蝴蝶兰叶片对CO2加富的生理响应

何荆洲 曾艳华 范继征 李秀玲 卜朝阳 王丰顺

摘 要： 分析蝴蝶蘭叶片对加富CO 2的生理响应，摸索CO 2施肥在蝴蝶兰温室大棚中的应用，为有效提高蝴蝶兰温室大棚栽培效率提供理论和技术支持。以蝴蝶兰大辣椒的2.5寸杯苗为材料，开展CO 2加富试验，以CO 2施放时间（2个水平）及CO 2浓度（4个水平）为考察因素，按随机区组试验共设8个处理，在加富CO 2处理后第1、3、8、18和30 d取样，分析加富CO 2对蝴蝶兰叶片渗透调节物质含量和抗氧化酶活性的影响。结果表明：不论是在AM8：00～11：00还是在PM19：00～23：00加富CO 2浓度400、600和800  μmol·mol  -1  ，蝴蝶兰叶片的MDA含量、可溶性蛋白含量、总酚含量、SOD活性、POD活性和CAT活性均在第18 d后呈现出下降趋势；而加富CO 2浓度 1：000   μmol·mol  -1  蝴蝶兰叶片的可溶性蛋白含量、POD活性和CAT活性到第30 d仍呈现出上升趋势。研究显示蝴蝶兰叶片在加富CO 2浓度为800  μmol·mol  -1  以下时，18 d后就开始适应加富CO 2的环境条件。

关键词： 蝴蝶兰；加富CO 2；抗氧化酶；渗透调节

中图分类号： S 682.31    文献标志码： A    文章编号： 0253-2301（2023）05-0001-07

DOI：  10.13651/j.cnki.fjnykj.2023.05.001

Physiological Response of the Leaves of  Phalaenopsis aphrodite  to CO 2 Enrichment

HE Jing-zhou， ZENG Yan-hua， FANG Ji-zheng， LI Xiu-ling， BU Zhao-yang， WANG Feng-shun

（Institute of Flowers， Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning， Guangxi 530007， China）

Abstract：  By analyzing the physiological response of  Phalaenopsis aphrodite  leaves to CO 2 enrichment， and exploring the application of CO 2 fertilization in the greenhouse of  Phalaenopsis aphrodite ， it could provide theoretical and technical support for effectively improving the cultivation efficiency of  Phalaenopsis aphrodite  in greenhouse. The CO 2 enrichment experiment was carried out with the  2.5-inch  cup seedlings of  Phalaenopsis aphrodite  Big Pepper as the materials， and the CO 2 releasing time （2 levels） and CO 2 concentration （4 levels） were taken as the investigation factors. A total of 8 treatments were set up according to the random block experiment. And the samples were taken on the 1 st， 3 rd， 8 th， 18 th and 30 th day after the treatment of CO 2 enrichment to analyze the effects of CO 2 enrichment on the content of osmotic adjustment substance and antioxidant enzyme activity in the leaves of  Phalaenopsis aphrodite.  The results showed that： Whether at AM  8：00-11：00  or PM  19：00-23：00 ， the MDA content， soluble protein content， total phenolic content， SOD activity， POD activity and CAT activity in the leaves of  Phalaenopsis aphrodite  showed a downward trend after  18  days when the the concentration of CO 2 was 400， 600 and 800 μmol/mol. However， when the concentration of CO 2 enrichment was  1：000   μmol·mol  -1  ， the content of soluble protein， POD activity and CAT activity in the leaves of  Phalaenopsis aphrodite  still showed an upward trend on the 30 th day. The results showed that the leaves of  Phalaenopsis aphrodite  began to adapt to the environmental conditions of CO 2 enrichment after 18 days when the concentration of CO 2 enrichment was below  800   μmol·mol  -1  .

Key words：   Phalaenopsis aphrodite ； CO 2 enrichment； Antioxidant enzyme； Osmotic adjustment

蝴蝶兰属植物是兰科中最具园艺价值的类群，位居兰科五大观赏属之首  [1] ，也是我国年宵花中销售最多的花卉之一。但蝴蝶兰的自然花期普遍是在每年的3月至5月，为了迎合年宵市场，蝴蝶兰多采用温室大棚栽培及平地空调催花。而密闭的温室大棚，空气流通差，CO 2匮乏，容易导致蝴蝶兰生长受阻和花品质下降。当前CO 2已成为温室设施农业中制约植物生产且影响花品质的重要环境因素之一  [2] 。因此，研究并分析加富CO 2对蝴蝶兰叶片渗透调节物质含量和抗氧化酶活性的影响，对有效提高蝴蝶兰温室栽培效率具有重要意义。大量研究表明加富CO 2对植物的光合特性  [3] 、细胞结构  [4] 、生长发育  [5] 、果实品质  [6] 及病害  [7] 等方面均有重要作用。与此同时，植物对加富CO 2生理性响应的研究近年来也逐渐增多，姜玮莉  [8] 开展黄瓜幼苗加富CO 2试验时，发现CO 2加富可以显著提高黄瓜幼苗SOD、POD、CAT、APX等抗氧化酶活性以及渗透调节物质的含量。洪婷婷  [9] 研究认为增施CO 2对西瓜的可溶性总糖有显著促进作用，3年分别提高2.7%、14.0%和3.2%。束秀玉  [10] 发现西瓜幼苗加富CO 2后，可以提高其吸水保水能力、净光合速率和抗氧化酶活性，并以此缓解盐胁迫带来的伤害，提高西瓜幼苗的耐盐性。

目前，对蝴蝶兰渗透调节物质含量及抗氧化酶活性影响的研究主要集中在光照强度  [11] 、低温胁迫  [12] 、辐照诱导  [13] 等方面，而加富CO 2对蝴蝶兰渗透调节物质含量及抗氧化酶活性变化的报道较少。本试验以2.5寸杯大辣椒蝴蝶兰品种为试验材料，考察加富CO 2浓度及施放时间对蝴蝶兰叶片的MAD、可溶性蛋白和总酚含量以及SOD、POD和CAT活性的影响，旨在寻找温室大棚中蝴蝶兰适宜的CO 2加富处理方法，为蝴蝶兰设施栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

蝴蝶兰栽培品种大辣椒的2.5寸杯苗由广西壮族自治区农业科学院花卉研究所提供。

1.2 试验方法

1.2.1 试验处理   CO 2加富试验以CO 2施放时间及CO 2浓度为考察因素，其中CO 2施放时间设2个水平，CO 2浓度设4个水平，按随机区组试验共设8个处理（表1），每处理重复3次，每处理杯苗数为10株。试验杯苗放在相同设施条件下的塑料薄膜温室中。CO 2钢瓶供气，通过减压流量计来释放CO 2气体，每小时施放10 min。分别在加富CO 2处理后第1、3、8、18和30 d的早上9：00左右采集蝴蝶兰完全展开的功能叶（避开叶脉），每处理随机选取3株采集叶片，剪碎混匀，液氮速冻，-80℃保存，用于生理生化指标的检测。

1.2.2 指标测定方法   MDA含量、可溶性蛋白含量、总酚含量、SOD活性、POD活性和CAT活性均采用试剂盒（苏州格锐思生物科技有限公司，中国）测定，叶绿素含量测定采用乙醇浸提法  [14] 。

1.3 数据处理

MDA含量、可溶性蛋白含量、总酚含量、SOD活性、POD活性和CAT活性均按照试剂说明书进行计算，叶绿素各参数指标参照贺安娜等  [14] 方法计算。使用Excel 2003对测试数据进行图表的绘制。    2 結果与分析

2.1 CO 2加富对蝴蝶兰叶片MDA含量的影响

MDA是由于植物衰老或在逆境条件下受到伤害，其组织或器官膜脂过氧化反应而产生的物质，常被用来当作衡量逆境对生物膜损伤程度的指标之一  [15] 。由图1可知，不论是在AM8：00～11：00还是在PM19：00～23：00 4个加富CO 2浓度蝴蝶兰叶片的MDA含量均呈现出先下降再上升最后下降的趋势，在加富CO 2前3 d PM19：00～23：00MDA含量下降速率比AM8：00～11：00的缓和，在18 d后则是PM19：00～23：00MDA含量下降较为急促。加富CO 2浓度400 μmol·mol  -1 在AM8：00～11：00和PM19：00～23：00蝴蝶兰叶片的MDA含量的最低点均出现在第8 d，最高点则出现在第18 d；加富CO 2浓度600 μmol·mol  -1  在AM8：00～11：00和PM19：00～23：00 MDA含量的最低点分别出现在第3 d和8 d，最高点出现在第18 d；加富CO 2浓度800、 1：000   μmol·mol  -1  蝴蝶兰叶片的MDA含量变化趋势比较相一致，不同的CO 2施放时间最低点均出现在第3 d，但AM8：00～ 11：00 最高点出现在第8 d，而PM19：00～23：00最高点则是出现在第18 d。综合来看，加富CO 2浓度800、 1：000   μmol·mol  -1  在不同CO 2施放时间的MDA含量变化趋势快于加富CO 2浓度400、600  μmol·mol  -1  。

2.2 CO 2加富对蝴蝶兰叶片可溶性蛋白的影响

由图2可知，在AM8：00～11：00施放CO 2时，4个加富CO 2浓度蝴蝶兰叶片的可溶性蛋白含量均呈现出先下降后上升最后下降的趋势，最高点均出现在第18 d；最低点除了加富CO 2浓度 1：000   μmol·mol  -1  的出现在第3 d外，其余3个加富浓度的最低点均出现在第8 d；4个加富CO 2浓度的最低点可溶性蛋白含量集中在 0.003：3～  0.008：2   mg·g  -1  ，最高点集中在 0.020～ 0.026  mg·g  -1  。在PM19：00～23：00加富CO 2浓度400、600和800  μmol·mol  -1  蝴蝶兰叶片的可溶性蛋白含量均呈现出先下降后上升最后下降的趋势，最低点和最高点均分别出现在第3 d和第18 d；加富CO 2浓度 1：000   μmol·mol  -1  蝴蝶兰叶片的可溶性蛋白含量呈现出先下降后上升的趋势，最低点出现在第3 d。

2.3 CO 2加富对蝴蝶兰叶片总酚的影响

由图3可知，在AM8：00～11：00和PM 19：00～ 23：00加富CO 2浓度蝴蝶兰叶片的总酚含量均表现出了先下降再上升最后缓慢下降的趋势，其中加富CO 2浓度600、800和 1：000   μmol·mol  -1  蝴蝶兰叶片的总酚含量变化趋势基本一致。在AM 8：00～  11：00 加富CO 2都是在第3 d由下降趋势转变为上升，第8 d由上升趋势转变为下降，第30 d下降至0.018～0.021  mg·g  -1  ；在PM 19：00～ 23：00加富 CO 2 在第8 d由下降趋势转变为上升，第18 d由上升趋势转变为下降，第30 d下降至 0.015～ 0.022  mg·g  -1  。加富CO 2浓度400  μmol·mol  -1  在AM8：00～11：00浓度蝴蝶兰叶片的总酚含量变化趋势与其他3个浓度的变化趋势一致，在第3 d由下降趋势转变为上升，在第8 d由上升趋势转变为下降；但在 PM19：00～ 23：00浓度蝴蝶兰叶片的总酚含量趋势变化转折的时间较其余3个浓度快，是在第3 d由下降趋势转变为上升，第8 d由上升趋势转变为下降。

2.4 CO 2加富对蝴蝶兰叶片SOD活性的影响

由图4可知，在AM8：00～11：00 4个加富CO 2浓度蝴蝶兰叶片的SOD活性呈现出缓慢下降趋势，在第30 d SOD活性下降至65～89  U·g  -1  。在PM19：00～23：00 4个加富CO 2浓度蝴蝶兰叶片的SOD活性都呈现出先下降再升高然后下降的趋势，均是在第3 d由下降趋势转变为上升趋势，第8 d由上升趋势转变为下降趋势。 加富CO 2浓度 1：000   μmol·mol  -1  蝴蝶兰叶片在第1 d的SOD活性显著大于其他3个加富浓度，4个加富浓度第3 d的SOD活性在 53～ 78  U·g  -1  ，在第30 d则在 71～ 122  U·g  -1  。

2.5 CO 2加富对蝴蝶兰叶片POD活性的影响

由图5可知，在AM8：00～11：00 4个加富CO 2浓度蝴蝶兰叶片的POD活性均呈现先下降再上升的趋势，均是在第3 d出现由下降趋势转变为上升的趋势，最低点也出现在第3 d，POD活性范围在3.05～8.75 △OD·min  -1 ·g  -1  ，第30 d时4个加富浓度的POD活性均处于78.05 △OD470·min  -1 ·g  -1  以下。在PM19：00～ 23：00  4个加富CO 2浓度蝴蝶兰叶片的POD活性均呈现先上升再下降的趋势，均是在第18 d出现由上升趋势转变为下降趋势，POD活性的最高点也出现在第18 d，4个加富CO 2浓度的POD活性范围为50.36～88.70 △OD470·min  -1 ·g  -1  ，第30 d的POD活性下降集中在50.36～8.72 △OD470·min  -1 ·g  -1  ，以加富CO 2浓度 1：000   μmol·mol  -1  下降得最为陡峭。

2.6 CO 2加富对蝴蝶兰叶片CAT活性的影响

由图6可知，無论是在AM8：00～11：00还是在PM19：00～23：00加富CO 2浓度400、600和800  μmol·mol  -1  蝴蝶兰叶片的CAT活性均呈现出先下降再升高然后下降的趋势；在AM 8：00～ 11：00这3个加富CO 2浓度是在第8 d出现由下降转为上升的趋势，在第18 d由上升转为下降的趋势；在PM19：00～23：00这3个加富CO 2浓度则是在第3 d出现了由下降转为上升的趋势，第18 d由上升转为下降的趋势。而加富CO 2浓度 1：000   μmol·mol  -1  ，无论是在AM8：00～11：00还是在PM19：00～23：00，其变化趋势都为先下降再升高。在AM8：00～11：00 4个加富CO 2浓度蝴蝶兰叶片的CAT活性最低点均出现在第8 d，范围为240～694  μmol·min  -1 ·g  -1  ；在PM 19：00～ 23：00 4个加富CO 2浓度的最低点均出现在第3 d，范围为549～708  μmol·min  -1 ·g  -1  。

3 讨论与结论

植物受到胁迫时，体内会产生大量的活性氧自由基，当自由基积累超过域值时，就会引起膜脂过氧化。而MDA作为膜脂过氧化的终产物，它的含量是膜脂过氧化程度的一个重要标志  [16] 。MDA大量积累会导致膜的孔隙变大，膜透性上升，致使电解质外渗，对细胞膜系统造成严重的损伤。本试验中不论是在AM8：00～11：00还是在PM 19：00～ 23：00加富CO 2，蝴蝶兰叶片的MDA含量均在施放后第18 d出现了由上升趋势转变为下降趋势的变化，说明加富CO 2后蝴蝶兰叶片自第18 d其自由基的清除速率开始大于自由基的产生速率，膜脂过氧化程度得到缓解。可溶性蛋白和总酚是重要的渗透调节物质与营养物质  [17] ，他们的增加和积累能提高细胞的保水能力，对生物膜起到保护作用，因此被常于筛选抗性。本试验中不论是在 AM8：00～ 11：00还是在PM19：00～23：00加富 CO 2 浓度400、600和800  μmol·mol  -1  蝴蝶兰叶片的可溶性蛋白含量和总酚含量也是在第18 d出现了由上升趋势转变为下降趋势的变化。因此从MDA含量、可溶性蛋白含量和总酚含量在加富CO 2后的变化趋势中可以看出：蝴蝶兰在加富CO 2浓度为800 μmol·mol  -1  以下时，18 d后就开始适应加富CO 2的环境条件。在PM19：00～23：00加富CO 2浓度为 1：000   μmol·mol  -1  蝴蝶兰叶片的可溶性蛋白含量变化趋势从第3 d的下降趋势转变为上升趋势后一直呈现上升趋势，至到第30 d其可溶性蛋白含量显著高于其余3个加富CO 2浓度处理。

植物的抗氧化酶主要包括过SOD、POD和CAT等，它们可用来分解植物体内产生的自由基  [18] ，以保证植物体内自由基的产生和清除处于平衡状态。因此，植物体内的抗氧化酶含量或活性是动态变化的，有时会表现出一定量的上升，这有利于植物自身清除轻微环境胁迫条件下产生出的活性氧自由基，以此来保持植物体内自由基产生和清除的动态平衡，避免膜脂过氧化的情况出现。在本试验中蝴蝶兰叶片SOD活性在AM8：00～11：00加富CO 2后一直呈现出下降的趋势，在PM19：00～23：00加富CO 2则是在第8 d由上升趋势转变为下降趋势；POD活性则是在PM19：00～23：00加富CO 2后的第18 d由上升趋势转变为下降趋势，在AM8：00～11：00加富CO 2第3 d由下降趋势转为上升趋势后一直没有下降，但直到第30 d其POD活性的含量也没有超过在PM19：00～23：00加富的最高值；加富CO 2浓度400、600和800  μmol·mol  -1  蝴蝶兰叶片的CAT活性則是在 AM8：00～ 11：00和PM19：00～23：00分别由第8 d和第18 d从上升趋势转变为下降趋势。综上所述，加富CO 2浓度400、600和800  μmol·mol  -1  蝴蝶兰叶片的SOD、POD和CAT的活性变化趋势在第18 d从上升趋势转变为下降趋势，体内自由基的产生和清除开始回归正常生理水平的平衡状态，说明蝴蝶兰叶片在加富CO 2浓度为800  μmol·mol  -1  以下时，18 d后就开始适应加富CO 2的环境条件。加富CO 2浓度 1：000   μmol·mol  -1  在AM8：00～ 11：00 蝴蝶兰叶片的POD活性变化趋势从第3 d的下降趋势转变为上升趋势后一直呈现出上升，到第30 d时其POD活性显著高于其余3个加富CO 2浓度；且加富CO 2浓度 1：000   μmol·mol  -1  无论是在AM8：00～11：00还是在PM19：00～23：00蝴蝶兰叶片的CAT活性的变化趋势都是先下降再升高，到第30 d时其CAT活性的含量同样显著高于其余3个加富CO 2浓度的含量，这说明30 d后，蝴蝶兰还是没有适应加富CO 2浓度为 1：000   μmol·mol  -1   的环境条件。

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（责任编辑：柯文辉）