全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2006, 33 (5) : 1113～1116
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2005 - 12 - 05; 修回日期 : 2006 - 03 - 02
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (30571263)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: srguo@ njau1edu1cn)
钙对根际低氧胁迫下黄瓜幼苗根系呼吸代谢的影响
胡晓辉　李　娟　郭世荣 3 　李　
(南京农业大学园艺学院 , 江苏南京 , 210095)
摘 　要 : 采用营养液水培 , 研究了根际低氧胁迫下 Ca2 +对两个耐低氧能力不同的黄瓜品种根系呼吸代
谢的影响。结果表明 : 与耐低氧能力较弱的 ‘中农 8号 ’相比 , 耐低氧能力较强的 ‘绿霸春 4号 ’根系
LDH活性增加幅度较低 , 乳酸含量较少 , ADH活性增加幅度较大 , SDH和 IDH活性降低幅度较小。低氧
胁迫下 , 营养液加钙处理能够提高根系 SDH、 IDH和 ADH活性 , 降低 LDH活性和乳酸含量 ; 而低氧缺钙
处理表现出相反的结果。这表明 , 低氧胁迫下 , Ca2 +能提高根系乙醇发酵能力 , 降低乳酸发酵 , 使植物保
持有氧呼吸代谢 , 从而缓解低氧胁迫对植株的伤害。
关键词 : Ca2 + ; 黄瓜 ; 低氧胁迫 ; 有氧呼吸 ; 无氧呼吸
中图分类号 : S 64212　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2006) 0521113204
Effects of Ca2 + on Resp ira tory M etabolism in Roots of Cucum ber Seedlings
under Root2zone Hypox ia Stress
Hu Xiaohui, L i Juan, Guo Shirong3 , and L i J ing
(College of Horticulture, N an jing A gricu ltura l U niversity, N an jing, J iangsu 210095, China)
Abstract: The effect of Ca2 + on resp iratory metabolism in two cucumber cultivars (Cucum is sa tivus L. )
‘Zhongnong 8’( the hypoxia2sensitive cultivar) and‘Lübachun 4’ ( the hypoxia2tolerant cultivar) seedling
roots was investigated under hypoxia stress in nutrient solution. The results showed that compared with
‘Zhongnong 8’ seedling roots, the decrease of activities of succinic dehydrogenase ( SDH) and isocitric dehy2
drogenase ( IDH) was weaker and the increase of alcohol dehydrogenase (ADH) activity was greater, the in2
crease of lactate dehydrogenase (LDH) activity was weaker, and lactate content was lower in‘Lübachun 4’
seedling roots. The activities of SDH, IDH and ADH were p romoted, while LDH activity was inhibited, the
accumulation of lactate was dep leted in cucumber seedling roots under the calcium sufficient hypoxic treat2
ment, but that showed inverse results under the calcium deficient hypoxic treatment. The results suggested that
exogenous calcium could increase the capacity of ethanol fermentation and decrease the capacity of lactate fer2
mentation and maintain aerobic resp iration for cucumber seedling roots, which was beneficial to imp rove the
resistance to hypoxia stress for cucumber seedlings.
Key words: Ca2 + ; Cucumber; Hypoxia stress; Aerobic resp iration; Anaerobic resp iration
1　目的、材料与方法
黄瓜 (Cucum is sa tivus L. ) 在无土栽培中占有重要地位 , 但根际供氧不足已成为水培黄瓜栽培效
果差的主要原因之一。低氧逆境下 , 植物通过增强无氧呼吸代谢能力 , 以补充一定量的 ATP和 NAD
( P) +来维持植物细胞的生理代谢 , 提高耐低氧能力〔1〕。Ca2 +作为植物生长所必需的大量元素和偶联
胞外信号与胞内生理反应的第二信使 , 在调节植物细胞对逆境反应和逆境适应性方面的研究已有许多
报道〔2〕。作者以对低氧胁迫敏感性不同的两个黄瓜品种为材料 , 通过营养液加钙和缺钙处理 , 检测
园 　　艺 　　学 　　报 33卷
其根系有氧呼吸和无氧呼吸代谢中主要酶活性及相关代谢产物含量的变化 , 探讨 Ca2 +在根际低氧胁
迫下对黄瓜植株呼吸代谢的调节作用。
试验于 2005年 4～6月在南京农业大学玻璃温室内进行。以筛选出的耐低氧性较强的 ‘绿霸春 4
号’和耐低氧性较弱的 ‘中农 8号 ’黄瓜品种为试材 , 种子处理及幼苗培养同前文〔3〕。待幼苗 1片
真叶展平时 , 选整齐一致的幼苗定植于装有 1 /2倍 (Hoagland) 营养液的水槽中 , 调营养液 pH值
613 ±011。当幼苗 3片真叶展平时 , 将两品种幼苗各分成 4组 (每组 30株 ) , 分别进行不同处理。对
照 (CK) : 气泵正常通气 , 40 m in·h - 1 , 维持营养液溶氧浓度 (DO) 为 810～815 mg·L - 1 , 营养液
中 Ca2 +为 2 mmol·L - 1 ; 处理 1 (Hy) : 低氧胁迫 +营养液 2 mmol·L - 1 Ca2 + ; 处理 2 (Hy2Ca2 + ) :
低氧胁迫 +营养液 0 mmol·L - 1 Ca2 + ; 处理 3 ( Hy + Ca2 + ) : 低氧胁迫 +营养液 8 mmol·L - 1 Ca2 + ;
处理 1～3用溶氧调节仪控制营养液 DO保持在 019～111 mg·L - 1 (低氧胁迫 )。4组处理南北向的各
水槽随机排在 8 m宽南北方向温室的中部位置 , 处理及水槽间光温分布均匀一致。分别于处理后 0、
2、4和 6 d取根系中部测定异柠檬酸脱氢酶 ( IDH )〔3〕、琥珀酸脱氢酶 ( SDH )〔4〕、乳酸脱氢酶
(LDH)〔5〕和乙醇脱氢酶 (ADH )〔5〕活性及乳酸〔6〕、乙醇含量〔6〕。每处理每次取样 3株 , 单株测定 ,
试验重复 3次。
2　结果分析与讨论
211　Ca2 +对低氧胁迫下黄瓜幼苗根系 SD H和 ID H活性的影响
由图 1可以看出 , 低氧胁迫下 , ‘中农 8号 ’和 ‘绿霸春 4号 ’幼苗根系 SDH活性在整个处理期
间一直呈下降趋势 , 并显著低于通气对照处理 ; IDH活性处理 2 d时显著降低 , 处理 4 d后趋于平缓。
低氧胁迫下 , SDH和 IDH降低幅度 ‘中农 8号 ’明显大于 ‘绿霸春 4号 ’。低氧胁迫下提高营养液
钙浓度 , 两品种幼苗根系 SDH和 IDH活性较常规钙浓度的低氧胁迫处理有所提高 , 但仍低于对照处
理 ; 而低氧缺钙处理进一步降低了 SDH和 IDH活性。在处理期间 , 通气对照的两品种幼苗根系 SDH
和 IDH活性变化不明显。这表明低氧胁迫下 , 营养液加钙处理能够使黄瓜幼苗维持较高的 IDH和
SDH活性 , 保持一定的有氧呼吸能力。
图 1　Ca2 +对低氧胁迫下黄瓜幼苗根系 SD H和 ID H活性的影响
F ig. 1　Effect of Ca2 + on activ ities of SD H and ID H in roots of cucum ber seedlings under hypox ia stress
212　Ca2 +对低氧胁迫下黄瓜幼苗根系 LD H和 AD H活性的影响
由图 2可以看出 , 在整个处理过程中 , 通气对照的两黄瓜品种幼苗根系 LDH和 ADH活性变化不
明显 , 而低氧胁迫下 , 两品种幼苗根系 LDH活性显著增加 , 之后维持在一个相对较高的水平 , 与
‘绿霸春 4号 ’相比 , ‘中农 8号 ’根系中 LDH活性增加幅度较大 ; 两品种幼苗根系 ADH活性在低
4111
　5期 胡晓辉等 : 钙对根际低氧胁迫下黄瓜幼苗根系呼吸代谢的影响 　
氧胁迫下显著增加 , ‘中农 8号 ’在胁迫 4 d时达最大 , ‘绿霸春 4号 ’在胁迫 2 d时达最大 , 并且
‘绿霸春 4号 ’ADH活性增加幅度和活性均高于 ‘中农 8号 ’; 低氧加钙处理使两品种根系 LDH活性
低于常规钙低氧胁迫处理 , 而 ADH活性显著增加 , 高于常规钙低氧胁迫处理 ; 低氧胁迫缺钙处理促
进了两品种幼苗根系 LDH活性的增加 , 降低了 ADH活性 , 但仍高于通气对照处理。表明 Ca2 +能够
通过促进 ADH活性的提高 , 降低 LDH活性 , 进而提高黄瓜幼苗耐低氧胁迫的能力。
图 2　Ca2 +对低氧胁迫下黄瓜幼苗根系 LD H和 AD H活性的影响
F ig. 2　Effect of Ca2 + on activ ities of LD H and AD H in roots of cucum ber seedlings under hypox ia stress
图 3　Ca2 +对低氧胁迫下黄瓜幼苗根系乳酸和乙醇含量的影响
F ig. 3　Effect of Ca2 + on the con ten ts of lacta te and ethanol in roots of cucum ber seedlings under hypox ia stress
213　Ca2 +对低氧胁迫下黄瓜幼苗根系乳酸和乙醇含量的影响
由图 3可以看出 , 在整个处理过程中 , 通气对照处理的两黄瓜品种幼苗根系乳酸和乙醇含量处于
一个较低的水平。胁迫 2 d时 , 各低氧胁迫处理的幼苗根系乳酸含量迅速增加 , 且表现为低氧缺钙处
理 >低氧处理 >低氧加钙处理 , 相同条件下 ‘绿霸春 4号 ’乳酸含量较 ‘中农 8号 ’低。低氧胁迫 2
d后 , 各低氧处理的幼苗根系乙醇含量显著增加 , 4 d时各处理乙醇含量差异显著 , 表现为低氧缺钙
5111
园 　　艺 　　学 　　报 33卷
处理 <低氧处理 <低氧加钙处理。乙醇是中性分子 , 并且容易通过细胞膜脂双层扩散到外部环境
中〔7〕, 因此 , 两品种根系中乙醇含量并未表现出显著的差异 , 但 ‘绿霸春 4号 ’根系乙醇含量略高
于 ‘中农 8号 ’。
总之 , 低氧胁迫下 , 黄瓜幼苗根系中呼吸代谢与 Ca2 +之间存在密切的关系。外源 Ca2 +的施用可
提高植株根系 ADH活性 , 降低 LDH活性 , 避免乳酸的大量积累 , 并能增强有氧呼吸酶活性 , 从而缓
解低氧胁迫对植株的伤害 , 提高黄瓜幼苗的耐低氧胁迫能力。
参考文献 :
1　Guo S R, Nada K, Tachibanns K H. D ifferences between tomato (Lycopersicon esculen tum M ill. ) and cucumber (Cucum is sativus L. ) in etha2
nol, lactate and malate metabolism s and cell sap pH of roots under hypoxia. Journal of the Japanese Society for Horticultural Science, 1999,
68: 152～159
2　高洪波 , 刘艳红 , 郭世荣 , 孙艳军. 低氧胁迫下钙对网纹甜瓜幼苗多胺含量及多胺氧化酶活性的影响. 植物生态学报 , 2005, 29
(4) : 652～658
Gao H B, L iu Y H, Guo S R, Sun Y J. Effect of calcium on polyam ine content and polyam ines oxidase activity in muskmelon seedlings under
hypoxia stress. Acta Phytoecologica Sin. , 2005, 29 (4) : 652～658 ( in Chinese)
3　刘家尧 , 衣艳君 , 白克智 , 梁　峥. CO2 /盐冲击对小麦呼吸酶活性的影响. 植物学报 , 1996, 38 (8) : 641～646
L iu J Y, Yi Y J, Bai K Z, L iang Z. Influences of CO2 / salt shock on resp iratory enzyme activities in wheat seedling with different salt toler2
ance. Acta Botanica Sinica, 1996, 38 (8) : 641～646 ( in Chinese)
4　上海植物生理学会. 植物生理学实验手册. 上海 : 上海科学技术出版社 , 1985. 181～182
The Shanghai Society for Plant Physiology. Plant physiology experimental enchiridion. Shanghai: Scientific and Techical Publishers, 1985.
181～182 ( in Chinese)
5　胡晓辉 , 郭世荣 , 李　 , 王素平 , 贾永霞. 低氧胁迫对黄瓜幼苗根系无氧呼吸酶和抗氧化酶活性的影响. 武汉植物学研究 ,
2005, 23 (4) : 337～341
Hu X H, Guo S R, L i J, W ang S P, J ia Y X. Effects of hypoxia stress on anaerobic resp iratory enzyme and antioxidant enzyme activities in
roots of cucumber seedlings. Jounal of W uhan Botanical Research, 2005, 23 (4) : 337～341 ( in Chinese)
6　Bergmeger H U. Methods of enzymatic analysis 3 rd , Vol. Ⅵ. Verlag Chem se: W einhein Press, 1983. 598～616
7　BB 布坎南 , W 格鲁依森姆 , R L琼斯. 植物生物化学与分子生物学. 北京 : 科学出版社 , 2004. 971页
Buchanan B B, Gruissem W , Jones R L. Plant biochem istry and molecular biology. Beijing: Science Press, 2004. 971p ( in Chinese)
新书推荐 《葡萄学》　贺普超　主编
中华农业科教基金资助图书。该书分为绪论和 26章。分别介绍了葡萄的分类和种质资源、形态与解剖、中国葡
萄栽培区划、葡萄生理、主栽品种、繁殖、葡萄园的建立、整形修剪、土肥水管理、抗寒与设施栽培、葡萄主要性状
的遗传、杂交与实生育种、多倍体育种、无性系选种、组织培养、病虫害、葡萄酒、葡萄的贮藏保鲜等重要内容。可
供高校师生和研究工作者以及葡萄生产者阅读参考。定价 : 141. 00元 (含邮费 )。
购书者请通过邮局汇款至北京中关村南大街 12号中国农科院蔬菜花卉所 《园艺学报 》编辑部 , 邮编 100081。
6111