葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗滲透調節物質及抗氧化酶活性的影響

，2*，2，3，2，2

（1山東農業大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018；2作物生物學國家重點實驗室，山東泰安271018；3農業部黃淮海設施農業工程科學觀測實驗站，山東泰安 271018）

葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗滲透調節物質及抗氧化酶活性的影響

張 蒙1王秀峰1，2*魏 珉1，2，3楊鳳娟1，2史慶華1，2李 巖1

（1山東農業大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018；2作物生物學國家重點實驗室，山東泰安271018；3農業部黃淮海設施農業工程科學觀測實驗站，山東泰安 271018）

采用營養液栽培，研究硝酸鹽脅迫下噴施10 mg·L-1葉綠酸鐵溶液對黃瓜幼苗生長、脯氨酸、可溶性糖、丙二醛含量及抗氧化酶活性的影響。結果表明:硝酸鹽脅迫下葉面噴施葉綠酸鐵可以緩解硝酸鹽對黃瓜幼苗生長的抑制，減少葉片中脯氨酸、可溶性糖、丙二醛含量，提高超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）及抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性。噴施葉綠酸鐵可以在一定程度上減少硝酸鹽脅迫下葉片中活性氧的積累，抑制膜脂過氧化，從而緩解硝酸鹽脅迫對黃瓜幼苗的傷害。

葉綠酸鐵； 硝酸鹽脅迫； 滲透調節物質； 抗氧化酶

近年來，我國設施栽培生產發展迅速，但設施內特有的小氣候特點，如地溫高、蒸發旺盛、無雨水沖淋，以及施肥量過大且偏施化肥等不當的栽培管理，導致溫室土壤次生鹽漬化加重，限制了我國設施農業的生產（童有為和陳淡飛，1991；張真和和李建偉，2000）。黃瓜是我國設施栽培中的一種主栽蔬菜，對鹽脅迫較為敏感，尤其是發芽期和幼苗期，因此提高黃瓜苗期的耐鹽性對于培育壯苗、提高黃瓜產量具有重要意義。

葉綠酸（chlorophyllin）是葉綠素水解脫除疏水性植醇側鏈而生成的一種綠色衍生物。Kamat等（2000）在大鼠肝細胞線粒體體外試驗中發現葉綠酸能有效抑制活性氧（ROS，reactive oxygen species）導致的膜的脂質過氧化，從而保護線粒體免遭氧化損傷。蔣慧等（2011）研究表明，鹽脅迫下營養液供應葉綠酸鐵在綠豆葉片氧化損傷的保護、提高活性氧清除酶的活性以及提高脯氨酸含量等方面均有明顯作用。

本試驗以黃瓜（Cucumis sativus L.）品種津優1號為試材，研究葉面噴施葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗生長、滲透調節物質含量及抗氧化酶活性的影響，探討葉綠酸鐵能否提高黃瓜幼苗的耐鹽性，成為緩解硝酸鹽脅迫的新途徑。

1 材料與方法

1.1試驗材料

試驗于2012年9～12月在山東農業大學玻璃溫室內進行，供試黃瓜品種為津優1號。選取飽滿、整齊一致的種子，按常規方法浸種催芽，挑選發芽整齊的種子，播于裝有沙子的育苗盤中。子葉展平后，澆灌營養液，待幼苗長至二葉一心時，選取生長一致的健壯幼苗移栽到含10 L全營養液的塑料盆中，每盆8株，用充氧機充氣。 營養液中大量元素參照山崎配方，微量元素參照常規配方，調節營養液pH值為6.5±0.1。

1.2試驗處理

待幼苗長至三葉一心時開始處理，試驗中所采用的葉綠酸鐵溶液濃度由預備試驗篩選得出。試驗共設3個處理。對照（CK）:常規營養液；硝酸鹽脅迫處理（T1）:緩解硝酸鹽處理（T2）:脅迫的同時，葉面噴施10 mg·L-1葉綠酸鐵溶液。硝酸鹽由和KNO3各50% 組成，分2次加入營養液中，中間間隔12 h，使濃度達到140 mmol·L-1。硝酸鹽脅迫處理開始后，每天17:00 對T2處理的幼苗葉面噴施10 mg·L-1葉綠酸鐵溶液，其他處理噴施等量蒸餾水，每處理3次重復，處理期間每3 d更換1次營養液。

1.3項目測定與方法

處理后5、10 d每處理隨機取10株幼苗，分別測定各項指標。3次重復，取平均值。

可溶性糖含量根據向曙光（1989）的方法測定，脯氨酸含量采用Bates等（1999）的方法測定，MDA 含量采用Herth和Packe（r1986）的方法測定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用Stewart和Bewley（1980）的方法測定，過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）活性采用Cakmak和Marschner（1992）的方法測定，抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性采用Nakano和Asada（1981）的方法測定。

1.4數據統計分析

采用Excel 2003和DPS 7.55軟件對試驗數據進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1外源葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗生長的影響

由表1可以看出，處理5 d后，硝酸鹽脅迫處理（T1）的黃瓜植株株高、葉面積及地上部干、鮮質量均顯著低于對照；而噴施葉綠酸鐵處理（T2）的各生長指標較T1明顯升高，但T2處理除單株地上部干質量與對照差異不顯著外，其他指標顯著低于對照。處理10 d后，各處理的黃瓜植株株高、葉面積及地上部干、鮮質量均比處理5 d時有明顯的增加，各處理間的差異趨勢與處理5 d時一致，T1處理的黃瓜植株株高、葉面積及地上部干、鮮質量仍顯著低于對照，T2處理的各生長指標除單株地上部干質量外，均顯著高于T1處理，表明葉綠酸鐵緩解了硝酸鹽脅迫對黃瓜幼苗生長的抑制。

表1外源葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗生長的影響

2.2外源葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗可溶性糖含量的影響

圖1外源葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗可溶性糖含量的影響

由圖1 可以看出，處理5 d后，硝酸鹽脅迫處理（T1）的可溶性糖含量顯著高于對照，而噴施葉綠酸鐵處理（T2）的可溶性糖含量較T1顯著降低，但比對照稍有增加。處理10 d后，各處理的可溶性糖含量均比處理5 d時降低，各處理間的差異趨勢與處理5 d時一致。表明葉綠酸鐵緩解硝酸鹽脅迫的效果明顯。

2.3外源葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗脯氨酸含量的影響

由圖2可以看出，處理5 d后，硝酸鹽脅迫處理（T1）的脯氨酸含量高出對照1倍之多，而噴施葉綠酸鐵處理（T2）的脯氨酸含量比T1顯著減少，表現出明顯緩解硝酸鹽脅迫的效果。處理10 d后，各處理的脯氨酸含量比處理5 d時有所降低，但對照降低的量較小，T1和T2降低的量明顯。處理10 d時，由T1和T2脯氨酸含量的顯著差異，仍能看出噴施葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫的緩解效果。

圖2外源葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗脯氨酸含量的影響

2.4外源葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗丙二醛含量的影響

由圖3可以看出，處理5 d后，硝酸鹽脅迫處理（T1）的丙二醛（MDA）含量顯著高于對照，而噴施葉綠酸鐵處理（T2）的丙二醛含量較T1顯著降低，但仍高于對照。處理10 d后，各處理間表現出與處理5 d時一致的差異趨勢，T1和T2處理的丙二醛含量比處理5 d時有所增加，對照則無明顯變化。處理期間，T2的丙二醛含量始終顯著低于T1，可以看出噴施葉綠酸鐵能降低膜脂過氧化，緩解硝酸鹽脅迫對黃瓜幼苗細胞的傷害。

圖3外源葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗丙二醛含量的影響

2.5外源葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗抗氧化酶活性的影響

圖4外源葉綠酸鐵對硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗抗氧化酶活性的影響

由圖4可以看出，處理5 d后，4種抗氧化酶SOD、POD、CAT和APX活性均呈現出一致的差異趨勢，硝酸鹽脅迫處理（T1）的黃瓜葉片中各抗氧化酶活性均明顯低于對照，POD活性較對照降低幅度最大，而噴施葉綠酸鐵處理（T2）的各抗氧化酶活性均高于T1，但仍低于對照。處理10 d后，各處理黃瓜葉片的SOD、CAT和APX活性較處理5 d時升高，但對照與T1的POD活性降低，T1處理的各抗氧化酶活性仍明顯低于對照，其中POD和APX活性降低幅度較大，T2處理的各抗氧化酶活性均明顯高于T1，除SOD活性與T1差異不顯著外，POD、CAT、APX活性均與T1差異顯著。說明在硝酸鹽脅迫下，噴施葉綠酸鐵能使黃瓜葉片中的抗氧化酶活性仍保持在較高水平，有效緩解硝酸鹽脅迫誘導產生的氧化脅迫。

3 結論與討論

當植物遭受鹽脅迫時，為調節細胞內滲透勢、維持水分平衡，細胞內會積累一些物質，如脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、甜菜堿、多胺等（李玉全 等，2002）。140 mmol·L-1硝酸鹽脅迫后，黃瓜葉片及根系的可溶性糖含量顯著增加（李小剛，2011），黃瓜幼苗葉片中脯氨酸含量增加（王秀紅，2011）。王玉祥和張博（2009）研究指出，苜蓿體內的可溶性糖含量隨著NaCl濃度的增加而增加。顧大形和陳雙林（2011）研究發現:隨著NaCl濃度的增加，四季竹葉片中脯氨酸含量不斷提高。前人研究表明，植物體內脯氨酸和可溶性糖含量與其所受到的脅迫程度成正比。本試驗中，黃瓜幼苗經140 mmol ·L-1硝酸鹽脅迫處理后，葉片中脯氨酸及可溶性糖的含量顯著提高，但噴施葉綠酸鐵溶液后，作為滲透調節物質的脯氨酸和可溶性糖含量顯著降低，則表明葉綠酸鐵緩解了高濃度的硝酸鹽對黃瓜幼苗造成的脅迫傷害。

研究發現，鹽脅迫引起植株體內活性氧的大量積累，并造成細胞膜脂的過氧化損傷，細胞膜穩定性降低，透性增加（於丙軍和劉友良，2003）。膜脂過氧化會使植株體內產生大量MDA，其含量在一定程度上可以反映細胞膜的受傷害程度。研究表明，硝酸鹽脅迫使黃瓜幼苗葉片MDA含量、電解質滲漏率顯著升高，膜脂過氧化程度加重（高清海等，2008；王秀紅 等，2010），NaCl脅迫也會使黃瓜幼苗葉片和根系MDA含量、電解質滲漏率顯著增加（徐玉偉 等，2010）。本試驗在140 mmol·L-1硝酸鹽脅迫下，黃瓜幼苗葉片中MDA含量顯著增加，噴施10 mg·L-1的葉綠酸鐵可以顯著降低硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗葉片中MDA含量，有效緩解膜脂過氧化的損傷。

在正常情況下，植物依靠自身的自由基清除系統保持細胞內的活性氧平衡，但在逆境脅迫下，活性氧平衡受到破壞，活性氧大量積累，此時，SOD、POD、CAT和APX等通過酶促作用清除體內產生的過量活性氧自由基。黃瓜植株受140 mmol·L-1硝酸鹽脅迫后，黃瓜幼苗葉片SOD、POD活性升高，CAT和APX活性降低（楊鳳娟，2006）。王秀紅等（2010）研究表明，140 mmol·L-1硝酸鹽脅迫處理后，黃瓜幼苗葉片SOD活性升高，POD、CAT和APX活性降低，焦娟等（2009）研究表明，140 mmol·L-1硝酸鹽脅迫處理7 d后，各抗氧化酶活性均低于對照。但也有研究表明，NaCl脅迫處理后黃瓜葉片中抗氧化酶活性提高，隨著處理時間的增加，酶活性有下降趨勢但仍高于未受脅迫處理的葉片中的酶活性（韓冰 等，2010）。非生物脅迫對抗氧化酶的影響較復雜，這可能與試驗材料種類、處理方式和時期、取樣時期和部位等都有一定關系。本試驗中，經140 mmol·L-1硝酸鹽脅迫處理后，黃瓜葉片中SOD、POD、CAT和APX的活性均受到明顯抑制，但噴施10 mg·L-1的葉綠酸鐵可以明顯提高硝酸鹽脅迫后黃瓜葉片中SOD、POD、CAT和APX的活性，減少活性氧自由基的產生，從而提高了黃瓜幼苗對高濃度硝酸鹽的耐性。

本試驗結果表明，葉面噴施10 mg·L-1的葉綠酸鐵可以減輕140 mmol·L-1硝酸鹽脅迫對黃瓜幼苗的滲透傷害，提高黃瓜幼苗抗氧化酶活性，降低膜脂過氧化程度，在一定程度上緩解硝酸鹽脅迫對黃瓜幼苗生長的抑制作用，但其作用機理還需進一步研究。

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Effect of Chlorophyllin-iron on Osmoregulation Substance and Activities of Antioxidant Enzymes of Cucumber Seedling under Nitrate Stress

ZHANG Meng1，WANG Xiu-feng1，2*，WEI Min1，2，3，YANG Feng-juan1，2，LI Yan1

（1College of Horticulture Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Tai’an 271018，Shandong，China；2State Key Laboratory of Crop biology，Tai’an 271018，Shandong，China；3Scientific Observing and Experimental Station of Environment Controlled Agricultural Engineering in Huang-Huai-Hai Region，Ministry of Agriculture， Tai’an 271018，Shandong，China）

A solution culture experiment was conducted to study the effect of exogenous spraying 10 mg·L-1chlorophyllin-iron solution at cucumber （Cucumis sativus L.）seedling leaves on the plant growth，contents of proline，soluble sugar，MDA and activity of peroxidase under nitrate stress. The results showed that exogenous spraying chlorophyllin-iron solution at leaves could relieve the inhibition of nitrate on cucumber seedling growth，decrease the contents of proline，soluble sugar，MDA，and increase the activities of SOD，POD，CAT and APX. Eexogenous spraying chlorophyllin-iron could to certain extent reduce the accumulation of active oxygen in leaves under nitrate stress， restrain lipid peroxidation，and therefore relieve the damage of nitrate stress on cucumber seedlings.

Chlorophyllin-iron；Nitrate stress；Osmoregulation substance；Antioxidant enzyme

張蒙，女，碩士研究生，專業方向:設施蔬菜與無土栽培，E-mail: zhangmeng19881208@126.com

*通訊作者（Corresponding author）:王秀峰，男，教授，博士生導師，專業方向:設施園藝與無土栽培，E-mail:xfwang@sdau.edu.cn

2013-11-02；接受日期:2013-12-15

國家現代農業產業技術體系建設專項（CARS-25）