鐵脅迫對(duì)甜瓜幼苗光合作用及生理特性的影響

王運(yùn)強(qiáng)，戴照義，郭鳳領(lǐng)，李金泉

（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，武漢，430064）

鐵是植物生長(zhǎng)所必需的微量元素之一，參與光合作用及其他生理代謝活動(dòng)。石灰性和堿性土壤易造成植物缺鐵[1]，而全世界約有40%的石灰性和堿性土壤，不同植物種類或同一植物的不同品種之間耐低鐵能力存在顯著的基因型差異[2]，篩選和培育抗缺鐵基因型作物是解決作物缺鐵黃化問(wèn)題的一條經(jīng)濟(jì)有效的途徑，而選擇合適的生理生化指標(biāo)是篩選和育種改良的重要前提。通過(guò)研究鐵脅迫對(duì)甜瓜光合作用及生理特性的影響，以期為選育抗缺鐵品種的改良利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)于2010年3月在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所蔬菜基地內(nèi)進(jìn)行。甜瓜（Cucumis melo）選用厚薄皮雜交品種富康M688，由湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所選育。種子催芽后播于沙盤中，子葉完全展開時(shí)，移入塑料盆中水培。1葉1心時(shí)進(jìn)行不同鐵濃 度 處 理 ，處 理 的 鐵 濃 度 分 別 為 0，50，100，200，400 μmol/L，設(shè) 3 次重復(fù)。

1.2 測(cè)定方法

①過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、超氧物歧化酶（SOD）三者活性測(cè)定參考李合生[3]的方法。

②葉綠素?zé)晒庠谔鸸嫌酌玷F處理7 d后，用FMS-2型（LI-COR生產(chǎn)）葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定儀測(cè)定，暗適應(yīng)20 min。

③葉綠素含量的測(cè)定用SPAD-502型手持葉綠素儀測(cè)定，以SPAD值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鐵濃度對(duì)甜瓜幼苗POD的影響

從圖1可以看出，在不同鐵濃度脅迫下，甜瓜幼苗POD活性不同。從第1天到第10天，隨著鐵濃度的增加，POD活性均明顯升高；在第10天時(shí)，5種鐵濃度處理POD活性達(dá)到最高。

2.2 不同鐵濃度對(duì)甜瓜幼苗CAT的影響

由圖2可以看出，隨著鐵濃度的增加，CAT活性逐漸升高。在第7天時(shí)，不同鐵處理下CAT活性達(dá)到最高。在處理第10天時(shí)，5種鐵濃度處理CAT活性與第7天相比略有下降，但仍隨著鐵濃度的增加而升高。

2.3 不同鐵濃度對(duì)甜瓜幼苗SOD的影響

由圖3可以看出，在第10天時(shí)，400 μmol/L鐵處理時(shí)SOD活性最高；50 μmol/L鐵處理時(shí)，SOD活性最低；50 μmol/L 和 100 μmol/L 鐵處理之間變化不大，差異不顯著。從第1天到第7天，隨著處理天數(shù)的增加，SOD活性逐漸增大。

2.4 不同鐵濃度對(duì)甜瓜幼苗葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的影響

葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)可以反映植物葉片對(duì)光能的吸收和利用情況。由表1可知，低鐵（0 μmol/L）和高鐵（400 μmol/L）都會(huì)使 PSII最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、潛在光化學(xué)效率（Fv/Fo）、光合電子傳遞速率（ETR）、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率（ΦPSⅡ）、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）降低，而初始熒光（Fo）上升，并且差異顯著（P＜0.05）。當(dāng)鐵濃度為 100 μmol/L 時(shí)，F(xiàn)v/Fm、ETR、ΦPSⅡ、qP 達(dá)最大值。而Fv/Fo在鐵濃度為50 μmol/L時(shí)值最大。

圖1 不同鐵濃度對(duì)甜瓜幼苗POD的影響

圖2 不同鐵濃度對(duì)甜瓜幼苗CAT的影響

圖3 不同鐵濃度對(duì)甜瓜幼苗SOD的影響

圖4 不同鐵濃度下甜瓜幼苗葉綠素含量的變化

表1 不同鐵濃度對(duì)甜瓜幼苗葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的影響

2.5 不同鐵濃度下甜瓜幼苗葉綠素含量的變化

由圖4可知，隨著鐵濃度的增加，葉綠素含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。0 μmol/L鐵處理葉綠素的含量最低，100 μmol/L鐵處理葉綠素的含量最高。說(shuō)明低鐵和高鐵處理都抑制了葉綠素的合成。

3 小結(jié)與討論

植物在遭受逆境脅迫時(shí)，體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生防御機(jī)制以適應(yīng)外界環(huán)境的脅迫。SOD、POD、CAT是細(xì)胞抵御活性氧傷害的酶保護(hù)系統(tǒng)，在清除超氧自由基、過(guò)氧化氫和過(guò)氧化物及阻止或減少羥基自由基形成方面起重要作用[4]。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著鐵濃度的增加，抗氧化物酶POD、CAT、SOD的活性均顯著升高，這一結(jié)果說(shuō)明抗氧化酶系統(tǒng)與植物所處的鐵環(huán)境有關(guān)?，F(xiàn)在關(guān)于環(huán)境脅迫對(duì)抗氧化物的影響僅僅從生理水平上進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)其具體機(jī)制的了解還不夠清楚，只有從分子層次來(lái)分析抗氧化物酶和環(huán)境脅迫的具體關(guān)系，才能更準(zhǔn)確更深刻的揭示其原理，從而為選育抗鐵脅迫甜瓜品種提供更可靠的理論依據(jù)。葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)作為一種快速、靈敏、無(wú)損傷技術(shù)廣泛用于研究和探測(cè)各種逆境對(duì)植物光合生理的影響。本試驗(yàn)結(jié)果表明，低鐵和高鐵脅迫都會(huì)使PSII最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、潛在光化學(xué)效率（Fv/Fo）、光合電子傳遞速率（ETR）、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）逐步降低，而導(dǎo)致初始熒光（Fo）上升。PSII最大光化學(xué)效率的降低說(shuō)明此時(shí)葉片受到嚴(yán)重的光抑制。

葉綠素含量是被廣泛用于評(píng)價(jià)植物鐵脅迫狀況的指標(biāo)，可通過(guò)葉綠素含量的測(cè)定來(lái)確定植株鐵處理的最佳濃度。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著鐵濃度的增加，葉綠素含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，但是總體差異不大，說(shuō)明低鐵和高鐵處理都抑制了葉綠素的合成。

[1]周邦基，何雪暉.植物的營(yíng)養(yǎng)[M].北京：北京農(nóng)業(yè)出版社，1985：11-153.

[2]Jolley V D，F(xiàn)airbands D J,Sterens W B,et al.Root ironreduction capacity for genotypic evaluation of iron efficiency in soybean[J].J Plant Nutr,1992,15(10):1 679-1 690.

[3]李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[4]岳麗娟.鐵脅迫對(duì)豌豆幼苗鐵代謝、光合作用及抗氧化系統(tǒng)的影響[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2009.