鈣對草莓抗旱生理的影響

彭 淼， 張 珉， 鐘曉紅

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 湖南 長沙 410128； 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004)

鈣對草莓抗旱生理的影響

彭 淼1， 張 珉2， 鐘曉紅1

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 湖南 長沙 410128； 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004)

以草莓品種‘豐香’、‘章姬’為試材，研究干旱脅迫下不同濃度鈣處理對草莓葉片相對電導(dǎo)率、脯氨酸含量和抗壞血酸含量的影響。結(jié)果表明：在干旱脅迫下，外源鈣處理能在一定程度上增加草莓葉片脯氨酸的含量，降低質(zhì)膜透性，縮小抗壞血酸含量下降幅度，從而減輕膜的損害，提高草莓的抗旱性。

草莓； 干旱脅迫； 鈣； 脯氨酸； 質(zhì)膜透性； 抗壞血酸

草莓(Fragariaananassa)為多年生常綠匍匐草本植物，其漿果酸甜爽口、營養(yǎng)豐富，深受人們的喜愛。但是由于草莓原產(chǎn)溫暖多濕的草原，根系分布淺，葉面積大，蒸騰作用強(qiáng)，水分需求量大，尤其是在高溫季節(jié)，干旱往往加劇，因此，加強(qiáng)節(jié)水抗旱的研究十分必要。鈣是植物生長發(fā)育所必須的一種營養(yǎng)元素，對植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和生理功能有著重要作用，其主導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可緩解逆境脅迫對植物的傷害[1]。許多研究業(yè)已表明，適宜濃度的外源鈣處理能提高植物的抗旱能力[2-4]。我們通過不同濃度的鈣處理草莓后，研究草莓葉片內(nèi)質(zhì)膜透性、脯氨酸、抗壞血酸等生理指標(biāo)的變化，以探討鈣在草莓抗旱生理中的作用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料取自湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院草莓基地，草莓品種為‘章姬’和‘豐香’。定植于25cm×30cm白色營養(yǎng)缽中，培養(yǎng)基質(zhì)為1∶1混合的珍珠巖與河沙，每盆栽種1株，置于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜基地大棚內(nèi)(避雨)，定期澆灌營養(yǎng)液。前期進(jìn)行正常的栽培管理。

1.2 試驗(yàn)方法

每品種選取大小、長勢一致的植株30盆，按照完全隨機(jī)設(shè)計(jì)方法，采用不同濃度CaCl2(5mmol/L、10mmol/L、20mmol/L、30mmol/L，另加0.5%吐溫-20)噴施葉片，每處理2盆， 3次重復(fù)，以雙蒸水噴施作為對照。于每日17:00噴施葉片，以葉片濕潤而不滴水為度，連續(xù)噴灑3d，然后澆足水，第4天開始進(jìn)行干旱脅迫處理，干旱脅迫采用不澆水的自然方式處理。分別于脅迫后第1、4、7、10天取心葉外側(cè)第3～5片功能葉進(jìn)行指標(biāo)測定。質(zhì)膜透性測定采用電導(dǎo)儀法[5]，脯氨酸(Pro)含量測定采用茚三酮顯色法[6]，抗壞血酸(AsA)含量測定采用2，6 — 二氯酚靛酚法滴定法[6]。所得數(shù)據(jù)采用DPS3.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鈣對草莓葉片質(zhì)膜透性的影響

相對電導(dǎo)率是質(zhì)膜透性的直接反映，膜系統(tǒng)受傷害后，電解質(zhì)會大量外滲。從表1可知，草莓葉片的膜透性隨干旱脅迫程度的加深不斷增加。干旱脅迫第4天，5mmol/L和20mmol/L鈣處理‘章姬’葉片的相對電導(dǎo)率均顯著低于對照(P<0.05)；所有濃度鈣處理‘豐香’葉片的相對電導(dǎo)率均顯著低于對照，其中5mmol/L、20mmol/L、30mmol/L鈣處理與對照相比還達(dá)到了極顯著差異(P<0.01)。干旱脅迫第7天，‘章姬’各處理除10mmol/L鈣處理外，其余處理葉片的相對電導(dǎo)率均顯著低于對照；而‘豐香’各處理與對照相比則無顯著差異。干旱脅迫第10天，所有濃度鈣處理‘章姬’葉片的相對電導(dǎo)率均顯著低于對照，其中20mmol/L鈣處理與對照相比達(dá)到了極顯著差異；所有濃度鈣處理‘豐香’ 葉片的相對電導(dǎo)率也均顯著低于對照，也以20mmol/L鈣處理效果最佳。說明鈣能在一定程度上減小電解質(zhì)外滲率，維持膜的穩(wěn)定性。

2.2 鈣對草莓葉片脯氨酸含量的影響

一般而言，在干旱條件下，隨脅迫時(shí)間的延長，脯氨酸是不斷累積的。圖1、圖2也反映了這一趨勢。

表1 不同濃度鈣處理下‘章姬’、‘豐香’葉片相對電導(dǎo)率的比較Tab.1 ComparisonofrelativeconductancerateofZhangjileafunderdifferentconcentrationsofCa2+treatment(%)品種不同濃度鈣處理組干旱脅迫后天數(shù)(d)147100mmol/L9.46a12.20a13.44a16.27aA5mmol/L8.97a9.46b9.85b13.73bAB‘章姬’10mmol/L8.53a10.35ab11.84ab13.36bAB20mmol/L9.63a9.56b9.72b11.65bB30mmol/L9.23a10.97ab9.69b13.24bAB0mmol/L10.04a11.22aA11.48a16.26aA5mmol/L8.96a9.29cB9.65a12.91bAB‘豐香’10mmol/L10.72a10.42bA10.81a12.07bB20mmol/L8.66a8.92cB10.67a12.88bAB30mmol/L9.70a9.03cB9.58a13.11bAB 注:同列內(nèi)不同小寫字母表示經(jīng)Duncan’s新復(fù)極差法檢驗(yàn)在0.05水平上差異顯著;同列內(nèi)不同大寫字母表示經(jīng)Duncan’s新復(fù)極差法檢驗(yàn)在0.01水平上差異顯著。

圖1 干旱脅迫下鈣對‘章姬’葉片脯氨酸含量的影響Fig.1 Effect of calcium on the Pro content of Zhangji leaf under drought stress

圖2 干旱脅迫下鈣對‘豐香’ 葉片脯氨酸含量的影響Fig.2 Effect of calcium on the Pro content of Fengxiang leaf under drought stress

草莓在輕度干旱脅迫下，脯氨酸的累積不明顯，到脅迫第10天時(shí)，達(dá)到峰值。鈣處理草莓葉片脯氨酸累積幅度均要高于對照，但30mmol/L鈣處理效果不明顯，以10mmol/L、20mmol/L鈣處理效果最為明顯。尤以10mmol/L鈣處理最佳，‘章姬’葉片脯氨酸累積量達(dá)到了3.63倍，‘豐香’也達(dá)到了2.6倍。這說明10mmol/L鈣處理后，草莓滲透調(diào)節(jié)能力提高，在一定程度上維持滲透平衡。

2.3 鈣對草莓葉片抗壞血酸含量的影響

從圖3、圖4可以看出： 隨著干旱脅迫的加劇，抗壞血酸的含量隨之下降，保護(hù)能力降低。不論是‘章姬’還是‘豐香’草莓品種，經(jīng)鈣處理的葉片抗壞血酸含量均要高于對照?！录А?‘豐香’葉片抗壞血酸含量下降幅度最低的均為20mmol/L鈣處理，其抗壞血酸含量分別下降36.96%和37.69%。從脅迫第10天的情況來看，10mmol/L鈣處理的草莓葉片抗壞血酸均維持了較高的含量，從而一定程度上減輕了膜的傷害。

圖3 干旱脅迫下鈣對‘章姬’葉片抗壞血酸含量的影響Fig.3 Effect of calcium on the AsA content of Zhangji leaf under drought stress

圖4 干旱脅迫下鈣對‘豐香’ 葉片抗壞血酸含量的影響Fig.4 Effect of calcium on the AsA content of Fengxiang leaf under drought stress

3 結(jié)論與討論

3.1 干旱脅迫下鈣處理對草莓質(zhì)膜透性的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著干旱脅迫的加劇，草莓葉片相對電導(dǎo)率不斷上升，細(xì)胞膜透性不斷增大，在干旱脅迫第10天，5～30mmol/L鈣處理草莓葉片細(xì)胞膜透性均顯著低于對照，以20mmol/L鈣處理最低。有研究表明，干旱脅迫下，植物細(xì)胞質(zhì)膜透性增大，大量離子和可溶性糖外滲；質(zhì)膜上離子泵受損，離子轉(zhuǎn)運(yùn)能力下降，使質(zhì)膜和胞內(nèi)不能保持離子平衡狀態(tài)[7]。適量Ca能夠增強(qiáng)質(zhì)膜的穩(wěn)定性和鈣信號的正常發(fā)生與傳遞，組織細(xì)胞內(nèi)K+的外流和Ca2+的大量進(jìn)入，以維持細(xì)胞內(nèi)離子平衡[8]。本研究中施鈣植株細(xì)胞膜透性顯著降低，說明施鈣后提高了草莓的內(nèi)源鈣含量，而對照由于在干旱脅迫下，對Ca2 +的吸收能力顯著降低從而造成植物體內(nèi)Ca2 +缺乏[9]，鈣的缺失造成了膜透性增大，從而說明施鈣能降低草莓細(xì)胞膜透性，提高草莓抗旱性，與相關(guān)研究一致[10-11]。

3.2 干旱脅迫下鈣處理對草莓滲透調(diào)節(jié)的影響

脯氨酸代謝是植物水分脅迫的一種普遍反應(yīng)，在干旱條件下，與正常植株相比，缺鈣的植株迅速積累脯氨酸[12]。但是，鈣浸種處理也能提高幼苗的脯氨酸含量[4]。顯然，鈣對干旱脅迫下植株的脯氨酸代謝具有雙重效應(yīng)，其機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。同時(shí)對脯氨酸與抗旱性的關(guān)系的認(rèn)識還存在分歧，有人認(rèn)為它是植物嚴(yán)重缺水時(shí)的一個(gè)病癥[13]，但大多數(shù)觀點(diǎn)還是認(rèn)同脯氨酸累積是干旱脅迫下的一種代償性補(bǔ)救措施，其含量與植物抗旱性呈正相關(guān)。本研究認(rèn)為，脯氨酸很好的反映了草莓的受旱程度，隨著脅迫時(shí)間的延長，脯氨酸是不斷累積的，且抗旱性較弱的章姬草莓累積幅度大于抗旱性較強(qiáng)的豐香草莓，與張力君[14]的研究一致。10mmol/L鈣處理草莓優(yōu)于其他濃度鈣處理，能最大提高草莓的脯氨酸累積量，與蔣明敏[3]、姜義寶等[15]研究一致。

3.3 干旱脅迫下鈣處理對草莓抗壞血酸的影響

抗壞血酸是重要的抗氧化劑，是非酶保護(hù)系統(tǒng)的重要因子。它能清除多種自由基，減輕膜受過氧化作用的損傷。干旱脅迫下，抗壞血酸含量的整體趨勢是先升后降的[16-17]。本研究中，抗壞血酸含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，可能是上升的那個(gè)時(shí)間點(diǎn)剛好處于取樣的間歇期。但是，從整個(gè)處理過程來看，沒有經(jīng)過鈣處理的草莓AsA含量明顯要低于鈣處理組，降低了活性氧對草莓的傷害。

[1] Kader Ma,Lindberg S.Cytosolic calcium and pH signaling in plants under salinity stress[J].Plant signal Behav，2010(5):233-238.

[2] 姜琴，應(yīng)葉青，解楠楠,等. Ca2+/CaM信使對毛竹抗旱生理的影響[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34(4):743-748.

[3] 蔣明敏，徐晟，夏冰,等.干旱脅迫下外源氯化鈣、水楊酸和一氧化氮對石蒜抗寒性的影響[J].植物生理學(xué)報(bào)，2012,48(9):909-916.

[4] 宋新妍,張崔燦,韓曉弟. CaCl2對冬小麥抗旱性影響的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009,37(30):14637-14638.

[5] 侯福林.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：科學(xué)出版社，2004,

[6] 王學(xué)奎.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，2006.

[7] 蔣明義，郭紹川.水分虧缺誘導(dǎo)的氧化脅迫和植物的抗氧化作用[J].植物生理學(xué)通訊, 1996，32(2)： 144-150.

[8] Cooke, A.The mechanism of action of calcium in the inhibition of higher temperation induced leakage of betacyamine from beet to discs[J]. New Phytol., 1996(102)：491-498.

[9] 繆穎，曹家樹，曾廣文. 滲透脅迫下大白菜吸收轉(zhuǎn)運(yùn)45Ca2 +的變化[J]. 浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，24(2):126-130.

[10] 安永芳.鈣對小麥幼苗抗旱性的作用機(jī)理研究[D].石家莊: 河北師范大學(xué), 2004.

[11] 梁穎，王三根.Ca2+對低溫下水稻幼苗膜的保護(hù)作用[J].作物學(xué)報(bào)，2001，27 (1): 59-63.

[12] 楊根平，盛宏達(dá)，趙彩霞, 等. 鈣素和水分虧缺對大豆幼苗某些生理過程的影響[J].西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1990，18 (2) :84-87.

[13] 王韶唐.植物抗旱的生理[J].植物生理生化進(jìn)展, 1983(2)：120-133.

[14] 張力君.水分脅迫下植物體內(nèi)游離脯氨酸積累與細(xì)胞膜透性的變化[J].中國草地，1990(2)：30-33.

[15] 姜義寶，崔國文，楊玉榮.干旱脅迫下不同濃度Ca2+對苜蓿根系活力、脯氨酸含量和過氧化物酶活性的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005，36(3)：317-319.

[16] 龐杰，郝麗珍，張鳳蘭, 等.沙芥葉片活性氧和抗壞血酸對干旱脅迫的響應(yīng)[J].植物生理學(xué)報(bào)，2013,49(1):57-62.

[17] 馬玉華，馬鋒旺，馬小衛(wèi).干旱脅迫對蘋果葉片抗壞血酸含量及其代謝相關(guān)酶活性的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2008,36(3):150-154.

(文字編校：楊 駿)

Effectofcalciumondroughtresistancephysiologyofstrawberry

PENG Miao1， ZHANG Min2, ZHONG Xiaohong1

(1.Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China； 2. Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China)

Taken the Fengxiang and Zhangji strawberry as materials, the effect of different concentrations of calcium on the relative conductance rate, the Pro and AsA content of strawberry leaf under drought stress was studied. The result showed that, different concentrations of calcium could increase the Pro content of leaf, reduce the membrane permeability and delay the content decline of AsA , which reduced the harm to the cell membrane and improved the drought resistance of strawberry.

strawberry; drought resistance; calcium; Pro; membrane permeability; AsA

2013 — 09 — 09

彭 淼(1981 — )，男，湖南省汨羅市人，在讀博士，講師，主要從事果樹生理生態(tài)研究。

S 668.4

A

1003 — 5710(2013)05 — 0004 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2013. 05. 002