的活性,施Se以及Mo、Se配施沒有影響到脅迫條件下小白菜SOD的活性。施Mo、施Se以及Mo、Se配施提高了鹽脅迫條件下小白菜體內過氧化物酶\\(POD\\)的活性,施Mo以及Mo、Se配施的處理達到了顯著水平。施Mo以及Mo、Se配施顯著地降低了正常生長條件下小白菜體內過氧化氫酶CAT的活性,施Se對CAT活性影響不大;但是施Mo顯著提高了鹽脅迫條件下小白菜體內過氧化氫酶\\(CAT\\)的活性,施Se以及Mo、Se配施則對其影響不大,說明施Mo及Mo、Se配施對提高抗氧化酶類活性效果較好,能增強小白菜的抗氧化能力。
2\\)Mo、Se單施及配施對小白菜非酶類抗氧化物質含量的影響\\(圖4D-F\\)。Mo、Se配施對正常生長條件下小白菜抗壞血酸\\(ASA\\)的含量有著顯著的提高作用,而施Se以及Mo、Se配施對鹽脅迫下小白菜ASA含量也有著較好的提高作用。施Mo以及Mo、Se配施對增加正常生長條件下小白菜胡蘿卜素\\(CAR\\)的含量較為有效,但施Se并沒有顯著效果;鹽脅迫致使小白菜CAR含量顯著地降低,施Mo、施Se以及Mo、Se配施對鹽脅迫下CAR含量的提升雖然有一定的效果但并不顯著。施Mo、施Se以及Mo、Se配施對提高鹽脅迫下小白菜GSH均有較好的效果,特別是施Mo以及Mo、Se配施效果最佳。結果表明,Mo、Se配施對提高非酶類抗氧化物質含量大多有著較好的效果。
2.5Mo、Se單施及配施對小白菜滲透調節系統的影響
Mo、Se單施及配施對小白菜有機滲透調節物質含量的影響見圖5。施Mo以及Mo、Se配施對提高鹽脅迫下小白菜可溶性糖的含量效果較好;施Mo及Mo、Se配施在一定程度上增加鹽脅迫條件下小白菜可溶性蛋白的含量,并且單獨施Mo處理可溶性糖含量得到了顯著地提高。施Mo、施Se以及Mo、Se配施對正常生長環境下小白菜可溶性蛋白含量有著提高作用,而且施Mo及Mo、Se配施的處理達到了顯著水平;施Se以及Mo、Se配施對提高鹽脅迫下小白菜可溶性蛋白的含量也較為有效。
脅迫環境導致小白菜脯氨酸含量大量累積,而施Mo、施Se以及Mo、Se配施又能增加鹽脅迫下小白菜脯氨酸含量。因此,單施Mo及Mo、Se配施對提高鹽脅迫下小白菜的滲透調節能力較為有效,從而有助于小白菜對水分的吸收。
Mo、Se單施及配施對小白菜無機滲透調節離子含量的影響\\(圖6\\)。施加氯化鈉導致了小白菜K+的顯著降低,但是施Mo、施Se以及Mo、Se配施增加了鹽脅迫下小白菜體內K+的含量,并且施Mo及施Se的處理達到了顯著水平。鹽脅迫提高了小白菜體內Na+的含量,而施Mo及Mo、Se配施的處理顯著降低了鹽脅迫條件下小白菜體內Na+的含量,施Se雖然對鹽脅迫下小白菜體內Na+含量有一定的降低作用但并不顯著。施Mo、施Se以及Mo、Se配施對鹽脅迫下小白菜Ca2+、Mg2+的含量均有著一定的提升作用。結果表明,Mo、Se配施有利于維持鹽脅迫下小白菜體內滲透調節離子含量進而增強保持滲透調節平衡的能力。
3、討論
鹽脅迫會顯著地抑制作物生長,導致作物產量大幅地降低,作物的抗逆性得到提高后生長狀況就會得到好轉,因此,能否增加作物的產量及生物量就成為判斷植物對逆境防御能力強弱的重要標準。
本研究發現施Mo、施Se以及Mo、Se配施對鹽脅迫下小白菜的產量有著提高作用,以單施Mo及Mo、Se配合施用的處理效果最好,說明在該處理下小白菜抵御鹽脅迫的能力有了一定程度的增強。本試驗中鹽脅迫同時降低了小白菜體內Mo、Se的含量,可能是在鹽脅迫環境下植物根系活力降低進而對養分元素的吸收能力變弱。
Mo是植物所必需的營養元素,施Mo可以提高小白菜的Mo營養水平,有利于保持正常的生長代謝;施Se也顯著增加了鹽脅迫下小白菜體內Se的含量。因此,從小白菜產量和Mo、Se含量上可以推斷出Mo、Se配施增強了小白菜的抗鹽脅迫能力。
植物在正常環境中生長時,植物體內產生的自由基相對較少,而且抗氧化系統的清除速率與自由基的產生速率基本相當,但是在植物遭受逆境時這個相對穩定的平衡狀態就會被打破。清除這類活性氧自由基的物質包括抗氧化酶類物質如SOD、POD以及CAT等,此外還有一些非酶物質如ASA、GSH和CAR等,這個由酶類和非酶類物質組成的抗氧化系統對增強小白菜鹽脅迫的抗性能力至關重要。本研究中施Mo能提高鹽脅迫下小白菜體內SOD、POD和CAT的活性,而施Se以及Mo、Se配施的處理對這3種抗氧化酶活性影響不大,但是施Se以及Mo、Se配施卻增強了小白菜細胞膜的選擇透過性,這可能是因為Se自身的抗氧化能力具有較強的自由基清除功能,進而使得小白菜體內活性氧代謝維持在較低水平,而這3種抗氧化酶又是誘導酶,它們易受逆境環境下所產生自由基的誘導,因此,施Se以及Mo、Se配施的處理并沒有增強這3種酶的活性。
非酶類抗氧化物質ASA對增強小白菜的抗氧化能力也十分重要。本試驗中施Se以及Mo、Se配施的處理對鹽脅迫下小白菜ASA含量均有著提高作用。研究表明,Mo能促進抗壞血酸的代謝循環,因此,施Mo可以提高ASA的含量。植物體內不同價態的Se本身就是很好的抗氧化物質,對清除自由基較為有效,可以減少ASA在清除自由基中的消耗量,進而增加了小白菜ASA的含量。在光合作用中具有吸收并傳遞光電子作用的胡蘿卜素CAR同樣也具有較強的抗氧化防御能力,施Mo、施Se以及Mo、Se配施同樣也提高了鹽脅迫下小白菜體內CAR的含量。
GSH能夠清除H2O2和修復細胞膜損傷,施Mo、施Se以及Mo、Se配施對鹽脅迫下小白菜體內GSH含量有提高作用。因此,Mo、Se配施可以通過提高小白菜抗氧化酶活性和非酶類抗氧化物質含量來增強小白菜在鹽脅迫環境下清除活性氧自由基的能力。
在鹽脅迫環境下植物根系吸收水分的能力大小是決定植物能否正常生長的關鍵因素,外界鹽分濃度大、滲透壓高,植物細胞失水,造成植物根系吸水困難。此時,為了緩解組織細胞內的滲透脅迫,植物需要進行滲透勢的調節,加強一些小分子有機物溶質的合成代謝如脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等。研究發現,施Mo能提高鹽脅迫下小白菜體內可溶性糖及脯氨酸含量,而施Se的處理能提高鹽脅迫下小白菜體內可溶性蛋白及脯氨酸的含量,而Mo、Se配施的處理能同時提高小白菜可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸的含量。維持較高的鉀鈉比值是植物具有較強抗鹽脅迫能力的重要生理特征,K+、Na+的離子半徑及水合能較為相似,因此,Na+會與K+競爭質膜上的結合位點,有著較高的鉀鈉比值暗示著植物體內K+競爭結合位點的能力更強。小白菜對鹽脅迫的防御能力就取決于能否保特較高的K+含量和限制較多的Na+進入植物體,鉀鈉比是用來判斷植物抗鹽能力強弱的重要參照標準。本研究中,施Mo、施Se以及Mo、Se配施提高了鹽脅迫下小白菜K+的含量降低了Na+的含量,進而提高了小白菜的鉀鈉比,增強了小白菜對鹽脅迫的防御能力。研究表明,Mo可以影響ABA的代謝,進而誘導基因GhNHX1的表達,而該基因表達的產物正是可以外排Na+的Na+/H+反向轉運子。當植物感知到逆境信號時,細胞質中Ca2+濃度會發生變化,進而誘導鈣調蛋白CAM活性變化,做出相應的生理調節。在鹽脅迫時,Na+可以置換下質膜上的Ca2+,置換下的Ca2+進入細胞組織后,組織內的游離鈣就會增多,Ca-CAM復合體的代謝調節功能就會紊亂。不僅如此,Ca2+還具有穩定細胞膜的作用,Ca2+的缺失還會降低細胞膜的選擇透過性。
Mg作為葉綠素a和葉綠素b卟啉環的中心原子,在葉綠素合成過程中有著重要的作用,缺Mg會直接導致光合作用的降低,進而會影響到鹽脅迫下抵御有害脅變所消耗的物質和能量供應。本試驗中施Mo、施Se以及Mo、Se配施對鹽脅迫下小白菜體內Ca2+、Mg2+的含量均有提高作用。因此,Mo、Se配施可以通過增強小白菜的滲透調節作用來提高小白菜對鹽脅迫的防御力。
參考文獻：
[1]趙秋芳,胡承孝,孫學成.冬小麥不同鉬效率品種鉬吸收差異及其與根系形態特征的關系[J].華中農業大學學報,2013,32\\(2\\):67-71.
