低鉀脅迫對孔雀草防御性酶活性的影響

王宏宇　張彥麗　宗憲春

摘要：采用水培方法，設(shè)置5個不同供鉀水平0.32、0.22、0.12、0.02、0.00 g/L，研究孔雀草（Tagetes patula L.）防御性酶對低鉀脅迫的響應。結(jié)果表明，隨著鉀濃度的逐漸降低，孔雀草過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性逐漸增高，丙二醛（MDA）含量急劇增加，根質(zhì)膜透性隨鉀濃度降低而升高。這說明低鉀脅迫下孔雀草的防御性酶活性逐漸增加。

關(guān)鍵詞：孔雀草（Taraxacum patula L.）;低鉀脅迫;防御性酶;根質(zhì)膜透性

中圖分類號：S682.1+9 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）05-0110-03

Abstract： Hydroponic methods were used to set five different potassium supply levels of 0.32，0.22，0.12，0.02，and 0.00 g/L to study the response of defensive enzymes of peacockgrass （Tagetes patula L.） to low potassium stress. The results showed that with the gradual decrease of potassium concentration， the activities of POD， SOD， and CAT of peacockgrass increased gradually; MDA content increased sharply; root plasma membrane permeability increased with decreasing potassium concentration. It was concluded that the defense enzyme activity of peacockgrass gradually increased under low potassium stress.

Key words： peacockgrass （Tagetes patula L.）; low patassium stress; defensive enzymes; root plasma membrane permeability

孔雀草（Tagetes patula L.）為一年生菊科萬壽菊屬草本植物，又稱小萬壽菊、臭菊花、緞子花等，原產(chǎn)墨西哥。其生命周期短;有發(fā)達的地下莖，利于營養(yǎng)生長和繁殖;花及花序構(gòu)造非常適合蟲媒傳粉，促使種類發(fā)展和分化;有刺狀、毛狀冠毛或者有黏性腺毛的果實，適合動物和風力傳播?？兹覆莩１挥米饔^賞性花卉裝飾庭院、花壇等?？兹覆萑萑胨幘咔鍩峤舛?，補氣通經(jīng)等功效，具有較高藥用價值。研究缺素脅迫下孔雀草保護酶活性，對其開發(fā)和利用有著重要意義。

鉀是作物生長發(fā)育的重要元素之一，是植物體內(nèi)含量最多的金屬元素。具有調(diào)節(jié)水分代謝和激活酶作用的功能，還可以間接影響能量代謝，提高抗性，參與物質(zhì)運輸?shù)萚1]，可以進入植物細胞內(nèi)部和糖分一起增強植物的耐寒性，增加細胞壁的厚度，提高開花坐果率，催花的同時防止落花落果，對提高蔬果品質(zhì)和延長保鮮期都有著非常明顯的效果。鉀肥供給不足會導致植株生長速率下降，老葉患缺綠癥，繼而葉片枯黃，導致缺鉀赤枯病[2]。嚴重缺鉀條件下，植物蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)失調(diào)，導致有毒胺類生成，同時生物膜的內(nèi)外電化學梯度平衡遭到破壞，膜內(nèi)外的物質(zhì)運輸不能正常進行，導致膜透性不佳，防御力減弱，產(chǎn)生了大量的活性氧化物，使植物細胞衰亡加速[3，4]。以孔雀草作為研究對象，在觀察比較植物外觀形態(tài)特征的基礎(chǔ)上，對植株葉片在低鉀脅迫條件下防御性酶活性（即保護酶）及根質(zhì)膜透性進行研究，探討其變化規(guī)律，以期為孔雀草的利用提供參考[5]。

1 ?材料與方法

1.1 ?植物材料

孔雀草幼苗，由黑龍江省牡丹江市鐵嶺村苗圃提供。

1.2 ?方法

1.2.1 ?試驗設(shè)計 ?選取約50株長勢良好，外觀形態(tài)基本一致的植株，經(jīng)全素營養(yǎng)液水培3 d，分成5組。每組設(shè)置2個培育瓶，每瓶植入5株幼苗，用5個不同濃度梯度的鉀營養(yǎng)液設(shè)置5個鉀脅迫處理，分別為K1，0.32 g/L（CK）;K2，0.22 g/L;K3，0.12 g/L;K4，0.02 g/L;K5，0.00 g/L。每7 d換1次培養(yǎng)液，并觀察植物生長情況，適當補充蒸餾水。21 d測定各項目。

1.2.2 ?測定項目與方法 ?從培育21 d的幼苗上分別取下新鮮葉片0.5 g，水洗，用吸水紙吸干浮水，剪碎。每處理3個重復。

過氧化物酶（POD）活性測定采用愈傷木酚法測定[6，7]，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑NBT法測定[8]，過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測定[9]，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥法測定（每7 d觀察并記錄1次），根質(zhì)膜透性采用電導儀法測定[10]。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?低鉀脅迫對孔雀草過氧化物酶活性的影響

低鉀脅迫對孔雀草過氧化物酶活性的影響見圖1。從圖1可見，隨著鉀濃度的逐漸降低POD活性逐漸升高，表現(xiàn)為K5>K4>K3>K2>CK。當鉀濃度為0.00 g/L時，孔雀草POD活性最大，CK的酶活性相對最小。K3時，POD活性和CK幾乎相同。當濃度高于K3（0.22 g/L）開始，各濃度鉀含量條件下的POD活性同CK相比分別增加了2.08、2.16、3.29、4.28和3.86倍。K5時，孔雀草的POD活性最強。

2.2 ?低鉀脅迫對孔雀草超氧化物歧化酶活性的影響

SOD是植物體內(nèi)用于消除超氧化自由基的重要抗氧化酶，尤其是植物處在逆境中時，需要其對細胞膜進行保護。SOD活性隨著鉀濃度的減少而逐漸增加（圖2）。當鉀濃度為0.00 g/L時，酶活性最大。從脅迫21 d的孔雀草SOD活性隨鉀濃度改變情況分析，K5的SOD活性高于CK 19.8%，0.22 g/L到0.02 g/L變化較緩，鉀缺失時，SOD活性達到最大值。

2.3 ?低鉀脅迫對孔雀草過氧化氫酶活性的影響

CAT主要作用和POD相同，也是在植物處于逆境時起到保護作用的一種酶。主要是用于消除H2O2等有害物質(zhì)?？兹覆莸腃AT活性隨著鉀濃度的降低而逐漸升高（圖3）。K5的活性最高，比CK提高了68.0%，有顯著差異。K2和K3鉀濃度下的CAT活性同CK比較分別提高了34.0%和45.3%。

2.4 ?低鉀脅迫對孔雀草丙二醛含量的影響

MDA是植物在逆境中受到侵害或器官開始衰老時膜脂氧化分解產(chǎn)物，通過與核酸及蛋白質(zhì)的化學反應對其特征進行修飾，會使纖維素分子之間的鏈漸漸松弛，同時抑制蛋白質(zhì)的合成[11]。因此，MDA含量越高，植物所受到的傷害程度越高。隨缺鉀程度提高，MDA含量逐漸增加，整體呈上升趨勢（圖4）。各組與CK相比分別增加了2.15、3.19、4.16和4.25倍。完全缺鉀狀態(tài)下培養(yǎng)的K5比CK的MDA含量高出78%。

2.5 ?低鉀脅迫對孔雀草根質(zhì)膜透性的影響

膜透性直接反映植株在缺素環(huán)境下的受傷害情況。培養(yǎng)液中鉀素的含量對質(zhì)膜透性有較大影響（圖5）?？兹覆莞|(zhì)膜透性隨低鉀脅迫程度的加重而增大。CK根質(zhì)膜透性最低，K5通透量最高，但未達到理論數(shù)值。按膜傷害計算，各組分別為比對照增加28.53%、30.92%、58.67%、74.66%。

3 ?小結(jié)與討論

鉀對植物生長發(fā)育及抗逆性起著至關(guān)重要的作用。試驗用量下，鉀元素含量越低，對植物的傷害程度越強，抗逆能力下降。對于孔雀草的根部而言，鉀主要作用于分裂活動相對旺盛的根尖和形成層[12]。鉀缺失會導致植株無法進行正常的生理活動，從而產(chǎn)生缺素的癥狀。但在缺乏某種營養(yǎng)元素的條件下，未必會導致植物的功能減弱，更有可能增加，這與植物的抗逆性有關(guān)[13]。本研究表明，孔雀草中的MDA含量隨鉀濃度的降低而升高，當濃度在0.00 g/L時達到最高。當濃度達到0.02 g/L時，酶活性增高趨勢變小。低鉀脅迫對孔雀草根膜透過性影響顯著，孔雀草的根膜透性隨著鉀含量的逐漸減少而增高，當鉀濃度為0.00 g/L時對根膜透性的傷害大。

楊秀玲等[14]證明，在脅迫影響下，植物的CAT活性呈先上升后下降的趨勢。本試驗表明，隨著鉀濃度的逐漸降低，孔雀草CAT活性急劇上升，當鉀濃度為0.00 g/L時酶活性最高。可能是由于植物不同，選擇脅迫的濃度梯度也存在差異。也有研究表明，植物內(nèi)部環(huán)境的平衡需要3種防御性酶共同協(xié)作才能消除體內(nèi)有害的自由基[15]。本研究不同的施鉀水平間SOD活性差異較為顯著，與葉亞新等[16]的結(jié)論不同。在脅迫條件下，小麥、玉米等幼苗SOD活性均隨著濃度的降低呈先升高后下降的趨勢[16]。適當?shù)拿{迫處理可以增加SOD的活性，當超過植物的耐受范圍之后，酶活性會遭到抑制而降低。低鉀脅迫孔雀草POD與SOD活性均明顯升高，且兩者均在鉀濃度為0 g/L時酶活性最大。有研究表明，鉀元素缺乏或過量都會導致葉片的SOD活性下降，而下部葉片表現(xiàn)更為突出[17]。低鉀脅迫對孔雀草防御性酶活性有明顯增強作用，植株生長活力的高低與其內(nèi)部保護酶系統(tǒng)對活性氧的消除能力直接相關(guān)。

適宜的硼、鉀相結(jié)合可以使膜結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，功能性良好，利于植物對養(yǎng)分的利用及運輸，最終影響植物的產(chǎn)量和品質(zhì)[18，19]。具體情況有待進一步證實。

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