外源腐胺和D-精氨酸对低温胁迫下红掌生理生化指标的影响

孙向丽， 王 银， 谈建中， 王 波

(1.苏州大学园艺系，江苏 苏州 215123； 2.苏州歌林小镇物业管理有限公司，江苏 苏州 215104)

红掌(AnthuriumandraeanumLindl)又称安祖花、花烛，为天南星科花烛属(Anthurium)多年生草本植物。红掌原产于中南美洲热带雨林地区，自然生长环境高温、多湿，人工栽培冬季气温不能低于12 ℃，因此在中国大多数地区只能采用设施栽培，每年冬季加温消耗大量能源。提高红掌植株的抗冷性是解决低温制约冬季栽培这一问题的有效途径。施用生长调节剂等外源物质是目前提高植物抗逆性的简便、有效和可行的方法之一。乔永旭[1]、田丹青等[2-3]、张彩凤等[4]研究了通过施用水杨酸、腐殖酸钾等外源物质提高红掌抗冷性的作用，并取得了一定成果。

多胺(Polyamine)是植物体内一类具有生物活性的低分子量脂肪族含氮碱的总称，具有刺激细胞分裂、促进生长、延缓衰老等方面的作用，主要包括腐胺(Put)、精胺(Spm)和亚精胺(Spd)等种类。D-精氨酸(D-Arg)是多胺合成过程中的重要酶——精氨酸脱羧酶的专一性竞争抑制剂，被普遍应用于多胺类物质调节植物响应逆境胁迫方面的研究。目前，关于多胺类物质参与农作物和经济作物逆境调节的研究报道较多[5-10]，但未见多胺类物质对于提高红掌抗冷性的研究成果。为了明确Put是否参与红掌的抗冷性调节，以及对低温胁迫下生理代谢的缓解作用及最佳适用浓度，本研究拟通过分析不同浓度的外源Put对低温胁迫下红掌生理生化指标的影响，为生产实践中利用外源Put缓解红掌冬季生产的低温伤害和降低能源消耗提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试红掌品种为阿拉巴马(Alabamb)，为红色盆栽品种，购自苏州盈年农业科技有限公司。Put和D-Arg为分析纯，购自北京百灵威科技有限公司。

1.2 试验方法

采用温室盆栽试验。试验开始时红掌为4个月苗龄，平均株高9 cm，平均冠幅11 cm；花盆高8 cm，直径9 cm，内含栽培基质200 ml，每盆1株。栽培基质配方为3份椰壳块∶2份盆栽泥炭∶1份珍珠岩，容质量为0.11 g/cm3，总孔隙度为86.53%，pH值为6.42，电导率(EC)为1.69 ms/cm，速效氮含量为342 mg/kg，速效磷含量为216 mg/kg，速效钾含量为307 mg/kg；营养供给为1/2 Hoagland营养液，每盆150 ml，每周2次。试验期间温室光照度为10 000 lx，光照时间为12 h/d；白天气温保持在 (25±1) ℃，夜晚气温 (22±1) ℃；相对湿度(RH) 70%～80%。共设7个处理，采用完全随机区组设计，每个处理45株，分3组布置(表1)。在预试验的基础上，确定低温胁迫温度为6 ℃，D-Arg的施用浓度为1.0 mmol/L。Put和D-Arg均为根外施用，用量为每盆150 ml，每周1次。

表1试验设计

Table1Testdesign

处理温度(℃)腐胺浓度(mmol/L)D-精氨酸浓度(mmol/L)1(常温对照)25002(低温胁迫对照)600360.50461.00561.50662.007601.0

1.3 测定指标及方法

1.4 数据分析

采用EXCEL 2003进行数据统计，采用SPSS 11.0进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 外源Put对低温胁迫下红掌根系抗氧化酶活性的影响

由图1可以看出，低温胁迫促使红掌根系POD、SOD和CAT活性提高。低温胁迫期间(0～3 d)添加Put的各处理和低温胁迫对照的POD活性呈持续上升趋势，并呈现出快-慢-快的变化规律，D-Arg处理的POD活性呈先缓慢升高后又缓慢降低的趋势。SOD活性和CAT活性先上升、后下降，最高值出现在低温胁迫后的第1 d；D-Arg处理的SOD活性和CAT活性也呈现先上升、后下降的趋势，最高值分别出现在低温胁迫后的第2 d和第1 d。低温处理结束时(第3 d)处理4的POD、SOD和CAT活性均最高，显著高于其他处理(P<0.05)，其次是处理5、处理6、处理3和对照；D-Arg处理的POD、SOD和CAT活性显著低于低温胁迫对照(P<0.05)。低温胁迫结束后各处理的抗氧化酶活性均逐步回落。

处理3～处理7见表1。图1 外源Put和D-Arg处理对低温胁迫下红掌根系POD、SOD和CAT活性的影响Fig.1 Effect of exogenous Put and D-Arg treatment on the activity of POD, SOD and CAT of anthurium root under chilling stress

2.2 外源Put对低温胁迫下红掌根系活力的影响

低温胁迫下红掌根系活力短暂增大后逐渐降低，并在低温胁迫结束后持续降低(图2)。低温胁迫结束时处理4的根系活力最大，与常温对照无显著差异(P>0.05)，其他处理的根系活力均低于常温对照。D-Arg处理的根系活力的变化规律与Put处理的相似，但在处理期间均低于添加Put的各处理。

处理3～处理7见表1。图2 外源Put和D-Arg处理对低温胁迫下红掌根系活力的影响Fig.2 Effect of exogenous Put and D-Arg treatment on the root activity of anthurium under chilling stress

2.3 外源Put对低温胁迫下红掌叶片叶绿素、MDA和Pro含量的影响

由图3可以看出，低温导致红掌叶片叶绿素含量降低。低温期间各处理的叶绿素含量均持续降低，低温胁迫结束后仍缓慢下降。外源Put能缓解叶绿素含量降低的速度，低温胁迫结束时添加Put的各处理叶绿素含量均显著高于低温胁迫对照(P<0.05)，且以处理4的缓解效果最为明显，D-Arg处理的叶绿素含量最低。

处理3～处理7见表1。图3 外源Put和D-Arg处理对低温胁迫下红掌叶绿素含量的影响Fig.3 Effect of exogenous Put and D-Arg treatment on the content of chlorophyll of anthurium leaves under chilling stress

在低温胁迫下，红掌叶片积累了大量MDA，且随低温处理时间的延长持续增加，仅处理4在低温结束后MDA含量出现小幅回落(图4)。低温胁迫结束时添加Put的各处理MDA含量均明显低于低温胁迫对照(P<0.05)，D-Arg处理在低温胁迫结束时MDA含量最高，明显高于低温胁迫对照(P<0.05)。

处理3～处理7见表1。图4 外源Put和D-Arg处理对低温胁迫下红掌叶片MDA含量的影响Fig.4 Effect of exogenous Put and D-Arg treatment on the content of MDA of anthurium leaves under chilling stress

在低温胁迫下，红掌叶片中Pro含量显著升高。添加Put的各处理和低温胁迫对照的Pro含量在低温处理期间持续上升，低温胁迫结束时处理4和处理5的Pro含量最高，其次为处理6和处理3，均显著高于低温胁迫对照(P<0.05)，D-Arg处理的则显著低于低温胁迫对照(P<0.05)。低温胁迫结束后处理4、处理5、处理6的Pro含量迅速回落，处理3和低温胁迫对照的缓慢降低，D-Arg处理的仍继续上升(图5)。

处理3～处理7见表1。图5 外源Put和D-Arg处理对低温胁迫下红掌叶片Pro含量的影响Fig.5 Effect of exogenous Put and D-Arg treatment on the content of Pro of anthurium leaves under chilling stress

2.4 外源Put对低温胁迫下红掌叶片氮代谢的影响

处理3～处理7见表1。图6 外源Put和D-Arg处理对低温胁迫下红掌叶片NR活性的影响Fig.6 Effect of exogenous Put and D-Arg treatment on the NR activity of anthurium leaves under chilling stress

处理3～处理7见表1。图7 外源Put和D-Arg处理对低温胁迫下红掌叶片含量的影响Fig.7 Effect of exogenous Put and D-Arg treatment on the content of N-N of anthurium leaves under chilling stress

处理3～处理7见表1。图8 外源Put和D-Arg处理对低温胁迫下红掌叶片含量的影响Fig.8 Effect of exogenous Put and D-Arg treatment on the content of N-N of anthurium leaves under chilling stress

2.5 低温胁迫对红掌外观表现的影响

各处理的红掌经6 ℃低温胁迫3 d、25 ℃常温恢复1 d后的外观表现如表2所示。可见，除常温对照外，处理4的植株受害程度最轻，外观表现优于低温胁迫对照和其他处理。D-Arg处理的受害程度最高，所有试验植株均表现出明显的冷害症状。受害程度由低到高的排序为处理4<处理5<处理6<处理3<处理2(低温胁迫对照)<处理7。

表2低温胁迫3d、恢复1d后各处理的红掌外观表现

Table2Appearanceofanthuriumplantsunderdifferenttreatmentsafterchillingstressforthreedaysandrecoveryforoneday

处理 植株外观表现描述1(常温对照) 植株挺立,100%的植株叶片挺拔,叶色正常2(低温胁迫对照)植株初始萎蔫,叶片变软,20%的植株叶色正常,80%的植株叶片出现焦枯,焦枯面积大3植株初始萎蔫,叶片变软,60%的植株叶色正常,40%的植株叶片出现焦枯,焦枯面积大4植株挺立,叶片稍变软,100%的植株叶色正常5植株挺立,叶片稍变软,80%的植株叶色正常,20%的植株叶片出现焦枯,焦枯面积小6植株挺立,叶片稍变软,80%的植株叶色正常,20%的植株叶片出现焦枯,焦枯面积中等7植株萎蔫,叶片变软,100%的植株叶片出现焦枯,焦枯面积大

3 讨 论

植物处于正常生长条件下时，体内活性氧产生与清除处于平衡状态，不会导致细胞伤害。一旦植物受到环境胁迫，这种平衡体系就会遭到破坏，自由基积累，质膜透性增加，细胞代谢紊乱，致使植物受到伤害[13]。此时，植物会迅速启动体内的保护系统，清除过剩的自由基，缓解环境胁迫对细胞造成的损伤。本试验结果表明，在低温胁迫下，红掌根系POD活性持续上升，SOD、CAT活性和根系活力呈现先上升后下降的变化趋势，低温处理结束后各指标逐渐降低或继续降低，说明在低温胁迫发生时，红掌通过及时提高抗氧化酶活性积极适应环境变化，但不同抗氧化酶的响应速度不尽相同，本试验中SOD和CAT反应迅速，在胁迫发生的第1 d活性就达到了峰值，而POD活性则是稳步上升，直到胁迫发生的第3 d才达到峰值。随着胁迫时间延长，抗氧化酶的活性均有所降低，对红掌的保护作用逐渐减弱。Put是一种有效的外源调节物质，0.5～2.0 mmol/L的外源Put使红掌的POD、SOD、CAT活性和根系活力均得到提高，而添加D-Arg时各指标均明显低于低温胁迫对照，说明Put参与了低温胁迫下红掌体内的抗氧化酶活性和根系活力的调节，有利于红掌在低温胁迫下产生更多的保护物质并保持较高的活性，缓解低温伤害。

低温可破坏叶绿体和类囊体膜结构，影响叶片色素合成相关酶活性[14-16]，降低叶绿素合成，本试验结果证明0.5～2.0 mmol/L的外源Put能一定程度上维持叶绿素的含量。低温胁迫会导致红掌叶片产生更多的氧自由基，加速膜脂过氧化产物MDA的积累，0.5～2.0 mmol/L的外源Put能不同程度地降低MDA含量，从而减轻红掌受低温伤害的程度。红掌叶片的Pro含量与抗冷性强弱呈正相关，添加Put的各处理在低温胁迫下产生了更多的渗透调节物质，减轻了低温对细胞结构的损伤。D-Arg处理则加剧了低温对红掌叶片的生理损伤。

本试验结果表明，0.5～2.0 mmol/L的外源Put能提高低温下红掌根系抗氧化酶的活性，增强根系活力，维持根系较高的氮代谢水平和叶绿素含量，促进Pro合成，抑制MDA含量升高，缓解低温对红掌生长的不利影响，且以1.0 mmol/L的外源Put效果最好，D-Arg处理加剧了低温对红掌的伤害，证明Put参与了红掌的抗冷调节。可见，施用适宜浓度的外源Put能有效缓解低温对红掌生长的抑制作用，从而达到以较低的成本获得较好的冬季栽培效果。但低温下红掌体内Put含量的变化规律、作用机理及外源Put的诱导机理尚需进一步研究。

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