复合菌肥对二氯喹啉酸胁迫下烟株抗氧化酶活性及丙二醛含量的影响

李海霞, 邢国珍, 孟 南, 郭盘盘, 贾然然, 吕春芳, 刘华山

(1.河南农业大学生命科学学院,河南郑州 450002; 2.河南农业大学风景园林与艺术学院,河南郑州 450002)

目前,针对二氯喹啉酸污染的修复有物理修复、化学修复和微生物修复等。其中物理修复见效快,但劳动强度大,长期使用此方法必然会失效;化学修复会破坏土壤结构,且未从根本上解决二氯喹啉酸在土壤中的残留问题[9-10];微生物修复具有效率高、成本低的特点,但由于单一菌种在田间成活率不高,修复效果仍不甚理想[11-12]。因此,研究安全、多效的联合修复技术对二氯喹啉酸污染土壤的修复有非常重要的意义。复合菌肥不同于单一型菌肥,其配方更为合理,含有大量有机质和有益、无拮抗作用的微生物群,可以作为土壤有毒污染物的重要化学络合剂和吸附剂,它在土壤中的生理代谢活动,使有机污染物的存留和形态结构发生变化,加速土壤有害物质的降解[13-14]。向土壤中施加复合菌肥,可改善土壤结构、提高土壤肥力,增加土壤有益菌群数量、增强有益微生物的活性,利于污染土壤的生物修复,从而减轻作物药害及病害,为作物提供适合的微生态环境[13-15]。本研究通过向受二氯喹啉酸危害的烟株土壤中施加复合菌肥,测定叶片及根系的抗氧化酶活性及丙二醛含量,明确不同浓度复合菌肥对二氯喹啉酸危害烟草的调节作用,为二氯喹啉酸污染的土壤利用生物修复技术应用到稻烟轮作生产中的瓶颈提供理论依据,为稻烟轮作区烟叶优质高产提供有力的措施。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试烤烟(NicotianatabacumL.)品种为K326,采用漂浮育苗;50%二氯喹啉酸可湿性粉剂,由江苏绿利来股份有限公司生产;供试的3种复合菌肥富含多种微量元素和活性物质。复合菌肥1(丰农烟草专用)、复合菌肥2(生物菌剂)均由长沙艾格里生物肥料技术开发有限公司生产,有效活菌数≥5.0亿个/mL;复合菌肥3(生物菌肥)由哈尔滨伦多农业生物科技有限公司生产,有效活菌数≥0.2亿个/g。

试验所使用土壤取自河南农业大学科教园区(34.87°N,113.60°E),土壤的pH值为7.97,有机质含量为12.93 g/kg,全氮含量为0.87 g/kg,全磷含量为0.42 g/kg,速效钾含量为57.43 mg/kg,速效磷含量为164.15 mg/kg,碱解氮含量为 57.43 mg/kg。

1.2 试验处理及设计

将5叶期生长健壮一致的烟苗移栽到塑料盆中,共设5个处理:即CK(正常土壤),不施二氯喹啉酸,只用清水处理;T0(受害土壤),干土中施入二氯喹啉酸0.085 mg(商品推荐量为0.375 kg/hm2);T1,受害土壤+复合菌肥1(干土中施入 0.7 mL/kg);T2,受害土壤+复合菌肥2(干土中施入0.7 mL/kg);T3,受害土壤+复合菌肥3(干土中施入1.1 g/kg)。土壤用2 mm孔径钢筛过筛后,施加二氯喹啉酸拌匀(CK除外),装入直径为20 cm、高为15 cm的塑料盆中,每盆装干土 2.5 kg,保持田间最大持水量的70%,每盆栽烟苗1株,每个处理15盆,共75盆。供试菌肥均按商品注明的用量进行试验。

按正常的烟草栽培标准进行管理。待烟草生长至8叶期、明显表现出受害症状时进行处理:CK和T0施等量清水,其他3个处理将复合菌肥按照使用说明分别用等量清水稀释溶解后灌施。分别于处理后每隔5 d取样1次,共取4次。每个处理取3株,取烟草自上而下的第4张叶(去除主脉及叶尖);烟草根系取出冲洗干净后,用滤纸吸干表面水分,取根尖以上5 cm段为根系样品,测定叶片和根系各项生理指标。

1.3 测定方法

SOD活性采用氮蓝四唑(NBT)法测定,CAT活性采用紫外吸收法测定,APX活性采用紫外分光光度法测定,MDA含量采用硫代巴比妥酸法测定[16-19]。

1.4 统计与分析

采用Excel 2010进行数据处理,采用Sigmaplot 14.0软件作图,采用 SPSS 22.0 中的最小显著性差异法(LSD)进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 复合菌肥对二氯喹啉酸胁迫下烟株SOD活性的影响

由图1可知,随着处理时间的增加,烟叶中的SOD活性呈明显的先升高后降低的趋势,在处理15 d达到高峰,之后降低,正常烟叶中的SOD活性明显高于受害烟叶,根系中SOD活性与叶片所表现的趋势基本一致。15 d,T0、T1、T2、T3处理叶片的SOD活性比CK分别降低25.93%、17.82%、16.38%、5.04%,根系分别降低30.49%、19.57%、12.99%、9.18%。在20 d时,与正常(CK)相比,受二氯喹啉酸危害(T0)烟叶和根系的SOD活性分别降低27.74%、35.13%,说明根系受害程度高于叶片,T1、T2、T3处理烟株的叶片中SOD活性分别比T0提高了16.60%、18.16%、30.61%,根系中SOD活性分别比T0提高了24.37%、30.87%、40.61%,各处理烟株中SOD活性综合表现为 CK>T3>T2>T1>T0处理,表明复合菌肥对受害烟株中SOD活性具有一定的修复作用,以T3处理的修复效果最好。

2.2 复合菌肥对二氯喹啉酸胁迫下烟株APX活性的影响

由图2可知,随着处理时间的增加,APX活性逐渐升高,15 d时达到最大值,之后降低。复合菌肥修复处理APX低于正常对照但明显高于受害处理。15 d,T0、T1、T2、T3处理叶片的APX活性比CK分别降低27.73%、24.06%、16.71%、6.79%,根系分别降低29.01%、20.58%、11.02%、3.24%。在20 d时,与正常(CK)相比,受害(T0)烟叶和根系APX活性分别下降了30.43%、33.94%。在20 d时,T1、T2、T3处理烟株的叶片中APX活性比T0处理提高了11.48%、16.40%、33.35%,根系中APX活性比T0处理提高了18.86%、28.54%、38.46%,各处理中APX活性趋势表现为CK>T3>T2>T1>T0,表明复合菌肥对受害烟株中APX活性有一定的修复作用,其中,T3处理的修复效果要好于其他2个处理。

2.3 复合菌肥对二氯喹啉酸胁迫下烟株CAT活性的影响

由图3可知,在受害对照和复合菌肥修复烟叶中CAT活性呈先升高后下降的趋势,在处理5 d,复合菌肥处理烟叶中CAT活性虽低于正常对照(CK),但明显高于受害对照(T0),根系中CAT活性与叶片变化基本一致。15 d,T0、T1、T2、T3处理叶片的CAT活性比CK分别降低34.91%、23.10%、18.64%、9.19%,根系下降61.02%、43.76%、28.04%、14.48%。在20 d时,受害烟叶和根系CAT活性比正常对照分别降低39.67%和66.67%,T1、T2、T3处理烟叶CAT活性比T0分别升高25.23%、27.93%和40.54%,根系的CAT活性比T0分别高67.61%、114.55%、153.99%,表明根系受复合菌肥修复效果比叶片明显。各处理烟株中CAT活性综合表现为CK>T3>T2>T1>T0处理,表明在用了复合菌肥处理后,以T3处理对烟株CAT活性修复效为最佳。

2.4 复合菌肥对二氯喹啉酸胁迫下烟株MDA含量的影响

MDA是植物器官在衰老时或逆境条件下的脂质过氧化产物,其含量可以反映脂质过氧化程度,其在植物体内的积累可以作为膜脂氧化和细胞伤害的重要指标[20-21]。由图4可知,正常烟株的MDA含量维持在较低的水平,而受害烟叶中MDA含量随着处理时间的延长不断升高,T0在5、10、15、20 d分别比CK升高了167.80%、317.24%、262.16%、213.98%;而加入复合菌肥后能有效降低MDA的含量,并且存在显著差异。T1、T2、T3于15 d时分别比T0的烟叶中MDA含量降低了17.91%、30.97%、54.48%。到20 d时,处理T1、T2、T3分别比T0的烟叶中MDA含量降低了8.22%、30.82%和59.25%。根系中各处理MDA含量变化趋势与叶片一致,但烟草根系MDA含量均低于叶片,表明根系受二氯喹啉酸伤害比叶片小。整体来看,复合菌肥处理受二氯喹啉酸危害的烟株MDA含量修复趋势表现为T0>T1>T2>T3>CK。

3 结论与讨论

综上所述,复合菌肥处理可以有效缓解二氯喹啉酸胁迫下烟株根系和叶片造成的氧化损伤,有助于清除MDA从而维持细胞膜的稳定性,能调节抗氧化酶活性参与烟草对二氯喹啉酸胁迫的防御过程。因此,在稻烟轮作区域种植烟草的栽培中,施加适宜的复合菌肥能加速二氯喹啉酸降解,可有效增强烟株抵抗残留土壤中二氯喹啉酸危害的能力,为稻田植烟地区安全生产提供技术与理论依据。