鉀處理對(duì)杜梨幼苗膜脂過(guò)氧化及其保護(hù)酶類的影響

李允 齊曼·尤努斯 努爾麥麥提·艾麥提，夏熱帕提·艾則孜

摘 要：為研究鉀離子對(duì)杜梨幼苗的影響，試驗(yàn)以Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中的鉀離子濃度為基礎(chǔ)，設(shè)置0 K（0倍）、0.5 K（0.5倍）、1 K （CK）、1.5 K （1.5倍）、2 K （ 2倍） 、2.5 K （2.5倍） 、4 K （4倍）、6 K （6倍）等8個(gè)處理，60 d后分別測(cè)定其葉、莖和根的POD、SOD和CAT活性以及丙二醛含量。結(jié)果表明，隨著鉀濃度的提高，杜梨幼苗葉和莖中POD活性以及根中CAT活性均呈先降低后升高的趨勢(shì)，葉中POD活性，葉、莖和根中SOD活性，葉和莖中CAT活性，以及丙二醛含量呈下降-上升-下降的趨勢(shì)，不同器官中酶活性和丙二醛含量均以對(duì)照組相對(duì)較低，說(shuō)明在高鉀濃度和低鉀濃度條件下，杜梨均會(huì)受到脅迫，因此，生產(chǎn)中鉀肥的使用應(yīng)適度。

關(guān)鍵詞：杜梨；鉀；丙二醛；SOD；CAT；POD

中圖分類號(hào)：S661.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.06.001

Effect of Potassium Peroxide and Protective Enzymes of Membrane Lipid of Pyrus betulaefolia

LI Yun，Qiman Yunus，Nurmamati Ameti，Xiarepati Aizezi

（College of Forestry and Horticulture，Xinjiang Agricultural University，Urumqi，Xinjiang 830052，China）

Abstract： In order to study the effect of potassium ion on the seedling of Pyrus betulaefolia， the experiment was based on the concentration of potassium ion in Hoagland nutrient solution， 8 treatments were set up， including 0 K， 0.5 K ，1 K （CK）， 1.5 K ， 2 K ， 2.5 K， 4 K， 6 K ， the activity of POD， SOD， CAT， and the content of malonaldehyde in leaves， stems， and roots were determined after 60d. The results showed that with the increase of potassium concentration， the activity of POD in leaves and stems and the activity of CAT in roots decreased first and then increased， while the activity of POD in leaves， the activity of SOD in leaves， stems and roots， the CAT activity in leaves and stems， and the MDA content were "decrease-increase-decrease" trend. In different organs， the control （CK） had relatively lower enzymatic activity and MDA content than the other treatments， indicating that Pyrus betulaefolia was subjected to stress both in high potassium and low potassium. Thus， the potassium fertilizer should be reasonable application in the production.

Key words： pear； potassium； malondialdehyde； SOD； CAT； POD

庫(kù)爾勒香梨屬于白梨（Pyrus brestschneideri Rehd）[1]，原產(chǎn)于新疆庫(kù)爾勒地區(qū)，是庫(kù)爾勒地區(qū)及其周邊梨樹(shù)的主要栽培品種，以皮薄、味甜、汁多肉脆等一系列特點(diǎn)馳名中外，在我國(guó)梨的品種中具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，為新疆庫(kù)爾勒及其周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民增收作出了巨大的貢獻(xiàn)[2]。但是由于香梨存在粗皮果問(wèn)題，大大降低了香梨的品質(zhì)和商品率，同時(shí)也影響了果農(nóng)收益和庫(kù)爾勒香梨的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

鉀是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，以一價(jià)陽(yáng)離子的形態(tài)存在于植物各組織中，可通過(guò)提高硝酸還原酶活性來(lái)促進(jìn)植物中蛋白質(zhì)的合成[3]，同時(shí)還可影響植物抗逆性、糖代謝、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素運(yùn)輸、葉片氣孔運(yùn)動(dòng)等生理功能指標(biāo)[4]。第二次全國(guó)土壤普查結(jié)果顯示，我國(guó)土壤普遍缺鉀，處于一般性缺鉀（鉀含量50～70 mg·kg-1）和嚴(yán)重性缺鉀（鉀含量 <50 mg·kg-1）的土壤約占23%[5]。課題組前期研究表明，粗皮果的形成與果實(shí)中鈣含量的極度缺乏相關(guān)，粗皮果鈣含量的缺乏并不是由土壤鈣含量的豐缺造成的，但粗皮果園土壤中速效鉀含量顯著高于正常果園[6]。目前，鉀肥與產(chǎn)量及品質(zhì)的關(guān)系的研究報(bào)道多集中在糧食、油料及經(jīng)濟(jì)作物上，如鉀肥的施用在許多作物上都產(chǎn)生了顯著的效果，如水稻、煙草等喜鉀作物，不僅提高了作物產(chǎn)量，更改善了品質(zhì)。關(guān)于鉀在提高作物產(chǎn)量、改善產(chǎn)品品質(zhì)方面的作用，近年來(lái)己有許多相關(guān)報(bào)道[7-8]，但有關(guān)鉀肥施用對(duì)杜梨生長(zhǎng)和各生理指標(biāo)的影響尚未見(jiàn)報(bào)道。

由于成年香梨樹(shù)體太大，較難進(jìn)行精確試驗(yàn)，杜梨作為香梨的砧木，直接為香梨從土壤中吸收營(yíng)養(yǎng)[9]，且材料易獲得，因此我們把杜梨幼苗作為試驗(yàn)材料，研究鉀處理對(duì)杜梨幼苗膜脂過(guò)氧化及其保護(hù)酶類的影響，旨在為提高肥料利用率并減少用量提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院試驗(yàn)田網(wǎng)室進(jìn)行。于2015年12月播種，杜梨種子由庫(kù)爾勒香梨研究中心提供，第二年6月杜梨幼苗長(zhǎng)至7～10 cm時(shí)，移栽至高30 cm直徑25 cm的塑料花盆，其栽培基質(zhì)由珍珠巖和蛭石按1∶2比例配置而成。移栽初期用清水澆灌，再用遮陽(yáng)網(wǎng)遮陽(yáng)并用1/2倍Hoagland營(yíng)養(yǎng)液澆灌14 d，所獲幼苗作為后續(xù)試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 試驗(yàn)處理和樣品采集 2011年7月初對(duì)杜梨幼苗進(jìn)行鉀處理，濃度梯度為0，50%，100%，150%，200%，250%，400%，600%×Hoagland標(biāo)準(zhǔn)鉀離子濃度，其中鉀離子過(guò)量營(yíng)養(yǎng)液中加入的鉀為KHCO3，其他元素均與Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液相同，各處理簡(jiǎn)寫為0 K，0.5 K，1.5 K，2.0 K，2.5 K，4.0 K，6.0 K，以Hoagland營(yíng)養(yǎng)液即1.0 K為對(duì)照（CK）。每個(gè)處理設(shè)置6～10個(gè)重復(fù)，處理后杜梨置于陽(yáng)光充足的戶外網(wǎng)室培養(yǎng)60 d，期間每隔3～5 d用相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)液澆灌杜梨幼苗，至營(yíng)養(yǎng)液從盆底滲出為止。營(yíng)養(yǎng)液每次澆灌前用pH檢測(cè)儀檢測(cè)培養(yǎng)液pH值，用少量1%鹽酸或1%NaOH調(diào)整pH值在5.8～6.0之間。

60 d培養(yǎng)期結(jié)束，采集杜梨鮮樣，按照根、莖、葉分開(kāi)，置于液氮中，用于測(cè)定丙二醛（Malondialdehyde，MDA）、超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）、過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）等生理指標(biāo)。

1.2.2 丙二醛的提取與測(cè)定方法 提取：稱取0.1 g樣品（根、莖、葉）放入冰浴的研缽中，加入少量石英砂和0.05 mol·L-1（pH值7.8）的磷酸緩沖液3 mL研磨至勻漿，倒入7 mL離心管，4 000 r·min-1下離心15 min，上清液為丙二醛提取液。

測(cè)定：取上清液2 mL，加0.67%TBA溶液2 mL，混合后在沸水中煮30 min，冷卻后再次離心，分別測(cè)定上清液在450，532，600 nm處的吸光度。

1.2.3 粗酶液的提取 參照樊仙等[10]的方法并加以改進(jìn)，稱取植物材料0.5 g，加入2 mL的pH值 5.0的磷酸-檸檬酸緩沖液，在0～4 ℃冰浴中迅速研磨，倒入10 mL離心管，再用2 mL緩沖液沖洗研缽2次，倒入離心管，在4 ℃下8 000 r·min-1離心20 min，取上清液4 ℃下保存。

（1）過(guò)氧化物酶（POD）活性的測(cè)定。用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，取酶上清液 0.5 mL 至 15 mL 具塞試管中，加入 0.18%雙氧水 0.5 mL搖勻后再加入磷酸緩沖液2.9 mL，搖勻，最后加入 0.1%愈創(chuàng)木酚0.5 mL，立即計(jì)時(shí)并震蕩，反應(yīng)2 min，以不加 H2O2的空白調(diào)零，在 470 nm 下測(cè)定吸光度，每分鐘測(cè)一次，共測(cè)5次，帶入公式計(jì)算 POD 活性。

（2）超氧化物歧化酶酶（SOD）活性的測(cè)定。取上述酶液0.1 mL于試管中；然后加入pH值7.8磷酸緩沖液1.5 mL，130 μmol·L-1甲硫氨酸溶液0.3 mL，100 μmol·L-1 EDTA-Na 20.3 mL，加蒸餾水0.5 mL，20 μmol·L-1核黃素溶液0.3 mL，最后再加入750 μmol·L-1氮藍(lán)四唑0.3 mL。振蕩試管使其搖勻，于4 000 lx熒光燈下顯色反應(yīng)，照光結(jié)束后，將酶液倒入比色杯在分光光度計(jì)560 nm處測(cè)吸光度值。

（3）過(guò)氧化氫酶（CAT）活性的測(cè)定。取粗酶液0.2 mL，加入磷酸緩沖液2 mL，蒸餾水1 mL，最后加入0.18%雙氧水，立即倒入石英比色皿中在240 nm處測(cè)每一分鐘的吸光度，共測(cè)5次。以加雙氧水的煮死酶液為空白對(duì)照，每分鐘吸光值變化0.01定義為1個(gè)酶活力單位。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用 Microsoft Office Excel 2007軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和作圖，采用SPSS.19.0分析軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 杜梨葉、莖、根POD活性

POD為抗氧化物酶，是植物體內(nèi)清除活性氧的重要酶類之一，可清除細(xì)胞內(nèi)氧化物防止細(xì)胞受損。由圖1可知，隨著鉀濃度的提高，杜梨葉和莖中POD的活性表現(xiàn)為先降低再升高的趨勢(shì)，均于6K處理時(shí)最大，活性分別為792 μg·g-1和215 μg·g-1，且分別于CK和2K處理時(shí)達(dá)到最低，活性分別為162 μg·g-1和158 μg·g-1；而杜梨根中POD活性表現(xiàn)為降低-升高-降低的趨勢(shì)，分別于4K和CK達(dá)到最高和最低值，活性分別為367 μg·g-1和59 μg·g-1。就杜梨不同器官而言，葉中的POD活性顯著高于根與莖，應(yīng)該是由于葉綠體是植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生的重要部位，尤其在PSI系統(tǒng)中，因此，為了防止植物葉片受到傷害，植物葉片產(chǎn)生了大量的POD。

2.2 杜梨葉、莖、根SOD活性

由圖2可知，隨著鉀濃度的提高，杜梨SOD活性在葉、莖、根中呈現(xiàn)出降低-升高-降低的趨勢(shì)，三者均于CK達(dá)到最低，活性分別為534，503， 325 U·mg-1·h-1，分別于2.5 K、2 K和2.5 K處理達(dá)到最大值，活性分別為764，608，757 U·mg-1·h-1，說(shuō)明鉀過(guò)量或者缺鉀都會(huì)誘導(dǎo)杜梨細(xì)胞內(nèi)活性氧增加，誘導(dǎo)抗養(yǎng)化酶SOD活性上升。

2.3 杜梨葉、莖、根CAT活性

由圖3可知，隨著鉀濃度的提高，杜梨CAT活性在葉和莖中表現(xiàn)為降低-升高-降低的趨勢(shì)，分別于4K和2K處理達(dá)到最大值，活性分別為340，269 μg·g-1，且分別于0.5K和CK達(dá)到最小值，活性分別為137 μg·g-1和67 μg·g-1；而根中CAT活性表現(xiàn)為先降低后逐漸升高的趨勢(shì)，分別于CK和6 K達(dá)到最小值和最大值，活性分別為43 μg·g-1和212 μg·g-1。

2.4 杜梨葉、莖、根丙二醛含量

植物器官受到脅迫往往會(huì)發(fā)生膜脂過(guò)氧化，而丙二醛是膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，丙二醛含量高，說(shuō)明植物細(xì)胞膜過(guò)氧化程度高，細(xì)胞膜受到傷害嚴(yán)重。由圖4可知，隨著鉀濃度的提高，丙二醛含量在根、莖、葉中均表現(xiàn)為降低-升高-降低的趨勢(shì)，三者均于CK達(dá)到最小值，含量為1.8，6.9，26 μmol·g-1，分別于4 K、2 K和2.5 K處理達(dá)到最大值，含量分別為18.6，16.4，86.6 μmol·g-1。就杜梨不同器官而言，葉中的丙二醛含量顯著高于莖和根。由此可見(jiàn)，鉀離子高低濃度處理，杜梨丙二醛含量均高于CK，說(shuō)明鉀離子缺乏和過(guò)量均會(huì)造成一定的脅迫。

3 結(jié)論和討論

POD、SOD和CAT 是細(xì)胞抵御活性氧損傷的保護(hù)系統(tǒng)中重要的組成成分。丙二醛（MDA） 是膜脂過(guò)氧化的最終產(chǎn)物，用于衡量膜脂過(guò)氧化的一個(gè)公認(rèn)指標(biāo)，植物一旦受到逆境脅迫，會(huì)加劇膜脂過(guò)氧化作用，丙二醛含量增加[11]。隨著鉀濃度的增高，除杜梨葉和莖中POD以及根中CAT活性呈先降低后升高的趨勢(shì)，葉中POD活性，根、莖、葉中SOD活性，莖和葉中CAT活性，以及丙二醛含量均表現(xiàn)出下降-上升-下降的趨勢(shì)，不同器官中酶活性和丙二醛含量均以對(duì)照組相對(duì)較低，可能是低鉀或高鉀均會(huì)對(duì)杜梨造成一定的脅迫，而杜梨產(chǎn)生相應(yīng)的保護(hù)機(jī)制來(lái)減輕植物受到的傷害。葉中的POD活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于根和莖，這是由于葉綠體是植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生的重要部位，尤其在PSI系統(tǒng)中，因此，為了防止植物葉片受到傷害植物葉片產(chǎn)生了大量的POD。

本試驗(yàn)結(jié)果證明，鉀離子缺乏或過(guò)量均會(huì)使杜梨多項(xiàng)指標(biāo)受到影響，雖然杜梨會(huì)通過(guò)自身的生理變化來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但仍然使杜梨受到傷害。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上施用鉀肥一定要把握適度的原則，過(guò)猶不及。

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