低氮磷胁迫对五个玉米品种幼苗的影响

杨俊年+李彦杰+胡廷章+余志江+邓永芳+陈旭彦+陈雯倩+崔茜茜

摘要：为了探求低氮、磷胁迫对玉米幼苗的影响，在不同低氮、磷间进行组合，对金穗98、先玉508、三峡玉9号、高瑞171和金13-2 5个玉米品种幼苗在低氮、磷胁迫下的丙二醛、可溶性糖、过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶5个指标进行检测。结果表明，氮和磷元素缺乏程度与由此而造成的损伤直接相关；不同氮、磷缺乏的胁迫对玉米幼苗的损伤呈现波动性变化，不同组合对所测定各生化指标的影响及程度不同；在不同氮、磷缺乏组合下，5个品种所观察各指标数值的变化趋势基本一致，但不同品种间数值大小存在差异。对生长逆境敏感的生理和生化指标的分析显示，最耐氮、磷缺乏的是先玉508，而三峡玉9号和金穗98对氮、磷缺乏较为敏感。

关键词：玉米幼苗；低氮、磷；氮、磷缺乏；氮磷胁迫

中图分类号：S513；S134 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）12-2257-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.12.014

Effects of Low Nitrogen and Phosphorus Stress on Five Kinds Varieties

of Corn Seedling

YANG Jun-nian1，LI Yan-jie1，HU Ting-zhang1，YU Zhi-jiang2，DENG Yong-fang1，

CHEN Xu-yan1，CHEN Wen-qian1，CUI Xi-xi1

（1.School of Life Science and Engineering， Chongqing Three Gorges University， Chongqing 404000，China；

2.Institute of Corn，Chongqing Three Gorges Academy of Agricultural Sciences， Chongqing 404000，China）

Abstract： In order to explore the influence of low nitrogen and phosphorus stress on corn seedling，MDA，soluble sugar，POD and SOD were tested on five species of the Jinsui 98， Xianyu 508， Sanxiayu 9， Gaorui 171 and Jin 13-2，under the combination between low nitrogen and phosphorus stress. The results showed that nitrogen and phosphorus deficiency was positively correlated with the damage caused by it； These corns stress among different combinations for deficiency of nitrogen and phosphorus， the damage from it appeared fluctuate change， the influence of various biochemical index from different combinations was different. Under the different combination of lack nitrogen and phosphorus， the change trend of each index value were basically identical in five species， but the numerical size had differences between species. The analysis of sensitive on growth adversity in physiological and biochemical indexes showed that the most resistant to nitrogen and phosphorus lack was Xianyu 508， while Sanxiayu 9 and Jinsui 98 were sensitive to deficiency of nitrogen and phosphorus.

Key wrods： corn seedling； low nitrogen and phosphorus； deficiency of nitrogen and phosphorus； nitrogen and phosphorus stress

氮和磷是限制植物生長的主要营养元素。农业生产中氮和磷的过度施肥不仅显著降低农作物的产量[1]，而且造成氮、磷元素在土壤里的积累，进而通过地表径流进入到水体，使水体富营养化，造成严重的生态问题[2，3]。关于氮、磷在作物不同生长时期的施肥量已有系统且深入的研究[4]，但对这两种元素缺乏的不同组合下，植株生理和生化的变化及其规律报道尚不多见。

本研究以不添加氮和磷元素的MS培养液为基础，并与不同氮、磷含量进行组合，模拟氮、磷元素缺乏的状态。对5个品种的玉米幼苗在氮、磷缺乏下的生理生化指标进行检测，旨在探求不同氮、磷缺乏的组合下，植株内生理生化指标的变化及其规律。

1 材料与方法

1.1 材料

5个玉米品种：金穗98、金13-2，产自重庆金穗种业有限公司；先玉508，产自铁岭先锋种业研究有限公司；三峡玉9号、高瑞171，产自重庆三峡农业科学院。种子均由重庆三峡农业科学院玉米研究室提供。

1.2 方法

1.2.1 氮和磷缺乏的MS培养液的配制 模拟氮和磷元素缺乏的状态，在配制MS培养液时，在其中的大量元素（母液I）中不添加供氮化合物（NH4NO3）和供磷化合物（KH2PO4），共配制16份，分为4组。1组，N0P0、N0P1、N0P2、N0P3；2组，N1P0、N1P1、N1P2、N1P3；3组，N2P0、N2P1、N2P2、N2P3；4组，N3P0、N3P1、N3P2、N3P3。在不同下标的母液I中分别添加原液应含有氮或磷的1/3乘以下标数。即原液含供氮化合物应该是33 000 mg/L，供磷化合物为3 400 mg/L，在上述16份溶液中，命名N0P1的母液不添加NH4NO3，添加KH2PO4的量为3 400×1/3，即1 133 mg/L；在命名為N2P3的母液里添加NH4NO3的量为33 000×2/3，即22 000 mg/L，添加KH2PO4的量为3 400×3/3，即为3 400 mg/L；在命名为N3P3的母液里添加NH4NO3的量为33 000 mg/L，添加KH2PO4的量为3 400 mg。依次类推，填加溶质后使之融化，配成氮和磷缺乏的MS培养液供试。上述各种培养液均由重庆三峡学院植物生理实验室配制。

1.2.2 玉米幼苗生理和生化指标的测定 丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥法[5]测定；可溶性糖采用蒽酮比色法[5]测定；过氧化氢酶（CAT）采用紫外吸收法[5]测定；过氧化物酶（POD）采用间隔法[5]测定；超氧化物歧化酶（SOD）采用邻苯三酚氧化法[6]测定。用水培法使玉米种子发芽，待芽长5 cm时，每个培养皿加入相应氮、磷缺乏的MS培养液进行胁迫，每天观察，以MS培养液淹没培养皿底部的纱布为宜。待胁迫两周后测定相应的生理生化指标，不同品种的不同胁迫组每天测定1次，连续测定3次，求均值。

2 结果与分析

2.1 氮、磷缺乏对玉米幼苗中丙二醛含量的影响

由图1可知，氮缺乏程度相同的情况下，随着磷的增加，丙二醛（MDA）含量呈现下降趋势。表明随着磷的增加，植株的质膜受损程度减弱。磷水平相同，而氮逐渐变化时，如N0P3、N1P3、N2P3、N3P3，植株中MDA含量的降低趋势较为平缓。这可能是由于磷是质膜形成的主要元素，在保障质膜完整性上，磷的影响大于氮。

在4种氮、磷组合中，5个玉米品种幼苗均表现为N3P0、N3P1、N3P2、N3P3的变化最剧烈，N1P0、N1P1、N1P2、N1P3和N2P0、N2P1、N2P2、N2P3的曲线变化较为平缓。表明当氮完全达到MS培养液正常含量，而磷逐渐满足的过程中，对玉米幼苗质膜的损伤迅速得到缓解。

5个玉米品种的幼苗在4种氮、磷组合中，MDA含量最低的为先玉508，最高的是金穗98，三峡玉9号、金13-2和高瑞171居中。表明在氮、磷缺乏的胁迫下，5个品种中金穗98对氮、磷缺乏最敏感，而先玉508则最耐氮、磷缺乏，相应质膜的损伤也最小。因此，在筛选耐氮、磷缺乏品种时，先玉508应为首选，其次依次是高瑞171、三峡玉9号、金13-2和金穗98。

2.2 氮、磷缺乏对玉米幼苗中可溶性糖含量的影响

由图2可知，在N2P0、N2P1、N2P2、N2P3处理中，5个玉米品种的可溶性糖含量呈先下降后升高再下降的趋势，表明氮维持在MS培养液的2/3水平时，磷含量从缺乏到正常水平过程中，玉米幼苗通过可溶性糖的含量变化来维持细胞内外的渗透压平衡，从而保持质膜的完整性。

在相同氮和磷缺乏胁迫下，5个玉米品种中，可溶性糖含量的变化由高到低的顺序依次是先玉508、高瑞171、金穗98、金13-2、三峡玉9号，5个品种间可溶性糖的含量在先玉508、高瑞171和三峡玉9号之间差异明显。表明在相同条件下，先玉508通过可溶性糖来保持细胞膜内外渗透压平衡的能力最强，其次是高瑞171，三峡玉9号最弱。

在相同条件下，可溶性糖含量的品种间差异远大于因不同氮、磷的缺乏而造成的差异。表明在氮、磷协同胁迫对可溶性糖的影响因素中，遗传因素的影响大于营养因素。

2.3 氮、磷缺乏对过氧化氢酶的影响

由图3可知，在N0P0、N0P1、N0P2、N0P3处理中，过氧化氢酶（CAT）活性在N0P2处理时出现拐点，表明在无氮而磷达到MS培养液正常水平的2/3时，过氧化氢在植株内含量最高，对幼苗的损伤最严重。在N1P0、N1P1、N1P2、N1P3处理中，CAT活性在N1P2处理时最高，即氮达到MS培养液正常含量的1/3，磷达到正常含量的2/3时，玉米幼苗内的CAT活性最高。在N2P0、N2P1、N2P2、N2P3处理中，当氮达到MS培养液正常含量的2/3，磷达到正常含量的1/3～2/3时，CAT活性由高降低，之后当磷能完全达到MS培养液正常含量时，CAT活性再次升高。在N3P0、N3P1、N3P2、N3P3处理中，N3P1处理即氮达到MS培养液正常含量而磷只有MS培养液正常含量的1/3时，CAT活性最高，后随着磷的增加，活性逐步降低，表明在氮满足MS培养液正常含量而磷只有正常含量的1/3时，植株内产生大量过氧化氢，对植株的损伤较为严重，而随着磷逐渐达到MS培养液正常含量，这种损伤逐步得到缓解。

当磷含量相同，氮逐步增加时，CAT活性变化较小。而当氮不变，磷逐步增长时，CAT活性表现出一定幅度的波动。表明磷比氮的缺乏更能促进机体过氧化氢的产生，即磷缺乏比氮缺乏对玉米幼苗的损伤大。

5个玉米品种幼苗的CAT活性在氮、磷缺乏处理下的变化趋势基本相同，差异不明显。在5个品种中CAT活性变化量维持在最高水平的是金穗98，CAT活性随着处理中氮含量增加而增加的是高瑞171和三峡玉9号。当氮、磷含量逐步接近正常MS培养液含量时，5个品种的CAT活性迅速下降，下降最快的是金13-2。

2.4 氮、磷缺乏对过氧化物酶的影响

由图4可知，5个玉米品种幼苗过氧化物酶（POD）活性在不同氮和磷处理下波动幅度较大，品种间的差异也较大。在N0P0、N0P1、N0P2、N0P3处理中，N0P2即当完全无氮，磷达到MS培养液正常含量的2/3时，POD活性最低；在N1P0、N1P1、N1P2、N1P3处理中，N1P2即当氮达到MS培养液正常含量的1/3而磷达到正常含量的2/3时，POD活性在此组中最低；N2P0、N2P1、N2P2、N2P3处理中，N2P2处理时POD活性达到最低。N3P0、N3P1、N3P2、N3P3处理中，当氮完全达到MS培养液正常含量时，随着磷的增加，POD活性一直下降，当N3P3处理时即氮、磷完全满足植株需要时，POD活性降至最低。表明当氮完全满足需要后，磷的满足与否对POD活性影响较大。在氮缺乏时，当磷达到MS培养液正常含量2/3时，POD活性变化出现拐点，不利于过氧化物的产生，POD活性随之降低。

在5个玉米品种中，三峡玉9号的POD活性较高，先玉508和金穗98的POD活性较低。在同氮处理下波动幅度最大的是金13-2，其表现为当氮含量小于MS培养液正常含量的1/3时，随着磷的增加，植株内产生较多过氧化物；当氮含量高于MS培养液正常含量的1/3时，随着磷的增加，植株内过氧化物的积累迅速降低，表明金13-2在受到氮、磷缺乏的胁迫时，对氮元素的依赖较大。

高瑞171、先玉508和金穗98在氮和磷缺乏时表现出较为一致的趋势，POD活性变化相对稳定，没有产生过多的过氧化物积累，表明这3个玉米品种幼苗对氮和磷缺乏不敏感。

2.5 氮、磷缺乏对超氧化物歧化酶的影响

由图5可知，在同氮处理下，5个玉米品种幼苗的超氧化物歧化酶（SOD）活性變化趋势较一致。其中，SOD活性变化较大的是高瑞171和先玉508，变化最小的是三峡玉9号，表明三峡玉9号对氮和磷的缺乏不敏感，较其他4个品种更适宜于氮、磷缺乏的土壤。而超氧化物积累多，对植株的损伤也严重。

在4种氮含量处理下，N3P0、N3P1、N3P2、N3P3处理的变化最平稳，当氮完全满足植株需要时，随着磷含量逐渐满足需要，植株内SOD活性逐渐降低。SOD活性变化最大的是N0P0、N0P1、N0P2、N0P3和N2P0、N2P1、N2P2、N2P3处理。在N0P0、N0P1、N0P2、N0P3处理中，在完全不含氮而磷逐步提高的过程中，SOD活性在N0P1处理时达到最高，此后降低，表明在N0P1处理时玉米幼苗产生大量超氧化物，对植株细胞的蛋白质、核酸和质膜造成的伤害最大，此氮、磷处理是一个临界点。在N2P0、N2P1、N2P2、N2P3处理中，N2P2处理时玉米幼苗内SOD活性达到最高，此时对玉米幼苗的损伤也最严重。在N1P0、N1P1、N1P2、N1P3和N3P0、N3P1、N3P2、N3P3处理中，随着磷的增加，SOD活性逐步降低，表明在氮达到MS培养液正常含量的1/3或完全达到MS培养液正常含量时，磷的逐步增加可降低玉米幼苗内过氧化物的损伤。

3 小结与讨论

氮和磷缺乏程度与由此而造成的损伤直接相关。当低氮、磷胁迫逐渐减轻时，对玉米幼苗造成的损伤也逐步降低，当氮、磷完全满足需要时对玉米幼苗的损伤消失。已有的研究表明，氮和磷元素的过度施用也不利于植物的生长[1，7]。对熊猫豆的研究表明，低磷水平下，虽然生物量减少，但植株根冠比显著增加了1.5倍[8]。过高的氮、磷水平可以降低植株的光合能力，同时降低根茎比[9]。当营养素缺乏时，植株倾向于通过增强根系的发育来获取更多营养素，以便克服营养缺乏的状态。

玉米幼苗被低氮、磷胁迫时，不同氮、磷缺乏程度的组合造成的伤害程度不同，对玉米幼苗各生化指标的影响及其程度不同，这与周巍巍[10]的研究结论一致。随着低氮、磷胁迫时间的延长，MDA含量、CAT、POD、SOD的活性均呈现动态变化，表明本研究中选用的对逆境敏感的生理生化指标可以用作氮、磷缺乏胁迫的参照指标。

在不同氮、磷缺乏组合的胁迫下，5个玉米品种幼苗所观察各指标数值的变化趋势基本一致，但品种间数值大小存在较为明显的差异。在相同营养状况水平下，有些品种间遗传因素的差异较明显，在5个玉米品种中，最能耐受氮、磷缺乏的是先玉508，而三峡玉9号和金穗98则对氮、磷缺乏较为敏感。此研究为选育耐氮、磷缺乏品种，并进一步挖掘耐胁迫基因奠定了基础。

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