活性效应（精选3篇）
活性效应 篇1
绿肥在我国种植历史悠久、栽培面积大、分布范围广, 是土壤养分的重要来源之一。近代, 随着化肥的大面积应用, 绿肥面积不断减少。但随着化肥的长期使用, 土壤板结、地力衰退、化肥污染等问题日益严重, 绿肥作为一种全能生物有机肥源, 再次受到人们的普遍关注。目前, 针对绿肥的研究主要集中于绿肥品种的筛选、绿肥对土壤肥力影响、绿肥的增产作用等方面, 而针对绿肥对土壤生物学活性效应的研究仍有待深入。本研究综述目前国内外研究情况, 深入分析绿肥对土壤生物学活性的影响, 旨在为绿肥作用机理的研究提供理论支持。
1 绿肥的概念及作用
近年, 根据绿肥的特征与使用方式, 人们对绿肥的概念作出新的解释, 即:一些作物, 可以利用其生长过程中所生产的全部或部分鲜体, 直接或间接翻压到土壤中做肥料;或是通过它们与土作物的间套轮作, 起到促进主作物生长、改善土壤性状等作用。这些作物称之为绿肥作物, 其鲜体称之为绿肥。
作为一种优质有机肥料, 绿肥具有多种作用, 综合而言主要包括以下几方面:增加土壤中的养分;改善土壤理化性状;加快土壤腐解作用, 增加土壤有机质含量;防止土壤养分流失及风沙侵蚀;防止植物病害的产生。绿肥的作用是多方面的, 但其起作用的主要媒介为土壤, 而土壤的生物活性作为土壤性质的重要判断指标之一, 在绿肥的作用下发生着一系列的变化。
2 绿肥对土壤微生物的效应
土壤微生物参与并推动着土壤的一系列生理生化反应, 在土壤物质发生相应变化前, 微生物群落已经对于土壤环境的改变产生了可靠而直接的响应, 良好、稳定的微生物群落结构是土壤肥力重要指标之一。绿肥的施加可以改变土壤中微生物群落的组成、数量与活性等。
2.1 绿肥对土壤微生物群落的效应
土壤微生物群落的组成在很大程度上决定了土壤有机质的周转及土壤肥力和质量, 是土壤肥力的重要指标之一。有研究表明绿肥翻压可以引起微生物群落结构的改变, 增加土壤细菌多样性。绿肥翻压后, 与空白对照相比, 土壤中细菌、真菌、放线菌三大类群微生物的总量均有大幅度的增加。土壤微生物量碳 (M B C) 与微生物量氮 (MBN) 的比值可以用来表征土壤微生物的群落结构与状态。贾举杰等 (2007) 研究认为在弃耕地中种植豆科植物 (紫花苜蓿、草木樨和沙打旺) , 可以影响土壤的MBC/MBN, 其中以种植紫花苜蓿的比值最高, 并且土壤微生物群落中以真菌占优势。研究表明, 在种植烟草的土壤中施加秸秆后, 土壤真菌、细菌、霉菌等有害微生物的数量显著降低, 同时放线菌、磷细菌、钾细菌等有益微生物的数量提高。林斯等 (2013) 研究发现, 套种豆科绿肥可以提高土壤微生物丰富度和基因多样性, 进而提高土壤生态系统的生产力。
2.2 绿肥对土壤微生物活性的效应
土壤微生物的活性反映整个土壤微生物群落或其中一些特殊种群的状态。微生物呼吸强度可看作是衡量土壤微生物总的活性指标, 它可以反映整个微生物群落 (包括休眠状态和活性状态) 的活性, 研究表明绿肥在土壤中腐解的过程可以促进土壤微生物的呼吸作用, 增强微生物活性。在烟草田进行绿肥间作试验, 次年掩青, 发现绿肥作用后土壤微生物活性增强, 其中以紫花苜蓿对土壤微生物活性的促进作用最强。陈欣等 (2003) 研究表明, 保留果园生草可以使土壤解磷微生物的活性高于清耕除草果园。秦燕燕等 (2009) 利用氯仿熏蒸法和BIOLOG检测法, 研究了豆科作物 (紫花苜蓿、草木樨和沙打旺) 对土壤微生物的影响, 结果表明添加豆科作物后, 土壤微生物的碳源利用能力和代理多样性指数显著提高, 微生物活性增强。
2.3 绿肥对土壤微生物生物量的效应
土壤微生物量是土壤有机质的活性部分, 是表征土壤有机质变化的指标, 参与土壤养分的供应和转化, 反映土壤的同化及矿化能力。微生物量的分布与土壤养分含量关系密切, 微生物量可以更好的反映土壤中微生物的实际含量与作用潜力。研究表明, 与冬季休闲处理相比, 长期冬种绿肥 (油菜、紫云英、黑麦草) 翻压处理的红壤性水稻土中, 微生物生物量碳、微生物生物量氮含量都有所提高, 以长期冬种紫云英翻压处理效果最明显。岳泰新等 (2009) 通过葡萄园行间生草实验发现与清耕 (对照) 相比, 紫花苜蓿和白三叶处理显著提高了土壤微生物碳和土壤微生物氮的含量。贾举杰等 (2007) 在多年弃耕地中种植豆科植物 (紫花苜蓿、草木樨和沙打旺) , 结果发现引入豆科植物可以显著提高土壤中微生物量碳、微生物量氮和微生物商, 进而提高土壤肥力, 加速演替进程。
3 绿肥对土壤酶的效应
土壤酶是土壤植物、动物、微生物活动的产物, 是促进土壤新陈代谢的催化剂, 其活性是反映土壤生物学和生物化学变化的重要指标。由于土壤酶主要来源于活的微生物, 因此其对土壤环境变化的反应十分敏感, 能够更好的反映土壤环境的变化。种植及翻埋绿肥, 导致根系胞外分泌物进入土壤, 直接增加了相关土壤酶, 而且绿肥翻埋后为微生物提供能源与养分, 因此来源于微生物的土壤酶相应增多。一般C/N比小, 木质素含量低的绿肥更有利于激发土壤的生物活性。
3.1 绿肥对土壤水解酶的效应
土壤水解酶是催化土壤中各种底物发生水解反应的酶类, 可以催化各种有机化合物的水解和裂解反应, 与土壤中多种营养元素的转化和循环密切相关。水解酶通过裂解有机化合物中糖苷键、脂键、肽键、酸酐键以及其他键, 直接参与土壤中有机物的转化。土壤脲酶、磷酸酶、转化酶等的活性, 可以作为土壤管理效果与土壤质量的重要指标。有研究发现, Bt玉米秸秆分解比常规品种玉米秸秆分解在15、45、60和75天时, 土壤蔗糖转化酶活性显著提高。杨曾平等 (2011) 研究发现, 长期冬种绿肥翻压处理能明显提高土壤脲酶、转化酶的活性, 其中尤以C/N比值适中的紫云英效果显著, 这可能是由于外源加入了酶促基质, 进而提高了酶活性。张珺穜等 (2012) 研究发现, 种植和翻压紫云英能够提高土壤磷酸酶活性, 说明在缺乏磷素的情况下, 绿肥所含的有机磷促进了土壤磷酸酶活性的提高。
3.2 绿肥对土壤氧化还原酶的效应
氧化还原酶是一类能够催化氧离子的转移与电子传递, 催化土壤中氧化还原反应的酶类。土壤中的氧化还原酶在腐殖质的形成过程中起到非常重要的作用;氧化还原酶对营养物质的转化以及矿质营养元素的循环有重要意义;有些氧化还原酶可以作为土壤肥力以及土壤微生物代谢活性的指标等。氧化还原酶所催化的各种反应大多数与能量的转移反应相关, 因此其在生物体内起着不可替代的作用。脱氢酶活性被认为是指示微生物活性的最好指标之一, 因为脱氢酶只存在于生活细胞体内, 能很好地估量土壤中微生物的氧化能力。有试验结果表明, 樱桃番茄套种三叶草可以显著提高脱氢酶活性, 在三叶草生长旺盛期脱氢酶活性开始迅速上升, 较对照增强70.85%~114%。李正等 (2011) 研究认为, 翻压绿肥能显著提高土壤过氧化氢酶的活性, 提高幅度达41.38%~71.43%。
4 绿肥应用中存在的问题与展望
我国种植绿肥历史悠久、范围广泛, 种植面积最大时达到耕地面积的10%左右, 但目前种植面积仅为200万公顷左右。目前生产中种植绿肥均处于盲目阶段, 没有根据上下茬口进行专业性选择;绿肥的施用量、施用时期等也较随意, 没有充分发挥其增肥增产优势。科研中, 对于绿肥的研究也多集中于其对作物增产的效果、对土壤肥力的影响等方面, 而且研究并不够深入、系统。如何深入分析绿肥的效应, 合理利用绿肥达到最佳效益, 可以从以下几方面做起。
4.1 运用分子生物学手段进行绿肥资源调查及育种工作
利用分子生物学手段, 系统开展不同绿肥品种的生物学特性鉴定、品种资源鉴定等;构建不同绿肥品种的指纹图谱, 开展分子鉴定、评价与利用研究;根据不同绿肥品种作用模式, 利用分子生物学方法进行特定基因定位与克隆, 培育高效能转基因品种。
4.2 综合、系统分析绿肥效应
从土壤理化性质、土壤营养元素、土壤有机质、土壤生物学特性等方面综合分析绿肥对土壤的作用方式, 判断不同绿肥品种的作用机制, 确定适宜的施用方式、施用时间和最佳下茬作物等。
4.3 根据生产需要选择适宜绿肥品种及施用方式
根据不同绿肥的作用方式, 以及下茬作物在不同生长阶段对肥料的需求情况, 选择适宜的绿肥品种。确立不同作物对应绿肥品种、施用方式、处理时间, 形成栽培模式, 以利于在生产中大面积推广。
4.4 不同绿肥品种的综合利用
许多绿肥品种不仅可以作为肥料, 其自身也有一定利用价值, 如紫云英可以作为饲料、花茶及蜜源等。各地可以根据农闲时间长度, 选择适宜绿肥品种, 在利用其肥田的基础上努力开发、深化加工、综合利用, 以达到最大经济效益。
根茬存留对土壤酶活性效应的影响 篇2
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验用的土壤是哈尔滨呼兰的黑土, 取下层土壤 (20～40 cm) 。根茬是呼兰甜菜研究所种的甜菜、玉米、大豆下层土壤 (20～40 cm) 的根茬。
1.2 试验处理
土壤培养具体方法:试验土壤先过20目筛, 取相当于烘干土300 g的土壤放入培养瓶中, 共32瓶, 分别将甜菜、玉米、大豆的根系 (含等量有机质) 均匀的混入土壤中, 每种根系混拌8瓶, 剩余8瓶作为空白;同一根系处理下设两个温度梯度 (15℃、25℃) , 两个湿度梯度 (20%、30%) , 以及两个施氮量 (0、100 mg·kg-1) 。在培养箱中培养60 d后进行试验项目测定。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 过氧化氢酶
过氧化氢酶活性的测定采用容量法 (高锰酸钾溶液) 。
1.3.2 蔗糖酶
蔗糖酶活性的测定采用比色法 (波长508 nm) 。
为了消除土壤中原有的蔗糖、葡萄糖而引起的误差, 每一土样需做无基质对照, 整个实验需做无土壤对照。
2 结果与分析
2.1 不同作物根系对土壤过氧化氢酶活性的影响
2.1.1 在不同温度下, 不同作物根系对土壤过氧化氢酶活性的影响
由图1可得出:在湿度30%, 含氮量0.03 g (纯氮) 条件下, 温度对土壤过氧化氢酶的活性有一定的影响。没加入根系的空白中15℃时土壤过氧化氢酶活性较高, 而三种不同作物 (甜菜、玉米和大豆) 根茬对土壤过氧化氢酶活性的影响是不一致的, 在15℃的条件下, 添加作物根系过氧化氢酶活性变化较大;在25℃的条件下, 添加三种作物根系土壤过氧化氢酶的活性均下降。
在15℃时, 添加玉米根系略提高了土壤过氧化氢酶活性, 而添加甜菜和大豆根系过氧化氢酶活性降低, 添加大豆根系的降低了21.6%为最多;在25℃时, 添加三种作物根系土壤的过氧化氢酶活性均下降, 下降最显著的是大豆, 降幅为28.4%, 其次是玉米和甜菜。
2.1.2 在不同湿度下, 不同作物根系对土壤过氧化氢酶活性的影响
在温度25℃, 含氮量0.03g (纯氮) 条件下, 湿度对土壤过氧化氢酶的活性有一定的影响。没加入根系的空白中两个湿度条件下土壤过氧化氢酶活性一致, 而三种不同作物 (甜菜、玉米和大豆) 根茬对土壤过氧化氢酶活性的影响是不一致的, 在20%湿度的条件下, 添加作物根系过氧化氢酶活性变化较大;在30%的条件下, 添加三种作物根系土壤的过氧化氢酶活性均下降。
在20%湿度的条件下, 添加甜菜和玉米根系略微提高了土壤过氧化氢酶活性, 而添加大豆根系过氧化氢酶活性降低了36.6%;在30%湿度的条件下, 添加三种作物根系土壤的过氧化氢酶活性均下降, 下降最显著的是大豆为30.2%, 其次是玉米和甜菜 (见图2) 。
2.1.3 在不同含氮量下, 不同作物根系对土壤过氧化氢酶的活性的影响
由图3可得出:在温度25℃, 湿度30%条件下, 在不含氮或含氮的条件下, 添加三种作物根系土壤的过氧化氢酶活性均下降, 其中添加大豆根茬的过氧化氢酶活性下降最显著, 两种条件下分别下降了29.4%和30.7%, 玉米和甜菜次之。
2.2 不同作物根系对土壤蔗糖酶活性的影响
2.2.1 在不同温度下, 不同作物根系对土壤蔗糖酶活性的影响
在湿度30%, 含氮量0.03 g (纯氮) 条件下, 温度对土壤蔗糖酶的活性有一定的影响。没加入根系的空白中25℃时土壤蔗糖酶活性较高, 而三种不同作物 (甜菜、玉米和大豆) 根茬对土壤蔗糖酶活性的影响规律不一致。
在15℃时, 添加作物根系提高了土壤蔗糖酶活性, 提高程度较大者是玉米根系 (+28.4%) , 其次是甜菜和大豆;在25℃时, 添加大豆和甜菜根系蔗糖酶活性提高, 其中提高最显著的是大豆 (+21.4%) , 添加玉米根系蔗糖酶活性下降 (-57.3%) (见图4) 。
2.2.2 在不同湿度下, 不同作物根系对土壤过氧化氢酶活性的影响
由图5可得出:在温度25℃, 含氮量0.03 g (纯氮) 条件下, 湿度对土壤蔗糖酶的活性有一定的影响。没加入根系的空白中30%湿度下蔗糖酶活性高, 而三种不同作物 (甜菜、玉米和大豆) 根茬对土壤蔗糖酶活性的影响是不一致的, 在20%湿度的条件下, 添加大豆和玉米根系提高土壤蔗糖酶活性均在74%以上, 而添加甜菜根系蔗糖酶活性降低了29.1%;在30%湿度的条件下, 添加三种作物根系土壤的蔗糖酶活性均有所提高, 提高最显著的是大豆和玉米, 均在40%以上, 其次是甜菜 (+15%) 。
2.2.3 在不同含氮量下, 不同作物根系对土壤蔗糖酶活性的影响
在温度25℃, 湿度30%条件下, 含氮量对土壤蔗糖酶的活性有一定的影响。由图6可知:没加入根系的空白中0.03 g含氮量的条件下蔗糖酶活性高, 而三种不同作物 (甜菜、玉米和大豆) 根茬对土壤蔗糖酶活性的影响是不一致的, 在不含氮的条件下, 添加作物根系蔗糖酶活性变化的差异较大;在含氮的条件下, 添加三种作物根系土壤的蔗糖酶活性均有不同程度的提高。
在不含氮的条件下, 添加甜菜和玉米根系提高了土壤蔗糖酶活性, 其中添加玉米根系蔗糖酶活性提高较大 (+61.7%) , 而添加大豆根系蔗糖酶活性降低了41.7%;在含氮的条件下, 添加三种作物根系土壤的蔗糖酶活性均提高, 提高最显著的是玉米和大豆, 分别为37.8%和39.2%, 其次是甜菜。
3 结论
作物根茬留存在土壤中是土壤有机质的重要来源之一, 同时留在土壤中的根茬在其腐解过程中也必然影响土壤酶的活性。因此, 根茬留在土壤中的有机质数量及其组成状况的不同, 可能是造成土壤酶活性效应不同的主要原因。从研究的结果可以看出, 各种作物根茬的酶活性效应差异很大, 这种差异反映出不同作物根茬对土壤酶的不同影响。
过氧化氢酶各处理之间差异不大, 但相对来说, 在一定的温湿度和氮含量下, 玉米和甜菜的根茬使得酶活性相对大豆根茬处理结果较强, 与空白对照基本持平, 增长不明显, 而大豆根茬对过氧化氢酶的活性降低, 最大降幅为36.5%。
加入根茬后, 蔗糖酶的活性均升高, 相对来说, 在一定的温湿度和氮含量下, 玉米和大豆的根茬使得蔗糖酶活性提高幅度大, 范围在20%～60%, 甜菜根茬影响不明显, 最高增幅为14%。
在温度为15℃, 20%湿度, 不含氮条件下, 将玉米根茬加入土壤可以同时提高过氧化氢酶和蔗糖酶活性。
参考文献
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活性效应 篇3
华贵栉孔扇贝( Chlamys nobilis) 隶属软体动物门、瓣鳃纲、珍珠目、扇贝科,广泛分布于中国南海、日本、越南以及印度尼西亚等沿海地区［7］。华贵栉孔扇贝养殖周期较短、易养成、肉质甜美,是一种重要水产经济贝类［8-9］。目前, 国内外对华贵栉孔扇贝的研究主要集中在群体遗传多态性［10］、壳色和闭壳肌颜色［11］、呼吸和排泄［12］以及毒性金属对免疫影响［13］等方面。温度和盐度对华贵栉孔扇贝抗氧化酶协同影响的研究尚未见报道。中心复合设计是近年来国内外应用较多的一种试验优化方法,其优点在于减少试验次数、具有较好的预测性、易获得较优条件等［14］。响应曲面能够直观地反映出因素间对响应值的互作影响。文章采用中心复合设计和响应曲面分析方法,考察温度和盐度对华贵栉孔扇贝血淋巴中SOD、CAT和GSH-PX 3种抗氧化酶活性的协同效应,建立影响因子与响应值之间关系的曲面模型,并对各因素的二次效应和交互作用进行分析,旨在阐明温度和盐度变化对华贵栉孔扇贝抗氧化酶活性的影响,为华贵栉孔扇贝耐高温、高盐品系培育以及健康养殖提供理论依据。
1材料与方法
1. 1试验材料
华贵栉孔扇贝于2013年3月20取自海南三亚某养殖场,平均壳长为( 63. 12 ± 2. 454) mm。华贵栉孔扇贝取回后用软毛刷刷去表面附着物,放入水族箱中,在广东海洋大学无脊椎动物实验室暂养7 d,暂养期间海水温度为25 ℃ ,盐度为22,24 h连续充气, 每天投喂亚心型扁藻( Tetraselmis Chui) ,每天50% 换水1次。
1. 2试验设计
正式试验前采用单因素试验方法,确定华贵栉孔扇贝可以正常摄食,生长的温度和盐度分别为19 ~ 31 ℃ 和22 ~ 38。试验采用中心复合设计和响应曲面法,优化了温度和盐度2个因子对华贵栉孔扇贝中SOD、CAT、GSH-PX活性的影响( 表1) , 温度( T) 和盐度( S) 在上述范围内各取3个水平。 各水平的编码值分别为- 1、0、1,共设计11个组合,中心点重复3次,整个试验重复2次。为减小系统误差,所有组合均随机安排。
注: T. 温度; S. 盐度Note: T. temperature; S. salnity
1. 3试验方法
试验在760 mm × 550 mm × 475 mm塑料箱中进行,每个试验组放入30只华贵栉孔扇贝,用充气泵供给充足的氧气,并调节箱体中海水的温度、 盐度至表中相应的组合( 表1) 。温度每天上升或下降1 ~ 2 ℃; 盐度则采用曝气后的海水加入海水晶或加入淡水进行控制,每天上调或下调幅度为2。 当温度和盐度达到各组合后再饲养7 d,然后随机抽取健康的10只华贵栉孔扇贝,用灭菌的1 m L注射器在闭壳肌中抽取血淋巴,置于1. 5 m L含有抗凝剂的离心管中,放入4 ℃ 冰箱中用于酶活性测定。
1. 4酶活性测定
试验中SOD、CAT和GSH-PX活性的测定采用南京建成生物工程研究所生产的试剂盒。SOD活性采用黄嘌呤氧化酶法,其活性单位定义为1 mg组织蛋白在1 m L反应液中SOD抑制率达50% 时所对应的SOD量为1个SOD活性单位( U) ; CAT活性通过分光光计测定H2O2减少的量进行测定, CAT活性单位定义为每毫克组织蛋白每秒钟分解1 μmo L的H2O2的量为1个CAT活性单位( U) ; GSH-PX活性通过测定催化底物氧化产生的黄色化合物离子浓度来测定,GSH-PX活性单位定义为每毫克组织蛋白每分钟扣除非酶促反应的作用,使反应体系中GSH浓度降低1 μmo L·L－ 1为1个GSH- PX活性单位( U) 。
1. 5数据处理
采用Design Expert 8. 0软件进行试验设计与数据处理,以温度和盐度为自变量,SOD、CAT、 GSH-PX为因变量,进行二次多项回归拟合,建立酶活性的二次回归模型为: Y = b0+ b1T + b2S + b3T × S + b4T2+ b5S2。式中Y为相应变量( SOD、CAT和GSH-PX活性) ,b0为回归常数,b1和b2分别为温度和盐度的一次效应,b3为温度和盐度的互作效应,b4和b5为温度和盐度的二次效应。
通过ANOVA分析确定回归方程模型的显著性,P < 0. 05为差异显著,P < 0. 01为差异极显著,得出决定系数以考察模型的拟合优度,模型中各项效应采用最小二乘法进行估计并采用F统计量进行显著性试验。并对华贵栉孔扇贝中SOD、CAT和GSH-PX活性最小时的温度和盐度进行优化,优化出的结果可靠性以满意度函数来表示。
2结果与分析
2. 1温度、盐度对SOD活性的影响
一次效应是指响应值与影响因子间呈线性关系,二次效应则是指响应值与影响因子间呈非线性关系,当二次效应显著则表明影响因子在最优值。 温度、盐度对华贵栉孔扇贝血淋巴中SOD活性所建立的回归模型极显著( P < 0. 01) ( 表2) 。失拟项显著性检验结果为不显著( P > 0. 05) ,表明拟合的模型有效。温度、盐度的一次效应、二次效应以及温、盐互作效应对SOD活性影响均显著( P < 0. 05) ( 表3) 。对试验数据进行二次多元回归拟合, 根据所测得的数据得出SOD活性对温度、盐度的二次回归方程为YSOD =- 374. 421 5 + 21. 420 8T + 9. 288 1S - 0. 137 4T × S - 0. 330 8T2- 0. 109 0S2。 该回归方程的决定系数为0. 950 1,校正系数为0. 900 3,预测系数为0. 805 8,表明该模型能解释95. 01% 响应值变化,仅有总变异的5. 99% 不能用此模型解释,因此模型选择恰当。
注: 决定系数R2= 0. 950 1 ; 校正系数Adj R2= 0. 900 3; 预测系数Pred R2= 0. 805 8 Note: R2= 0. 950 1; Adj R2= 0. 900 3; Pred R2= 0. 805 8
注: 系数估计值为编码形式Note: The coefficient estimates were given in terms of coded factors.
温盐的交互作用显著( P < 0. 05) ( 图1 - a) , 当温度为25 ℃、盐度为22 ~ 30时,SOD活性呈现上升趋势,盐度高于30,SOD活性逐渐降低,且酶活性低于30 U·mg－ 1; 当盐度为30,温度19 ~ 25 ℃ 时,SOD活性呈现升高趋势,当温度大于25 ℃ ,SOD活性逐渐下降( 图1 - b) 。温度和盐度分别为27. 07 ℃ 和25. 6时,SOD活性最大( 34. 20 U·mg－ 1) 。
2. 2温度、盐度对CAT活性的影响
表4为温度、盐度对华贵栉孔扇贝CAT活性所建立的回归模型的方差分析。结果表明,回归模型为极显著( P < 0. 01) ,失拟项显著性检验结果为不显著( P > 0. 05) 。从表5可知,温度的一次效应和盐度的二次效应对CAT活性影响均显著( P < 0. 05) ,盐度的一次效应、温度的二次效应以及温盐互作效应对CAT活性影响均极显著( P < 0. 01) 。 对试验数据进行拟合,得出CAT活性对温度、盐度的二次回归方程为YCAT= - 268. 599 3 + 18. 400 9T + 5. 338 5S - 0. 096 9T × S - 0. 302 5T2- 0. 062 0S2。该回归方程的决定系数为0. 981 5,校正系数为0. 963 0,预测系数为0. 833 1,表明该模型能解释98. 15% 响应值变化,因此模型选择恰当。
温度和盐度的互作效应对华贵栉孔扇贝CAT活性影响显著( P < 0. 05) ( 图2 - a) ,当温度为26 ℃ 、盐度为22 ~ 38时,CAT活性呈现上升后下降的趋势; 当盐度为22、温度为19 ~ 26 ℃ 时,CAT活性呈现上升趋势; 温度高于26 ℃ 时,CAT活性呈现下降趋势; 当温度和盐度分别为26. 89 ℃ 和22时,CAT活性达到最大值( 37. 53 U·mg－ 1) ( 图2 - b) 。
注: 决定系数R2= 0. 981 5; 校正系数Adj R2= 0. 963 0; 预测系数Pred R2= 0. 833 1 Note: R2= 0. 981 5; Adj R2= 0. 963 0; Pred R2= 0. 833 1
2. 3温度、盐度对GSH-PX活性的影响
表6为温度、盐度对华贵栉孔扇贝GSH-PX活性所建立的回归模型的方差分析。结果表明,方程模型为极显著( P < 0. 01) ,失拟项显著性检验结果为不显著( P > 0. 05) 。从表7可知,影响因子温度的一次效应对GSH-PX活性影响显著( P < 0. 05) , 温度、盐度的二次效应对GSH-PX活性影响极显著( P < 0. 01) ,盐度的一次效应、温盐互作效应对GSH-PX活性影响均不显著( P > 0. 05 ) 。对数据进行处理得出的温度和盐度对GSH-PX活性影响的回归方程为YGSH-PX= - 289. 251 4 + 9. 316 5T + 13. 055 4S - 0. 010 8T × S - 0. 168 6T2- 0. 215 1S2。回归方程的决定系数为0. 096 79,校正系数为0. 935 7, 预测系数为0. 823 1,表明该模型能解释96. 79% 响应值的变化,仅有总变异的3. 21% 不能用此模型解释,因此模型选择恰当。
注: 决定系数R2= 0. 967 9; 校正系数Adj R2= 0. 935 7; 预测系数Pred R2= 0. 823 1 Note: R2= 0. 967 9; Adj R2= 0. 935 7; Pred R2= 0. 823 1
温盐的互作效应对GSH-PX活性影响不显著( P > 0. 05) ,且当温度接近26 ℃、盐度接近29时,GSH-PX活性接近最大值( 图3 - a) 。当盐度为29、温度为9 ~ 31 ℃ 时,随着温度的升高, GSH-PX活性呈先上升后下降的趋势; 当温度为26 ℃ 、盐度为22 ~ 38时,GSH-PX活性随着盐度的升高呈现出先上升后下降的趋势; 当温度为26. 68 ℃ 、盐度为29. 7时,GSH-PX活性最大( 28. 81 U· mg－ 1) ( 图3 - b) 。
2. 4温度、盐度对抗氧化酶活性影响的优化
以华贵栉孔扇贝中抗氧化酶活性为目标,通过中心组合设计试验考察了温度、盐度2个因子对SOD、CAT、GSH-PX活性的影响,采用响应曲线法对结果进行优化,对3种酶活性进行整体评估。 结果显示, 当温度为26. 41 ℃ 、 盐度27. 69时, SOD、 CAT和GSH-PX活性处于相对最大值( 分别为33. 02 U·mg－ 1、35. 73 U·mg－ 1和27. 94 U·mg－ 1) ,满意度达98. 9% 。即在此组合下,抗氧化酶活性最高。为了进一步验证响应曲面优化条件的可靠性,按所得最优条件进行验证试验,设置温度为26. 4 ℃ 、盐度为27. 7时,所测得SOD、CAT和GSH-PX活性分别为34. 12 U· mg－ 1、35. 69 U·mg－ 1和27. 88 U·mg－ 1,与理论预测的条件下所得到的最大酶活性基本相符,说明模型优化条件合理有效。
3讨论
3. 1温度和盐度对华贵栉孔扇贝SOD、 CAT、 GSH-PX活性影响分析
温度是水生动物生存所需的重要非生物环境因素之一,主要对生物机体中生化反应过程、代谢能力以及生物体中某些生物大分子的活力产生影响。 温度改变常会造成水体中溶氧含量降低,发生呼吸爆发,产生大量氧自由基,造成贝类氧化损伤。试验发现,温度的一次效应和二次效应对华贵栉孔扇贝SOD、CAT和GSH-PX活性的影响显著( P < 0. 05) 。一次效应显著表明SOD、CAT和GSH-PX 3种酶活性易受到温度影响,二次效应显著则说明当盐度一定时,随温度升高SOD、CAT、GSH-PX活性呈现峰值变化,即存在最大值。这一变化规律与李晓英等［15］对青蛤( Cyclina sinensis) 肝胰脏中SOD活性研究结果相同,主要原因是当温度升高时,试验华贵栉孔扇贝受到外界温度胁迫,短时间内体内的代谢速度加快,产生过多的活性氧自由基,诱导SOD、CAT、GSH-PX活性升高,但温度超过最适范围时,机体的新陈代谢能力及自身活力降低,相关抗氧化酶活性受体内环境的改变而降低,最终导致机体因体内残有大量氧自由基而死亡［16-17］。该研究发现,当华贵栉孔扇贝体内SOD、 CAT和GSH-PX活性最大时所对应的温度条件下, 华贵栉孔扇贝无论在摄食还是自身活力均优于其他条件组,表明在最适环境条件下,华贵栉孔扇贝抗氧化酶活性较高,利于机体内氧自由基清除,减少个体因呼吸爆发造成的死亡现象。对鸡帘蛤( Cha- melea gallina)［18］、海蛤( Macoma balthica)［19］、盘鲍( Haliotis discus)［20］、中华鲟( Acipenser sinensis Gray)［21］等的研究同样发现,当温度处于最适温度时,机体内抗氧化酶活性最高。华贵栉孔扇贝属于暖水性贝类,因此,在室内人工养殖过程中海水温度应控制在约26. 4 ℃,以保证华贵栉孔扇贝抗氧化能力最强,个体成活率最高。当池中贝类突然发生死亡,可首先检测水温的变化,若温度高于或低于正常温度,则会造成贝类呼吸爆发死亡; 若温度并未发生改变,则可判断是由于病害或者投喂饵料问题造成贝类死亡。
盐度是水环境中重要的非生物因子,水体盐度的改变能够对机体的渗透压产生影响,从而影响生物体内离子水平、能量代谢以及电解质平衡,最终改变生物体内某些酶的活性［22-23］。该试验显示, 盐度的一次效应对华贵栉孔扇贝SOD和CAT活性影响显著( P < 0. 05) ,而对GSH-PX活性影响不显著( P > 0. 05) ,表明SOD和CAT活性易受盐度影响; 盐度的二次效应对SOD、CAT和GSH-PX活性影响显著( P < 0. 05) ,表明当温度一定时3种抗氧化酶活性随着盐度的升高呈现出先升高后下降的峰值变化。这可能是由于在等渗点附近,华贵栉孔扇贝的代谢率和耗氧率较高,而盐度高于或低于等渗点时,其耗氧率呈现下降趋势［24］,因此机体的新陈代谢会减慢,氧化还原反应产生的氧自由基较少,导致抗氧化酶活性下降。这与强俊等［25］对吉富罗非鱼( Oreochromis niloticus) 幼鱼抗氧化酶活性研究结果相同,即当盐度过高时,肝脏中CAT活性呈现下降趋势。时少坤等［26］在对近江牡蛎( Crassostrea rivularis) 中SOD活性的研究中发现, SOD活性在高盐度组中显著低于其他盐度组; PAITAL等［27］研究发现,锯缘青蟹( Scylla serrata) 腹肌中盐度对GSH-PX活性影响不显著,但在一定盐度范围内GSH-PX活性会随着盐度的升高呈现出先升高后降低的变化趋势。以上研究均与此试验结果一致,表明高盐度或低盐度能够抑制抗氧化酶活性,只有在适宜的盐度范围内,抗氧化酶活性才能达到最大。因此在人工养殖华贵栉孔扇贝过程中,不可忽略海水盐度对贝类造成的影响,若盐度超过26 ~ 28,会造成华贵栉孔扇贝代谢降低,体内氧自由基增多,最终导致贝类死亡,降低经济效益。
3. 2温度和盐度对华贵栉孔扇贝SOD、 CAT、 GSH-PX活性联合效应分析
该研究采用响应曲面法分析温度和盐度对华贵栉孔扇贝SOD、CAT、GSH-PX活性联合效应的影响。响应曲面分析方法最大优点是可以通过对响应曲面的分析得到拟合度较高的模型方程, 同时还能对试验结果进行优化,找到最优因子组合。然而,国内外关于环境因子对贝类抗氧化酶活性影响的研究基本集中在某一环境因素下几个孤立水平点进行分析,并未建立可靠的模型。该研究基于响应曲面图发现,SOD、CAT和GSH- PX活性的响应曲面图呈上凸曲线,表明3种酶存在最大值。对所建立模型进行优化,得到SOD、 CAT和GSH-PX活性最高的理论条件为温度26. 4 ℃ 、盐度27. 7 。说明在此条件下,华贵栉孔扇贝的生存环境较适宜,未受到外界恶劣环境的胁迫。结果显示温度和盐度的交互作用对SOD、 CAT活性影响显著( P < 0. 05 ) ,表明温度和盐度2个因子可以相互影响; 温度和盐度的交互作用对GSH-PX活性影响不显著( P > 0. 05) ,表明对于GSH-PX而言,温度和盐度是2个独立因子, 两者之间不存在效应叠加或干扰。对其他水生动物研究表明,温度和盐度对吉富罗非鱼［25］、军曹鱼幼鱼［28］的SOD和CAT活性具有显著的协同效应,与该研究所得结果相同,但温度和盐度联合效应对GSH-PX活性影响研究较少。
该研究表明温度和盐度联合效应对华贵栉孔扇贝适应生存环境的程度具有显著影响,因此在华贵栉孔扇贝耐高温品种选育或人工养殖时不仅需考虑温度和盐度单因素的影响,还应考虑温度与盐度两因素互作作用。该试验只考察了温度盐度2个因子对血淋巴中抗氧化酶活性的影响,海水中其他因素对抗氧化酶活性的影响有待进一步研究。
摘要：采用中心复合设计(CCD)和响应曲面分析法(RSM),研究了温度(19~31℃)和盐度(22~38)对华贵栉孔扇贝(Chlamys nobilis)超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)3种抗氧化酶活性的联合效应。结果显示,温度的一次、二次效应对SOD、CAT和GSH-PX活性的影响显著(P<0.05)。盐度的一次效应对SOD和CAT活性的影响显著(P<0.05),但对GSH-PX活性影响不显著(P>0.05),盐度的二次效应对SOD、CAT和GSH-PX活性的影响均显著(P<0.05)。温度和盐度的互作效应对SOD、CAT活性的影响显著(P<0.05),但对GSH-PX活性的影响不显著(P>0.05)。采用响应曲面法建立模型方程决定系数分别为0.9501、0.981 5和0.967 9,表明建立的模型拟合度极高,可用于预测华贵栉孔扇贝3种抗氧化酶活性的变化。模型优化和验证试验表明,26.4℃和盐度27.7时,SOD、CAT和GSH-PX活性达最大值,分别为33.02 U·mg-1、35.73 U·mg-1和27.94 U·mg-1,满意度为0.989。