钾处理对杜梨幼苗膜脂过氧化及其保护酶类的影响

李允 齐曼·尤努斯 努尔麦麦提·艾麦提，夏热帕提·艾则孜

摘 要：为研究钾离子对杜梨幼苗的影响，试验以Hoagland营养液中的钾离子浓度为基础，设置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个处理，60 d后分别测定其叶、茎和根的POD、SOD和CAT活性以及丙二醛含量。结果表明，随着钾浓度的提高，杜梨幼苗叶和茎中POD活性以及根中CAT活性均呈先降低后升高的趋势，叶中POD活性，叶、茎和根中SOD活性，叶和茎中CAT活性，以及丙二醛含量呈下降-上升-下降的趋势，不同器官中酶活性和丙二醛含量均以对照组相对较低，说明在高钾浓度和低钾浓度条件下，杜梨均会受到胁迫，因此，生产中钾肥的使用应适度。

关键词：杜梨；钾；丙二醛；SOD；CAT；POD

中图分类号：S661.2 文献标识码：A DOI 编码：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

库尔勒香梨属于白梨（Pyrus brestschneideri Rehd）[1]，原产于新疆库尔勒地区，是库尔勒地区及其周边梨树的主要栽培品种，以皮薄、味甜、汁多肉脆等一系列特点驰名中外，在我国梨的品种中具有很强的竞争力，为新疆库尔勒及其周边经济发展和人民增收作出了巨大的贡献[2]。但是由于香梨存在粗皮果问题，大大降低了香梨的品质和商品率，同时也影响了果农收益和库尔勒香梨的市场竞争力。

钾是植物生长发育所必需的营养元素，以一价阳离子的形态存在于植物各组织中，可通过提高硝酸还原酶活性来促进植物中蛋白质的合成[3]，同时还可影响植物抗逆性、糖代谢、矿质营养元素运输、叶片气孔运动等生理功能指标[4]。第二次全国土壤普查结果显示，我国土壤普遍缺钾，处于一般性缺钾（钾含量50～70 mg·kg-1）和严重性缺钾（钾含量 <50 mg·kg-1）的土壤约占23%[5]。课题组前期研究表明，粗皮果的形成与果实中钙含量的极度缺乏相关，粗皮果钙含量的缺乏并不是由土壤钙含量的丰缺造成的，但粗皮果园土壤中速效钾含量显著高于正常果园[6]。目前，鉀肥与产量及品质的关系的研究报道多集中在粮食、油料及经济作物上，如钾肥的施用在许多作物上都产生了显著的效果，如水稻、烟草等喜钾作物，不仅提高了作物产量，更改善了品质。关于钾在提高作物产量、改善产品品质方面的作用，近年来己有许多相关报道[7-8]，但有关钾肥施用对杜梨生长和各生理指标的影响尚未见报道。

由于成年香梨树体太大，较难进行精确试验，杜梨作为香梨的砧木，直接为香梨从土壤中吸收营养[9]，且材料易获得，因此我们把杜梨幼苗作为试验材料，研究钾处理对杜梨幼苗膜脂过氧化及其保护酶类的影响，旨在为提高肥料利用率并减少用量提供参考。

1 材料和方法

1.1 試验材料

试验于新疆农业大学林学与园艺学院试验田网室进行。于2015年12月播种，杜梨种子由库尔勒香梨研究中心提供，第二年6月杜梨幼苗长至7～10 cm时，移栽至高30 cm直径25 cm的塑料花盆，其栽培基质由珍珠岩和蛭石按1∶2比例配置而成。移栽初期用清水浇灌，再用遮阳网遮阳并用1/2倍Hoagland营养液浇灌14 d，所获幼苗作为后续试验材料。

1.2 试验设计

1.2.1 试验处理和样品采集 2011年7月初对杜梨幼苗进行钾处理，浓度梯度为0，50%，100%，150%，200%，250%，400%，600%×Hoagland标准钾离子浓度，其中钾离子过量营养液中加入的钾为KHCO3，其他元素均与Hoagland完全营养液相同，各处理简写为0 K，0.5 K，1.5 K，2.0 K，2.5 K，4.0 K，6.0 K，以Hoagland营养液即1.0 K为对照（CK）。每个处理设置6～10个重复，处理后杜梨置于阳光充足的户外网室培养60 d，期间每隔3～5 d用相应的营养液浇灌杜梨幼苗，至营养液从盆底渗出为止。营养液每次浇灌前用pH检测仪检测培养液pH值，用少量1%盐酸或1%NaOH调整pH值在5.8～6.0之间。

60 d培养期结束，采集杜梨鲜样，按照根、茎、叶分开，置于液氮中，用于测定丙二醛（Malondialdehyde，MDA）、超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）、过氧化物酶（Peroxidase，POD）等生理指标。

1.2.2 丙二醛的提取与测定方法 提取：称取0.1 g样品（根、茎、叶）放入冰浴的研钵中，加入少量石英砂和0.05 mol·L-1（pH值7.8）的磷酸缓冲液3 mL研磨至匀浆，倒入7 mL离心管，4 000 r·min-1下离心15 min，上清液为丙二醛提取液。

测定：取上清液2 mL，加0.67%TBA溶液2 mL，混合后在沸水中煮30 min，冷却后再次离心，分别测定上清液在450，532，600 nm处的吸光度。

1.2.3 粗酶液的提取 参照樊仙等[10]的方法并加以改进，称取植物材料0.5 g，加入2 mL的pH值 5.0的磷酸-柠檬酸缓冲液，在0～4 ℃冰浴中迅速研磨，倒入10 mL离心管，再用2 mL缓冲液冲洗研钵2次，倒入离心管，在4 ℃下8 000 r·min-1离心20 min，取上清液4 ℃下保存。

（1）过氧化物酶（POD）活性的测定。用愈创木酚法测定，取酶上清液 0.5 mL 至 15 mL 具塞试管中，加入 0.18%双氧水 0.5 mL摇匀后再加入磷酸缓冲液2.9 mL，摇匀，最后加入 0.1%愈创木酚0.5 mL，立即计时并震荡，反应2 min，以不加 H2O2的空白调零，在 470 nm 下测定吸光度，每分钟测一次，共测5次，带入公式计算 POD 活性。

（2）超氧化物歧化酶酶（SOD）活性的测定。取上述酶液0.1 mL于试管中；然后加入pH值7.8磷酸缓冲液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，加蒸馏水0.5 mL，20 μmol·L-1核黄素溶液0.3 mL，最后再加入750 μmol·L-1氮蓝四唑0.3 mL。振荡试管使其摇匀，于4 000 lx荧光灯下显色反应，照光结束后，将酶液倒入比色杯在分光光度计560 nm处测吸光度值。

（3）过氧化氢酶（CAT）活性的测定。取粗酶液0.2 mL，加入磷酸缓冲液2 mL，蒸馏水1 mL，最后加入0.18%双氧水，立即倒入石英比色皿中在240 nm处测每一分钟的吸光度，共测5次。以加双氧水的煮死酶液为空白对照，每分钟吸光值变化0.01定义为1个酶活力单位。

1.3 数据处理

利用 Microsoft Office Excel 2007软件对数据进行整理和作图，采用SPSS.19.0分析软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 杜梨叶、茎、根POD活性

POD为抗氧化物酶，是植物体内清除活性氧的重要酶类之一，可清除细胞内氧化物防止细胞受损。由图1可知，随着钾浓度的提高，杜梨叶和茎中POD的活性表现为先降低再升高的趋势，均于6K处理时最大，活性分别为792 μg·g-1和215 μg·g-1，且分别于CK和2K处理时达到最低，活性分别为162 μg·g-1和158 μg·g-1；而杜梨根中POD活性表现为降低-升高-降低的趋势，分别于4K和CK达到最高和最低值，活性分别为367 μg·g-1和59 μg·g-1。就杜梨不同器官而言，叶中的POD活性显著高于根与茎，应该是由于叶绿体是植物体内活性氧产生的重要部位，尤其在PSI系统中，因此，为了防止植物叶片受到伤害，植物叶片产生了大量的POD。

2.2 杜梨叶、茎、根SOD活性

由图2可知，随着钾浓度的提高，杜梨SOD活性在叶、茎、根中呈现出降低-升高-降低的趋势，三者均于CK达到最低，活性分别为534，503， 325 U·mg-1·h-1，分别于2.5 K、2 K和2.5 K处理达到最大值，活性分别为764，608，757 U·mg-1·h-1，说明钾过量或者缺钾都会诱导杜梨细胞内活性氧增加，诱导抗养化酶SOD活性上升。

2.3 杜梨叶、茎、根CAT活性

由图3可知，随着钾浓度的提高，杜梨CAT活性在叶和茎中表现为降低-升高-降低的趋势，分别于4K和2K处理达到最大值，活性分别为340，269 μg·g-1，且分别于0.5K和CK达到最小值，活性分别为137 μg·g-1和67 μg·g-1；而根中CAT活性表现为先降低后逐渐升高的趋势，分别于CK和6 K达到最小值和最大值，活性分别为43 μg·g-1和212 μg·g-1。

2.4 杜梨葉、茎、根丙二醛含量

植物器官受到胁迫往往会发生膜脂过氧化，而丙二醛是膜脂过氧化的产物，丙二醛含量高，说明植物细胞膜过氧化程度高，细胞膜受到伤害严重。由图4可知，随着钾浓度的提高，丙二醛含量在根、茎、叶中均表现为降低-升高-降低的趋势，三者均于CK达到最小值，含量为1.8，6.9，26 μmol·g-1，分别于4 K、2 K和2.5 K处理达到最大值，含量分别为18.6，16.4，86.6 μmol·g-1。就杜梨不同器官而言，叶中的丙二醛含量显著高于茎和根。由此可见，钾离子高低浓度处理，杜梨丙二醛含量均高于CK，说明钾离子缺乏和过量均会造成一定的胁迫。

3 结论和讨论

POD、SOD和CAT 是细胞抵御活性氧损伤的保护系统中重要的组成成分。丙二醛（MDA） 是膜脂过氧化的最终产物，用于衡量膜脂过氧化的一个公认指标，植物一旦受到逆境胁迫，会加剧膜脂过氧化作用，丙二醛含量增加[11]。随着钾浓度的增高，除杜梨叶和茎中POD以及根中CAT活性呈先降低后升高的趋势，叶中POD活性，根、茎、叶中SOD活性，茎和叶中CAT活性，以及丙二醛含量均表现出下降-上升-下降的趋势，不同器官中酶活性和丙二醛含量均以对照组相对较低，可能是低钾或高钾均会对杜梨造成一定的胁迫，而杜梨产生相应的保护机制来减轻植物受到的伤害。叶中的POD活性远远高于根和茎，这是由于叶绿体是植物体内活性氧产生的重要部位，尤其在PSI系统中，因此，为了防止植物叶片受到伤害植物叶片产生了大量的POD。

本试验结果证明，钾离子缺乏或过量均会使杜梨多项指标受到影响，虽然杜梨会通过自身的生理变化来进行调节，但仍然使杜梨受到伤害。因此，在农业生产上施用钾肥一定要把握适度的原则，过犹不及。

参考文献：

[1]李保国，梅龙珠，李叶春.库尔勒香梨高产优质栽培技术讲座第一讲：香梨的基本特性、建园、育苗和新品种的选[J].新疆农垦科技，2001（1）：39-41.

[2]王太祥，周应恒.新疆库尔勒香梨产业发展现状、问题与政策建议[J].农业考古，2010（6）：67-69.

[3]杨占伟.不同钾肥对烟株内钾素吸收及分布的影响[D].长沙：湖南农业大学，2009.

[4]彭海欢，翁晓燕，徐红霞，等.缺钾胁迫对水稻光合特性及光合防御机制的影响[J].中国水稻科学，2006，20（6）：621-625.

[5]李毅，刘爱玉.育苗方式对不同棉花品种苗期钾效率的影响[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2014，40（1）：8-12.

[6]翟晓东，齐曼·尤努斯，张 峰.库尔勒香梨粗皮果形成与叶片、土壤养分状况的相关性研究[J].新疆农业科学，2015（1）：14-19.

[7]张珠玉. 钾肥对黄瓜产量和品质的影响[J].山西农业大学学报，1986，6（2）：73-78.

[8]失应远.钾钙肥对番茄产量和品质的影响[J].土壤通报，1991，22（3）：131.

[9]阿不都外力·卡力阿不都，夏依买尔旦·艾白都力玉山，李烨，等.氮、磷、钾、钙营养胁迫对加工番茄幼苗光合色素及光合特性的影响[J].新疆农业科学，2013，50（l）：71-76.

[10]樊仙，刘少春，高欣欣，等.甘蔗成熟期叶鞘纤维素酶活性对自然脱落的影响[J].植物生理学报，2013（11）：1228-1232.

[11]陈新华，郭宝林，赵静，等.休眠期内甜樱桃不同品种枝条的抗寒性[J].河北农业大学学报，2009，32（6）：37-40.