燃煤烟气脱硫物施用对苜蓿渗透调节物质和保护酶活性的影响.pdf

中国农业科技导报, 2010, 12 5 130- 133 JournalofAgriculturalScience andTechnology 收稿日期 20100416 ; 修回日期 20100822 基金项目 国家自然科学基金项目 40961020; 十一五 国家科技支撑计划项目 2007BAC08B01资助。 作者简介 王学琴, 硕士研究生, 主要从事作物生理与生态研究。E mai l wang_xue_qin1110 126 . com。通讯作者 许 兴, 教授, 博 士生导师, 主要从事植物逆境生理生态与分子生物学研究。E mai l xuxingscience 126 . com 燃煤烟气脱硫物施用对苜蓿渗透调节物质 和保护酶活性的影响 王学琴 1, 许 兴1, 李凤霞2, 杨 娟3 1. 宁夏大学农学院, 银川 750021; 2. 宁夏农林科学院农业资源与环境研究所, 银川 750021 ; 3. 宁夏大学生命科学院, 银川 750021 摘 要 采用盆栽试验研究了燃煤烟气脱硫物施用对苜蓿渗透调节物质和保护酶活性的影响, 结果显示 M pT3处理降低 MDA含量效果最为明显。在苗期和初花期, M pT1和 M pT3处理苜蓿叶片可溶性糖含量和脯 氨酸含量升高显著, 且以 M pT3处理效果最佳; 各处理 SOD、 POD 和 CAT活性都增加, 但 MpT3处理比 M pT1 处理、 M pT2处理效果显著。上述结果表明 燃煤烟气脱硫物 2. 5 g /kg土 改良剂 2. 5 g /kg土 即 MpT3处 理 对提高苜蓿的抗逆性效果最佳。 关键词 燃煤烟气脱硫物; 苜蓿; 渗透调节物质; 保护酶; 抗逆性 do i 10. 3969/. j issn. 10080864 . 2010 . 05. 22 中图分类号 X705 文献标识码 A 文章编号 10080864 201005013004 Effect of Flue GasDesulphurization Products on Os motic Adjustment Solutes and Protective Enzy mes Activities ofA lfalfa WANG Xueqin 1, XU Xing1, LI Fengxia 2, YANG Juan3 1 . College of Agriculture, N ingxia University, Y inchuan 750021 ; 2. A griculturalResource and Env iron ment Institute, N ingx ia A cademy ofAgriculture and Forestry Sciences , Y inchuan 750002 ; 3. College ofL ife Sciences , N ingxiaU niversity, Y inchuan 750021 , China Abstract In this paper , pot culture experi mentwas adopted to study the effect of flue gas desulphurization products on osmotic adjust ment solutes and protecting enzymes activities of alfalfa . The results indicate thatM pT3 treat ment can remarkably reduceMDA content . At seedling and early bloom stages ,the content of soluble sugar and proline in alfalfa leaf blades increased re markably andM pT3 treatment has the best effect . The activities ofSOD, POD andCAT increased in all treat ments , butM pT3 treatment has better result thanM pT1 andM pT2 treatment . The above results indicated that flue gas desulfurization products2. 5 g/kg soil a mendment 2. 5 g /kg soil MpT3 was the best for i mproving alfalfa stress resistance . Keywords flue gas desulfurization products ;alfalfa ; osmotic adjustment solute ; protective enzy me ;stress resistance 土壤盐渍化是目前制约我国农业增产的重要 因素之一。据统计, 我国约有 2 . 7 10 7 hm 2盐渍 化土壤, 耕地中盐渍化土壤占 10 。宁夏自治区 总面积 51 795 hm 2, 盐渍化面积约占总面积的 40 , 尤以银川平原分布最广。因此, 如何改良和 利用盐碱地是目前亟待解决的农业问题之一。工 业发电中利用烟气脱硫技术以减少 SO2排放, 现 行的脱硫技术绝大多数以钙基物质作为吸收剂, 最终生成一种脱硫废弃物 规程中改为燃煤烟气 脱硫物 , 其主要成分是 CaSO4∀2H2O。用燃煤烟 气脱硫物改良盐碱地是近几年才提出的一种改良 方案。它是将工业废物的再利用和农业土壤改良 相结合的一种改良方式。长期以来, 国内外对盐 碱地的改良开展了广泛而深入的研究。国外对此 的研究则主要集中在酸性土壤改良方面 [ 1 4]。 考虑到近年来宁夏自治区宁东燃煤电厂每年 都会有大量的脱硫废弃物产出, 宁夏大学于 2005 年与清华大学合作, 首次在宁夏自治区引进了燃 煤烟气脱硫物改良盐碱地的技术。五年来, 改良 土壤 p H、 盐分含量和碱化度降低, 土壤松软, 孔隙 增多, 土壤板结明显改善, 作物产量也在原基础上 有了大幅度增加 [ 5]。苜蓿 M edicagoon sativa. L 是一种抗盐碱植物, 但大多数苜蓿只能在中低度 盐碱地上生长, 而且受环境条件的限制, 很难完成 生殖生长的全过程 [ 6]。本文首次探讨燃煤烟气 脱硫物改良的土壤对苜蓿渗透调节物质和保护酶 活性的影响, 初步筛选出盐碱地种植苜蓿的最适 燃煤烟气脱硫物施用量, 为以燃煤烟气脱硫物为 主改良盐碱地的综合技术体系提供理论依据。 1 材料与方法 1 . 1 试验材料与设计 1 . 1 . 1 试验概况 试验基地位于宁夏自治区银 北平罗县西大滩前进农场。该地分布有我国乃至 世界特有的龟裂碱土 俗称白僵土, 土壤盐分组 成以碳酸钠 - 重碳酸钠主 。试验区土壤的各项 理化指标为 土壤耕作层 0 20 c m, 平均全盐量 为 0 . 35 , 碱化度为 22 . 3 , 地下水埋深 1 . 5 m 左右, 地下水矿化度 1 10 g/L, 土质粘重, 透水 性差。 1 . 1 . 2 试验材料与设计 供试苜蓿品种为中苜 一号, 燃煤烟气脱硫物来自宁夏马莲台电厂, 主要 化学成分为 CaSO4∀2H2O。改良剂是宁夏大学自 主研制开发的新型盐碱地改良剂。盆栽用土壤 p H 为 9 . 1 , 全盐量 6 . 13 g/kg的基地碱性白僵土。 盆栽用塑料盆 30 cm 35 cm 38 cm。 试验共设 4个处理 燃煤烟气脱硫物 0 g /kg 土 MpCK, 对照 、 燃煤烟气脱硫物 2 . 5 g/kg土 MpT1、 燃煤烟气脱硫物 5 . 0 g /kg土 MpT2和 燃煤烟气脱硫物 2. 5 g /kg土 改良剂 2 . 5g/kg土 MpT3。每处理 10个重复, 盆栽装土 10 kg /盆。 1 . 2 种植与采样方法 试验于 2009年 4月 16日在宁夏自治区银北 平罗县西大滩前进农场盐碱地改良试验基地抗旱 棚中进行。每盆种植 50粒, 出约苗 30株, 经过间 苗, 每盆留 10株。2009年 5月 21日 苗期 、 6月 28日 初花期 随机剪取生长一致的苜蓿叶片装 入保鲜袋, 带回实验室后冲洗叶片的泥土, 吸干水 分置于 4 冰箱中待测。 1 . 3 调查项目及方法 丙二醛 MDA含量测定采用林植芳等 [ 7]的 方法。可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法 [ 8]。 脯氨酸 Pro含量采用茚三酮显色法 [ 8]测定。超 氧化物歧化酶 SOD 活性测定用 NBT 光化学还 原法 [ 9], 以抑制 50 NBT 反应为 1个酶活性单 位。过氧化物酶 POD活性测定采用愈创木酚 显色法 [ 9], 以每分钟内 A 470变化 0 . 01为 1个酶活 性单位。过氧化氢酶 CAT 活性采用紫外吸收 法 [ 7]测定。 1 . 4 统计分析方法 试验数据用 SAS数据统计分析软件和 Excel 软件处理。苗期和初花期的测定值分别作方差 分析。 2 结果与分析 2 . 1 燃煤烟气脱硫物施用对苜蓿叶片内丙二醛 MDA含量的影响 细胞膜是植物细胞内外物质和信息交流的界 膜, 具有严格的选择透性, 任何对膜的伤害将导致 膜透性增大甚至细胞死亡 [ 10]。MDA是膜脂过氧 化的产物, 其含量的变化与细胞膜脂过氧化程度 的高低呈正相关。从图 1可见, 各处苗期和初花 期的 MDA含量显著低于对照。两时期均以 Mp T3 处理的 MDA含量最低, 且与其他处理差异显著。 图 1 不同处理对苜蓿叶片内 MDA含量的影响 Fig . 1Effect of different treatment onMDA content in A lfalfa leaves . 注 不同小写字母代表差异显著 P 0. 05。 N ote D ifferent small letters indicate significant difference atP 0 . 05 . 131 5期王学琴等 燃煤烟气脱硫物施用对苜蓿渗透调节物质和保护酶活性的影响 2 . 2 燃煤烟气脱硫物施用对苜蓿叶片内渗透调 节物质的影响 从图 2可见, MpT1处理下, 苗期和初花期苜 蓿叶片可溶性糖含量与对照相比显著升高; 但随 着燃煤烟气脱硫物浓度增大, MpT2处理下可溶 性糖含量与对照无差异; MpT3处理叶片可溶性 糖含量最高, 与对照及其他处理差异显著。从 图 3 可见, M pT1处理和 MpT3处理下苗期和初花 期叶片脯氨酸含量与对照相比均显著升高, 且以 MpT3处理下脯氨酸含量最高。 图 2 不同处理对苜蓿叶片内可溶性含量的影响 Fig . 2 Effect of different treatment on soluble sugar content in alfalfa leaves. 注 不同小写字母代表差异显著 P 0. 05。 N ote D ifferent small letters indicate significant difference atP 0 . 05 . 图 3 不同处理对苜蓿叶片内脯氨酸含量的影响 Fig . 3Effect ofdifferent treatment on proline content in alfalfa leaves . 注 不同小写字母代表差异显著 P 0. 05。 N ote D ifferent small letters indicate significant difference atP 0 . 05 . 2 . 3 燃煤烟气脱硫物施用对苜蓿叶片内保护酶 活性的影响 SOD是清除超氧自由基酶系统中的关键酶, 可防止超氧阴离子自由基对植物的攻击, 从而起 到保护植物的作用。从表 1 、 表 2可见, 各处理苗 期和初花期 SOD活性均显著高于对照。M pT2处 理、 MpT3处理与 MpT1处理相比, 也有显著性差 异。与对照相比, MpT2 处理、 MpT3处理苗期 SOD活性分别增加了 16 、 16 . 9 ; 初花期分别 增加了 25 . 6 、 27 . 8 。MpT3处理比 MpT2处理 的增加程度大, 但 MpT2处理、 MpT3处理间差异 不显著。 POD是植物体内活性氧的主要清除酶之一, 对维持机体活性氧代谢平衡有重要意义。从 表 1 、 表 2可见, 苗期和初花期各处理 POD活性均 显著高于对照。MpT2处理、 MpT3处理与 MpT1 处理相比, 都有显著性差异。与对照相比, MpT2 处理、 MpT3 处理苗 期 POD 活性 分别 增加了 242 、 29 . 3 ; 初花期 POD 活性分别增加了 257 、 66 , 且 MpT3处理与对照及其他处理间 差异显著。 表 1 燃煤烟气脱硫物施用对苜蓿苗期叶片内 保护酶活性的方差分析 Table 1 Variance analysis of protective enzy mes activity in the alfalfa leaves at seedling stage under the gas of coalburning desulfurization application . 处理 Treat ments 酶活 Enzyme activity SODU /gPODU /g∀m inCATU /g∀m in MpCK306 ∃ 5 . 1c256 ∃2. 79d146 ∃ 3 . 6c MpT1310 ∃3. 1b299 ∃4. 07c163 ∃ 3 . 2b MpT2355 ∃ 2 . 6a318 ∃11. 03b167 ∃ 1 . 0b MpT3358 ∃ 3 . 9a331 ∃4. 49a182 ∃ 1 . 4a 注 表中数据为平均值 ∃ 标准差; 同一列数据后标不同小写字 母表示差异显著 P 0 . 05。 Notes The data at the table are showed by average value ∃ standard division . D ifferent small letters w ithin the same colu mn indicate significant difference atP 0. 05 . 表 2 燃煤烟气脱硫物施用对苜蓿初花期 叶片内保护酶活性的方差分析 Table 2 Variance analysis of protective enzy mes activity in the alfalfa leaves at semibloo m ing stage under the gas of coalburning desulfurization application . 处理 Treat ments 酶活 Enzyme activity SODU /gPODU /g∀m inCATU /g∀m in MpCK320 ∃ 3 . 1c304 ∃ 6 . 8d185 ∃ 1 . 9c MpT1347 ∃3. 5b397 ∃ 10 . 3c191 ∃ 3 . 2b MpT2402 ∃ 4 . 6a482 ∃ 5 . 0b195 ∃ 4 . 1b MpT3409 ∃ 3 . 2a506 ∃ 7 . 3a213 ∃ 3 . 1a 注 表中数据为平均值 ∃ 标准差; 同一列数据后标不同小写字 母表示差异显著 P 0 . 05。 Notes The data at the table are showed by average value ∃ standard division . D ifferent small letters w ithin the same colu mn indicate significant difference atP 0. 05 . 132 中 国 农 业 科 技 导 报12卷 CAT作为生物体内活性氧防御系统的一种 重要保护酶, 能够清除 H2O2, 限制潜在的活性氧 伤害。施用燃煤烟气脱硫物提高了盐碱地上苜蓿 CAT酶的活性, 不同程度地减轻了苜蓿的伤害。 从表 1 、 表 2可见, 苗期和初花期各处理 CAT活性 均显著高于对照。与对照相比, M pT1处理、 MpT2 处理和 MpT3处理苗期 CAT 活性分别增加了 116 、 14 . 5 和 24 . 7 ; 初花期 CAT活性与对 照相比分别增加了 32 、 5 . 4 和 15 . 1; MpT3 处理与对照和其他处理相比有显著性差异。 3 讨论 本研究结果表明, 施用燃煤烟气脱硫物后, 苜 蓿叶片 MDA 含量下降, 且以处理 MpT3效果最 佳, 即燃煤烟气脱硫物与改良剂配施可使苜蓿幼 苗细胞膜的过氧化损伤程度减弱。可溶性糖、 脯 氨酸是植物适应逆境条件, 降低渗透势的重要渗 透调节物质, 当遇到干旱、 低温、 盐碱等逆境时便 会大量积累, 并且积累指数与植物的抗逆性有关。 本研究结果表明, M pT2处理下苜蓿叶片中可溶 性糖、 脯氨酸含量基本与对照相当, 而 MpT3处理 较对照高, 且差异显著, 这可能是因为燃煤烟气脱 硫物中含有重金属离子所致, 也可能是苜蓿对燃 煤烟气脱硫物施用量的增大需要一个锻炼适应的 过程。 适量的燃煤烟气脱硫物可以提高苜蓿叶片 SOD、 POD和 CAT 的活性, SOD是催化超氧负离 子的金属酶类 [ 11], 使超氧负离子发生歧化反应生 成氧化性较弱的 H2O2, H2O2又在 CAT 和 POD酶 的作用下形成 H2O, 从而防御活性氧或其他过氧 化物自由基对细胞膜的伤害。本研究结果表明, 适量的燃煤烟气脱硫物与改良剂配施可以增加 SOD、 POD和 CAT的活性, 增强苜蓿的耐盐碱性, 促使苜蓿正常生长。 本试验施用量是在 燃煤烟气脱硫物改良盐 碱土壤种植旱作物技术规程 地方标准中筛选 的, 与以前的研究相比更加严谨。张俊华等 [ 12]研 究了燃煤烟气脱硫废弃物 规程中改为燃煤烟气 脱硫物 及专用改良剂改良龟裂碱土的效果, 结 果显示该改良剂可以有效改良龟裂碱土, 但考虑 改良剂原料费用后则以燃煤烟气脱硫物和改良剂 配合施用最终经济效益最大。这与本实验结果燃 煤烟气脱硫物与改良剂配施效果最佳是一致的。 参 考 文 献 [ 1] C lark R B, BaligarV C. 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