趙春梅,隨英利
(哈爾濱市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,黑龍江哈爾濱,150029)
黃瓜(Cucumis sativus L.),葫蘆科,黃瓜屬。黃瓜中含有的葫蘆素C、葫蘆素B、葫蘆素E等,具有提高人體免疫、抗衰老等功效。無(wú)土栽培(soilless culture)是新發(fā)展起來(lái)的一種栽培技術(shù)。營(yíng)養(yǎng)液配方中必需元素的配比、營(yíng)養(yǎng)液的濃度,決定水培生產(chǎn)的成功與否。超氧化物歧化酶 (SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)是植物生長(zhǎng)發(fā)育及抵御有害脅迫的重要生理指標(biāo)。通過(guò)對(duì)這些抗氧化酶活性的分析可以了解植物基本的生長(zhǎng)狀態(tài),判斷栽培環(huán)境是否有利于植物正常生長(zhǎng)發(fā)育。鈣離子對(duì)植物的生長(zhǎng)分化、開(kāi)花結(jié)果有重要的影響,在無(wú)水栽培中Ca2+能夠提高過(guò)量Fe2+脅迫下水稻體內(nèi)SOD和POD保護(hù)酶的活性,并且降低了脂質(zhì)過(guò)氧化作用[1]。鎂離子是植物生長(zhǎng)所需的中量營(yíng)養(yǎng)元素,是葉綠素的主要成分,直接影響光合作用。除此,鎂還影響植物對(duì)其他礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收和積累。在水培煙草中Mg2+濃度高于40 mg/L時(shí),煙草植株中的氮、磷、鉀等元素含量下降[2]。大量元素如果缺乏的話將直接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。目前,有關(guān)黃瓜水培營(yíng)養(yǎng)液配方已經(jīng)有一些文獻(xiàn)報(bào)道,但是有關(guān)Ca2+和Mg2+對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)及有關(guān)保護(hù)酶活性影響的研究和報(bào)道則較少[3,4]。本試驗(yàn)以黃瓜為材料 ,研究不同營(yíng)養(yǎng)液對(duì)苗生長(zhǎng)和SOD、POD活性的影響、對(duì)花期主要農(nóng)藝性狀以及果實(shí)品質(zhì)的影響來(lái)確定適合黃瓜水培的鈣離子和鎂離子濃度。
儀器:分光光度計(jì),離心機(jī),水浴鍋,燒杯,試管,移液槍,熒光燈等。
試劑:硝酸鈣、硝酸鉀、硫酸鎂和過(guò)磷酸鈣都為國(guó)產(chǎn)分析純。磷酸緩沖液,2%H2O2,0.05 mol/L愈創(chuàng)木酚,130 mmol/L Met溶液,20μmol/L 核黃素 ,100μmol/L EDTA-Na2液 ,750 μmol/L NBT溶液。
黃瓜種子為哈爾濱農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。黃瓜種子直播于育苗盤基質(zhì)中,苗長(zhǎng)至一葉一心時(shí)移栽到含有不同濃度營(yíng)養(yǎng)液中進(jìn)行處理(表1和表2),每個(gè)處理3株,重復(fù)6次。處理一周后采樣進(jìn)行酶活性測(cè)定。
1.3.1 POD活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法酶液的提取按李合生等的方法稱取[5],0.5g樣品,放入研缽中,加入適量的磷酸緩沖液研磨至勻漿,將勻漿在3 000r/min下離心10min,取上清液保存于5ml容量瓶中。沉淀用1ml磷酸緩沖液再提取兩次,上清液并入容量瓶中,定容至刻度,低溫下保存?zhèn)溆谩?/p>
表1 營(yíng)養(yǎng)池內(nèi)不同Ca2+營(yíng)養(yǎng)液的配方
表2 營(yíng)養(yǎng)池內(nèi)不同Mg2+營(yíng)養(yǎng)液的配方
1.3.2 SOD活性的測(cè)定采用NBT法 酶液的提取按李合生等的方法稱取[5]。取一定部位的植物葉片(去葉脈)0.5 g于預(yù)冷的研缽中,加1ml預(yù)冷的磷酸緩沖液在冰浴上研磨成漿,加緩沖液使終體積為5ml。取2ml于1000r/min下離心20min,上清液為 SOD粗提液。
黃瓜可溶性糖含量苯酚法測(cè)定可溶性糖的含量[5]。取2 g黃瓜樣品勻漿,勻漿液分別放入3支試管,加入10 ml蒸餾水,塑料膜封口,于沸水中提取30 min,將提取液過(guò)濾入50 ml容量瓶定容。取0.5 ml樣品加入1.5 ml蒸餾水,加入苯酚、濃硫酸溶液,顯色后測(cè)定吸光度。
可溶性蛋白含量采用紫外吸收法,具體方法參照李合生等[5]。稱取2g黃瓜樣品,用10ml磷酸緩沖液勻漿,10000 r/min離心10min,取上清液,將上清液用磷酸緩沖液稀釋后,用紫外分光光度計(jì)分別在280nm和260nm波長(zhǎng)下讀取吸光度。
維生素C采用2,6-二氯酚靛酚滴[5]。稱取20g黃瓜樣品加入30ml 2%草酸勻漿,將勻漿液倒至100ml容量瓶,加入10ml 30%硫酸鋅,再加入10ml 15%亞鐵氰化鉀,然后用1%草酸定容。取4ml提取液加入2ml染料和5ml二甲苯按照標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定吸光度。
圖1 不同Ca2+的SOD活性
圖2 不同 Mg2+的SOD活性
圖3 不同Ca2+的POD活性
SOD是細(xì)胞內(nèi)防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶,在與葉片保護(hù)酶系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)下,將體內(nèi)自由基有效地清除,它活性的高低標(biāo)志著植物細(xì)胞自身抗衰老能力的強(qiáng)弱。
圖1結(jié)果表明:隨營(yíng)養(yǎng)液中Ca2+濃度的增加SOD活性反而呈明顯下降趨勢(shì)。到1.8 g/L時(shí),其活性降低了13.9%。到2.7 g/L時(shí),降低了16.6%。到濃度繼續(xù)增大時(shí),SOD活性呈繼續(xù)下降趨勢(shì),但變化幅度較小??寡趸副Wo(hù)系統(tǒng)受到嚴(yán)重的破壞,此時(shí)的葉片出現(xiàn)脫水萎蔫特征。圖2結(jié)果表明:隨營(yíng)養(yǎng)液中Mg2+濃度的增加SOD活性先增加后降低,1g/L時(shí)達(dá)到最大值,為154 U/g,不管是低濃度還是高濃度Mg2+處理,均有利于黃瓜幼苗葉片中SOD活性的提高,維持活性氧產(chǎn)生與清除之間的動(dòng)態(tài)平衡。從而提高細(xì)胞內(nèi)的清氧能力,保證細(xì)胞的正常生長(zhǎng)發(fā)育,促進(jìn)水黃瓜幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。
POD可分解細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)過(guò)氧化物,減少細(xì)胞內(nèi)過(guò)氧化物的積累,同樣對(duì)于維持葉片的正常生理功能具有重要作用。圖3結(jié)果表明隨營(yíng)養(yǎng)液中Ca2+濃度的增加POD活性呈現(xiàn)下降趨勢(shì),在0.9 g/L時(shí)其活性為77U到1.8g/L時(shí),其活性為52.5 U/g;2.7g/L時(shí),為44U/g。到濃度繼續(xù)增大時(shí),POD活性呈繼續(xù)下降趨勢(shì),且降低幅度較大。圖4結(jié)果表明:隨營(yíng)養(yǎng)液中Mg2+濃度的增加SOD活性先增加后降低,到1g/L時(shí)達(dá)到最大值。隨著Mg2+濃度的增加,黃瓜幼苗的POD活性均呈下降趨勢(shì),這說(shuō)明在高濃度Mg2+下,黃瓜體內(nèi)活性氧的能力下降,膜及酶系統(tǒng)遭到不同程度的破壞。
表3 Ca2+和Mg2+處理黃瓜品質(zhì)比較
從表3可以看出,不同Ca2+和 Mg2+對(duì)黃瓜皮顏色影響較大,Mg2+濃度的增加能夠讓瓜皮顏色增深。不論Ca2+還是Mg2+處理黃瓜的硬度和光澤度沒(méi)有顯著不同,但是過(guò)多的Mg2+處理黃瓜會(huì)略有苦味。在Ca2+濃度為1.8 g/L時(shí),可溶性糖、可溶性蛋白以及維生素C的含量都是最高的。Mg2+對(duì)可溶性糖、可溶性蛋白和維生素C含量的影響幾乎都是隨Mg2+濃度的升高而降低的。
本文通過(guò)對(duì)酶相對(duì)活性的比較可以看出,營(yíng)養(yǎng)液中一些離子濃度過(guò)大,會(huì)致使黃瓜幼苗的SOD和POD活性變化。Ca2+濃度在1.8 g/L水平對(duì)植物生長(zhǎng)有利,而Mg2+濃度對(duì)于黃瓜SOD和POD的影響不一致,因此要選擇中間的離子濃度即1 g/L會(huì)更有利于植物發(fā)育。通過(guò)對(duì)黃瓜品質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn) Ca2+濃度在1.8 g/L時(shí),黃瓜的品質(zhì)都有顯著的提高,高濃度的 Mg2+使得黃瓜的口感變差。
本研究對(duì)Ca2+和Mg2+對(duì)黃瓜水培苗兩種主要抗氧化酶、果實(shí)品質(zhì)的初步探討,篩選出適合黃瓜水培的Ca2+和Mg2+濃度,其實(shí)提高黃瓜高產(chǎn)量及品質(zhì)是十分復(fù)雜的過(guò)程,黃瓜生長(zhǎng)需要的營(yíng)養(yǎng)元素很多,各種離子在植物體內(nèi)相互作用、相互影響,或者促進(jìn)或者抑制等,今后對(duì)多種元素對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的綜合影響也是研究的重點(diǎn)。
圖4 不同Mg2+的POD活性