外源Ca2+對高溫下多葉羽扇豆生理指標(biāo)的影響

王 慶，劉安成，張瑞博，李 艷，尉 倩，龐長民

(陜西省西安植物園 陜西省植物研究，陜西 西安 710061)

外源Ca2+對高溫下多葉羽扇豆生理指標(biāo)的影響

王 慶，劉安成，張瑞博，李 艷，尉 倩，龐長民

(陜西省西安植物園 陜西省植物研究，陜西 西安 710061)

以多葉羽扇豆為試驗材料，通過噴施外源Ca2+，研究外源Ca2+對高溫脅迫下多葉羽扇豆的生理指標(biāo)的影響，探討多葉羽扇豆的耐熱性。結(jié)果表明：高溫脅迫下，多葉羽扇豆細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲，膜透性增大，細(xì)胞膜受到損傷，葉綠素含量降低，MDA含量增高，SOD活性、POD活性升高。噴施CaCl2可降低電解質(zhì)外滲，降低細(xì)胞膜的傷害率。外源Ca2+對降低MDA含量有一定的作用，可幫助多葉羽扇豆抵抗高溫環(huán)境。噴施外源Ca2+能夠提高SOD、POD酶活性，不能提高多葉羽扇豆葉片內(nèi)葉綠素含量。

多葉羽扇豆；高溫脅迫；外源Ca2+；生理指標(biāo)

溫度是制約園藝植物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要環(huán)境因子，近年來，溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球氣溫上升，植物生產(chǎn)面臨高溫逆境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，夏季高溫脅迫己成為影響花卉生產(chǎn)的一個重要因素。多葉羽扇豆(LupinuspolyphyllaLindl.)是豆科羽扇豆屬的多年生草本觀賞花卉。羽扇豆株型圓整、葉片蔥綠、花型美觀,花色豐富， 旗瓣和翼瓣的花色也不盡相同，是觀賞價值極高的花卉[1-2]。其宿根過冬可耐-5 ℃低溫，可作為我國北方引種栽培的耐寒花卉，但是由于北方夏季炎熱，高溫造成多葉羽扇豆的死亡，每年要花費大量經(jīng)費購買種子，同時受到年生長量的制約，當(dāng)年播種的植株較2 a生植株開花的數(shù)量少，花序短，多年生的宿根羽扇豆在北方地區(qū)只能作為2 a生植株，影響了多葉羽扇豆在北方地區(qū)的觀賞性能與應(yīng)用。鈣信使系統(tǒng)是作物體內(nèi)一類重要的信號傳遞系統(tǒng)，Ca2+在胞內(nèi)和胞間的區(qū)域分布以及維持各區(qū)域固有的正常濃度是作物進(jìn)行正常新陳代謝的重要生理基礎(chǔ)。研究表明，外施一定濃度的CaCl2能提高植物的保護(hù)酶活性， 能減輕細(xì)胞膜的熱破壞，能夠減少葉片中的破壞[3]。通過外源 Ca2+處理，半夏抗熱能力有顯著提高，倒苗時間有所推遲，生長期延長，產(chǎn)量有所提高[4]。5～10 mmol/L Ca2+處理能有效緩解高溫強(qiáng)光對西葫蘆光合機(jī)構(gòu)的不可逆?zhèn)5]。通過噴施外源Ca2+，研究和探討外源Ca2+對多葉羽扇豆高溫脅迫下的生理影響，為緩解多葉羽扇豆高溫傷害技術(shù)提供依據(jù)，對拓寬多葉羽扇豆應(yīng)用范圍和提高耐熱性具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為2 a生健壯的多葉羽扇豆盆栽苗。

1.2 試驗方法

試驗在西安植物園花卉區(qū)進(jìn)行。2012年5-7月份，選擇同批播種生長健壯的盆栽多葉羽扇豆植株10株，分別置于高溫溫室中進(jìn)行高溫脅迫，記錄溫度，每隔2 d澆水，保持土壤濕度。高溫環(huán)境下5、6、7月份晝夜溫度分別為43 ℃/17 ℃、44 ℃/20 ℃、46 ℃/24 ℃。高溫環(huán)境條件下，選取整齊一致的盆栽苗，5，6，7月每天早晚在高溫溫室中用蒸餾水和10 mmol/L的CaCl2分別噴灑在多葉羽扇豆盆栽苗葉片，分別連續(xù)噴灑7 d，測定外源Ca2+對多葉羽扇豆生理指標(biāo)的影響。

1.3 生理指標(biāo)測定

細(xì)胞質(zhì)膜透性采用相對電導(dǎo)率測定[6]；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法測定[6]；葉綠素含量采用乙醇丙酮碾磨提取比色法測定[6]；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)法進(jìn)行測定[6]；過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫對多葉羽扇豆葉片膜透性的影響

植物組織在受到各種不利的環(huán)境條件危害時，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能首先受到傷害，細(xì)胞膜透性增大。如表1所示，在高溫脅迫下，植物細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲，膜透性增大，細(xì)胞膜傷害率3.321 4%，羽扇豆葉片細(xì)胞膜受到損傷。噴施CaCl2多葉羽扇豆葉片細(xì)胞膜透性比對照植株增大，比高溫條件下降低，細(xì)胞膜傷害率1.133 9%，但無顯著差異性。噴施外源CaCl2能降低多葉羽扇豆葉片電解質(zhì)的外滲，降低細(xì)胞膜的傷害率。

2.2 外源Ca2+對多葉羽扇豆MDA含量的影響

由圖1可知，隨著氣溫的升高，多葉羽扇豆葉片內(nèi)MDA含量增加，7月份高溫條件下含量最高；噴施外源Ca2+，多葉羽扇豆葉片中MDA含量隨著溫度的升高含量增加，但低于高溫下的MDA含量。外源Ca2+對降低MDA含量有一定的作用，可幫助多葉羽扇豆抵抗高溫環(huán)境。

表1 多葉羽扇豆葉片細(xì)胞膜透性

-◆-高溫，-□-Ca2+

2.3外源Ca2+對多葉羽扇豆葉綠素含量的影響

由圖2可知，隨著時間的推移，溫度升高，多葉羽扇豆葉片內(nèi)葉綠素含量降低。高溫脅迫下和噴施CaCl2多葉羽扇豆葉片中葉綠素含量也會降低。6月份，高溫脅迫下葉綠素含量的降低速率高于噴施CaCl2的葉綠素降低速率，7月份，高溫脅迫下葉綠素含量的降低速率低于噴施CaCl2的降低速率。噴施外源Ca2+不能提高多葉羽扇豆葉片內(nèi)葉綠素含量。

2.4 外源Ca2+對多葉羽扇豆葉片SOD、POD活性的影響

由圖3可知，隨著溫度的升高，多葉羽扇豆葉片中SOD酶活性升高再降低。高溫脅迫下，6月份SOD酶活性最高；噴施CaCl2，在5,6月份羽扇豆葉片中SOD酶活性都高于高溫脅迫下多葉羽扇豆葉片中的SOD酶活性。7月份噴施CaCl2，多葉羽扇豆葉片SOD酶活性與高溫環(huán)境下SOD酶活性相同。

如圖4所示：隨著溫度的升高，多葉羽扇豆葉片中POD酶活性增高，外源Ca2+能夠提高POD酶活性，但無明顯變化。

-◆-高溫，-□-Ca2+

-◆-高溫，-□-Ca2+

圖4 外源Ca2+對多葉羽扇豆葉片POD酶活性的影響

3 討論

許多研究表明，高溫首先破細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，致使細(xì)胞內(nèi)溶物外滲，細(xì)胞膜的穩(wěn)定性即高溫脅迫下細(xì)胞的電導(dǎo)率直接反應(yīng)植物的耐熱程度[7-8]。植物組織在受到各種不利的環(huán)境條件危害時，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能首先受到傷害，細(xì)胞膜透性增大。 MDA 能強(qiáng)烈地與細(xì)胞內(nèi)各種成分發(fā)生反應(yīng)，引起酶和膜的損傷，并導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)和生理機(jī)能的破壞，其含量是反映細(xì)胞膜脂過氧化作用強(qiáng)弱和質(zhì)膜破壞程度的重要指標(biāo)[9]。本研究結(jié)果表明，在高溫環(huán)境脅迫下，噴施外源CaCl2對降低多葉羽扇豆葉片電解質(zhì)的外滲，降低細(xì)胞膜的傷害率,降低MDA含量具有一定的作用，可幫助多葉羽扇豆抵御高溫環(huán)境下的高溫傷害。

Ca2+是一種很好的生物膜保護(hù)劑，一定濃度的Ca2+可以提高抗氧化酶活性，增強(qiáng)清除活性氧自由基的能力，從而提高植物對高溫、弱光、干旱等逆境因子[10-12]的抵御能力。本研究表明，高溫脅迫下，多葉羽扇豆葉片發(fā)生膜脂過氧化作用，并且隨著溫度的增加，膜脂過氧化作用增強(qiáng)。葉綠素含量降低， SOD酶活性、POD酶活性增強(qiáng)。通過噴施外源Ca2+，多葉羽扇豆葉片中SOD酶活性、POD酶活性與高溫環(huán)境下相比有所提高，說明Ca2+可以增強(qiáng)抗氧化酶的活性，減少活性氧的產(chǎn)生，進(jìn)而增強(qiáng)植株的耐熱性。綜上所述，高溫脅迫下，噴施外源Ca2+可減少多葉羽扇豆植株內(nèi)MDA的生成，提高各種保護(hù)酶的活性，從而減輕高溫對植株的傷害。

[1] 龐長民,劉安成,王慶,等.pH和光照對盆栽多葉羽扇豆生長發(fā)育的影響[J].西南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,30(6):78-81.

[2] 劉樂承,鄒社校.羽扇豆及其應(yīng)用價值和栽培[J].農(nóng)業(yè)科技通訊,2009(12):89-91.

[3] 張宗申,利容千,王建波.外源Ca預(yù)處理對高溫脅迫下辣椒葉片細(xì)胞膜透性和GSH、AsA含量及Ca2+分布的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報,2001,25(2):230-234

[4] 李燦雯,王康才,羅慶云,等.外源 Ca2+處理對高溫脅迫下半夏植株保護(hù)效應(yīng)及主要成分積累規(guī)律的影響[J].中國中藥雜志,2012,37(19):2875-2878

[5] 秦舒浩,李玲玲,陳娜娜.外源 Ca2+對高溫強(qiáng)光下西葫蘆幼苗形態(tài)特征、光合特性及熒光參數(shù)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2010,21(11):2830-2835.

[6] 高俊鳳.植物生理學(xué)實驗技術(shù)[M].西安:世界圖書出版社,1999:192-199.

[7] 馬永戰(zhàn),鄒琦,程炳嵩.高溫鍛煉與解除對冬小麥葉片細(xì)胞膜穩(wěn)定性的影響[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1998,19(2):55-58.

[8] 張軍民.在高溫逆境條件下黃瓜熱致死時間與耐熱相關(guān)性的研究[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué),2005(3):14-16.

[9] 李文兵,王燕凌,李 芳,等.水分脅迫下多枝檉柳體內(nèi)活性氧與保護(hù)酶的關(guān)系[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007,30(1):30-34.

[10] 孫憲芝,郭先鋒,鄭成淑,等.高溫脅迫下外源鈣對菊花葉片光合機(jī)構(gòu)與活性氧清除酶系統(tǒng)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2008,19(9):1983-1988.

[11] 李天來,李益清.鈣對弱光脅迫下番茄葉片保護(hù)酶活性及可溶性蛋白含量的影響[J].園藝學(xué)報,2008,35 (11):1601-1606.

[12] 姜義寶,李建華,方麗云,等.鈣處理對苜蓿幼苗抗旱性的影響[J].中國草地學(xué)報 ,2008(1):711-911.

Effects of Exogenous Ca2+on Physiological Indices ofLupinuspollhllaLindl.under High Temperature Stress

WANG Qing,LIU An-cheng,ZHANG Rui-bo,LI Yan,PANG Chang-min

(Xi'anBotanicalGardenofShaanxiProvince/InstituteofBotanyofShaanxiProvince,Xi'an,Shaanxi710061)

Taking theLupinuspolyphyllaLindl. as experimental materials,the effects of exogenous Ca2+on the physiological indices under the high-temperature stress treatment was studied. The result showed that the high-temperature stress could increase electrolyte leakage and membrane permeability of leaf cells and the chlorophyll content declined while MDA content,SOD activity and POD activity increased. The exogenous Ca2+can alleviate the electrolyte leakage and the damage to cell membrane caused by heat stress. Spraying exogenous Ca2+can reduce MDA content,improve the activity of SOD and POD enzyme but for improving the chlorophyll content.

LupinuspolyphyllaLindl.; high-temperature stress; exogenous Ca2+; physiological indices

2015-02-18

王 慶(1979-),女,工程師,研究方向:風(fēng)景園林。E-mail：CC9001@qq.com。

S682.1+9

A 文章編號:1001-2117(2015)03-0001-03