UV-B辐射和施氮对满江红生长、矿质营养和抗氧化生理的影响.docx

? ? UV-B辐射和施氮对满江红生长、矿质营养和抗氧化生理的影响 ? ? 杨竞，张光群，李明锐，湛方栋，李元，祖艳群，何永美 （云南农业大学资源与环境学院，昆明 650201） 臭氧衰减导致的地表UV-B 辐射（280～315 nm）增强是当今重大的全球气候变化问题之一[1]。UV-B辐射作为重要的环境因子之一，会诱导植物产生大量活性氧自由基（ROS），显著降低植物叶片光合色素含量、改变植株矿质营养含量、抑制抗氧化酶活性、阻碍抗氧化物质合成、导致植株生物量下降[2]。在一定范围内，植物启动自身的防御机制，通过提高超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、谷胱甘肽还原酶（GR）等抗氧化酶活性[3]、增加酚类、类黄酮等抗氧化物质含量来提高植物抗性[4]，以缓解UV-B的损伤[5-6]。氮素是植物生长发育的主要限制因子，施氮可提高植物抗性，也可改变植物对UV-B 辐射增强的响应[7-8]。因此，研究UV-B 辐射和施氮对植物的影响显得尤为重要，目前的研究主要集中在谷子、白菜、菠菜、藻类[9-10]等，对固氮植物满江红的相关研究报道较少。 满江红（Azolla imbricata）是蕨藻共生体，其生物量大、固氮量高，作为生物绿肥被广泛使用[11]。满江红体内的固氮蓝细菌（Cyanobacterium）通过固氮酶将氮气转化为可被利用的氨，供植物生长发育，植物固氮酶极易被氧化，其活性直接决定着满江红的供氮能力[12-13]，显著影响满江红参与稻田氮循环[14]。云南元阳梯田紫外辐射背景值高，梯田不施加化肥，依靠满江红等还田维持稻田氮循环[15]，这为研究UV-B 辐射和氮素复合作用的影响提供上佳的试验材料。因此，以元阳梯田稻田满江红为研究材料，UV-B 辐射和氮素作为影响因素，在项目组前期研究的基础上，基于元阳梯田的地域特点，研究UV-B 辐射和施氮单独及复合作用对满江红生长、矿质营养和抗氧化生理的影响，为认识元阳梯田满江红对UV-B 辐射与氮素养分的生理响应特征提供科学依据。 1 材料与方法 1.1 试验材料 选取云南元阳梯田水稻生长期（5—6 月）自然漂浮生长的满江红植株，带回试验室用蒸馏水冲洗数次，去除表面多余泥土和杂质，备用。 1.2 试验设计 光源设置：5.0 kJ·m-2UV-B 辐射强度，采用李元等[16]建立的方法在试验小区水面垂直距离40 cm处悬挂UV-B 灯管（光谱为280～315 nm），灯管长1.2 m，间距30 cm。自然光对照组只悬挂灯架不供应灯管。光源和培养液设置见表1，其中氮含量0 g·L-1的处理采用无氮霍格兰营养液[17]，氮含量0.06 g·L-1的处理采用30%霍格兰营养液[18]。 表1 试验处理Table 1 Experiment settings 将备用满江红随机接种至矩形塑料培养盆（31 cm×24 cm×11 cm）中连续水培18 d，接种量为水面面积的1/10，约3.0 g，每3 d 定量添加100 mL 蒸馏水补充蒸发量，共4 组处理，每组处理5 个重复，共20 个小区。UV-B辐照时间为9：30—17：30（光暗周期为8 h∶16 h），大棚培养温度（24±4）℃，相对湿度50%～70%。根据预试验结果，在第12 天时，CK 处理满江红长满试验小区水面，因此，统一将采样时间定为第12天。 1.3 生物量测定及生长系数计算 采用鲜质量称量法，每3 d 取出全萍过40 目筛，用纸吸干表面水分后称取鲜质量，称完后放回。按照公式（1）计算生长系数（K）[19]： 式中：W0是初始放萍量，g；W是实际萍体的鲜质量，g；t为间隔天数，d。 1.4 植株矿质营养元素测定 培养12 d 时取样，于105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干24 h至恒质量。采用凯氏定氮法测定总氮含量，钼锑抗比色法测定全磷含量，火焰原子吸收分光光度法测定总钙、总镁含量[20]。 1.5 光合色素的测定 取鲜萍2 g 去根洗净，加入95%乙醇5 mL，冰浴研磨至匀浆，转移至离心管。于转速20 000 r·min-1离心10 min。取上清液在分光光度计波长665、649 nm 和470 nm 处测定吸光度。参照文献[20]计算叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量。 1.6 抗氧化物质和酶的测定 取鲜萍2 g 加入2 mL 的PBS 提取缓冲液[0.04 mol·L-1Na2HPO4，0.06 mol·L-1NaH2PO4，0.1%（V/V）Triton X-100，1 mol·L-1NaCl，10 g·L-1PVPP，pH：7.0]，在冰浴中研磨成匀浆。将匀浆移入离心管，另加1 mL的提取缓冲液，清洗研钵后也并入离心管中，混匀后于8 000 r·min-1离心15 min。取上清液置于分光光度计测定过氧化