镁肥对缺镁葡萄叶片活性氧含量和保护酶活性的影响

马晓丽，颜秋阳，刘雪峰，袁项成，向苹苇,杨 梅*

(1.重庆三峡农业科学院，重庆 404155；2.重庆三峡学院，重庆 404020)

镁在植物生理作用中有着其它元素不可替代的重要地位，参与光合作用、碳氮代谢等[1-2]。我国南方地区受气候及土壤酸性较强等因素的影响，土壤中的镁容易因迁移和淋溶而损失，土壤供镁能力降低，作物缺镁现象日益严重[3-4]。葡萄对镁需求量大，缺Mg全年都可发生，葡萄缺镁时，会改变叶绿素结构、降低光合效率、蛋白质合成受阻，影响对其他矿质元素的吸收，并导致果实品质的降低[5-6]。国内外有很多对镁素营养的研究，但大多集中在缺镁对植物光合作用以及酶系统等的影响上，并且在盆栽蔬菜及沙培果树幼苗研究较多[7-8]，在大田条件下，缺镁多年生果树土施及叶面喷施镁肥后，对植株叶片活性氧含量和保护酶活性的影响的研究相对较少。因此，本文拟在田间条件下，对已缺镁的葡萄园进行土施和叶面喷施镁肥，分析叶片活性氧产生速率、过氧化氢含量、保护酶活性及脯氨酸、膜质过氧化产物丙二醛的差异显著性，评价土施与叶面喷施对缺镁葡萄叶片活性氧代谢、过氧化胁迫程度和抗氧化酶活性的影响，并分析叶片镁含量与活性氧含量和保护酶活性的相关性，以及活性氧含量和保护酶活性与葡萄产量的相关性。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于四川省龙泉驿区洛带镇宝胜村，属亚热带湿润季风气候，气候温和，雨量充沛，四季分明。年平均日照1 032.9 h，8月最多，12月最少。年平均气温16.5℃，无霜期年平均297 d，年降水量平均为895.6 mm，年均相对湿度81%。试验前对该地土壤和葡萄成熟叶片进行了营养诊断，试验土壤为平地红色砂土，其基本理化性状为pH值5.56、有机质19.76 g/kg、铵态氮8.56 mg/kg、硝态氮18.29 mg/kg、有效磷20.76 mg/kg、速效钾104.34 mg/kg、速效钙342.35 mg/kg、速效镁40.79 mg/kg、有效锌1.23 mg/kg、有效铁34.78 mg/kg、有效锰17.89 mg/kg；该地葡萄成熟叶片元素含量为钾5.93 g/kg、钙14.84 g/kg、镁1.6 g/kg、铁74.34 mg/kg、锰48.36 mg/kg、锌24.78 mg/kg、铜12.36 mg/kg。参考李港丽等[9]葡萄叶片营养分级标准，发现该地葡萄钙、锌、铁、铜、锰元素均在适量水平，但镁含量严重缺乏。

1.2 试验设计

采用裂区试验设计，主区设4个土施硫酸镁(MgSO4·7H2O)水平，分别是0、112.5、150、187.5 kg/hm2，用S0、S1、S2、S3表示，副区设3个叶面喷施硫酸镁浓度，分别是0%、0.2%、0.4%，用F0、F0.2、F0.4表示，共计12个处理，依次为S0F0、S0F0.2、S0F0.4、S1F0、S1F0.2、S1F0.4、S2F0、S2F0.2、S2F0.4、S3F0、S3F0.2、S3F0.4。每个小区选10株葡萄，重复3次，小区面积30 m2，土施硫酸镁在秋季随基肥施入，然后进行旋耕；叶面喷施则分3次，分别为5月中旬、6月中旬、7月中旬，以叶片滴水为限。自2014年10月开始，试验连续进行2年。

1.3 测定项目与方法

2016年10月5日，即果实成熟期，采集坐果位点的叶片，每个处理随机采集9片，塑封袋标号，放入冰盒，带回实验室后对各项指标进行测定，3次重复，取其平均值。同时每个处理随机选择8株，采集果穗，用电子天平称量单株产量。

1.3.1 叶片镁含量的测定

根据中国农业大学制定的标准进行洗涤，将洗涤过后的叶片置于105℃烘箱中杀酶20 min，之后在70～80℃下烘干。用不锈钢植物磨碎机磨碎过0.25 mm孔径筛，贮于干燥器中待测。叶片镁含量通过550℃马弗炉灼烧，制成灰分，加入稀盐酸溶解，用火焰原子吸收光谱法[10]测定。

1.3.2 叶片活性氧含量和保护酶活性的测定

超氧阴离子产生速率采用羟氨反应法测定[11]，过氧化氢(H2O2)含量的测定参照林植芳等[12]的方法，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT法测定，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚比色法测定，过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外吸收法测定[13]，脯氨酸(Pro)含量采用磺基水杨酸法测定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法测定[13]。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Excel 2010软件进行处理并绘制相关图表，采用SPSS 18.0软件进行统计分析,各处理多重比较采用DUCAN法。

2 结果与分析

2.1 施镁对叶片镁含量和活性氧含量的影响

由图1可以看出，未施镁肥的处理S0F0叶片镁含量仅1.42 g/kg，根据李港丽等[9]葡萄叶片营养分级标准，叶片镁含量小于1.50 g/kg为缺镁范围，可以看出未施镁肥时葡萄缺镁，补镁后，叶片镁含量显著增加，均达到了适量标准，处理S3F0.4镁含量最高，达到了4.65 g/kg，与处理S2F0.4差异不显著，较其他处理差异显著。当土施量一定时，叶片镁含量表现出F0.4>F0.2>F0，当叶面喷施浓度一定时，表现出S3>S2>S1>S0。

图1 补镁对缺镁葡萄叶片镁含量产生速率和H2O2含量的影响注：图中不同的小写字母表示各处理在0.05水平下差异显著。下同。

表1 土施和叶面喷施镁肥对缺镁黄化葡萄产生速率和H2O2含量的效果鉴定

注：**表示F检验极显著水平(P<0.01)，*表示F检验显著水平(P<0.05)。下同。

2.2 施镁对叶片保护酶活性的影响

由图2可以看出，未施镁肥时，叶片中SOD活性最高，达到了73.776 U/g FW，与处理S1F0差异不显著，显著高于其他处理，而处理S2F0.4的SOD活性显著低于其他处理；当土施量在0～112.5 kg/hm2时，土施量和叶面喷施浓度越大，叶片中SOD活性越低，而当土施量为150 kg/hm2时，则表现出F0.4>F0.2>F0；与SOD活性变化相反，未施镁肥的S0F0处理叶片POD活性最低，处理S2F0.4活性最高，达到4.002 U/(g FW·min)，显著高于其他处理，当土施量在0～112.5 kg/hm2时，土施量和叶面喷施浓度越大，叶片中POD活性越高，而当土施量为150 kg/hm2时，则表现出F0>F0.2>F0.4；未施镁肥的S0F0处理CAT活性最低，施镁后各处理CAT活性增加，并随着施镁浓度的增加，各处理表现出一直升高的趋势，处理S3F0.4活性最高，达到了12.087 U/(g FW·min)，显著高于其他处理。

图2 补镁对缺镁葡萄叶片保护酶活性的影响

由表2可知，土施和叶面喷施对叶片SOD、POD和CAT活性均有极显著影响，且对SOD和POD有极显著交互效应，对CAT活性有显著交互效应。

表2 土施和叶面喷施镁肥对缺镁黄化葡萄保护酶的效果鉴定

2.3 施镁对叶片丙二醛和脯氨酸含量的影响

由图3可以看出，补镁后，随着土施和叶面喷施镁肥量的增加，叶片丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量表现出先降低后增加的趋势，土施量在0～150 kg/hm2时，随着施镁量的增加叶片MDA和Pro含量逐渐降低，处理S2F0.4含量均最低，但MDA含量与处理S2F0.2、S1F0.4、S1F0.2和S0F0.4差异不显著，Pro含量与S1F0、S1F0.2、S1F0.4、S2F0、S2F0.2差异不显著。当土施量达到187.5 kg/hm2时，叶片MDA和Pro含量显著增加。说明在缺镁情况下，葡萄叶片受到损害，产生大量MDA和Pro，土施和叶面喷施硫酸镁肥可以缓解这种伤害，当土施量在0～150 kg/hm2时，土施量越大，缓解效果越好，但当土施量为187.5 kg/hm2，缓解效果一般。土施150 kg/hm2同时叶面喷施0.4%硫酸镁对该缺镁葡萄缓解叶片损伤效果最好。

图3 补镁对缺镁葡萄叶片丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量的影响

鉴定土施和叶面喷施对叶片MDA和Pro含量的效果发现，土施对MDA和Pro含量均有极显著影响，叶面喷施对MDA影响极显著，对Pro影响不显著，土施和叶面喷施对MDA有极显著交互效应，对Pro有显著交互效应。

表3 土施和叶面喷施镁肥对缺镁黄化葡萄MDA和Pro的效果鉴定

2.4 施镁对葡萄单株产量的影响

由图4可以看出，未施镁肥的处理S0F0单株产量最低，仅4.09 kg，土施和叶面喷施镁肥后，葡萄单株产量增加，处理S2F0.4单株产量最高，达到了5.49 kg，与处理S1F0.4、S2F0.2、S3F0.2、S3F0.4差异不显著，显著高于其他处理。

图4 补镁对缺镁葡萄单株产量的影响

2.5 叶片镁含量、单株产量与活性氧清除系统相关指标的相关性分析

表4 叶片中镁含量、单株产量与活性氧清除系统相关指标的相关性分析

注：*和**分别表示相关性达显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)水平。

3 讨论

3.1 施镁对叶片超氧阴离子产生速率和过氧化氢含量的影响

3.2 施镁对叶片保护酶活性的影响

植物应对环境胁迫下活性氧的累积的重要机制之一是启动抗氧化酶系统[20]，SOD、POD、CAT是植物体内活性氧清除系统的3种关键酶。汪洪等[21]、李延等[22]、陈伟立等[23]、申燕等[24]在菜豆、龙眼、砂糖橘和‘春见’橘橙上研究表明，缺镁条件下，植株体内SOD、POD、CAT活性明显高于正常植株。王芳等[25]在镁对大豆叶片保护酶活性的影响研究中发现，镁胁迫下大豆叶片CAT活性受到明显抑制，施镁则大大增加CAT活性。杨勇等[26]在水稻上研究发现高镁叶片中CAT活性明显升高。朱立保等[27]、韩艳婷[18]和彭云等[28]在厚皮甜瓜、葡萄和花生上研究则发现适宜镁处理可以增强叶片POD、SOD和CAT活性，缺镁和过量镁降低了叶片POD、SOD和CAT活性。

而本试验结果发现，未施镁肥的缺镁葡萄叶片SOD活性高于施镁处理，POD和CAT活性低于施镁处理。土施和叶面喷施镁肥后，叶片SOD活性先降低后升高，而POD活性先升高后降低，CAT活性则持续升高。可以看出，缺镁状况下抗氧化酶活性及施镁对抗氧化酶活性影响的结论不一致，可能是因为缺镁胁迫下，植物叶片细胞内产生较多超氧阴离子，从而诱导抗氧化酶活性增加，但随着镁胁迫时间的延长，植株体内产生的超氧阴离子自由基过多，超过抗氧化酶活性，导致活性下降，随着镁肥的施入，光系统受损程度得到缓解，抗氧化酶活性增加。

3.3 施镁对叶片丙二醛和脯氨酸含量的影响

虽然植物细胞内活性氧产生和清除酶活性处于动态平衡状态，但当受到逆境胁迫，体内活性氧过多，超过防御能力，仍会发生膜脂过氧化作用，丙二醛含量增高，细胞膜透性增加[21]。生物膜在植物抗性生理方面起着非常重要的作用，脯氨酸对于维持生物膜的正常功能具有一定的作用，植物在遭受逆境胁迫时脯氨酸会在体内大量积累，丙二醛是植物膜脂过氧化的最终产物，反映了生物膜受伤害的程度[29]。本试验发现，未施镁肥的缺镁葡萄叶片脯氨酸和丙二醛含量显著高于施镁处理，这在黄瓜[17]、砂糖橘[23]、菜豆[21]等作物上也有相关报道。适量施镁后叶片丙二醛和脯氨酸含量降低，说明适量补镁有利于缓解生物膜受伤害程度，这与镁处理在厚皮甜瓜[27]、葡萄[18]和花生[28]上的研究一致。

4 结论