外源過氧化氫對草莓花芽生理生化的影響

張婷　張文杰　石夢云　宋慶科　趙林　魏猛

摘要：探究外源H2O2處理對草莓花芽生長及生理的影響，以期為草莓促早栽培提供一定的理論依據。試驗以妙香7號草莓為研究對象，分別設置3個H2O2濃度（5、10、15 mmol/L）和3個持續噴施時間（5、10、15 d），加上清水對照，共10個處理，測定不同處理下花序形態表現及生理特性。結果表明：現蕾期，H2O2濃度為5 mmol/L水平下的現蕾比例超過了50%，顯著高于其他處理；經過H2O2處理后的花序有明顯的縮短；外源H2O2處理促進了活性氧代謝，O-2·含量迅速增加，丙二醛含量降低，激活了保護酶系，SOD、POD、CAT活性顯著增加，有效清除了活性氧；SOD活性方面，5-5、5-10、10-10、15-10處理均高于其他處理組合；POD活性方面，5-5、5-10、5-15、10-10處理均高于其他組合；CAT活性方面，5-10、5-15、10-15處理高于其他組合。通過因子分析及主成分分析對各處理進行綜合排名可得：5 mmol/L H2O2連續噴施10 d，效果最佳。

關鍵詞：草莓；外源H2O2；花芽分化；生理特性

中圖分類號：S668.401文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）21-0168-06

植物從營養生長進入生殖生長過程中，花芽的分化和形成作為關鍵時期，影響著植物個體發育。生產上，研發促進花芽提早分化的技術，使果實提早成熟上市，提高果農收益，成為果樹研究熱點之一。

植物成花轉變是周圍環境因素和內源開花基因蛋白共同調控的結果。光照是決定植物花芽分化與否的關鍵外界因子之一，影響著花芽分化的進程。曹亞萍等研究表明，遮陰、短日照均能誘導草莓的花芽分化［1-3］。另外，合適的溫度處理（冷庫、高山育苗）也能促進草莓花芽提早分化，是實踐中比較常用的方法，但是操作復雜，成本較大，推廣范圍較小［3-5］。H2O2作為信息分子家族的新成員之一，是一種相對穩定的活性氧，它的作用機理在于通過改變細胞和轉錄因子的氧化還原狀態及各種酶（蛋白酶、蛋白磷酸酶和離子通道）的活性，進而影響調控相關信號通路，對相應的逆境作出積極的反應［6-7］，包括種子萌發、耐逆性等，而H2O2作為活性氧對花芽分化影響的研究報道主要集中于擬南芥、煙草，在草莓上鮮有報道［8-12］。所以，本試驗通過研究外源H2O2處理（濃度、時間）對草莓花芽分化的生理影響，篩選出最佳的處理組合，初步探討過氧化氫在促早栽培過程中的調控機制。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及其處理

試驗于2020年6—11月在徐州現代農業示范基地避雨育苗棚中進行。供試草莓品種為妙香7號，抗病性強，植株長勢好。于2020年6月選擇健康、無病害的匍匐莖扦插于32孔穴盤中，進行正常生產管理。待苗齡達到60～70 d時，選擇葉片飽滿、色澤新鮮正常、無病蟲害，生長均勻一致的種苗進行H2O2噴施處理。

于8月25日，利用噴壺噴施外源H2O2溶液，噴施濃度為5、10、15 mmol/L，噴施時間為5、10、15 d，分別標記為5-5、5-10、5-15、10-5、10-10、10-15、15-5、15-10、15-15處理（表1），以噴灑清水為對照（CK），共計10個處理，每個處理4個穴盤，共計128株苗。

H2O2處理結束后，于9月9日將試驗材料定植于普通日光溫室中，進行常規栽培管理。

1.2 試驗方法

現蕾率及花序形態的調查：于10月28日記錄1次不同處理草莓植株的現蕾率，現蕾率＝現蕾株數／總株數×100%。利用卷尺和游標卡尺調查花序長度及花序粗度，重復20次。

生理指標的測定：從處理結束開始（9月10日）至定植后的3周（9月29日），隨機選取6株草莓地上部健康、無病蟲害的中心葉，一共取樣4次，取樣時間為9月10、16、 22、29日，帶回實驗室保存于 -80 ℃ 冰箱備用。采用羥胺氧化法測定超氧陰離子（O-2·）的含量，TBA法測定丙二醛（MDA）的含量，考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量，氮藍四唑（NBT）法測定SOD活性，愈創木酚法測定POD活性，過氧化氫法測定CAT活性［13］。

用WPS Office 進行數據處理，用SPSS 19.0數據處理系統試驗統計分析方法（Duncans法）進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 各處理下花序生長表現變化

由圖1可知，首先，除了處理10-15、15-5外，其他H2O2處理使得現蕾比例高于對照，其中H2O2濃度為5 mmol/L水平下的現蕾比例超過了50%，高于其他處理（圖1-A），由此可知，外源H2O2在促進花芽分化中發揮一定的積極作用。另外，外源H2O2處理后的花序粗度和長度均與對照有明顯的變化（圖1-B、圖1-C），其中，經過H2O2處理后的花序有明顯的縮短，處理10-5縮短幅度最大，達到50.7%，粗度方面，各處理均低于對照。

2.2 H2O2處理對草莓O-2·、MDA、可溶性蛋白含量的動態變化

活性氧是植物在有氧代謝中產生的，而超氧陰離子（O-2·）是活性氧因子之一。由圖2-A可知，除CK外，同一處理下超氧陰離子含量隨著時間呈遞減趨勢，且均存在顯著差異，9月10日含量最大。另外，隨著噴施H2O2濃度和時間的增加，超氧陰離子含量總體呈上升趨勢。由圖2-B可知，除15-10處理外，其他處理組在中期（9月16日）下的MDA含量均低于其他取樣時間，其中5-10、5-15、10-15處理組合在9月16日達到了顯著水平，各處理后期（9月22日、9月29日）的MDA含量均高于前期；對照在9月22日丙二醛含量最低。不同時間下的可溶性蛋白含量變化見圖2-C，其中5-5、5-10、5-15、10-5、10-15、15-10處理的可溶性蛋白含量在9月16日均最高，而10-10、15-5處理可溶性蛋白含量在9月10日達到最高，15-15對照、CK可溶性蛋白含量在9月22日達到最高。

2.3 不同處理間抗氧化酶活性的動態變化

隨著時間的延長 9個處理組草莓葉片SOD 活性呈先上升后下降的趨勢（圖3-A），均在9月16日達到了最大，對照在9月22日SOD活性達到了最大。各處理間POD活性的變化可知（圖3-B），5-5、5-10、5-15、10-5、10-10處理在9月16日達到最高，15-5、15-10、15-15處理在9月10日達到最高，CK在9月22日POD活性達到最高。圖3-C為CAT活性變化趨勢，5-5、5-10、5-15、10-5、15-10處理的CAT活性在9月16日達到了最高，對照在9月22日達到最高，10-10處理在9月22日極顯著高于其他時間點，15-5處理在9月10日CAT活性達到了最高，達到極顯著水平。

2.4 H2O2對草莓葉片生理特征的影響

由圖1至圖3綜合分析可知，處理后9月16日是試驗指標的轉折點，特此以9月16日為定量進行處理間的顯著性分析，由表2可知，O-2·含量隨著處理濃度和時間的變化呈先增加后下降的趨勢，在15-5處理下，O-2·含量達到最大，其次是15-10、10-15處理，處理15-5、15-10、10-15極顯著高于其他處理組合；MDA含量方面，對照極顯著高于其他處理，10-15、5-10、15-15處理的丙二醛含量較低；各處理可溶性蛋白含量無顯著差異，但5-10處理水平下的可溶性蛋白含量最高；SOD活性方面，5-5、5-10、10-10及15-10均高于其他處理組合；POD活性方面，5-5、5-10、5-15及10-10均高于其他組合；CAT活性方面，5-10、5-15、10-15處理活性較高。

2.5 過氧化氫處理綜合性狀評價

通過主成分分析結果（表3），依據累積貢獻率≥85%，提取了4個主成分因子，分別為SOD活性因子、丙二醛因子、可溶性蛋白因子及CAT活性因子，通過權重計算獲得主成分得分模型：F總=0.392F1+0.298F2+0.179F3+0.131F4，每個處理的綜合得分見表4，不同處理由高到低排名順序為 5-10、15-10、5-5、5-15、10-5、10-10、CK、15-5、15-15、10-15 。

3 結論與討論

H2O2作為最穩定的活性氧，通過超氧化物歧化酶、NADPH氧化酶、脂氧合酶等在葉綠體和線粒體中經電子傳遞而產生的信號分子［15-17］。當噴施外源H2O2溶液時，打破了體內原有的活性氧的動態平衡，細胞內由于大量活性氧積累，產生氧脅迫，為了清除多余的活性氧，需要啟動抗氧化酶系統，調節酶類和非酶類含量使其趨于平衡狀態［18］。

草莓在營養生長向生殖生長轉化的初期，即花芽形成期，伴隨一系列的酶類和非酶類等內含物含量變化與轉換，其中丙二醛、可溶性還原糖、可溶性蛋白質、超氧化歧化酶、過氧化物酶與其有密切關系。首先，丙二醛是植物細胞膜脂過氧化的最終產物，能與細胞內各種成分發生反應，從而抑制細胞保護酶活性，降低抗氧化物含量，造成膜嚴重損傷；抗氧化物酶（SOD、POD、CAT）活性的動態變化趨勢在一定程度上反映了植物體內活性氧的代謝速度，從前期動態變化到后期恢復到一定的水平，降低了植物體內的活性氧含量，而在此動態變化過程中，可能使得細胞氧化還原狀態發生了改變，會引起相關轉錄因子和開花基因的表達。本試驗中噴施外源H2O2后，活性氧含量升高，SOD、CAT、POD活性逐漸升高，代表著其消除活性氧自由基直至恢復正常，在花芽分化期達到最高峰，即SOD、CAT、POD活性與花芽分化進程呈正相關，此結果與涂淑萍等的研究結果［19-21］一致。而噴施H2O2處理時間過長或者濃度過高，對草莓的氧化系統損傷較大，難以清除大量的活性氧自由基，平衡系統遭到破壞，影響植株的生長發育，從而不利于開花相關基因的表達［22］。試驗結果表明，一定濃度的H2O2和合適的時間能促進草莓提前花芽分化，但相關的分子機理和信號機制需要進一步深入探索。

參考文獻：

［1］曹亞萍，張 林. 植物生長調節劑和遮光對草莓開花結果的影響［J］. 中國南方果樹，2015，44（2）：84-86.

［2］顏墩煒. 不同遮陰處理對草莓花芽分化和果實品質的影響［D］. 昆明：云南大學，2017：1-32.

［3］龐夫花，趙密珍，豆偉濤，等. 低溫短日照誘導寧玉草莓花芽分化的效應［J］. 中國果樹，2017（3）：50-52，103.

［4］韓佩汝，張正偉，鄭 靜，等. 低溫對草莓花芽分化的影響［J］. 中國農業大學學報，2019，24（1）：30-39.

［5］葉正文，森下正博，博 美，等. 一季性草莓品種對低溫短日成花誘導的反應［J］. 上海農業學報，1996，12（2）：48-53.

［6］Suzuki N，Koussevitzky S，Mittler R，et al. ROS and redox signalling in the response of plants to abiotic stress［J］. Plant，Cell & Environment，2012，35（2）：259-270.

［7］Laloi C，Apel K，Danon A. Reactive oxygen signalling：the latest news［J］. Current Opinion in Plant Biology，2004，7（3）：323-328.

［8］朱利君，閆秋潔，陳光升，等. 外源H2O2通過介導抗氧化酶、ABA和GA促進高鹽脅迫下黃瓜種子的萌發［J］. 植物生理學報，2019，55（3）：342-348.

［9］蔣景龍，沈季雪，徐衛平，等. 外源H2O2對低溫脅迫下大紅柑生長及葉片生理指標的影響［J］. 浙江農業學報，2016，28（7）：1164-1170.

［10］李金亭，趙萍萍，邱宗波，等. 外源H2O2對鹽脅迫下小麥幼苗生理指標的影響［J］. 西北植物學報，2012，32（9）：1796-1801.

［11］王 寧. 外源H2O2調控擬南芥花發育過程中轉錄組和DNA甲基化分析［D］. 鄭州：鄭州大學，2019.

［12］李園園. 外源活性氧對煙草花芽分化的影響［D］. 鄭州：鄭州大學，2016.

［13］高俊鳳. 植物生理學實驗指導［M］. 北京：高等教育出版社，2006：208-218.

［14］段玉琪，晉 艷，楊宇虹，等. 體視顯微鏡法觀察烤煙花芽分化的研究［J］. 中國農學通報，2011，27（3）：143-146.

［15］Smirnoff N，Arnaud D. Hydrogen peroxide metabolism and functions in plants［J］. The New Phytologist，2019，221（3）：1197-1214.

［16］Gill S S，Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants［J］. Plant Physiology and Biochemistry，2010，48（12）：909-930.

［17］Tsukagoshi H. Control of root growth and development by reactive oxygen species［J］. Current Opinion in Plant Biology，2016，29：57-63.

［18］郜愛玲，李建安，劉 儒，等. 高等植物花芽分化機理研究進展［J］. 經濟林研究，2010，28（2）：131-136.[HJ2mm]

［19］涂淑萍，穆 鼎，劉 春. 不同百合品種花芽分化期的生理生化變化［J］. 中國農學通報，2005，21（7）：207-209.

［20］曹 毅，周 榮，黎明星，等. 低溫及乙烯利處理鱗莖對藥百合的影響［J］. 種子，2002，21（1）：35-36.

［21］王桐霖，呂夢雯，徐金光，等. 芍藥鱗芽年發育進程及生理機制的研究［J］. 植物生理學報，2019，55（8）：1178-1190.

［22］王 寧，張 靜，黃進勇，等. 外源過氧化氫對煙草花芽分化的影響初探［J］. 作物雜志，2018（6）：116-123.

收稿日期：2023-02-16

基金項目：徐州市科技創新專項資金（編號：KC2022085）。

作者簡介：張 婷（1989—）女，甘肅靜寧人，碩士，助理研究員，從事果樹種質資源及適應性方面的研究。E-mail：tingzhang322@163.com。

通信作者：魏 猛，博士，副研究員，從事土壤養分管理及草莓栽培技術等方面研究。E-mail：weimeng1024@163.com。