黃瓜植株衰老過程中根系內(nèi)生理生化指標(biāo)變化

商慶梅，秦智偉，周秀艷

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，哈爾濱 150030）

黃瓜（Cucumis sativus L.）是我國種植范圍最廣、面積最大的蔬菜之一，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)十分重要的經(jīng)濟(jì)地位。根系的萌發(fā)和衰老對(duì)地上部植物的生長發(fā)育起著決定性的作用。有關(guān)黃瓜的衰老，已有的研究大多集中在對(duì)黃瓜葉片及采后果實(shí)衰老的研究上[1-2]，由于根系埋藏在黑暗的土壤中，研究難度較大，所以目前對(duì)根系衰老的研究較少。另外，以往研究黃瓜衰老的試材多為處于黑暗、高溫、干旱等脅迫條件下的幼苗，而對(duì)正常田間管理?xiàng)l件下成株根系的衰老研究報(bào)道卻較少。

本試驗(yàn)對(duì)兩個(gè)生育期不同的黃瓜品種在正常田間管理?xiàng)l件下植株發(fā)育過程中根系內(nèi)的主要生理生化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，試圖探明黃瓜植株發(fā)育過程中根系衰老的變化規(guī)律，為進(jìn)一步開展黃瓜衰老問題的研究奠定了基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)以黃瓜品種D0313（早熟，生育期110 d左右）和649（晚熟，生育期130 d左右）為材料，種子由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院黃瓜課題組提供。

1.2 栽培基質(zhì)與方法

試驗(yàn)采用桶栽法。采用30 cm×25 cm的塑料桶（在塑料桶的底部和側(cè)面鉆直徑約0.5 cm的小孔若干個(gè)），每桶裝入混合基質(zhì)（體積比為田園土：蛭石：河砂=2：1：1，混合均勻）12.5 kg，每桶施入牛糞肥20 g，復(fù)合肥10 g，代森鋅0.5 g。在全生育期內(nèi)施硫酸鉀和尿素各1次，每桶施入5%的硫酸鉀和尿素各100 mL，葉面噴施微肥和Ca2+肥1次。

試驗(yàn)于2008年5月9日播種，5月14日分苗，6月12日黃瓜幼苗長至3葉1心期定植，采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，正常田間管理。

1.3 取樣時(shí)期與方法

植株生長至30 d和60 d時(shí)，分別進(jìn)行第1次和第2次取樣，以后每隔15 d取樣1次，直到120 d植株接近枯死時(shí)為止，共取樣6次。每次選取有代表性的植株3株，將植株的根系用水小心沖洗干凈并吸干表面水分后，取長度約為3 cm的側(cè)根若干段，之后將其剪碎，混合均勻，用于各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定，3次重復(fù)。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

根系活力測(cè)定采用TTC比色法[3]；可溶性蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[4]；丙二醛（Malondialdehyde，MDA） 含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸（Thiobarbituric acid，TBA）顯色法[5]；超氧化物歧化酶（Superoxide，SOD）活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑（Nitroblue tetrazolium，NBT）法[6]；過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚比色法[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃瓜植株衰老過程中根系活力的變化

結(jié)果見圖1。

根系活力的下降，會(huì)導(dǎo)致根系吸收營養(yǎng)和合成生理活力物質(zhì)的能力降低。由圖1可知，從整個(gè)生育期來看，黃瓜品種649的根系活力顯著高于D0313。D0313和649根系活力均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。當(dāng)植株生長至30 d時(shí)，D0313和649根系活力分別為 0.174 和 0.305 mg·g-1·h-1，此時(shí)，649根系活力比 D0313 高 0.131 mg·g-1·h-1。當(dāng)植株生長至120 d時(shí)，D0313和649根系活力分別為 0.052 和 0.164 mg·g-1·h-1，649 比 D0313 高 0.112 mg·g-1·h-1。D0313和649根系活力分別在植株生長至60和75 d時(shí)達(dá)到最大值，并且60和75 d也是D0313和649根系活力開始下降的時(shí)間。D0313根系活力不僅下降的時(shí)間比649早，而且下降的速度也明顯快于649。

圖1 黃瓜植株衰老過程中根系活力的變化Fig.1 Change of root vigor of cucumber during senescence

2.2 黃瓜植株衰老過程中根系內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量的變化

結(jié)果見圖2。

圖2 黃瓜植株衰老過程中根系內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量變化Fig.2 Change of soluble protein content of cucumber root during senescence

蛋白質(zhì)含量的降低是衰老過程的一個(gè)顯著標(biāo)志。由圖2可知，總體看來，D0313和649植株發(fā)育過程中根系內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量的變化均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。在植株發(fā)育的前期，根系內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量隨著植株的生長而升高，說明前期可溶性蛋白質(zhì)代謝以合成為主。而后期隨著植株的衰老，可溶性蛋白質(zhì)含量下降，說明此時(shí)可溶性蛋白質(zhì)以分解代謝為主。在植株的整個(gè)發(fā)育過程中，黃瓜品種649根系內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量始終高于D0313，并且隨著植株的衰老，兩個(gè)品種根系內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量差異越顯著。當(dāng)植株生長至30 d時(shí)，D0313和649根系內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量分別為8.091和8.685 mg·g-1，649僅比D0313高0.594 mg·g-1。而當(dāng)植株生長至120 d時(shí)，D0313和649根系內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量分別為3.612和8.195 mg·g-1，此時(shí) 649 比 D0313 高 4.583 mg·g-1。D0313比649根系內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量開始下降的時(shí)間早且速度快。D0313和649根系內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量開始下降的時(shí)間分別在植株生長至60和75 d，D0313比649早約15 d。

2.3 黃瓜植株衰老過程中根系內(nèi)MDA含量的變化

結(jié)果見圖3。

圖3 黃瓜植株衰老過程中根系內(nèi)MDA含量的變化Fig.3 Change of MDA content of cucumber root during senescence

植物器官衰老時(shí)，會(huì)發(fā)生膜脂過氧化作用，MDA是膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物之一。如圖3所示，從植株生長發(fā)育的整個(gè)過程來看，黃瓜品種D0313和649根系內(nèi)MDA含量變化呈現(xiàn)前期緩慢上升，后期快速上升的趨勢(shì)。D0313較649根系內(nèi)MDA含量開始升高的時(shí)間早且速度快。植株生長至60 d時(shí)，D0313與649根系內(nèi)MDA含量差異逐漸顯著。植株生長30 d時(shí)，D0313和649根系內(nèi)MDA 含量分別為 3.39 和 3.04 μmol·g-1，D0313 僅比 649 高 0.35 μmol·g-1。而當(dāng)植株生長至 120 d時(shí)，D0313和649根系內(nèi)MDA含量分別為45.30和24.25 μmol·g-1，D0313 比 649 高 21.05 μmol·g-1，此時(shí)，D0313根系內(nèi)MDA含量是649的1.87倍。

2.4 黃瓜植株衰老過程中根系內(nèi)POD活性的變化結(jié)果見圖4。

圖4 黃瓜植株衰老過程中根系內(nèi)POD活性的變化Fig.4 Change of POD activity of cucumber root during senescence

由圖4可知，植株生長30～60 d時(shí)，D0313根系POD活性快速升高，這可能是由于在該時(shí)期D0313根系內(nèi)膜脂過氧化作用已經(jīng)啟動(dòng)，POD活性快速升高以清除根系內(nèi)產(chǎn)生的MDA，這是根系的一種自我保護(hù)活動(dòng)。60～75 d時(shí)，D0313根系內(nèi)POD活性仍保持較高水平，說明此時(shí)POD仍能較好的清除MDA等膜脂過氧化產(chǎn)物。75 d后，POD活性開始快速下降，D0313根系內(nèi)的MDA含量快速上升，植株衰老進(jìn)程加快。植株生長的30～75 d期間，649根系內(nèi)POD活性變化呈上升趨勢(shì)，且上升速度為30～60 d期間較慢，60～75 d期間較快，說明649根系內(nèi)膜脂過氧化作用可能是在60～75 d期間啟動(dòng)，所以，649膜脂過氧化作用啟動(dòng)時(shí)間可能比D0313晚15 d。75～105 d時(shí)，649根系內(nèi)POD活性保持在較高水平。105～120 d，POD活性快速下降，說明此時(shí)649根系衰老速度加快。

2.5 黃瓜植株衰老過程中根系內(nèi)SOD活性的變化結(jié)果見圖5。

圖5 黃瓜植株衰老過程中根系內(nèi)SOD活性的變化Fig.5 Change of SOD activity of cucumber root during senescence

SOD是細(xì)胞內(nèi)自由基清除系統(tǒng)中一個(gè)關(guān)鍵酶，與植物衰老及抗逆性密切相關(guān)[5]。由圖5可知，從整個(gè)生育期來看，黃瓜品種D0313和649根系內(nèi)SOD活性變化趨勢(shì)大致相似，均為前期變化平穩(wěn)，后期劇烈下降。從總體上看，649根系內(nèi)SOD活性高于D0313。植株生長至30 d時(shí)，D0313和649根系內(nèi)SOD活性分別為109.76和 127.59 U·g-1，649比D0313高17.83 U·g-1。當(dāng)植株生長至120 d時(shí)，D0313和649根系內(nèi)SOD活性分別為41.70和72.69 U·g-1，649 比 D0313 高 30.99 U·g-1。D0313和649根系內(nèi)SOD活性開始快速下降的時(shí)間分別為植株生長至75和90 d，D0313比649早約15 d。D0313根系內(nèi)SOD活性下降速度顯著快于649。D0313和649根系內(nèi)SOD活性在開始下降前都有一個(gè)小幅上升過程，這可能是根系對(duì)衰老的一種適應(yīng)性反應(yīng)。

3 討論與結(jié)論

根系是連接土壤與植物地上部之間物質(zhì)交換的重要橋梁，一個(gè)強(qiáng)壯的根系是支撐和哺育蓬勃茂盛株冠的基礎(chǔ)[8]。根系衰老導(dǎo)致根系功能衰退是引起全株衰老的重要原因之一。試驗(yàn)通過對(duì)D0313和649兩個(gè)不同生育期黃瓜品種的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，在黃瓜的生長發(fā)育全過程中，根系內(nèi)各項(xiàng)生理生化指標(biāo)呈規(guī)律性變化。兩個(gè)黃瓜品種根系內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量、根系活力及POD活性均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，MDA含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；在植株生長后期，隨著植株的衰老，根系內(nèi)MDA含量快速增加，而根系活力、可溶性蛋白質(zhì)含量、POD和SOD活性則快速下降。黃瓜品種D0313在植株生長至60 d時(shí)，根系活力與根系可溶性蛋白質(zhì)含量均開始下降，而品種649在75 d時(shí)開始下降，D0313均比649早約15 d，并且下降速度也明顯比649快。但兩個(gè)黃瓜品種的根系活力變化均較可溶性蛋白質(zhì)含量變化顯著。D0313和649根系內(nèi)SOD開始快速下降的時(shí)間分別在植株生長至75和90 d，D0313比649早約15 d，并且下降速度也顯著快于649。因此，可以將根系活力和SOD活性作為鑒定黃瓜根系衰老的生理生化指標(biāo)，并將其應(yīng)用于抗衰老品種的篩選及鑒定。

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