钙对干旱胁迫下草莓SOD、CAT、 PPO活性的影响

彭 淼 (湖南农业大学东方科技学院，湖南 长沙 410128)

钟晓红 (湖南农业大学园艺园林学院， 湖南 长沙 410128)

张 玲 (湖南省临武县农业局，湖南 临武 424300)

杨 塞 (湖南农业大学东方科技学院，湖南 长沙 410128)

钙对干旱胁迫下草莓SOD、CAT、 PPO活性的影响

彭 淼 (湖南农业大学东方科技学院，湖南 长沙 410128)

钟晓红 (湖南农业大学园艺园林学院， 湖南 长沙 410128)

张 玲 (湖南省临武县农业局，湖南 临武 424300)

杨 塞 (湖南农业大学东方科技学院，湖南 长沙 410128)

采用自然干旱胁迫的方法，以‘章姬’、‘丰香’为材料，研究了干旱胁迫下不同Ca2+浓度处理对草莓(FragariaAnanassaDuchesne)叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、多酚氧化酶(PPO)的影响。结果表明，在干旱胁迫下，外源钙能在一定程度上维持酶的活性，以减轻活性氧对草莓的伤害，从而在一定程度上提高草莓抗旱性，且不同处理之间存在差异，以10 mmol/L CaCl2处理效果最好。

草莓(FragariaAnanassaDuchesne)；干旱胁迫；钙；超氧化物歧化酶；过氧化氢酶；多酚氧化酶

草莓(FragariaAnanassaDuchesne)为多年生温带草本果树，果实柔软多汁、酸甜适度、营养丰富、外观美丽、香气浓郁，在国际水果市场一直备受青睐，有“水果皇后”之誉[1]。但是由于草莓根系分布浅、叶面积较大、蒸腾旺盛，容易造成植株水分亏缺而影响生长，给草莓产量、品质带来严重影响[2]，特别是在我国南方，高温往往伴随着干旱，草莓的越夏也就成了生产中的难题。为了提高草莓的抗旱性，前人做过一些研究[3～5]，但用施钙来提高草莓抗旱性的研究还未见报道。自从CaCl2作为抗蒸腾剂应用于农业生产实践以后，钙与植物抗旱性的关系越来越被研究者重视。众所周知，钙是构成细胞壁的一种大量元素，也是偶联胞外信号与胞内生理反应的第二信使。环境刺激通过信号转导影响植物的生长发育，已知启动Ca2+信使系统的一个中心环节是胞质中Ca2+浓度的改变，而维持细胞内Ca2+的低稳态水平是完成Ca2+的信使作用和细胞调节功能的前提条件[6]。20世纪80年代，Mukherjee等[7]揭开了钙在提高植物抗旱性及其他抗逆性研究的序幕。生理学研究发现，适宜浓度的外源钙能Ca2+能提高苜蓿[8]、金钗石斛[9]、裸大麦[10]、芒果[11]等植物的抗旱性。本研究主要探讨在干旱胁迫下，外源钙对草莓酶促保护系统的影响及与抗旱性的关系。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料取自湖南省农业科学院草莓基地，品种为‘章姬’和‘丰香’。2005年9月定植于25 × 30 cm 白色营养钵中，培养基质为1∶1混合的珍珠岩和河沙，每盆栽种1株，置于湖南农业大学园艺园林学院蔬菜基地塑料大棚内(避雨)，定期浇灌营养液，营养液参照李富恒等[12]的方法配制。前期进行正常栽培管理。

1.2 试验方法

2006年5月18日进行，选取大小、长势一致的植株60盆，按照完全随机设计方法，每个单株作为1个处理，每处理2盆，设3次重复。叶片处理参照张建霞等[13]的方法加以修改，设4个处理，分别采用CaCl2(5、10、20、30 mmol/L，另加0.5%吐温-20)喷施，对照用双蒸水，于每天下午5时喷洒叶片，以叶片湿润而不滴水为度，连续喷洒3 d，然后浇足水，第4天开始进行干旱胁迫处理，干旱胁迫采用不浇水的自然方式处理。分别于胁迫后第1、4、7、10天取心叶外侧第3～5片功能叶进行指标测定。超氧化物歧化酶活性(SOD)和过氧化氢酶活性(CAT)采用王学奎的方法[14]。SOD活性单位以抑制氮蓝四唑(NBT)光化还原50%为1个酶活性单位(U)，CAT活性单位以每分钟光密度下降0.1为1个酶活性单位。多酚氧化酶活性(PPO)测定采用邻苯二酚法[15]，以每克鲜重吸光密值增加0.01为1个酶活性单位。

所得数据采用DPS3.0软件中的邓肯氏新复极差法进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下不同浓度钙处理对草莓SOD活性的影响

从表1可以看出，随着干旱胁迫时间的延长，不同浓度钙处理与对照草莓叶片SOD活性均呈现先上升后下降的趋势。在干旱胁迫第1天，SOD活性均维持较低水平。在干旱胁迫第4天，各处理SOD活性开始上升，但是‘章姬’钙处理组与对照无显著差异，而‘丰香’各处理之间，以30 mmol /L CaCl2处理活性最低，甚至低于对照。干旱胁迫第7天，随着胁迫的进一步加剧，所有处理的SOD活性都达到高峰，20 mmol/L和30 mmol/L CaCl2处理‘章姬’与对照和其他处理相比均达到显著性差异，而‘丰香’则以10 mmol/L CaCl2处理活性最高，与对照相比达到了极显著性差异。到了干旱胁迫第10天，叶片抗氧化能力降低，质膜结构破坏严重，SOD活性不能很好的维持，开始下降，‘章姬’CaCl2处理组都高于对照，以10 mmol/L CaCl2处理SOD活性最高，与对照相比达到了极显著性差异；钙处理‘丰香’草莓组也高于对照，其中也以10 mmol/L CaCl2效果最好，与对照也达到了显著性差异。

表1 不同Ca2+浓度下草莓的SOD活性比较Table 1 Comparison of SOD activity of strawberry under different concentrations of Ca2+ U/g·min-1

注：同列不同小写字母表示组间差异显著(Plt;0.05)，不同大写字母表示组间极显著(Plt;0.01)。表2同。

2.2 干旱胁迫下不同浓度钙处理对草莓CAT活性的影响

由表2可知，CAT活性也呈现出与SOD活性变化一致的趋势，即先升后降，在第7天达到高峰，随后下降。在干旱胁迫第4天，‘章姬’草莓叶片CAT活性较第1天上升幅度较小，而‘丰香’则上升幅度较大，这也就是‘丰香’较‘章姬’抗旱的缘故。在干旱胁迫第7天，钙处理组均高于对照，10 mmol/L和30 mmol/L CaCl2处理‘章姬’与对照相比达到了极显著差异；除5 mmol/L CaCl2处理外,其余钙处理‘丰香’与对照达到了极显著差异。到了干旱胁迫第10天，所有钙处理‘章姬’与对照相比都达到了显著性差异，仍然维持着较高的水平，10 mmol/L和30 mmol/L CaCl2处理与对照还达到了极显著性差异；除5 mmol/L CaCl2处理外,其余钙处理‘丰香’与对照相比都达到了显著差异，10 mmol/L CaCl2处理还达到了极显著差异。结果表明，5～30 mmol/L CaCl2处理皆能在一定程度上提高草莓的CAT活性，减轻自由基对细胞膜的损害，其中以10 mmol/L CaCl2处理效果最佳。

表2 不同Ca2+浓度下草莓的CAT活性比较Table 2 Comparison of CAT activity of strawberry under different concentrations of Ca2+ U/g·min-1

2.3 干旱胁迫下不同浓度钙处理对草莓PPO活性的影响

图1 不同干早胁迫程度下钙对‘章姬’草莓PPO活性的影响Figure 1 Effects of calcium on PPO activity of ‘Zhangji’ under drought stress

图2 不同干早胁迫程度下钙对‘丰香’PPO活性的影响Figure 2 Effects of calcium on PPO activity of ‘Fengxiang’ under drought stress

从图1、2可以看出，PPO活性与SOD、CAT的变化趋势一致，也是随着胁迫时间的延长先上升后下降，在第7天达到高峰，然后下降。从‘章姬’的变化曲线来看，以10 mmol/L CaCl2处理和30 mmol/L CaCl2处理变化最为剧烈，其中前者在胁迫第4天就达到了较高值，之后变化平稳，维持了较高活性，后者尽管在第7天达到高峰值，但在第10天却急剧下降。在第10天，除20 mmol/L CaCl2处理外均高于对照。‘丰香’草莓变化曲线也以10 mmol/L CaCl2处理变化剧烈，在第7天和第10天，活性均高于其他处理。与‘章姬’相似，20 mmol/L CaCl2处理‘丰香’效果也不佳。

3 讨论

本研究结果表明，草莓叶片中SOD、CAT、PPO活性在干旱胁迫前期(第1～7天)呈上升趋势，在干旱胁迫第4天，各处理SOD活性开始上升，但是‘章姬’钙处理组与对照无显著差异，而‘丰香’各处理之间，以30 mmol/LCaCl2处理活性最低，甚至低于对照，这可能是因为对照未经钙处理，细胞膜受害程度较大，进而启动植物防御反应，SOD活性被诱导的缘故。到了胁迫第10天，叶片抗氧化能力的进一步降低，叶片遭受强烈的氧化伤害，膜脂过氧化加剧，3种酶的活性均表现出一致的下降趋势，即便是钙处理的草莓叶片也不能维持之前的较高酶活性，但通过钙处理后的草莓叶片酶活性要高于对照，这表明钙能有效诱导保护酶的活性，并有效调节好保护酶的活性，有效清除膜脂过氧化产生的活性氧，降低膜脂过氧化程度，维持膜的相对稳定性，恢复或维持正常的代谢水平，一定程度上减轻了干旱对植物的伤害。由于Ca2+对膜保护作用具有浓度效应，如果Ca2+长期以较高的浓度存在于细胞质和细胞核中，不能及时泵回到钙库或者胞外，就可能引起植物的“钙中毒”，它将会同磷酸反应生成沉淀而干扰以磷酸为基础的能量代谢。因此，如果不存在毒害作用，低浓度的Ca2+就能满足细胞的生理反应[19～21]。本研究中，不论是‘章姬’还是‘丰香’，都以10 mmol/L CaCl2处理效果最佳，与吴显芝[9]、吴德宽[10]等的研究结果一致。这充分说明，只有一定浓度的外源钙才能在一定程度上提高草莓抗旱性。同时，由于在干旱胁迫下，植物对Ca2+的吸收能力显著降低造成植物体内Ca2+缺乏[22]，因此喷施CaCl2既可以作为施肥措施来满足草莓全面营养生长需要，又不失为一种经济简便的方法来减轻干旱胁迫给草莓带来的伤害，从而提高草莓的抗旱性。

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2008-09-04

彭 淼(1981-)，男，湖南汨罗人，农学硕士，助教，研究方向为果树栽培生理与生态.

钟晓红，E-mail: xh-zhong@163.com.

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.01.004

Q945.78

A

1673-1409(2009)01-S011-04