钙对黄瓜幼苗生长的影响

黄瓜苗期对缺钙胁迫的反应河北工程大学农学院王丽萍摘要：研究了营养液缺钙处理对黄瓜幼苗的影响。结果表明，在缺钙胁迫下，显著抑制了黄瓜幼苗的生长；降低了幼苗根系活力；提高了POD的活性；降低了O2ˉ的含量。说明钙在植物的生长发育和抗氧化过程中起着重要作用。关键词：缺钙；黄瓜幼苗；生长中图分类号：文献标识码：钙作为植物细胞唯一被证实的偶联胞外信号与胞内生理反应的胞内第二信使，能维持细胞壁、细胞膜及膜蛋白的稳定性，在植物的生长发育以及对环境的反应和适应中起着重要作用。钙素营养失调严重影响蔬菜的正常生长发育，引起缺钙生理病害。蔬菜上关于钙的研究多集中在提高蔬菜的抗病性[1]和抗冷性[2]方面，为此本试验以蔬菜生产上广泛种植的黄瓜为试材，研究了水培条件下黄瓜幼苗在缺钙胁迫后对其生长及膜质氧化系统的影响。旨在探讨钙在黄瓜幼苗生长中的作用。1材料与方法1.1材料培养及处理以黄瓜（Cucumisativus）品种津优4号为材料，将种子用1‰的KMnO4消毒10min,浸种催芽后，播于装有蛭石的72孔穴盘中于光照培养架上进行常规育苗，昼夜25℃/15~18℃，子叶展平后用1/2营养液（按日本山崎黄瓜营养液配方配置）浇灌。待第一片真叶完全展开，取长势一致的壮苗移入装有1L的1/2营养液的黑色塑料盆中，每盆4株，PH调至6.2±0.1，水培期间用电动气泵连续通气。3d后更换完全营养液。培养至第二片真叶显现时，分为两批进行供钙和缺钙处理。用NaNO3595mg·L-1Ca(NO3)2·4H2O为缺钙处理（-Ca），正常培养为对照（+Ca）。缺钙期间每两天更换一次营养液。定期进行各项指标的测定。1.2形态学指标测定分别于缺钙处理0d，2d，4d，6d，8d测定叶面积、叶数和根长。1.3根系活力测定分别于缺钙处理od，3d，6d测定根系活力，采用TTC法测定[3]。1.4膜氧化指标测定用愈创木酚法[4]测定过氧化物酶（POD）活性，以每分钟增加0.001OD值的酶量为一个酶活性单位；参照王爱国和罗广华[5]的方法测定超氧阴离子（O2-）含量。2结果与分析2.1缺钙胁迫对黄瓜幼苗叶面积和叶数的影响黄瓜缺钙处理4d后出现缺钙症状。缺钙时有黄色斑点，严重时失绿，叶缘上卷，如勺状，叶尖和叶缘坏死，但叶脉不失绿。根短小，根尖坏死，生长受阻。下部1~2片老叶缺钙表现不明显。由图1A可以看出，缺钙胁迫后幼苗叶面积均低于对照。随着胁迫时间的延长，缺钙处理的叶面积呈先上升后下降的变化趋势，并在缺钙处理第4d降到最低，比供钙处理降低26.18%。这是由于缺钙使幼苗新叶枯死所致。缺钙处理对黄瓜幼苗叶数的影响与叶面积相同（图1B），在缺钙处理第4d叶片数最少，比供钙处理减少10.81%，表明缺钙胁迫对黄瓜幼苗叶片产生了抑制作用。作者简介：王丽萍（1969—），女，河北邯郸人，讲师，河北农大在读硕士，主要从事设施园艺与无土栽培工作。2.2缺钙胁迫对黄瓜幼苗根系的影响如图2A所示，正常供钙的幼苗根长增长迅速，而缺钙胁迫后增长缓慢，并随着缺钙胁迫时间的延长，供钙处理的根长（图2A）始终高于对照。缺钙对根系活力的影响与根长相似，在缺钙胁迫的第3d根系活力明显低于对照，之后根系活力继续降低。说明幼苗根系对缺钙很敏感，在缺钙胁迫期间根系几乎没有增长。处理天数(d)图1缺钙胁迫对黄瓜幼苗叶面积（A）和平均叶数（B）的影响处理天数(d)图2缺钙胁迫对黄瓜幼苗根长（A）和根系活力（B）的影响2.3缺钙胁迫对黄瓜幼苗POD活性的影响较高的POD活性是植物抵御逆境胁迫的基础。缺钙处理4d内，POD活性有较小波动，第6d时POD活性上升并达到最大值，为供钙处理的48.45%。其后POD活性下降（图3）。05010015020025030035040045002468A叶面积(cm2)对照+Ga缺钙-Ga00.511.522.533.544.5502468B平均叶数(片）对照+Ga缺钙-Ga05101520253035404502468A根长（cm）对照+Ca缺钙处理-Ca0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.7000.8000.900036B根系活力(mg·g-1·h-1)对照+Ca缺钙处理-Ca0246810121402468POD活性(OD值/g.FW)对照+Ca缺钙处理-Ca处理天数（d）图5缺钙胁迫对黄瓜幼苗POD活性的影响2.4缺钙胁迫对黄瓜幼苗O2-含量的影响随着缺钙胁迫天数的增加，O2-含量迅速上升，第4d达到峰值，比供钙处理增加41.31%。其后O2-含量下降（图4）。之后有所回落，但始终高于对照。说明缺钙后已经影响到细胞膜的结构，导致膜结构破坏。0102030405002468超氧阴离子（umol/g.FW）对照+Ca缺钙处理-Ca处理天数(d)图4缺钙胁迫对黄瓜幼苗O2ˉ含量的影响3讨论钙参与植物的生长发育过程，是细胞分裂所必需的，对细胞壁的胞间层和有丝分裂纺锤体的形成都有重要作用。因此缺钙严重时叶片失绿、坏死，植株生长受到抑制，钙在生物体内不能向幼嫩部位移动，是一种不能再利用的元素，所以缺钙后症状表现在新叶，茎尖，根尖等幼嫩组织[8]。本试验结果表明，缺钙后新叶和根尖受到不同程度的伤害，生长点萎缩，生长停滞，这与陈贵林等[2]研究茄子幼苗缺钙后表现症状相同。说明钙对植物的生长和形态建成发挥着重要作用。从缺钙胁迫后黄瓜幼苗叶面积、平均叶数和根长的降低说明了这一点。邢树平等[6]报道钙在小麦种根生长、根毛发生和生长中是必需的。本试验表明，缺钙显著降低了黄瓜幼苗根长和根系活力。可能由于缺钙破坏了细胞壁的粘接联系，抑制细胞壁的形成，而且使已有的细胞壁解体所致[7]。由图1和图2可以看出，钙对根系的抑制超过了对地上部的抑制，说明缺钙后首先是根受到伤害，根系对缺钙反应比较敏感。很多研究证明，植物在逆境胁迫下SOD、POD等抗氧化酶类活性随着活性氧的升高而上升[8]。周长芳等[9]认为SOD和POD这两种酶能在一定程度上缓解自由基积累和膜脂过氧化，并在Cu2+胁迫过程中起主要抗氧化作用。本研究发现，在缺钙胁迫期间，黄瓜幼苗叶片的POD活性在增强，这是植物体对外界胁迫条件的一种适应，它能减免胁迫条件下自由基对细胞的伤害。这表明黄瓜缺钙与POD活性有密切内在联系。自由基—超氧阴离子（O2-）含量随缺钙胁迫时间的延长在增加，说明缺钙胁迫能引起植物自由基反应、脂质过氧化。。由此可以认为：在钙胁迫过程中，黄瓜幼苗O2-的积累直接或间接导致了其抗氧化系统的应急性变化。说明抗氧化系统（POD）在抵御缺钙胁迫、防止细胞膜脂过氧化损伤过程中发挥了作用。参考文献：[1]沈其容，朱毅勇，谢学东，等.Ca2+在磷酸盐营养诱导黄瓜幼叶系统抗病中的作用[J].物营养与肥料学报，2000，6（3）：280~286.[2]陈贵林，高洪波，乜兰春等.钙对茄子嫁接苗生长和抗冷性的影响。植物营养与肥料学报，2002，8（4）478~482.[3]西北农业大学.植物生理学实验指导.西安：陕西科学技术出版社，1986，35~36.[4]陈贻竹，B.帕特森.低温对植物超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢水平的影响[J].植物生理学报，1988，14（4）：323~328.[5]王爱国，罗广华.植物超氧物自由基与羟胺反应的定量关系.植物生理学通讯，1990，（6）：55~57.[6]邢树平，李兴国，张宪省等.Ca2+对小麦种根及根毛生长发育的影响.植物学通报，1998，（2）：41~45.[7]陆景陵.植物营养学（上册）.北京：中国农业大学出版社，2001，45~48.[8]YanB,DaiQ-J,LiX-Z,HuangS-B,WangX.Floodinginducedmembranedamage,lipidoxidationandactivatedoxygengenerationincornleaves.PlantSiol,1996,179:261~268.[9]周长芳，吴国荣，施国新等.水花生抗氧化系统在抵御Cu2+胁迫中的作用.植物学报，2001，43：389~394.