氮素运筹对不同基因型紫苏幼苗生理特性的影响

赵永平，陈晓蒙，朱 亚，王文翼

（商洛学院生物医药与食品工程学院，陕西商洛726000）

紫苏（Perilla frutescens）又名荏，为唇形科1年生草本植物。其在解表散寒、理气方面卓有成效，被我国卫生部门确定为首批药食同源植物之一[1-2]。紫苏的叶片、梗以及籽粒中含有多种活性成分，均有一定药用价值，其中，紫苏叶有解表散寒、行气和胃的功效；紫苏梗可防止呕吐，常用于治疗脾胃气滞而引起的消化不良等症；紫苏籽有镇咳平喘、祛痰化瘀的作用，紫苏油对治疗冠心病和高血脂有显著的疗效。因此，其被广泛地应用于医药、保健品和饮料等行业[3-5]。

氮素是是植物生长发育必需的大量元素之一，被称为“生命元素”。首次，氮素是多种核酸和蛋白质的组成成分，没有氮，植物就不能维持生命，因此，氮对植物的各种生理反应和能量代谢有着非常重要的作用[6]；其次，叶绿素的形成也需要氮的参与，只有合成叶绿素，植物才能进行光合作用、积累有机物，因此，氮与光合作用也密切相关。再次，氮也可以作为一种信号分子参与植物的生长，对植物根系特征、生育后期叶片持绿能力等都具有一定的调控作用[7-9]。杨森等[6]研究表明，施氮量对紫苏农艺性状、产量及生物量均具有很大的影响，但是对紫苏的含油率和脂肪酸含量影响不显著[6]。祝聪宇等[10]研究了不同施氮量对叶用紫苏产量的影响，结果表明，增施氮肥对单株商品叶片数和叶产量的提高具有显著作用，然而，随着氮肥施用量的增加，叶片数没有显著增加。王贺正等[11]研究认为，增加施氮水平在一定范围内可以显著提高可溶性糖、脯氨酸及可溶性蛋白质的含量，增加SOD，POD，CAT活性，降低MDA含量。柳嘉佳等[12]研究认为，不同氮素水平的处理在不同生长期对米槁生理生化指标均会产生不同的影响。但是，目前关于氮素供应对紫苏生理特性影响的研究较少。

本试验研究了氮素运筹对不同基因型紫苏幼苗生理特性的影响，以期为合理地施用氮肥、提高氮素利用效率及优化紫苏栽培技术提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试种子为紫苏育种材料中表现突出的3个基因型：SL-TS-8，SL-TS-4，SL-TS-7。

1.2 试验设计

采用盆栽试验，选用盆口直径为22 cm、盆高30 cm的塑料盆，将蛭石、珍珠岩、沙子按1∶1∶1的体积比例混合均匀装入盆中，并在盆中施入等量磷、钾肥（磷肥：P2O5105kg/hm2；钾肥：K2O45kg/hm2），各处理施基肥量一致。氮素运筹处理为：N0（0 kg/hm2），N1 （112.5 kg/hm2），N2 （225.0 kg/hm2），N3（337.5 kg/hm2），N4（施氮 225.0 kg/hm2＋有机肥30 t/hm2），N5（有机肥 30 t/hm2），共 6 个处理。

分别选取3个基因型中饱满的紫苏种子各150粒，用1%的NaClO表面消毒10 min，然后用去离子水冲洗数次，晾干备用。将处理好的紫苏种子放在编好号码并且铺有一层滤纸的培养皿中，置于25℃光照培养箱中催芽，待种子露白后将其点播在相应氮素处理的花盆中，每盆点播5粒，每个处理重复3次，常规管理，并及时松土拔草。出苗60 d后，进行生理指标测定。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 保护酶活性 SOD活性测定采用氮蓝四唑光化学还原法[13]，POD活性测定采用愈创木酚法[13]，CAT活性测定采用高锰酸钾滴定法[13]。

1.3.2 膜质过氧化程度 采用硫代巴比妥酸法测定MDA含量[14]。

1.3.3 渗透性调节物质 采用茚三酮比色法测定脯氨酸含量[14]，采用考马斯亮蓝G-250法测定可溶性蛋白含量[13]，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[13]。

1.4 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2003和SPSS 18.0软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 氮素运筹对紫苏保护性酶活性的影响

表1 氮素运筹对紫苏保护性酶活性的影响 U/g

植物细胞中的保护性酶主要包括SOD，POD和CAT等，SOD可以消除植物体因逆境胁迫而产生的大量活性氧自由基，POD和CAT可以协同作用分解H2O2，减缓植物遭受伤害的程度[11]。从表1可以看出，不同氮素运筹对紫苏SOD，POD和CAT活性具有显著的影响，且不同基因型间其变化趋势不尽相同。SL-TS-8的SOD，POD和CAT活性均随着施氮量的增加而增加，且在N4处理均达到最高，分别较不施氮处理提高77.46%，56.57%和 60.91%；SL-TS-4的SOD活性在施氮量达到225 kg/hm2时，就已经达到最大，随后施氮量继续增大或增施有机肥都会使SOD活性下降，POD活性在N4处理下最高，为256.30 U/g；SL-TS-7的SOD和CAT活性均在N4处理下达到最高值，分别较N0处理提高42.45%和49.86%。表明在一定范围内，随着施氮量的增加，保护性酶的活性也会增加，单纯施用有机肥，会引起保护性酶活性降低。因此，适量的氮供应有利于增加紫苏体内保护性酶活性，并且减氮增施有机肥有助于紫苏保护性酶活性的提高，更好地适应环境，快速生长。

2.2 氮素运筹对紫苏MDA含量的影响

从图1可以看出，当氮肥施用量从0增加到225 kg/hm2时，不同基因型紫苏MDA含量均呈缓慢升高的趋势，但当氮肥施用量超过225kg/hm2，MDA含量急剧升高，且N4处理（减氮增施有机肥）和N5处理（纯施有机肥）MDA含量均逐渐下降。其中，在N3处理下，SL-TS-8，SL-TS-4和SL-TS-7的MDA含量均最高，分别为N0处理的2.51倍、1.81倍和1.87倍。而不同基因型紫苏MDA含量变化对有机肥的响应不尽相同，其中，SL-TS-4在N4处理下，MDA含量最高，较N0处理提高50.36%，SL-TS-4和SL-TS-7在N5处理下，MDA含量均较高。

2.3 氮素运筹对紫苏可溶性蛋白含量的影响

可溶性蛋白是植物体内的一种渗透调节物质和营养物质，通过渗透调节，可以维持植物体内的水分平衡、提高植物在逆境中的适应能力，较高水平的施氮量有利于可溶性蛋白质的合成，进而提高植物的抗性[15-16]。由图2可知，氮素运筹对不同基因型紫苏可溶性蛋白含量具有显著的影响，对于SLTS-8和SL-TS-7来说，其可溶性蛋白含量随着施氮量的增加而升高，在氮肥施用量为337.5 kg/hm2时达最大值，较N0处理分别增加了98.11%和79.59%，其中，SL-TS-8在N4处理时，可溶性蛋白含量较高，为N0处理的1.96倍；对于SL-TS-4而言，低氮条件下，各处理可溶性蛋白含量变化不明显，当施氮量超过225 kg/hm2时，可溶性蛋白含量急剧升高，减氮增施有机肥和纯施有机肥处理可溶性蛋白含量逐渐降低。

2.4 氮素运筹对紫苏可溶性糖含量的影响

可溶性糖的含量直接决定作物的食用品质，合理地施用氮肥，可使光合产物向蔗糖的转化速率加快，有利于提高作物可溶性糖含量，改善其品质[17]。由图3可知，氮肥施用量从0增加到337.5kg/hm2时，不同基因型紫苏可溶性糖含量呈现逐渐升高的趋势，且各氮素运筹处理间差异显著。但是，SL-TS-8和SL-TS-7在减氮增施有机肥处理（N4）下，可溶性糖含量均最高，分别为N0处理的2.51倍和2.86倍；而SL-TS-4在N4，N5处理下，可溶性糖含量均相对较高，比N0处理分别提高了116.80%和119.76%。由此可见，适当地提高供氮量可以增加紫苏体内可溶性糖的含量，低氮条件下增施有机肥有利于提高植株可溶性糖的含量，增强植物抗性。

2.5 氮素运筹对紫苏脯氨酸含量的影响

脯氨酸是存在于植物体内的一种渗透调节物质，是判断植物抗性的重要指标之一。杨善等[18]研究认为，不同施氮水平对脯氨酸含量有显著影响，其含量随施氮水平的增加而增加。由图4可知，不同基因型紫苏脯氨酸含量均随着施氮量的增加而升高，但适当地减氮增施有机肥处理脯氨酸含量要高于高氮处理。SL-TS-8，SL-TS-4，SL-TS-7的脯氨酸含量均在N4处理下达到最高值，分别较N0处理提高了77.07%，44.53%和62.14%。由此可见，氮肥结合有机肥施用，有利于植物体内脯氨酸的生成。

3 结论与讨论

许多学者研究认为，植物体抗氧化保护酶的活性受植株体内氮素水平的影响非常显著，植物体内的氮素水平随着施氮量的增加而升高，其SOD，POD，CAT等酶的活性随之增强，而MDA含量则显著下降[19-20]。本研究结果表明，氮素运筹对紫苏SOD，POD和CAT活性具有显著的影响，适宜地增加氮肥施用量，紫苏植株体内保护性酶的活性则会逐渐增加，但纯施有机肥，会引起保护性酶活性下降，适量的氮肥供应有利于增加紫苏体内保护性酶活性，这与金喜军等[21]的研究结论基本一致。植物体内的MDA含量的高低表明了植物细胞发生膜质过氧化程度的大小。本研究结果表明，较低施氮量对不同基因型紫苏MDA含量变化的影响不明显，但高氮条件下植株MDA含量快速增加。

可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量的变化可以反映植物对环境的适应能力，是评价植物抗性强弱的主要生理指标[22]。本研究结果表明，氮素运筹对紫苏可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量均具有显著的影响，但基因型不同，其变化规律也不尽相同。随着施氮量的增加，SL-TS-8和SL-TS-7的可溶性蛋白含量也随之升高，可溶性糖和脯氨酸含量均在N4处理下最高，而SL-TS-4在施氮量低于225 kg/hm2时，各处理可溶性蛋白含量增幅不大，但高氮条件下可溶性蛋白含量急剧升高，N4处理下可溶性糖和脯氨酸含量均相对较高，说明适量地提高氮肥施用量可以增加紫苏体内可溶性糖、脯氨酸含量，结合增施有机肥更有利于提高植株体内渗透调节物质的含量，增强植物抗性。

在本试验条件下，增施氮肥有利于提高紫苏保护酶的活性和渗透调节物质的含量，提高其抗性，但是减氮增施有机肥会有效抑制膜质氧化和有利于提高渗透调节物质含量。3个参试基因型中，SL-TS-8和SL-TS-7生理指标变化对氮肥运筹的响应规律基本一致，而SL-TS-4略有差异。本研究结果可为紫苏规范化种植过程中适宜栽培品种的选择和氮肥与有机肥的施用提供理论参考。