氧化鐵納米粒子處理下西瓜的生理變化

王運(yùn)強(qiáng) 胡靜 戴照義 李俊麗 黃進(jìn)

目的與意義： 鐵是植物生長必需的微量元素，而現(xiàn)有的鐵肥施用后很快就轉(zhuǎn)化成植物不能利用的三鐵（Ⅲ）形式。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)納米鐵肥料是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中改善植物缺鐵和提高鐵肥利用率的重要手段。本研究將西瓜幼苗種植于經(jīng)不同濃度氧化鐵納米粒子（γ-Fe2O3 NPs）改良的土壤中，通過連續(xù)5周測定西瓜葉片中可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、葉綠素、和丙二醛（MDA）含量變化，以及抗氧化酶活性的變化來探究γ-Fe2O3 NPs對西瓜生理的影響及其應(yīng)用價(jià)值。

材料與方法： 首先合成氧化鐵納米粒子（γ-Fe2O3 NPs），顆粒大小為（17.7±3.9） nm。采用穴盤育苗，在3葉期選取生長一致的西瓜幼苗移植到營養(yǎng)缽，每缽1株。經(jīng)過一段時(shí)間緩苗，在西瓜幼苗長到7片真葉時(shí)分別用含0、20、50、100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs 和50 ?mol·L-1 FeSO4的霍格蘭營養(yǎng)液澆灌。γ-Fe2O3 NPs霍格蘭營養(yǎng)液用超聲波混合均勻。每缽澆灌250 mL不同濃度的γ-Fe2O3 NPs或FeSO4霍格蘭營養(yǎng)液，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，隨后每周澆灌100 mL不含鐵的霍格蘭營養(yǎng)液。處理1周后采西瓜葉片進(jìn)行生理指標(biāo)測定，包括可溶性糖和蛋白、葉綠素含量、丙二醛含量、抗氧化酶SOD、POD和CAT的活性，每周測定1次，連續(xù)5周。采用蒽銅硫酸法測定可溶性糖含量、考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定可溶性蛋白含量、丙酮法測定葉綠素含量、硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量、氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法測定SOD酶活性、紫外吸收法測定CAT酶活性、愈創(chuàng)木酚比色法測定POD酶活性。用透射電子顯微鏡觀察西瓜根系對γ-Fe2O3 NPs的吸收。采用單因子方差分析（one-way ANOVA）、Turkeys多重比較和Duncan's多重比較進(jìn)行差異分析和顯著性檢驗(yàn)。

結(jié)果與分析： （1）γ-Fe2O3 NPs對可溶性糖含量的影響。1周后，100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組的西瓜葉片可溶性糖含量比對照降低32.2%，其他處理組沒有明顯變化。2周后，50 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組的西瓜葉片可溶性糖含量比對照顯著提高，增加74.9%，其他處理組與對照比無顯著差異。第3周和第4周時(shí)，不同濃度γ-Fe2O3 NPs處理組與對照比均無明顯差異，但是50 ?mol·L-1 FeSO4處理組的西瓜葉片可溶性糖含量低于對照組。第5周時(shí)，所有處理組和對照組比均無顯著差異。每個(gè)處理組的可溶性糖含量變化均表現(xiàn)為先降再增再降的趨勢，至第5周時(shí)其含量明顯低于第1周。（2）γ-Fe2O3 NPs對可溶性蛋白含量的影響。第1周，第2周和第4周時(shí)，50 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs組西瓜葉片的可溶性蛋白含量分別比對照組高出18.0%、13.4%和24.8%。其他情況下γ-Fe2O3 NPs和FeSO4處理對西瓜葉片可溶性蛋白的含量均無影響。每個(gè)處理組的可溶性蛋白含量變化也表現(xiàn)為先降再增再降，這種變化可能與西瓜生長過程中營養(yǎng)物質(zhì)的需求變化和分布有關(guān)。（3）γ-Fe2O3 NPs對葉綠素含量的影響。第1和第2周所有處理組西瓜葉片的葉綠素含量與對照組比均無顯著差異。第3周至第5周時(shí)，50 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組的葉綠素含量分別比對照組高16.0%、21.7%和64.0%，但其他組與對照比無顯著差異。每個(gè)處理組的葉綠素含量變化同樣表現(xiàn)為先降再增再降。γ-Fe2O3 NPs和FeSO4處理第一周后葉綠素含量下降可能與鐵元素誘導(dǎo)的氧化壓力增大和MDA含量增加有關(guān)。（4）γ-Fe2O3 NPs對MDA含量的影響。20 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組葉片的MDA含量在所有時(shí)期均與對照組無顯著差異。50 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組葉片的MDA含量在第1周和第2周分別比對照高35.4%和18.3%。100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組葉片的MDA含量在前3周分別比對照高57.1%、30.5%和17.2%。3周后所有處理組葉片的MDA含量與對照組比均無顯著差異，這可能是因?yàn)橹参锏慕舛敬x途徑被激發(fā)，金屬鐵引起的毒害作用被消除。（5）γ-Fe2O3 NPs對抗氧化酶活性的影響。20 mg·L-1? ? γ-Fe2O3 NPs處理組所有時(shí)期的SOD、CAT和POD酶活性均與對照組無明顯差異。50 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理組葉片的SOD酶活性在前2周分別比對照高38.9%和28.7%。100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs和FeSO4處理組在第2周時(shí)SOD酶活性高于對照組，同時(shí)CAT酶活性分別高于對照組49.2%和56.0%。50 mg·L-1、100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs和FeSO4 3個(gè)處理組第1周的POD酶活性均有所提高，但第2周時(shí)下降到與對照組一致水平。第3周至第5周時(shí)，100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs組的POD分別比對照組高10.2%、14.5%和37.8%，其他處理組則與對照無明顯差異。

結(jié)? ? 論： 20 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理對西瓜葉片的關(guān)鍵生理指標(biāo)和脂質(zhì)氧化反應(yīng)均無影響;50 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理能增加西瓜葉片的可溶性、可溶性蛋白和葉綠素含量;50 mg·L-1和100 mg·L-1 γ-Fe2O3 NPs處理早期能誘導(dǎo)西瓜的氧化應(yīng)激反應(yīng)。綜上所述，合適濃度的γ-Fe2O3 NPs在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可以作為一種鐵肥來改善西瓜缺鐵癥狀。