低鉀脅迫對黃瓜生長和抗氧化酶活性的影響

摘 要:以黃瓜為試材，研究了其低鉀脅迫下的生理反應。結果表明，相對于正常施鉀水平的植株而言，低鉀脅迫下黃瓜生長緩慢并出現了失綠癥狀，同時植株的SOD和APX活性增加，CAT和POD活性下降，MDA含量也隨鉀處理濃度的降低而升高。

關鍵詞:低鉀脅迫;黃瓜;丙二醛;抗氧化酶

中圖分類號:S642.201 文獻標識號:A 文章編號:1001-4942(2010)05-0047-04

鉀是植物生長發育所必需的礦質元素，對植物生長和新陳代謝起著舉足輕重的作用。據統計，全世界13×108 hm²耕地中，受到養分嚴重脅迫的占22.5%，其中大約40%是缺鉀。目前，除黑土、黑鈣土區鉀素營養豐富外，其它地區施鉀肥增產效果都很明顯。我國大部分地區的土壤普遍缺鉀，嚴重缺鉀和一般缺鉀的土壤約占全國耕地總面積的23%，鉀素缺乏已成為很多地區作物生長的一個脅迫因子。鉀元素參與植物體內多種酶活性的調節，一般認為缺鉀對葉片光合作用的影響是導致植物生長異常的重要原因。鉀元素缺乏通常會導致植物生長矮小、葉尖及葉緣焦枯并出現斑點，癥狀隨生育期的延長而加重，同化物輸出受到抑制引起植株的早衰。因此研究低鉀條件下作物體內代謝意義重大。

1 材料與方法

1.1 品種及處理

供試黃瓜(Cucumis sativus L.)品種為津春2號。種子經消毒處理后播于濕潤的基質中，兩片真葉時挑選生長一致的幼苗移栽到裝有6 L營養液的塑料盆中進行預培養，每盆6株。全營養液配方如下5.0 mmol/L Ca(NO3)2，5.0 mmol/L KNO3，1.0 mmol/L KH2PO4，2.0 mmol/L MgSO4，10 μmol/L MnSO4，29.6 μmol/L H3BO3，0.95 μmol/L CuSO4，1.0 μmol/L ZnSO4，0.05 μmol/L H2MoO4 。在全營養液中預培養3天后進行處理。以全營養液培養作為對照(CK)，低鉀處理中鉀的濃度為0.5、0.1 mmol/L，其它營養液成分與全營養液相同，共3個處理，每處理重復3次。每4天換一次營養液，處理20天后取樣測定各項生理指標。

1.2 測定方法

1.2.1 株高和生物量的測定 處理后4、8、12、16 d分別測定株高。處理結束后，將植株的地上部和地下部分開，用去離子水沖洗干凈，擦干，稱重。

1.2.2 抗氧化酶活性測定 取樣0.5 g加50 mmol/L PBS緩沖液(含2%PVP，0.2 mmol/L EDTA，在測定APX時，加入5 mmol/L AsA)5 ml ，于冰浴中研磨提取，勻漿液于12 000× g下低溫離心20 min。上清液用于酶活性和丙二醛含量的測定。

SOD活性的測定:按Stewart和Bewley(1980)的方法。取上清液0.05 ml，加3 ml反應液(含13 mmol/L甲硫氨酸，63 μmol/L NBT，1.3 μmol/L核黃素，0.1 mmol/L EDTA;用50 mmol/L pH 7.8的磷酸緩沖液配制)。在25℃、4 000 lx下25 min后，于黑暗下終止反應，立即在560 nm處測定吸光值，以緩沖液代替酶液作為空白。酶活性采用抑制NBT光化學反應50%為一個酶活單位表示。

APX活性的測定:采用修改的Nakano和Asada(1981)的方法。取上清液100 μl，加25 mmol/L磷酸緩沖液(pH 7.0，含0.1 mmol/L的EDTA)1 700 μl，20 mmol/L的H2O2 100 μl，5 mmol/L AsA 100 μl，25℃下反應。用島津紫外可見分光光度儀(SHIMADZUUV-2450PC)按kinetics程序測定OD290的動力學變化，取其中20 s的動力學變化計算酶促反應速率。吸光系數為2.8。

POD活性的測定:按Nickel和Cuningham(1969)的方法。取上清液100 μl，加25 mmol/L磷酸緩沖液(pH 7.0，含0.1 mmol/L EDTA)1 700 μl，20 mmol/L H2O2 100 μl，1%愈創木酚100 μl，25℃下反應。用島津紫外可見分光光度儀(SHIMADZUUV-2401PC)按kinetics程序測定OD470的動力學變化，取其中20 s的動力學變化計算酶促反應速率。吸光系數為26.6。

CAT活性的測定:采用Patra等(1978)的方法。取上清液100 μl，加25 mmol/L磷酸緩沖液(pH 7.0，含0.1 mmol/L EDTA)1 700 μl，100 mmol/L H2O2 200 μl，25℃下反應。用島津紫外可見分光光度儀(SHIMADZUUV-2401PC)按kinetics程序測定OD240的動力學變化，取其中10 s的動力學變化計算酶促反應速率。吸光系數為39.4。

MDA含量的測定:采用硫代巴比妥酸法。

2 結果與分析

2.1 低鉀脅迫對黃瓜植株生長的影響

植物在受到逆境脅迫時，其生長不可避免受到影響，低鉀嚴重影響了黃瓜植株的生長。由圖1可以看出，低鉀脅迫下黃瓜植株矮小，長勢緩慢，根系不發達。相對于地上部而言，根部生長受到更加明顯的抑制。單株鮮重分別下降到對照的44.3%和36.0%。這與Cakmak等(1994)[1]在菜豆中的試驗結果一致，說明黃瓜韌皮部中的同化物輸出途徑已經受到阻斷。

2.2 低鉀脅迫對黃瓜SOD活性的影響

低鉀脅迫下，葉片中O-2#8226;含量大幅增加，影響了SOD的活性。由圖2可以看出，相對于根系，低鉀脅迫對葉片中SOD的影響尤為明顯，SOD活性分別比對照高出26.5%和87.3%。表明低鉀脅迫導致黃瓜幼苗體內O-2#8226;的生成比例增加，從而誘導了SOD活性的增加。

2.3 低鉀脅迫對黃瓜CAT活性的影響

由圖3可以看出，CAT活性隨鉀濃度的降低而降低。葉片中梯度變化較為明顯，分別降至對照的58.4%和12.2%。可能是由于葉綠體外的H2O2過量累積導致了CAT活性的下降。

2.4 低胛脅迫對黃瓜POD活性的影響

由圖4可以看出，低鉀脅迫對根系POD的活性影響非常明顯，根系中POD的活性僅為對照的43%和10%，而對葉片中POD活性的影響不大。2.5 低鉀脅迫對黃瓜APX活性的影響

由圖5可以看出，低鉀脅迫使APX活性增強，兩處理葉片中活性較對照增加0.7%和16%，根系中活性較對照增加18.1%和20.6%。隨鉀濃度的降低，植物體內依賴于抗壞血酸的H2O2清除途徑的酶活性增強。

2.6 低鉀脅迫對黃瓜MDA含量的影響

由圖6可以看出，低鉀脅迫對MDA含量影響非常明顯。根系中含量分別比對照高38.8%和155%，葉片中MDA的含量分別是對照的3.17倍和4.25倍。說明低鉀脅迫下由于O-2#8226;產率的急劇增加，導致活性氧在植物體內積累，從而使細胞膜脂過氧化加劇。

3 討論

大量研究表明，正常條件下，植物為了保護光合器官免受光破壞，多余的激發能會以能量耗散的形式散失，活性氧的產生、清除處于動態平衡狀態。而一旦受到脅迫，葉片開放PSⅡ天線色素系統的光能轉換效率下降，有效光合量子產量降低，過量能量積累，誘導了植物體內大量活性氧的產生，從而誘導了抗氧化酶活性的提高。但當脅迫持續，通過提高抗氧化酶活性已經無法清除過量的活性氧時，活性氧不斷攻擊大分子，從而導致抗氧化酶活性降低，傷害不可逆，繼而引起細胞膜脂過氧化加劇，丙二醛含量上升。

本試驗結果顯示，隨營養液中鉀含量的降低，黃瓜幼苗長勢緩慢，植株矮小，根系受到明顯抑制;抗氧化酶SOD、APX活性提高，CAT、POD活性降低，MDA含量升高。表明在0.5、0.1 mmol/L低鉀處理下，試驗所選黃瓜品種津春2號不能充分啟動抗氧化酶防御系統，無法及時清除活性氧，自我保護能力較弱，從而造成黃瓜幼苗的生長受到嚴重影響。

參 考 文 獻:

[1] 孫 靜.NaCl對小麥離體葉片過氧化物酶活性及蛋白質含量的影響[J].山東農業科學，2009，1:55-57.

[2] 張自坤，劉世琦，王忠全，等. 低溫脅迫對不同砧木黃瓜嫁接苗生理生化指標的影響[J].山東農業科學，2009，5:36-40.

[3] 梁艷榮，胡曉紅，張穎力，等.植物過氧化物酶生理功能研究進展[J].內蒙古農業大學學報，2003，24(2):110-113.

[4] 王 雪，王學君，侯立群，等.銅、鋅離子對凱特杏膜脂過氧化及抗氧化酶活性的影響[J].山東農業科學，2010，2:43-46.