蝴蝶蘭葉片對CO2加富的生理響應(yīng)

何荊洲 曾艷華 范繼征 李秀玲 卜朝陽 王豐順

摘 要： 分析蝴蝶蘭葉片對加富CO 2的生理響應(yīng)，摸索CO 2施肥在蝴蝶蘭溫室大棚中的應(yīng)用，為有效提高蝴蝶蘭溫室大棚栽培效率提供理論和技術(shù)支持。以蝴蝶蘭大辣椒的2.5寸杯苗為材料，開展CO 2加富試驗(yàn)，以CO 2施放時(shí)間（2個(gè)水平）及CO 2濃度（4個(gè)水平）為考察因素，按隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)共設(shè)8個(gè)處理，在加富CO 2處理后第1、3、8、18和30 d取樣，分析加富CO 2對蝴蝶蘭葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性的影響。結(jié)果表明：不論是在AM8：00～11：00還是在PM19：00～23：00加富CO 2濃度400、600和800 ?μmol·mol ?-1 ?，蝴蝶蘭葉片的MDA含量、可溶性蛋白含量、總酚含量、SOD活性、POD活性和CAT活性均在第18 d后呈現(xiàn)出下降趨勢；而加富CO 2濃度 1：000 ??μmol·mol ?-1 ?蝴蝶蘭葉片的可溶性蛋白含量、POD活性和CAT活性到第30 d仍呈現(xiàn)出上升趨勢。研究顯示蝴蝶蘭葉片在加富CO 2濃度為800 ?μmol·mol ?-1 ?以下時(shí)，18 d后就開始適應(yīng)加富CO 2的環(huán)境條件。

關(guān)鍵詞： 蝴蝶蘭；加富CO 2；抗氧化酶；滲透調(diào)節(jié)

中圖分類號： S 682.31 ???文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ???文章編號： 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

蝴蝶蘭屬植物是蘭科中最具園藝價(jià)值的類群，位居蘭科五大觀賞屬之首 ?[1] ，也是我國年宵花中銷售最多的花卉之一。但蝴蝶蘭的自然花期普遍是在每年的3月至5月，為了迎合年宵市場，蝴蝶蘭多采用溫室大棚栽培及平地空調(diào)催花。而密閉的溫室大棚，空氣流通差，CO 2匱乏，容易導(dǎo)致蝴蝶蘭生長受阻和花品質(zhì)下降。當(dāng)前CO 2已成為溫室設(shè)施農(nóng)業(yè)中制約植物生產(chǎn)且影響花品質(zhì)的重要環(huán)境因素之一??[2] 。因此，研究并分析加富CO 2對蝴蝶蘭葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性的影響，對有效提高蝴蝶蘭溫室栽培效率具有重要意義。大量研究表明加富CO 2對植物的光合特性 ?[3] 、細(xì)胞結(jié)構(gòu)??[4] 、生長發(fā)育 ?[5] 、果實(shí)品質(zhì) ?[6] 及病害 ?[7] 等方面均有重要作用。與此同時(shí)，植物對加富CO 2生理性響應(yīng)的研究近年來也逐漸增多，姜瑋莉 ?[8] 開展黃瓜幼苗加富CO 2試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)CO 2加富可以顯著提高黃瓜幼苗SOD、POD、CAT、APX等抗氧化酶活性以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量。洪婷婷 ?[9] 研究認(rèn)為增施CO 2對西瓜的可溶性總糖有顯著促進(jìn)作用，3年分別提高2.7%、14.0%和3.2%。束秀玉 ?[10] 發(fā)現(xiàn)西瓜幼苗加富CO 2后，可以提高其吸水保水能力、凈光合速率和抗氧化酶活性，并以此緩解鹽脅迫帶來的傷害，提高西瓜幼苗的耐鹽性。

目前，對蝴蝶蘭滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及抗氧化酶活性影響的研究主要集中在光照強(qiáng)度 ?[11] 、低溫脅迫 ?[12] 、輻照誘導(dǎo) ?[13] 等方面，而加富CO 2對蝴蝶蘭滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及抗氧化酶活性變化的報(bào)道較少。本試驗(yàn)以2.5寸杯大辣椒蝴蝶蘭品種為試驗(yàn)材料，考察加富CO 2濃度及施放時(shí)間對蝴蝶蘭葉片的MAD、可溶性蛋白和總酚含量以及SOD、POD和CAT活性的影響，旨在尋找溫室大棚中蝴蝶蘭適宜的CO 2加富處理方法，為蝴蝶蘭設(shè)施栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

蝴蝶蘭栽培品種大辣椒的2.5寸杯苗由廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)處理 ??CO 2加富試驗(yàn)以CO 2施放時(shí)間及CO 2濃度為考察因素，其中CO 2施放時(shí)間設(shè)2個(gè)水平，CO 2濃度設(shè)4個(gè)水平，按隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)共設(shè)8個(gè)處理（表1），每處理重復(fù)3次，每處理杯苗數(shù)為10株。試驗(yàn)杯苗放在相同設(shè)施條件下的塑料薄膜溫室中。CO 2鋼瓶供氣，通過減壓流量計(jì)來釋放CO 2氣體，每小時(shí)施放10 min。分別在加富CO 2處理后第1、3、8、18和30 d的早上9：00左右采集蝴蝶蘭完全展開的功能葉（避開葉脈），每處理隨機(jī)選取3株采集葉片，剪碎混勻，液氮速凍，-80℃保存，用于生理生化指標(biāo)的檢測。

1.2.2 指標(biāo)測定方法 ??MDA含量、可溶性蛋白含量、總酚含量、SOD活性、POD活性和CAT活性均采用試劑盒（蘇州格銳思生物科技有限公司，中國）測定，葉綠素含量測定采用乙醇浸提法 ?[14] 。

1.3 數(shù)據(jù)處理

MDA含量、可溶性蛋白含量、總酚含量、SOD活性、POD活性和CAT活性均按照試劑說明書進(jìn)行計(jì)算，葉綠素各參數(shù)指標(biāo)參照賀安娜等 ?[14] 方法計(jì)算。使用Excel 2003對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表的繪制。 ???2 結(jié)果與分析

2.1 CO 2加富對蝴蝶蘭葉片MDA含量的影響

MDA是由于植物衰老或在逆境條件下受到傷害，其組織或器官膜脂過氧化反應(yīng)而產(chǎn)生的物質(zhì)，常被用來當(dāng)作衡量逆境對生物膜損傷程度的指標(biāo)之一 ?[15] 。由圖1可知，不論是在AM8：00～11：00還是在PM19：00～23：00 4個(gè)加富CO 2濃度蝴蝶蘭葉片的MDA含量均呈現(xiàn)出先下降再上升最后下降的趨勢，在加富CO 2前3 d PM19：00～23：00MDA含量下降速率比AM8：00～11：00的緩和，在18 d后則是PM19：00～23：00MDA含量下降較為急促。加富CO 2濃度400 μmol·mol ?-1 在AM8：00～11：00和PM19：00～23：00蝴蝶蘭葉片的MDA含量的最低點(diǎn)均出現(xiàn)在第8 d，最高點(diǎn)則出現(xiàn)在第18 d；加富CO 2濃度600?μmol·mol ?-1 ?在AM8：00～11：00和PM19：00～23：00 MDA含量的最低點(diǎn)分別出現(xiàn)在第3 d和8 d，最高點(diǎn)出現(xiàn)在第18 d；加富CO 2濃度800、 1：000 ??μmol·mol ?-1 ?蝴蝶蘭葉片的MDA含量變化趨勢比較相一致，不同的CO 2施放時(shí)間最低點(diǎn)均出現(xiàn)在第3 d，但AM8：00～ 11：00 最高點(diǎn)出現(xiàn)在第8 d，而PM19：00～23：00最高點(diǎn)則是出現(xiàn)在第18 d。綜合來看，加富CO 2濃度800、 1：000 ??μmol·mol ?-1 ?在不同CO 2施放時(shí)間的MDA含量變化趨勢快于加富CO 2濃度400、600 ?μmol·mol ?-1 ?。

2.2 CO 2加富對蝴蝶蘭葉片可溶性蛋白的影響

由圖2可知，在AM8：00～11：00施放CO 2時(shí)，4個(gè)加富CO 2濃度蝴蝶蘭葉片的可溶性蛋白含量均呈現(xiàn)出先下降后上升最后下降的趨勢，最高點(diǎn)均出現(xiàn)在第18 d；最低點(diǎn)除了加富CO 2濃度 1：000 ??μmol·mol ?-1 ?的出現(xiàn)在第3 d外，其余3個(gè)加富濃度的最低點(diǎn)均出現(xiàn)在第8 d；4個(gè)加富CO 2濃度的最低點(diǎn)可溶性蛋白含量集中在 0.003：3～ ?0.008：2 ??mg·g ?-1 ?，最高點(diǎn)集中在 0.020～ 0.026 ?mg·g ?-1 ?。在PM19：00～23：00加富CO 2濃度400、600和800 ?μmol·mol ?-1 ?蝴蝶蘭葉片的可溶性蛋白含量均呈現(xiàn)出先下降后上升最后下降的趨勢，最低點(diǎn)和最高點(diǎn)均分別出現(xiàn)在第3 d和第18 d；加富CO 2濃度 1：000 ??μmol·mol ?-1 ?蝴蝶蘭葉片的可溶性蛋白含量呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，最低點(diǎn)出現(xiàn)在第3 d。

2.3 CO 2加富對蝴蝶蘭葉片總酚的影響

由圖3可知，在AM8：00～11：00和PM 19：00～ 23：00加富CO 2濃度蝴蝶蘭葉片的總酚含量均表現(xiàn)出了先下降再上升最后緩慢下降的趨勢，其中加富CO 2濃度600、800和 1：000 ??μmol·mol ?-1 ?蝴蝶蘭葉片的總酚含量變化趨勢基本一致。在AM 8：00～ ?11：00 加富CO 2都是在第3 d由下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙?，? d由上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆?，?0 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由下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙?，?8 d由上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆担?0 d下降至 0.015～ 0.022 ?mg·g ?-1 ?。加富CO 2濃度400 ?μmol·mol ?-1 ?在AM8：00～11：00濃度蝴蝶蘭葉片的總酚含量變化趨勢與其他3個(gè)濃度的變化趨勢一致，在第3 d由下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙诘? d由上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆?；但?PM19：00～ 23：00濃度蝴蝶蘭葉片的總酚含量趨勢變化轉(zhuǎn)折的時(shí)間較其余3個(gè)濃度快，是在第3 d由下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙?，? d由上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆怠?/p>

2.4 CO 2加富對蝴蝶蘭葉片SOD活性的影響

由圖4可知，在AM8：00～11：00 4個(gè)加富CO 2濃度蝴蝶蘭葉片的SOD活性呈現(xiàn)出緩慢下降趨勢，在第30 d SOD活性下降至65～89 ?U·g ?-1 ?。在PM19：00～23：00 4個(gè)加富CO 2濃度蝴蝶蘭葉片的SOD活性都呈現(xiàn)出先下降再升高然后下降的趨勢，均是在第3 d由下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙厔?，? d由上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆第厔荨?加富CO 2濃度 1：000 ??μmol·mol ?-1 ?蝴蝶蘭葉片在第1 d的SOD活性顯著大于其他3個(gè)加富濃度，4個(gè)加富濃度第3 d的SOD活性在 53～ 78 ?U·g ?-1 ?，在第30 d則在 71～ 122 ?U·g ?-1 ?。

2.5 CO 2加富對蝴蝶蘭葉片POD活性的影響

由圖5可知，在AM8：00～11：00 4個(gè)加富CO 2濃度蝴蝶蘭葉片的POD活性均呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢，均是在第3 d出現(xiàn)由下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙内厔荩畹忘c(diǎn)也出現(xiàn)在第3 d，POD活性范圍在3.05～8.75?△OD·min ?-1 ·g ?-1 ?，第30 d時(shí)4個(gè)加富濃度的POD活性均處于78.05 △OD470·min ?-1 ·g ?-1 ?以下。在PM19：00～ 23：00 ?4個(gè)加富CO 2濃度蝴蝶蘭葉片的POD活性均呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢，均是在第18 d出現(xiàn)由上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆第厔?，POD活性的最高點(diǎn)也出現(xiàn)在第18 d，4個(gè)加富CO 2濃度的POD活性范圍為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濃度 1：000 ??μmol·mol ?-1 ?下降得最為陡峭。

2.6 CO 2加富對蝴蝶蘭葉片CAT活性的影響

由圖6可知，無論是在AM8：00～11：00還是在PM19：00～23：00加富CO 2濃度400、600和800 ?μmol·mol ?-1 ?蝴蝶蘭葉片的CAT活性均呈現(xiàn)出先下降再升高然后下降的趨勢；在AM 8：00～ 11：00這3個(gè)加富CO 2濃度是在第8 d出現(xiàn)由下降轉(zhuǎn)為上升的趨勢，在第18 d由上升轉(zhuǎn)為下降的趨勢；在PM19：00～23：00這3個(gè)加富CO 2濃度則是在第3 d出現(xiàn)了由下降轉(zhuǎn)為上升的趨勢，第18 d由上升轉(zhuǎn)為下降的趨勢。而加富CO 2濃度 1：000 ??μmol·mol ?-1 ?，無論是在AM8：00～11：00還是在PM19：00～23：00，其變化趨勢都為先下降再升高。在AM8：00～11：00 4個(gè)加富CO 2濃度蝴蝶蘭葉片的CAT活性最低點(diǎn)均出現(xiàn)在第8 d，范圍為240～694 ?μmol·min ?-1 ·g ?-1 ?；在PM 19：00～ 23：00 4個(gè)加富CO 2濃度的最低點(diǎn)均出現(xiàn)在第3 d，范圍為549～708 ?μmol·min ?-1 ·g ?-1 ?。

3 討論與結(jié)論

植物受到脅迫時(shí)，體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧自由基，當(dāng)自由基積累超過域值時(shí)，就會(huì)引起膜脂過氧化。而MDA作為膜脂過氧化的終產(chǎn)物，它的含量是膜脂過氧化程度的一個(gè)重要標(biāo)志 ?[16] 。MDA大量積累會(huì)導(dǎo)致膜的孔隙變大，膜透性上升，致使電解質(zhì)外滲，對細(xì)胞膜系統(tǒng)造成嚴(yán)重的損傷。本試驗(yàn)中不論是在AM8：00～11：00還是在PM 19：00～ 23：00加富CO 2，蝴蝶蘭葉片的MDA含量均在施放后第18 d出現(xiàn)了由上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆第厔莸淖兓f明加富CO 2后蝴蝶蘭葉片自第18 d其自由基的清除速率開始大于自由基的產(chǎn)生速率，膜脂過氧化程度得到緩解。可溶性蛋白和總酚是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)與營養(yǎng)物質(zhì) ?[17] ，他們的增加和積累能提高細(xì)胞的保水能力，對生物膜起到保護(hù)作用，因此被常于篩選抗性。本試驗(yàn)中不論是在 AM8：00～ 11：00還是在PM19：00～23：00加富 CO 2 濃度400、600和800 ?μmol·mol ?-1 ?蝴蝶蘭葉片的可溶性蛋白含量和總酚含量也是在第18 d出現(xiàn)了由上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆第厔莸淖兓?。因此從MDA含量、可溶性蛋白含量和總酚含量在加富CO 2后的變化趨勢中可以看出：蝴蝶蘭在加富CO 2濃度為800?μmol·mol ?-1 ?以下時(shí)，18 d后就開始適應(yīng)加富CO 2的環(huán)境條件。在PM19：00～23：00加富CO 2濃度為 1：000 ??μmol·mol ?-1 ?蝴蝶蘭葉片的可溶性蛋白含量變化趨勢從第3 d的下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙厔莺笠恢背尸F(xiàn)上升趨勢，至到第30 d其可溶性蛋白含量顯著高于其余3個(gè)加富CO 2濃度處理。

植物的抗氧化酶主要包括過SOD、POD和CAT等，它們可用來分解植物體內(nèi)產(chǎn)生的自由基 ?[18] ，以保證植物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除處于平衡狀態(tài)。因此，植物體內(nèi)的抗氧化酶含量或活性是動(dòng)態(tài)變化的，有時(shí)會(huì)表現(xiàn)出一定量的上升，這有利于植物自身清除輕微環(huán)境脅迫條件下產(chǎn)生出的活性氧自由基，以此來保持植物體內(nèi)自由基產(chǎn)生和清除的動(dòng)態(tài)平衡，避免膜脂過氧化的情況出現(xiàn)。在本試驗(yàn)中蝴蝶蘭葉片SOD活性在AM8：00～11：00加富CO 2后一直呈現(xiàn)出下降的趨勢，在PM19：00～23：00加富CO 2則是在第8 d由上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆第厔?；POD活性則是在PM19：00～23：00加富CO 2后的第18 d由上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆第厔荩贏M8：00～11：00加富CO 2第3 d由下降趨勢轉(zhuǎn)為上升趨勢后一直沒有下降，但直到第30 d其POD活性的含量也沒有超過在PM19：00～23：00加富的最高值；加富CO 2濃度400、600和800 ?μmol·mol ?-1 ?蝴蝶蘭葉片的CAT活性則是在 AM8：00～ 11：00和PM19：00～23：00分別由第8 d和第18 d從上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆第厔?。綜上所述，加富CO 2濃度400、600和800 ?μmol·mol ?-1 ?蝴蝶蘭葉片的SOD、POD和CAT的活性變化趨勢在第18 d從上升趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆第厔荩w內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除開始回歸正常生理水平的平衡狀態(tài)，說明蝴蝶蘭葉片在加富CO 2濃度為800 ?μmol·mol ?-1 ?以下時(shí)，18 d后就開始適應(yīng)加富CO 2的環(huán)境條件。加富CO 2濃度 1：000 ??μmol·mol ?-1 ?在AM8：00～ 11：00 蝴蝶蘭葉片的POD活性變化趨勢從第3 d的下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙厔莺笠恢背尸F(xiàn)出上升，到第30 d時(shí)其POD活性顯著高于其余3個(gè)加富CO 2濃度；且加富CO 2濃度 1：000 ??μmol·mol ?-1 ?無論是在AM8：00～11：00還是在PM19：00～23：00蝴蝶蘭葉片的CAT活性的變化趨勢都是先下降再升高，到第30 d時(shí)其CAT活性的含量同樣顯著高于其余3個(gè)加富CO 2濃度的含量，這說明30 d后，蝴蝶蘭還是沒有適應(yīng)加富CO 2濃度為 1：000 ??μmol·mol ?-1 ??的環(huán)境條件。

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（責(zé)任編輯：柯文輝）