鐵脅迫對甜瓜幼苗光合作用及生理特性的影響

王運強，戴照義，郭鳳領，李金泉

（湖北省農業科學院經濟作物研究所，武漢，430064）

鐵是植物生長所必需的微量元素之一，參與光合作用及其他生理代謝活動。石灰性和堿性土壤易造成植物缺鐵[1]，而全世界約有40%的石灰性和堿性土壤，不同植物種類或同一植物的不同品種之間耐低鐵能力存在顯著的基因型差異[2]，篩選和培育抗缺鐵基因型作物是解決作物缺鐵黃化問題的一條經濟有效的途徑，而選擇合適的生理生化指標是篩選和育種改良的重要前提。通過研究鐵脅迫對甜瓜光合作用及生理特性的影響，以期為選育抗缺鐵品種的改良利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗處理

試驗于2010年3月在湖北省農業科學院經濟作物研究所蔬菜基地內進行。甜瓜（Cucumis melo）選用厚薄皮雜交品種富康M688，由湖北省農業科學院經濟作物研究所選育。種子催芽后播于沙盤中，子葉完全展開時，移入塑料盆中水培。1葉1心時進行不同鐵濃 度 處 理 ，處 理 的 鐵 濃 度 分 別 為 0，50，100，200，400 μmol/L，設 3 次重復。

1.2 測定方法

①過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、超氧物歧化酶（SOD）三者活性測定參考李合生[3]的方法。

②葉綠素熒光在甜瓜幼苗鐵處理7 d后，用FMS-2型（LI-COR生產）葉綠素熒光測定儀測定，暗適應20 min。

③葉綠素含量的測定用SPAD-502型手持葉綠素儀測定，以SPAD值表示。

2 結果與分析

2.1 不同鐵濃度對甜瓜幼苗POD的影響

從圖1可以看出，在不同鐵濃度脅迫下，甜瓜幼苗POD活性不同。從第1天到第10天，隨著鐵濃度的增加，POD活性均明顯升高；在第10天時，5種鐵濃度處理POD活性達到最高。

2.2 不同鐵濃度對甜瓜幼苗CAT的影響

由圖2可以看出，隨著鐵濃度的增加，CAT活性逐漸升高。在第7天時，不同鐵處理下CAT活性達到最高。在處理第10天時，5種鐵濃度處理CAT活性與第7天相比略有下降，但仍隨著鐵濃度的增加而升高。

2.3 不同鐵濃度對甜瓜幼苗SOD的影響

由圖3可以看出，在第10天時，400 μmol/L鐵處理時SOD活性最高；50 μmol/L鐵處理時，SOD活性最低；50 μmol/L 和 100 μmol/L 鐵處理之間變化不大，差異不顯著。從第1天到第7天，隨著處理天數的增加，SOD活性逐漸增大。

2.4 不同鐵濃度對甜瓜幼苗葉綠素熒光動力學參數的影響

葉綠素熒光動力學參數可以反映植物葉片對光能的吸收和利用情況。由表1可知，低鐵（0 μmol/L）和高鐵（400 μmol/L）都會使 PSII最大光化學效率（Fv/Fm）、潛在光化學效率（Fv/Fo）、光合電子傳遞速率（ETR）、PSⅡ實際光化學效率（ΦPSⅡ）、光化學淬滅系數（qP）降低，而初始熒光（Fo）上升，并且差異顯著（P＜0.05）。當鐵濃度為 100 μmol/L 時，Fv/Fm、ETR、ΦPSⅡ、qP 達最大值。而Fv/Fo在鐵濃度為50 μmol/L時值最大。

圖1 不同鐵濃度對甜瓜幼苗POD的影響

圖2 不同鐵濃度對甜瓜幼苗CAT的影響

圖3 不同鐵濃度對甜瓜幼苗SOD的影響

圖4 不同鐵濃度下甜瓜幼苗葉綠素含量的變化

表1 不同鐵濃度對甜瓜幼苗葉綠素熒光動力學參數的影響

2.5 不同鐵濃度下甜瓜幼苗葉綠素含量的變化

由圖4可知，隨著鐵濃度的增加，葉綠素含量呈現先升高后降低的趨勢。0 μmol/L鐵處理葉綠素的含量最低，100 μmol/L鐵處理葉綠素的含量最高。說明低鐵和高鐵處理都抑制了葉綠素的合成。

3 小結與討論

植物在遭受逆境脅迫時，體內會產生防御機制以適應外界環境的脅迫。SOD、POD、CAT是細胞抵御活性氧傷害的酶保護系統，在清除超氧自由基、過氧化氫和過氧化物及阻止或減少羥基自由基形成方面起重要作用[4]。試驗結果表明，隨著鐵濃度的增加，抗氧化物酶POD、CAT、SOD的活性均顯著升高，這一結果說明抗氧化酶系統與植物所處的鐵環境有關。現在關于環境脅迫對抗氧化物的影響僅僅從生理水平上進行檢測，對其具體機制的了解還不夠清楚，只有從分子層次來分析抗氧化物酶和環境脅迫的具體關系，才能更準確更深刻的揭示其原理，從而為選育抗鐵脅迫甜瓜品種提供更可靠的理論依據。葉綠素熒光技術作為一種快速、靈敏、無損傷技術廣泛用于研究和探測各種逆境對植物光合生理的影響。本試驗結果表明，低鐵和高鐵脅迫都會使PSII最大光化學效率（Fv/Fm）、潛在光化學效率（Fv/Fo）、光合電子傳遞速率（ETR）、光化學淬滅系數（qP）逐步降低，而導致初始熒光（Fo）上升。PSII最大光化學效率的降低說明此時葉片受到嚴重的光抑制。

葉綠素含量是被廣泛用于評價植物鐵脅迫狀況的指標，可通過葉綠素含量的測定來確定植株鐵處理的最佳濃度。本試驗結果表明，隨著鐵濃度的增加，葉綠素含量呈現先升高后降低的趨勢，但是總體差異不大，說明低鐵和高鐵處理都抑制了葉綠素的合成。

[1]周邦基，何雪暉.植物的營養[M].北京：北京農業出版社，1985：11-153.

[2]Jolley V D，Fairbands D J,Sterens W B,et al.Root ironreduction capacity for genotypic evaluation of iron efficiency in soybean[J].J Plant Nutr,1992,15(10):1 679-1 690.

[3]李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2000.

[4]岳麗娟.鐵脅迫對豌豆幼苗鐵代謝、光合作用及抗氧化系統的影響[D].蘭州：蘭州大學，2009.