低钾胁迫对孔雀草防御性酶活性的影响

时间：2024-05-23

王宏宇　张彦丽　宗宪春

摘要：采用水培方法，设置5个不同供钾水平0.32、0.22、0.12、0.02、0.00 g/L，研究孔雀草（Tagetes patula L.）防御性酶对低钾胁迫的响应。结果表明，随着钾浓度的逐渐降低，孔雀草过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性逐渐增高，丙二醛（MDA）含量急剧增加，根质膜透性随钾浓度降低而升高。这说明低钾胁迫下孔雀草的防御性酶活性逐渐增加。

关键词：孔雀草（Taraxacum patula L.）;低钾胁迫;防御性酶;根质膜透性

中图分类号：S682.1+9 文献标识码：A

文章编号：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.）為一年生菊科万寿菊属草本植物，又称小万寿菊、臭菊花、缎子花等，原产墨西哥。其生命周期短;有发达的地下茎，利于营养生长和繁殖;花及花序构造非常适合虫媒传粉，促使种类发展和分化;有刺状、毛状冠毛或者有黏性腺毛的果实，适合动物和风力传播。孔雀草常被用作观赏性花卉装饰庭院、花坛等。孔雀草全草入药具清热解毒，补气通经等功效，具有较高药用价值。研究缺素胁迫下孔雀草保护酶活性，对其开发和利用有着重要意义。

钾是作物生长发育的重要元素之一，是植物体内含量最多的金属元素。具有调节水分代谢和激活酶作用的功能，还可以间接影响能量代谢，提高抗性，参与物质运输等[1]，可以进入植物细胞内部和糖分一起增强植物的耐寒性，增加细胞壁的厚度，提高开花坐果率，催花的同时防止落花落果，对提高蔬果品质和延长保鲜期都有着非常明显的效果。钾肥供给不足会导致植株生长速率下降，老叶患缺绿症，继而叶片枯黄，导致缺钾赤枯病[2]。严重缺钾条件下，植物蛋白质调节失调，导致有毒胺类生成，同时生物膜的内外电化学梯度平衡遭到破坏，膜内外的物质运输不能正常进行，导致膜透性不佳，防御力减弱，产生了大量的活性氧化物，使植物细胞衰亡加速[3，4]。以孔雀草作为研究对象，在观察比较植物外观形态特征的基础上，对植株叶片在低钾胁迫条件下防御性酶活性（即保护酶）及根质膜透性进行研究，探讨其变化规律，以期为孔雀草的利用提供参考[5]。

1 材料与方法

1.1 植物材料

孔雀草幼苗，由黑龙江省牡丹江市铁岭村苗圃提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计选取约50株长势良好，外观形态基本一致的植株，经全素营养液水培3 d，分成5组。每组设置2个培育瓶，每瓶植入5株幼苗，用5个不同浓度梯度的钾营养液设置5个钾胁迫处理，分别为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换1次培养液，并观察植物生长情况，适当补充蒸馏水。21 d测定各项目。

1.2.2 测定项目与方法从培育21 d的幼苗上分别取下新鲜叶片0.5 g，水洗，用吸水纸吸干浮水，剪碎。每处理3个重复。

过氧化物酶（POD）活性测定采用愈伤木酚法测定[6，7]，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑NBT法测定[8]，过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外吸收法测定[9]，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥法测定（每7 d观察并记录1次），根质膜透性采用电导仪法测定[10]。

2 结果与分析

2.1 低钾胁迫对孔雀草过氧化物酶活性的影响

低钾胁迫对孔雀草过氧化物酶活性的影响见图1。从图1可见，随着钾浓度的逐渐降低POD活性逐渐升高，表现为K5>K4>K3>K2>CK。当钾浓度为0.00 g/L时，孔雀草POD活性最大，CK的酶活性相对最小。K3时，POD活性和CK几乎相同。当浓度高于K3（0.22 g/L）开始，各浓度钾含量条件下的POD活性同CK相比分别增加了2.08、2.16、3.29、4.28和3.86倍。K5时，孔雀草的POD活性最强。

2.2 低钾胁迫对孔雀草超氧化物歧化酶活性的影响

SOD是植物体内用于消除超氧化自由基的重要抗氧化酶，尤其是植物处在逆境中时，需要其对细胞膜进行保护。SOD活性随着钾浓度的减少而逐渐增加（图2）。当钾浓度为0.00 g/L时，酶活性最大。从胁迫21 d的孔雀草SOD活性随钾浓度改变情况分析，K5的SOD活性高于CK 19.8%，0.22 g/L到0.02 g/L变化较缓，钾缺失时，SOD活性达到最大值。

2.3 低钾胁迫对孔雀草过氧化氢酶活性的影响

CAT主要作用和POD相同，也是在植物处于逆境时起到保护作用的一种酶。主要是用于消除H2O2等有害物质。孔雀草的CAT活性随着钾浓度的降低而逐渐升高（图3）。K5的活性最高，比CK提高了68.0%，有显著差异。K2和K3钾浓度下的CAT活性同CK比较分别提高了34.0%和45.3%。

2.4 低钾胁迫对孔雀草丙二醛含量的影响

MDA是植物在逆境中受到侵害或器官开始衰老时膜脂氧化分解产物，通过与核酸及蛋白质的化学反应对其特征进行修饰，会使纤维素分子之间的链渐渐松弛，同时抑制蛋白质的合成[11]。因此，MDA含量越高，植物所受到的伤害程度越高。随缺钾程度提高，MDA含量逐渐增加，整体呈上升趋势（图4）。各组与CK相比分别增加了2.15、3.19、4.16和4.25倍。完全缺鉀状态下培养的K5比CK的MDA含量高出78%。

2.5 低钾胁迫对孔雀草根质膜透性的影响

膜透性直接反映植株在缺素环境下的受伤害情况。培养液中钾素的含量对质膜透性有较大影响（图5）。孔雀草根质膜透性随低钾胁迫程度的加重而增大。CK根质膜透性最低，K5通透量最高，但未达到理论数值。按膜伤害计算，各组分别为比对照增加28.53%、30.92%、58.67%、74.66%。

3 小结与讨论

钾对植物生长发育及抗逆性起着至关重要的作用。试验用量下，钾元素含量越低，对植物的伤害程度越强，抗逆能力下降。对于孔雀草的根部而言，钾主要作用于分裂活动相对旺盛的根尖和形成层[12]。钾缺失会导致植株无法进行正常的生理活动，从而产生缺素的症状。但在缺乏某种营养元素的条件下，未必会导致植物的功能减弱，更有可能增加，这与植物的抗逆性有关[13]。本研究表明，孔雀草中的MDA含量随钾浓度的降低而升高，当浓度在0.00 g/L时达到最高。当浓度达到0.02 g/L时，酶活性增高趋势变小。低钾胁迫对孔雀草根膜透过性影响显著，孔雀草的根膜透性随着钾含量的逐渐减少而增高，当钾浓度为0.00 g/L时对根膜透性的伤害大。

杨秀玲等[14]证明，在胁迫影响下，植物的CAT活性呈先上升后下降的趋势。本试验表明，随着钾浓度的逐渐降低，孔雀草CAT活性急剧上升，当钾浓度为0.00 g/L时酶活性最高。可能是由于植物不同，选择胁迫的浓度梯度也存在差异。也有研究表明，植物内部环境的平衡需要3种防御性酶共同协作才能消除体内有害的自由基[15]。本研究不同的施钾水平间SOD活性差异较为显著，与叶亚新等[16]的结论不同。在胁迫条件下，小麦、玉米等幼苗SOD活性均随着浓度的降低呈先升高后下降的趋势[16]。适当的胁迫处理可以增加SOD的活性，当超过植物的耐受范围之后，酶活性会遭到抑制而降低。低钾胁迫孔雀草POD与SOD活性均明显升高，且两者均在钾浓度为0 g/L时酶活性最大。有研究表明，钾元素缺乏或过量都会导致叶片的SOD活性下降，而下部叶片表现更为突出[17]。低钾胁迫对孔雀草防御性酶活性有明显增强作用，植株生长活力的高低与其内部保护酶系统对活性氧的消除能力直接相关。

适宜的硼、钾相结合可以使膜结构相对稳定，功能性良好，利于植物对养分的利用及运输，最终影响植物的产量和品质[18，19]。具体情况有待进一步证实。

参考文献：

[1] 陈佳广.植物对钾吸收及利用的研究进展[J].中国城市林业，2014，7（12）：25-28.

[2] 王伟，曹敏建，周春喜，等.大豆耐低钾胁迫品种（系）的筛选[J].大豆通报，2005（4）：107-119.

[3] 何子平，皮美美，刘武定，等.硼钾营养相互配合对油菜叶片CAT和POD活性及根膜透性的影响[J].华中农业大学学报，1993，12（5）：465-490.

[4] 王明香，聂俊华.钾素营养研究及钾胁迫下植物应激蛋白研究进展[J].江西农业大学学报，2000，22（3）：415-418.

[5] 苗昕彧.屋顶绿化中菊科花卉的应用[J].中国城市林业，2013， 10（5）：121-125.

[6] 雷春，陈劲枫，钱春桃，等.不同倍性黄瓜的形态和一些生理生化指标比较[J].植物生理学通讯，2005，41（4）：45-47.

[7] 曾勤.超氧化物歧化酶的活力测定[J].四川省卫生管理干部学院学报，1995，3（15）：24-26.

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