低鉀脅迫對(duì)黃瓜生長(zhǎng)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(yīng)。結(jié)果表明，相對(duì)于正常施鉀水平的植株而言，低鉀脅迫下黃瓜生長(zhǎng)緩慢并出現(xiàn)了失綠癥狀，同時(shí)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(guān)鍵詞:低鉀脅迫;黃瓜;丙二醛;抗氧化酶

中圖分類號(hào):S642.201 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào):A 文章編號(hào):1001-4942(2010)05-0047-04

鉀是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的礦質(zhì)元素，對(duì)植物生長(zhǎng)和新陳代謝起著舉足輕重的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界13×108 hm²耕地中，受到養(yǎng)分嚴(yán)重脅迫的占22.5%，其中大約40%是缺鉀。目前，除黑土、黑鈣土區(qū)鉀素營(yíng)養(yǎng)豐富外，其它地區(qū)施鉀肥增產(chǎn)效果都很明顯。我國(guó)大部分地區(qū)的土壤普遍缺鉀，嚴(yán)重缺鉀和一般缺鉀的土壤約占全國(guó)耕地總面積的23%，鉀素缺乏已成為很多地區(qū)作物生長(zhǎng)的一個(gè)脅迫因子。鉀元素參與植物體內(nèi)多種酶活性的調(diào)節(jié)，一般認(rèn)為缺鉀對(duì)葉片光合作用的影響是導(dǎo)致植物生長(zhǎng)異常的重要原因。鉀元素缺乏通常會(huì)導(dǎo)致植物生長(zhǎng)矮小、葉尖及葉緣焦枯并出現(xiàn)斑點(diǎn)，癥狀隨生育期的延長(zhǎng)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(nèi)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(hào)。種子經(jīng)消毒處理后播于濕潤(rùn)的基質(zhì)中，兩片真葉時(shí)挑選生長(zhǎng)一致的幼苗移栽到裝有6 L營(yíng)養(yǎng)液的塑料盆中進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)，每盆6株。全營(yíng)養(yǎng)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(yíng)養(yǎng)液中預(yù)培養(yǎng)3天后進(jìn)行處理。以全營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)作為對(duì)照(CK)，低鉀處理中鉀的濃度為0.5、0.1 mmol/L，其它營(yíng)養(yǎng)液成分與全營(yíng)養(yǎng)液相同，共3個(gè)處理，每處理重復(fù)3次。每4天換一次營(yíng)養(yǎng)液，處理20天后取樣測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)。

1.2 測(cè)定方法

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

1.2.2 抗氧化酶活性測(cè)定 取樣0.5 g加50 mmol/L PBS緩沖液(含2%PVP，0.2 mmol/L EDTA，在測(cè)定APX時(shí)，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(cè)定。

SOD活性的測(cè)定:按Stewart和Bewley(1980)的方法。取上清液0.05 ml，加3 ml反應(yīng)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(yīng)，立即在560 nm處測(cè)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(xué)反應(yīng)50%為一個(gè)酶活單位表示。

APX活性的測(cè)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(yīng)。用島津紫外可見(jiàn)分光光度儀(SHIMADZUUV-2450PC)按kinetics程序測(cè)定OD290的動(dòng)力學(xué)變化，取其中20 s的動(dòng)力學(xué)變化計(jì)算酶促反應(yīng)速率。吸光系數(shù)為2.8。

POD活性的測(cè)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(chuàng)木酚100 μl，25℃下反應(yīng)。用島津紫外可見(jiàn)分光光度儀(SHIMADZUUV-2401PC)按kinetics程序測(cè)定OD470的動(dòng)力學(xué)變化，取其中20 s的動(dòng)力學(xué)變化計(jì)算酶促反應(yīng)速率。吸光系數(shù)為26.6。

CAT活性的測(cè)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(yīng)。用島津紫外可見(jiàn)分光光度儀(SHIMADZUUV-2401PC)按kinetics程序測(cè)定OD240的動(dòng)力學(xué)變化，取其中10 s的動(dòng)力學(xué)變化計(jì)算酶促反應(yīng)速率。吸光系數(shù)為39.4。

MDA含量的測(cè)定:采用硫代巴比妥酸法。

2 結(jié)果與分析

2.1 低鉀脅迫對(duì)黃瓜植株生長(zhǎng)的影響

植物在受到逆境脅迫時(shí)，其生長(zhǎng)不可避免受到影響，低鉀嚴(yán)重影響了黃瓜植株的生長(zhǎng)。由圖1可以看出，低鉀脅迫下黃瓜植株矮小，長(zhǎng)勢(shì)緩慢，根系不發(fā)達(dá)。相對(duì)于地上部而言，根部生長(zhǎng)受到更加明顯的抑制。單株鮮重分別下降到對(duì)照的44.3%和36.0%。這與Cakmak等(1994)[1]在菜豆中的試驗(yàn)結(jié)果一致，說(shuō)明黃瓜韌皮部中的同化物輸出途徑已經(jīng)受到阻斷。

2.2 低鉀脅迫對(duì)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(duì)于根系，低鉀脅迫對(duì)葉片中SOD的影響尤為明顯，SOD活性分別比對(duì)照高出26.5%和87.3%。表明低鉀脅迫導(dǎo)致黃瓜幼苗體內(nèi)O-2#8226;的生成比例增加，從而誘導(dǎo)了SOD活性的增加。

2.3 低鉀脅迫對(duì)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(duì)照的58.4%和12.2%?？赡苁怯捎谌~綠體外的H2O2過(guò)量累積導(dǎo)致了CAT活性的下降。

2.4 低胛脅迫對(duì)黃瓜POD活性的影響

由圖4可以看出，低鉀脅迫對(duì)根系POD的活性影響非常明顯，根系中POD的活性僅為對(duì)照的43%和10%，而對(duì)葉片中POD活性的影響不大。2.5 低鉀脅迫對(duì)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(qiáng)，兩處理葉片中活性較對(duì)照增加0.7%和16%，根系中活性較對(duì)照增加18.1%和20.6%。隨鉀濃度的降低，植物體內(nèi)依賴于抗壞血酸的H2O2清除途徑的酶活性增強(qiáng)。

2.6 低鉀脅迫對(duì)黃瓜MDA含量的影響

由圖6可以看出，低鉀脅迫對(duì)MDA含量影響非常明顯。根系中含量分別比對(duì)照高38.8%和155%，葉片中MDA的含量分別是對(duì)照的3.17倍和4.25倍。說(shuō)明低鉀脅迫下由于O-2#8226;產(chǎn)率的急劇增加，導(dǎo)致活性氧在植物體內(nèi)積累，從而使細(xì)胞膜脂過(guò)氧化加劇。

3 討論

大量研究表明，正常條件下，植物為了保護(hù)光合器官免受光破壞，多余的激發(fā)能會(huì)以能量耗散的形式散失，活性氧的產(chǎn)生、清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。而一旦受到脅迫，葉片開(kāi)放PSⅡ天線色素系統(tǒng)的光能轉(zhuǎn)換效率下降，有效光合量子產(chǎn)量降低，過(guò)量能量積累，誘導(dǎo)了植物體內(nèi)大量活性氧的產(chǎn)生，從而誘導(dǎo)了抗氧化酶活性的提高。但當(dāng)脅迫持續(xù)，通過(guò)提高抗氧化酶活性已經(jīng)無(wú)法清除過(guò)量的活性氧時(shí)，活性氧不斷攻擊大分子，從而導(dǎo)致抗氧化酶活性降低，傷害不可逆，繼而引起細(xì)胞膜脂過(guò)氧化加劇，丙二醛含量上升。

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨營(yíng)養(yǎng)液中鉀含量的降低，黃瓜幼苗長(zhǎng)勢(shì)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(yàn)所選黃瓜品種津春2號(hào)不能充分啟動(dòng)抗氧化酶防御系統(tǒng)，無(wú)法及時(shí)清除活性氧，自我保護(hù)能力較弱，從而造成黃瓜幼苗的生長(zhǎng)受到嚴(yán)重影響。

參 考 文 獻(xiàn):

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