鐵缺乏與過量對花生幼苗葉綠素、MDA含量和SOD、POD活性的影響

李曉華等

摘要：以花生（Arachis hypogaea cv.）山花9號為試驗材料，采用砂基培養(yǎng)法，研究了6種不同鐵濃度Hoagland溶液處理下花生幼苗總葉綠素含量、丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）酶活性的變化。結果表明，葉綠素a/b比值和MDA含量隨著鐵濃度的升高先降低后升高，0.05×10-3 mol/L處理最低；總葉綠素含量、SOD和POD活性先升高后降低，0.05×10-3 mol/L處理最高。綜合分析認為，鐵濃度超過0.10×10-3 mol/L時，會對砂基培養(yǎng)的花生幼苗產生毒害，砂基培養(yǎng)下花生幼苗生長發(fā)育的最適螯合硫酸亞鐵濃度應為0.05×10-3 mol/L。

關鍵詞：花生（Arachis hypogaea cv.）；鐵；葉綠素；MDA；SOD；POD

中圖分類號：S565.201 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）18-4408-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.18.007

鐵是一種二價或三價陽離子重金屬，取決于土壤中的氧化還原條件。鐵在地球上現(xiàn)存的原核生物和真核生物的生命活動中具有不可替代的作用，鐵參與植物體內氧化還原反應，是血紅蛋白和細胞色素的組成成分，還是超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）等的組成成分，并在葉綠素的合成中發(fā)揮重要作用[1-3]。植物中鐵的研究可追溯至170多年前，Gris發(fā)現(xiàn)缺鐵造成的葡萄黃化現(xiàn)象[4，5]。植物吸收鐵的形態(tài)多為Fe2+，F(xiàn)e3+必須在輸入細胞之前在根表面還原成二價鐵[6]。缺鐵的典型癥狀是植物葉片失綠；除了亞洲的稻類作物，田間鐵毒害現(xiàn)象不常見[7]。

在盆栽試驗或盆栽植物如杜鵑花鐵供應量大的時候會發(fā)生鐵毒害[8]。不同花生品種對缺鐵的敏感程度有差異，ICG12672為高耐品種，中花8號為耐鐵品種，遠雜9102為敏感品種，ICG11855和中花5號為高敏感品種[9]。對鐵敏感的花生通常比不敏感的花生品種在缺鐵條件下過氧化物酶活性降低更快[10]。鐵還原力的提高和分泌質子量的增加是花生適應缺鐵脅迫的主要機制[11]。包含亞鐵血紅素的過氧化物酶用過氧化氫作為電子受體催化許多氧化還原反應；當缺乏鐵元素時，鷹嘴豆（Cicer arietinum L.）的過氧化物酶活性被抑制而錳缺乏時活性升高，但錳并不是POD的構成成分[12]。缺乏Fe元素時，鷹嘴豆的CAT和POD活性受到抑制，而CAT和POD活性成為鷹嘴豆Fe和Mn營養(yǎng)狀況評估指標[13]。完全缺乏Fe元素時，玉米幼苗葉片CAT、POD和硝酸還原酶活性降低；但POD/CAT活性比值還不能成為Fe匱乏的診斷指標[14]。缺鐵狀況下，溶液培養(yǎng)法培養(yǎng)的向日葵（Helianthus annuus L.）葉片過氧化氫含量顯著升高，抗壞血酸過氧化物酶（APX）和愈創(chuàng)木酚依賴POD活性降低[15]。酶活性測定尚未成為植物營養(yǎng)狀況的關注點，但酶活性可以作為植物營養(yǎng)匱乏或過量的指示；酶活性測定可以使用鐵匱乏組織或將疑似鐵匱乏組織浸入酶活性恢復體系中的組織；酶活性測定可以使用進行快速測定的葉片粗提取液[16]。

花生（Arachis hypogaea cv.）鐵營養(yǎng)研究多是從缺鐵的角度進行的，本研究將從缺鐵和鐵過量兩個方面設置6個濃度梯度，研究不同濃度Fe2+處理下（包含0.02×10-3 mol/L[17]和0.05×10-3 mol/L[18]兩種常用的Hoagland營養(yǎng)液配方中的鐵濃度）花生幼苗葉片葉綠素含量、MDA含量、SOD和POD活性的變化。

1 材料與方法

1.1 材料的培養(yǎng)與處理

本研究以花生山花9號為試驗材料，采用砂基培養(yǎng)法。

石英砂先用自來水洗凈，再用1%的鹽酸浸泡過夜，后用去離子水沖洗3遍，裝于干凈的塑料盆中。

挑選飽滿大小一致的種子，體積分數(shù)為75%的乙醇消毒30 s，然后用去離子水沖洗干凈，26 ℃去離子水中浸種4 h，播種到塑料盆中。開始用去離子水澆灌，幼苗長出真葉時澆不同F(xiàn)e2+濃度的Hoagland營養(yǎng)液。鑒于溶液培養(yǎng)法和砂基培養(yǎng)法常用的Hoagland營養(yǎng)液配方中螯合鐵的濃度常見有0.02×10-3 mol/L、0.05×10-3 mol/L，所以，共設6個Fe2+濃度，分別為0.00×10-3 mol/L（CK）、0.02×10-3 mol/L（A）、0.05×10-3 mol/L（B）、0.10×10-3 mol/L（C）、0.20×10-3 mol/L（D）、0.40×10-3 mol/L （E）。光周期為白天/夜晚=14 h/10 h；溫度為白天/夜晚=26 ℃/20 ℃；光照強度為70 μmol/m2·s；每隔1 d澆一次營養(yǎng)液，每次300 mL；處理15 d后取成熟葉用于試驗測定，每個處理3次重復。

1.2 測定項目與方法

葉綠素含量測定采用比色法[18]；MDA含量的測定采用硫代巴比妥酸比色法[18]；SOD酶活性測定采用氮藍四唑光化學還原法[19]；POD酶活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[20]。

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010 進行統(tǒng)計分析，新復極差法（SSR檢驗）檢驗差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同鐵離子濃度對花生幼苗葉片葉綠素含量及葉綠素a/b比值的影響

由圖1和圖2可知，以缺鐵為對照，隨著鐵濃度的逐漸升高，葉綠素含量先升高后降低，以A處理葉綠素含量最高，與其他處理（B處理除外）間差異極顯著。葉綠素a/b比值隨鐵濃度的升高先降低而后升高，以B處理最低，與其他處理之間差異極顯著。前人研究中，常用的螯合鐵的濃度有0.02×10-3 mol/L和0.05×10-3 mol/L兩種，本研究結果表明，0.02×10-3 mol/L鐵濃度有利于葉綠素合成，而0.05×10-3 mol/L鐵處理對葉綠素a/b比值影響最大。

2.2 不同鐵離子濃度對花生幼苗葉片MDA含量的影響

由圖3可知，隨著鐵濃度的逐漸升高，丙二醛（MDA）含量先降低而后升高，以B處理MDA含量最低，與CK、A、D和E處理間差異顯著；與D和E處理間差異極顯著，E處理MDA含量最高，B處理MDA含量最低，說明該濃度是花生幼苗生長的最適濃度，而鐵匱乏和過量均對細胞膜造成了傷害，而隨著Fe2+濃度（大于0.05×10-3 mol/L時）的增大，細胞膜的傷害程度逐漸加重。

2.3 不同鐵濃度對花生幼苗葉片SOD、POD活性的影響

由圖4和圖5可知，隨著鐵濃度的逐漸升高，SOD和POD活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，以B處理酶活性最高。當Fe2+濃度超過0.05×10-3 mol/L時，SOD活性降低較小，C、D和E處理的SOD活性均略大于CK；而POD活性則降低幅度較大，C處理的POD活性與CK相當，D和E處理的POD活性小于CK。由此可見，鐵過量對POD活性的影響更大。

3 小結與討論

鐵是植物必需的微量元素；鐵雖不是葉綠素的組成成分，但它直接影響葉綠素的合成；總葉綠素含量和葉綠素a/b比值反映了植物營養(yǎng)狀況和受脅迫的程度[1，4，5，7]。本研究結果表明，在鐵缺乏和過量情況下總葉綠素含量均降低，缺鐵影響葉綠素的合成已成共識，而鐵過量情況下葉綠素的降低未見報道，需進一步研究。

過氧化作用破壞細胞膜結構，MDA是膜脂過氧化的最終產物，是膜系統(tǒng)受傷害的重要標志之一，其含量可表示膜脂過氧化作用的程度[11，15]。本研究結果表明，CK處理和C、D、E處理MDA的含量顯著高于A和B處理，這充分說明當缺鐵和鐵過量時均造成花生幼苗膜質過氧化，且過量脅迫的程度超過缺鐵，這與任小平等[9]對水培條件下花生幼苗缺鐵處理的研究結果一致。

SOD和POD作為植物體內抗氧化酶系統(tǒng)的重要組成成分，在清除自由基方面發(fā)揮重要作用，被稱為保護酶系統(tǒng)；超氧化物歧化酶可以消除超氧化物陰離子自由基產生H2O2，而H2O2可被過氧化氫酶、過氧化物酶分解；SOD和POD都是含F(xiàn)e的金屬蛋白質，因此缺鐵將影響酶的生物活性[11，15，21，22]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著Fe2+濃度的升高，SOD和POD活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。這表明缺鐵和鐵過量均影響到SOD和POD的活性，只有在Fe2+濃度為0.05×10-3 mol/L時酶活性達到最高。

綜上所述，缺鐵和鐵過量對花生幼苗均形成脅迫，傷害的情況存在差異；Fe2+濃度超過0.10×10-3 mol/L時，對砂基培養(yǎng)的花生幼苗產生毒害；砂基培養(yǎng)下適合花生幼苗生長發(fā)育的最適螯合硫酸亞鐵濃度應為0.05×10-3 mol/L。

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