德國鳶尾花瓣衰老過程中主要生理指標的變化

王銀杰 張永俠 劉清泉 劉涼琴 黃蘇珍 原海燕

摘要：對德國鳶尾不同生育時期的早花品種93E41076-17和晚花品種Elizabeth花瓣中可溶性蛋白含量、丙二醛含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性及過氧化物酶（POD）活性等生理指標進行測定。結果表明，不同發(fā)育期93E41076-17與Elizabeth可溶性蛋白含量的變化趨勢基本一致，呈持續(xù)下降趨勢;MDA含量呈總體上升的趨勢;脯氨酸含量在蕾期最高，初花期后趨于平緩，在衰敗期有所上升;SOD活性呈總體下降趨勢，但開始下降的起始花期有所不同，93E41076-17從初花期開始下降，而Elizabeth從蕾期開始下降;POD活性也隨著花期進程的延長其活性呈現(xiàn)不斷上升的趨勢。

關鍵詞：德國鳶尾;生理指標;花瓣衰老;可溶性蛋白含量;丙二醛含量;脯氨酸含量;SOD活性;POD活性

中圖分類號： S682.1+90.1 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）24-0153-03

德國鳶尾（Iris germanica L.）是鳶尾屬最具觀賞價值的種類，花形奇特、花色豐富、一支多花以及常綠（長江以南地區(qū)）等特性使其在園林配植、地被綠化、盆栽觀花等方面具有廣闊的應用前景。但其單朵花花期僅3～5 d，單一品種群體花期一般不超過20 d[1]。因此，德國鳶尾花期的長短直接影響其經(jīng)濟價值和市場效益。隨著人們對鮮切花的需求，目前國內(nèi)對德國鳶尾花衰老的研究僅集中在切花保鮮上[2]，但有關其自然開花過程中體內(nèi)生理變化的研究至今尚未見報道。本研究以德國鳶尾早花品種93E41076-17和晚花品種Elizabeth為供試材料，對德國鳶尾自然開花進程中花瓣的可溶性蛋白含量、丙二醛含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性及過氧化物酶（POD）活性等生理生化指標進行測定，通過對德國鳶尾自然衰老過程中生理生化變化的研究，以期為延長德國鳶尾花期奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料德國鳶尾品種93E41076-17和Elizabeth均采集自江蘇省中國科學院植物研究所中國鳶尾屬種質資源保存中心。93E41076-17為德國鳶尾早花品種，自然花期為4月中旬;Elizabeth為德國鳶尾晚花品種，自然花期為5月上旬。試驗于2019年春季進行，每天8：00采集不同開花時期（蕾期、初花期、盛花期和衰敗期）的花瓣，用去離子水洗凈后迅速放入液氮中速凍，然后放入-80 ℃超低溫冰箱中保存待用。

1.2 試驗方法

可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍G-250比色法[3];丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸法[4];脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮法[5];超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性檢測采用北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)的SOD、POD試劑盒進行測定。所有生理指標測定均重復3次，用Excel 2010求平均值和標準差。

2 結果與分析

2.1 不同開花時期可溶性蛋白含量的變化

可溶性蛋白質是花開放過程中的主要物質基礎，其含量一直是衡量植物衰老的重要指標[6]。蛋白質影響植物衰老可分為2個方面：一方面是降低蛋白質的周轉，這是蛋白質合成機制老化的結果;另一方面是蛋白質含量隨著蛋白的水解而降低。蛋白質水解產(chǎn)生大量乙烯的合成前體蛋氨酸，從而促進內(nèi)源乙烯的合成，引起衰老[7]。由圖1可見，德國鳶尾93E41076-17和Elizabeth不同時期可溶性蛋白含量的變化趨勢基本一致，呈持續(xù)下降趨勢。其中晚花品種Elizabeth蕾期至初花期可溶性蛋白含量較早花品種93E41076-17下降明顯，兩者初花期可溶性蛋白含量分別為蕾期的25.90%、44.36%，而初花期至盛花期、盛花期至衰敗期可溶性蛋白含量下降相對平穩(wěn)。

2.2 丙二醛含量的變化

丙二醛是具有細胞毒性的物質，是由膜脂中不飽和脂肪酸發(fā)生膜脂過氧化作用而產(chǎn)生的，它的積累會造成細胞內(nèi)酶和膜系統(tǒng)的損害，從而引起衰老[8]，因此丙二醛含量與花瓣的衰老密切相關。德國鳶尾不同開花時期MDA含量的變化如圖2所示，Elizabeth和93E41076-17花瓣中MDA含量均呈總體上升的趨勢，且隨著花期進程的延長上升幅度基本一致，說明花瓣中MDA含量上升是其衰老的重要指標。早花品種93E41076-17花瓣中的MDA含量高于晚花品種Elizabeth。

2.3 脯氨酸含量的變化

生物體內(nèi)，脯氨酸不僅是細胞內(nèi)的滲透調節(jié)物質，而且還是植物面對逆境時的重要調節(jié)物質，在一定程度上反映了植物的抗逆性[9]。德國鳶尾不同開花時期脯氨酸含量的變化如圖3所示，4個測定時期晚花品種Elizabeth脯氨酸的含量均高于早花品種93E41076-17，且呈下降趨勢，蕾期最高，初花期后趨于平緩，在衰敗期脯氨酸含量有所上升。初花期93E41076-17和Elizabeth花瓣中脯氨酸的含量分別是蕾期的45.14%、33.35%。

2.4 超氧化物歧化酶活性的變化

SOD是生物體內(nèi)酶清除活性氧系統(tǒng)的重要成分，它通過清除過高的活性氧來維持活性氧平衡，是抵御活性氧毒害的第一道防線[10]。德國鳶尾不同開花時期SOD活性變化如圖4所示，2個品種花瓣中的SOD活性均呈總體下降趨勢，但開始下降的起始花期有所不同。93E41076-17從初花期開始下降，而Elizabeth從蕾期開始下降。不同花期93E41076-17花瓣的SOD活性均高于Elizabeth。2個德國鳶尾品種花瓣的SOD活性隨著花期進程的延長而下降，說明隨著花期進程的延長，花瓣不斷受到活性氧的毒害。不同品種花瓣中SOD活性開始下降的初始花期不同，表明清除氧自由基的能力存在差異。

2.5 過氧化物酶活性的變化

POD是植物體內(nèi)另一重要的抗氧化酶，通常與SOD協(xié)調發(fā)揮作用[11-12]。本研究中2個德國鳶尾品種不同開花時期花瓣中的POD活性表現(xiàn)出一致的變化規(guī)律，都隨著花期進程的延長其活性呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，由蕾期到衰老期，其活性約增加了近1倍，且不同花期93E41076-17花瓣中的POD活性均高于Elizabeth（圖5）。

3 討論

長期以來，花瓣衰老一直是人們關注和研究的熱點。有關花瓣衰老的機制，目前研究較多的是乙烯誘導作用及自由基傷害作用。但在花瓣衰老過程中，無論是乙烯敏感型還是非乙烯敏感型花卉，其衰老過程都與降解代謝有關的蛋白質和酶類等指標相關。

細胞中可溶性蛋白含量與衰老的關系密切，其含量下降是植物組織器官衰老過程中普遍存在的現(xiàn)象，是植物進入衰老的重要標志之一[13-14]。本研究表明，德國鳶尾花瓣的衰老與內(nèi)含物質代謝緊密聯(lián)系，細胞內(nèi)可溶性蛋白含量與花瓣衰老呈明顯的負相關關系，該結果表明隨著衰老的加劇細胞內(nèi)含物被大量消耗，這與百合和地被菊花發(fā)育和衰老的研究結果[15-16]基本一致。與此同時，隨著花瓣衰老進程的延長，德國鳶尾花瓣中脯氨酸的含量在蕾期最高，初花期后趨于平緩，在衰敗期脯氨酸含量有所升高。這可能與花在衰敗期滲透調節(jié)有關。此外，脯氨酸還可能在花發(fā)育過程中提供某些營養(yǎng)物質促進或延長花期。這與前人的研究結果[17]基本一致。MDA是由自由基反應使膜脂過氧化的終產(chǎn)物之一，它的產(chǎn)生和積累主要會引起膜蛋白的變性[18]，MDA含量越高膜脂過氧化作用越強，多種酶和膜系統(tǒng)受到的損傷越嚴重，衰老程度越強。本研究發(fā)現(xiàn)，德國鳶尾在花瓣衰老過程中MDA含量呈現(xiàn)由平穩(wěn)緩慢上升至快速增加的趨勢，表明隨著衰老的加劇，MDA對膜造成不可恢復的損傷，從而宏觀表現(xiàn)為花瓣的衰老[18]，這與許多切花如玫瑰[19-20]等的研究結果基本一致。另外，早花品種的MDA含量高于晚花品種，說明前者細胞膜受損傷的程度要高于后者，這可能也是導致兩者花期不同的原因之一。過氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）能夠參與生物體內(nèi)酶清除活性氧系統(tǒng)，它通過清除過高的活性氧來維持平衡同時防止細胞受活性氧脅迫傷害，從而在植物抗衰老和抗脅迫中發(fā)揮作用[21]。前人的研究發(fā)現(xiàn)，香石竹花瓣的線粒體及過氧化物體中存在2種SOD同工酶，其在花瓣衰敗期，線粒體2種SOD總活性均顯著下降[22]。本研究中，隨著花瓣的開放和衰老，SOD活性表現(xiàn)為先上升后下降，SOD活性的增加可及時清除代謝過程中形成的活性氧，有助于花的正常開放，隨著花的盛開和衰老，SOD活性降低，從而削弱了保護系統(tǒng)，使花內(nèi)活性氧代謝失調，引起花瓣的衰老。舒禎研究發(fā)現(xiàn)，在香雪蘭花朵衰老過程中POD活性一直呈上升趨勢[23]。本研究也證實了這一點，隨著花朵發(fā)育進程的延長POD活性明顯提高。

由此可見，德國鳶尾花瓣的衰老是一個十分復雜的過程。在不同品種中除了本身的遺傳特性不同外，還由于維持花朵生命結構的蛋白質降解，SOD和POD活性水平的差異，從而造成膜系統(tǒng)穩(wěn)定性不同，最終導致衰老進程不同。因此，通過一定措施增強酶活性，維持活性氧的代謝平衡可能是延長德國鳶尾花期的有效途徑。對于致使德國鳶尾花瓣衰老加速的其他原因以及延長花期的具體有效途徑，還有待進一步研究。

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