甘氨酸钼与硼配施对黄瓜幼苗生长发育的协同作用研究

杨文杰，陈 莹，杨 洁，杨 蕊，张萌萌，郑一丹，束 娴，徐建明

(淮阴师范学院 生命科学学院/江苏省环洪泽湖生态农业生物技术重点实验室，江苏 淮安 223300)

硼、钼均为植物生长发育必需的微量元素，广泛参与植物的生长发育和生理代谢。但硼和钼对作物的作用机理有所不同，钼是通过硝酸还原酶、黄嘌呤脱氢酶、醛氧化酶、亚硫酸盐氧化酶及固氮酶等钼酶参与碳、氮、硫及激素等物质的代谢过程。研究显示，钼可通过参与硝态氮的还原过程，提高作物的氮肥利用效率[1-2]，促进作物蛋白质的合成[3-4]；同时，钼还可以提高叶绿素的含量与稳定性，维持光合作用的正常进行[5-6]；改善碳水化合物从叶部向茎秆和生殖器官分配的能力，从而促进植株的生长发育及产量和品质的提高[7-8]。此外，钼通过调控激素的合成可显著提高作物超氧化物歧化酶、过氧化物酶及过氧化氢酶等抗氧化酶活性以及谷胱甘肽、类胡萝卜素和抗坏血酸等非酶抗氧化物质的含量[9]，增强作物的渗透调节能力[10]，提高作物的抗逆性。

硼则是通过影响细胞壁结构的形成[11-13]、细胞膜的稳定性[14-15]及根系的生长[16]等过程，进而影响植物的生长发育。虽然研究显示硼对植物光合作用没有直接的影响，但充足的硼对维持植物叶绿体的正常结构[17-18]、作物对CO2的固定[19-20]、碳水化合物的合成及运输均具有重要作用[21]。而碳水化合物的合成与运输，又进而为相关蛋白质和酶的合成提供了能量[22]。此外，硼作为作物必需的营养元素，可通过促进植株的生长，扩大植物的生长量，增强根系活力[23]，间接地促进植株对氮的吸收和利用，进而为硝酸还原酶提供诱导物和原料[24-25]。

近年来，对花生[26]、苜蓿[27]、紫云英[28]、大豆[29]、烟草[30]等作物的研究显示，硼、钼配施对作物的生长发育、产量及品质均具有显著的相互协同促进的作用。而氨基酸微肥可更为显著地提高叶片的叶绿素含量，增强作物光合能力，并可加快作物籽粒灌浆速率，增加粒重，从而提高作物的产量[31-32]及蛋白质含量[33]。本试验对甘氨酸络合钼肥与硼酸在黄瓜幼苗生长发育中的协同作用进行了初步研究。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

黄瓜幼苗津研9号由淮安市农科院蔬菜研究中心提供。硼酸(B)以及配制营养液的其他化合物均为国药分析纯试剂，甘氨酸络合钼(Gly-Mo)溶液为本实验室自制。

1.2 实验方法

1.2.1 黄瓜幼苗的培养与处理 将颗粒饱满的黄瓜种子置于1%次氯酸钠溶液中，浸泡消毒30 min，去离子水清洗干净，用纱布包裹后置于清水中浸种12 h；然后，将黄瓜种子平摊于铺有滤纸的白瓷盘中，并覆盖两层湿纱布，置于恒温培养箱中，在28～30 ℃下催芽。待种子发芽、根长1.5～3.0 cm时，选择长势健壮均一的幼苗移入盛有清水的培养盆(20 cm×30 cm)中；每盆12株，培养7 d后改用不完全的改良Hoagland’s培养液(不含硼和钼)继续培养。

待幼苗长至3叶1心期时，对黄瓜幼苗进行甘氨酸钼和硼酸混合液的喷施处理。混合液设CK1(2 mg/L Gly-Mo)、T1(2 mg/L Gly-Mo+5 mg/L B)、T2(2 mg/L Gly-Mo+10 mg/L B)、T3(2 mg/L Gly-Mo+15 mg/L B)、CK2(4 mg/L Gly-Mo)、T4(4 mg/L Gly-Mo+5 mg/L B)、T5(4 mg/L Gly-Mo+10 mg/L B)、T6(4 mg/L Gly-Mo+15 mg/L B)8个处理，每处理设3次重复。以上各处理中甘氨酸钼的浓度以钼的含量计算，硼酸的浓度以硼的含量计算。处理7 d后，随机抽取各处理的植株进行生理生化指标的测定，利用SPSS 19.0和Excel 2003软件进行数据的统计分析。

1.2.2 相关生理指标的检测 随机选取生长正常的黄瓜幼苗，清水清洗干净后，吸水纸吸干水分，分别对其地上部和根系部称重检测其鲜重；用于干重检测的植株经105 ℃杀青10 min后，转置于80 ℃下烘干至恒重后称重检测。采用丙酮乙醇浸提法测定叶绿素含[34-35]，采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法检测根系活力[36]，SOD和POD酶活性的检测分别采用氮蓝四唑还原法[37]和愈创木酚法[38]。

2 结果与分析

2.1 甘氨酸钼与硼配施对生物量的影响

生物量是作物生长发育的重要生理指标之一，对于研究和考量作物生长发育及其生产力均具有重要的作用。实验结果显示(表1、图1)：在2 mg/L甘氨酸钼处理条件下，黄瓜幼苗的鲜重及干重均随着硼酸施用浓度的增加而增大，硼的施用浓度为15 mg/L时，根部和茎叶部鲜重达到最大值，分别为0.8268 g和5.1262 g，与CK1、T1、T2差异极显著(P<0.01)；根部和茎叶部干重分别为0.0757 g和0.6554 g，与CK1、T1、T2的差异显著(P<0.05)。在4 mg/L甘氨酸钼处理组中，当硼酸的施用浓度为10 mg/L时，黄瓜幼苗的鲜重及干重均达到最大值。其中，根部及茎叶部鲜重分别为0.8658 g和5.8622 g，均高于2 mg/L甘氨酸钼处理组的T2和T3，且差异极显著(P<0.01)；而黄瓜幼苗的根部及茎叶部干重则分别为0.0831 g和0.6884 g，也分别高于2 mg/L甘氨酸钼处理组的T2和T3，且差异显著(P<0.05)。但当硼酸处理浓度为15 mg/L时，黄瓜幼苗的鲜重及干重均呈现下降趋势，T5与T4之间的差异分别达到1%和5%的显著水平。其中，根部鲜重和根部干重均显著低于2 mg/L甘氨酸钼处理组的T3，差异分别达到1%和5%水平。此结果揭示，一定浓度的甘氨酸钼与硼酸配施可显著促进黄瓜幼苗的生长发育，其中，4 mg/L甘氨酸钼处理组优于2 mg/L甘氨酸钼处理组，而当甘氨酸钼处理浓度为4 mg/L时，硼酸的最佳配施浓度为10 mg/L。

2.2 甘氨酸钼与硼酸配施对叶绿素的影响

有研究表明：叶绿素含量与光合速率之间呈显著的正相关[39-40]，叶绿素含量在一定程度上可反映植物光合作用能力的强弱[41]。采用丙酮乙醇浸提法对黄瓜幼苗叶片叶绿素含量进行了检测，结果如表2及图2所示。在2 mg/L甘氨酸钼处理条件下，随着硼酸处理浓度的增加，叶绿素含量也随之增加；当硼酸为15 mg/L时，叶绿素含量达到15.3724 mg/g，显著高于CK1、T1、T2(P<0.05)；而在4 mg/L甘氨酸钼处理条件下，随着硼酸处理浓度的增加，叶绿素含量则呈现出先升后降的变化。其中，当硼酸为10 mg/L时，叶绿素含量达到最高值为16.3894 mg/g，与其他各处理均达到5%水平显著差异。但当硼酸为15 mg/L时，叶绿素含量则回落为15.6827 mg/g，与T3差异显著。

2.3 甘氨酸钼与硼配施对根系活力的影响

如表2、图3所示，甘氨酸钼与硼酸的配施显著提高了黄瓜幼苗的根系活力。其中，2 mg/L甘氨酸钼处理组，随着硼酸配施浓度的增加，根系活力也逐渐增加；但在4 mg/L甘氨酸钼处理组，结果与叶绿素含量变化相似，呈现出先升后的变化趋势。当施用硼酸为10 mg/L时，根系活力达到最大值0.3826 mg/(g·h)，并与各处理的差异达到了1%的显著水平；然而，当硼酸为15 mg/L时，根系活力陡降为0.2752 mg/(g·h)，并极显著低于2 mg/L甘氨酸钼处理组的T3(P<0.01)。

2.4 甘氨酸钼与硼酸配施对POD和SOD酶活性的影响

随机选取同一生长水平的黄瓜叶片0.2 g，分别采用NBT法和愈创木酚法对其超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化物酶(POD)活性进行了检测。结果表明：当甘氨酸钼处理浓度为2 mg/L时，POD和SOD酶活性均随硼酸喷施浓度的增加而增强；而在4 mg/L甘氨酸钼处理水平下，2种保护性酶的活性均表现为先升后降。其中，当硼酸浓度位10 mg/L时，POD和SOD酶活性分别达到最高值1277.6757 U/g和242.7082 U/g，与其他处理组差异极显著(P<0.01)；当硼酸浓度位15 mg/L时，POD和SOD酶活性显著下降，但POD酶活性仍极显著高于2 mg/L甘氨酸钼处理组的T3(P<0.01)，而SOD酶活性却低至209.1244 U/g，极显著低于2 mg/L甘氨酸钼处理组的T2和T3(P<0.01)。此结果表明，甘氨酸钼与硼酸的配施可在一定程度上提高黄瓜幼苗的POD及SOD等保护性酶的活性，但在一定甘氨酸钼施用条件下，配施硼酸浓度过高也将会对黄瓜幼苗的保护性酶活性产生负面的影响(表3、图4)。

表1 甘氨酸钼与硼酸配施对黄瓜幼苗生物量的影响g

注:同列不同小、大写字母分别表示在5%、1%水平上的差异显著性，字母相同则差异不显著，不同则显著。下同。

图1 Gly-Mo和B对黄瓜幼苗生物量的影响

3 讨论

近年来，越来越多的研究结果显示，氨基酸微肥用于农作物，具有明显的提高作物农艺性状及产量、改善作物品质等作用[31-33]。有研究报道，作物吸收的甘氨酸，一方面可直接合成谷胱甘肽，通过调节抗坏血酸氧化还原等过程提高作物的抗坏血酸含量；另一方面，还可通过转氨、脱氨等反应形成其他氨基酸、谷胱甘肽等物质，进而参与三羧酸循环或其他代谢途径生成维生素、糖、有机酸等代谢产物[42]。研究表明，钼与氮肥存在显著的互作效应[43]。高洪波等[44]的研究结果显示，甘氨酸与钼的配合施用显著提高了生菜叶中游离氨基酸、可溶性蛋白、可溶性糖、叶绿素及抗坏血酸的含量。而钼则可以通过提高硝酸还原酶活性、推动氮素还原等途径，增强作物的光合能力，促使光合作用过程中的大量产物流向氮素代谢，通过氨基酸代谢参与合成氨基酸和蛋白质[45]，从而显著促进作物的生长发育及光合产量。

表2 甘氨酸钼与硼酸配施对黄瓜幼苗叶绿素含量及根系活力的影响

图2 Gly-Mo和B对黄瓜幼苗叶绿素含量的影响

大量研究表明，硼、钼肥配施对作物农艺性状、产量及品质的影响要优于单施硼肥或钼肥[26,29-30]。 钼通过含钼酶对作物的氮代谢过程起着非常重要的核心作用[46]。许嘉阳等的荧光定量PCR检测结果表明：与对照相比，施钼可显著促进硝酸还原酶(Nitrate Reductase,NR)基因的表达，从而明显增强作物的氮代谢强度，促进含氮物质的合成和积累[47]。虽然，硼与作物的氮代谢没有直接关系,但研究显示，当硼的施用量不足时，作物体内的硝酸还原酶、亚硝酸还原酶和固氮酶等钼酶的活性都会显著降低[48]。

图3 Gly-Mo和B对黄瓜幼苗根系活力的影响

表3 甘氨酸钼与硼酸配施对黄瓜幼苗POD、SOD酶活性的影响U/g

图4 Gly-Mo和B对黄瓜幼苗保护性酶活性的影响

此外，施钼还可显著提高作物液泡转化酶(Vacuolar Invertase,VIN)、蔗糖磷酸合成酶(sucrose-phosphate synthase,SPS)和蔗糖磷酸化酶(Sucrose-6-Phosphate Phosphatase,SPP)等基因的表达水平[47-49]。这些酶在碳代谢过程中均具有至关重要的作用[50]，与作物对碳的固定能力的提高以及碳代谢强度的增强密切有关。研究显示，硼可能通过影响叶绿体内RNA和可溶性蛋白质的含量、保护酶的活性、酚类物质的积累，参与调节作物对CO2的固定，进而影响碳水化合物的合成[51]。研究表明，在缺硼状态下，一方面可能会因筛管中胼胝质的形成而导致筛孔堵塞[52]，另一方面，可能会通过抑制尿嘧啶的生物合成进而导致葡萄糖二磷酸尿苷(UDPG)的合成受阻，最终导致作物体内的碳水化合物运输受阻[21,24]。

综上所述，钼和硼在植物的碳、氮代谢调节、含氮物质的合成、碳水化合物的合成及运输等方面均具有明显的互作效应。本文对新型络合钼肥——甘氨酸钼与硼酸配施对黄瓜幼苗的生长发育的影响进行了初步的研究和探讨。实验结果显示，4 mg/L的甘氨酸钼与10 mg/L的硼酸配施，可显著提高黄瓜幼苗的生物量、叶绿素含量、根系活力、POD和SOD酶的活性，表现出了显著的协同作用，其具体互作机制尚有待进一步深入研究。