1、钙胁迫下花生荚果微区特征及植株生理生化反应变化福建农业 23(3):318321,2008FujianJournalofAgriculturalSciences 文章编号:10080384(2008)03031804钙胁迫下花生荚果微区特征及植株生理生化反应变化周恩生,堕窒 J,王飞.,_:T-4-.,陈惠成.,何盈.(1.福建省福州市平潭县HE 站,福建平潭 350400;2.福建省农业科学院土壤肥料研究所,福建福州 350013)摘要:通过盆栽试验研究钙胁迫对花生荚果中果皮层微区结构及植株生理生化的影响.结果表明,缺钙的花生荚果中果皮层薄壁细胞组织钙缺失,“填充物“ 少且不牢固 ;相关的植
2、株酶等分析表明,缺钙的植株光合产物转化率低,运转不畅,荚果处于相对“饥饿“ 状态而导致空秕 .关键词:花生荚果;空秕;钙胁迫;微区分析;生理生化反应中图分类号:S565.2 文献标识码:AMicroanalysischaracteristicsandphysiologicalofpeanutpodsandplantbiochemicalresponsesunderCastressZHOUEn-sheng,CHENJia-juI,WANGFei,WANGHuangping.,CHENHui-cheng,HEYing(1.StationofSoilandFertilizerinPingtan,Pi
3、ngtan,FujJan350400,China;2.InstituteofSoilandFertilizersResearch,FujianAcademyofAgriculturalScience,Fuzhou,FujJan350013,China)Abstract:ThispaperinvestigatedmicrocosmicstructureofpeanutSmesocarpandphysiologicalandbiochemicalreactionunderCastressthroughpotexperiment.TheresultsshowedthattheCacontentinm
4、esocarpparenchymacellsofcalciumdeficientpeanutswasabsent.“fillingmatter“waslittleandbreakable.Thecorrelactiveanalysisofplantenzymeindicatedthatemptypodsofcalciumdeficientplantwerebecauseofthelowconversionefficiencyandtherestrictedtranslocationofphotosynthoticproducts.Keywords:Peanutpods;Sterilegain;
5、Castress;Microanalysis;Physiologicalandbiochemicalresponses花生是福建省最重要的油料作物,年播种面积近 1O 万 hm,8O 分布在闽东南沿海一带.从 20世纪 8O 年代中期开始,我省花生大面积出现空秕,主要分布在沿海耕作风砂土区.花生空秕田轻则减产 3O5O,重则绝收.研究认为花生空秕是由缺钙引起的一种生理性病害,其防治技术是施用壳灰,贝壳粉等含钙物料_l.钙是植物生长发育过程必需的营养元素之一,Ca 参与许多生理过程,是构成细胞壁的一种元素,缺 Ca 分生组织受害最早,并导致不能形成新细胞壁,出现多核细胞.钙也是膜 ATP 酶,磷
6、脂酶,琥珀酸脱氢酶等的活化剂.在花生根系钙素吸收特性方面,研究认为花生根伸长区与成熟区均可吸收钙素,二者吸收量分别占钙吸收总量的 28.934.7,71.165.3.而花生荚果对钙素的吸收机制,有研究认为 Ca.是通过主动吸收由外界进入细胞质中,并以共质体途径在组织和细胞中运输5,但目前对于缺 Ca 引起花生空秕的机制尚不清楚.本研究从花生荚果微区分析人手,并通过相关的植株生理生化分析,以期阐明福建沿海花生产区缺Ca 引起空秕的作用机制.1 材料与方法试验设在福建省农科院土肥所盆栽网室,土壤取自平潭县敖东镇东坑村果林场,土壤类型为耕作风砂土.土壤基本理化性状:pH5.46,交换性钙0.84cm
7、ol(+)?kg_.,有机质 3.50g?kg,全氮 0.27g?kg,全磷 0.10g?kg 一,全钾16.34g?kg,阳离子交换量 1.82cmol(+)?kg,供试土壤钙相对缺乏(影响花生产量的钙临界值一般为 1.20cmol(+)?kg).设置施壳灰与不施壳灰 2 个处理,3 个重复.每盆装土 12kg,施壳灰处理为每盆施含 Ca34.3 的蛎壳灰 8g(相当于每 667m 施 100kg 蛎壳灰),试验期问,水肥管理一致.于结荚期取不同处理幼果中果皮薄壁细胞组织用于电子探针与扫收稿日期:200805-09 初稿 ;200807-30 修改稿作者简介:周恩生(1955 一),男,高级
8、农艺师,主要从事土壤肥料研究及技术推广工作32O 福建农业第 23 卷填充物的微域上,用能谱仪进行无机元素分析.结果表明,两种形态不同的填充物都含有 Al,Si,P,S,C1,K,Ca 这 7 个元素(图 1 一 i,图 1j),说明两种形态不同的填充物不是无机元素组成上的差别.观测的样品都取自 7 月 10 日,当时的花生正处于幼果开始膨大充实期,这期间幼果内开始有淀粉积累,尚未积累蛋白质和脂肪,说明这两种形态丰满程度不同的填充物是淀粉积累程度的差异.2.2 缺钙对花生生理生化的影响为了证实以上的判断,追寻空秕机理,进一步从生理生化方面做了有关的测定研究.从表 1,表2 的测定结果可见,不论
9、是初花期还是荚果充实期,缺钙花生叶片和果壳中的淀粉酶活性均比施钙的低,说明缺钙花生叶片等同化器官中淀粉转化成可运走的蔗糖量少,直接影响到向籽仁输送光合产物的数量.再从转运过程分析,蔗糖进入韧皮部筛管,需要 ATP 提供能量,由表 1,表 2 的测定结果可见,不论初花期或荚果充实期,缺 Ca 花生各器官中的 ATP 酶和 CaATP 酶的活性比施 Ca 的低,显然,缺 Ca 花生体内提供的能量少,光合产物转化运输速率低,运输不畅通,使得更多的糖滞留叶片,果壳中,而籽仁处于“饥饿“ 状态,形成空秕.滞留于叶片,茎秆和果壳中的光合产物进行重新转化合成构造这些器官,使这些器官发育的更加茂盛,浓绿,荚壳
10、更大更多,尤其是进入成熟期,供 Ca 结实正常的花生地上部逐渐枯黄,缺 Ca的花生仍还继续开花,“老来青 “现象成了后期诊断花生缺 Ca 的形态特征.表 1 不同钙营养的花生叶片(初花期)生理生化指标Table1Physiologicalandbiochemicalindexofpeanutleavesfbeginninganthesis)underdifferentprovidedCanutrition表 2 不同钙营养的花生器官(荚果充实期)生理生化指标Table2Physiologicalandbiochemicalindexofpeanutpods(fructification)und
11、erdifferentprovidedCanutrition指标叶片果壳籽仁CK+CaCK+CaCK淀粉酶活性ATP 酶活性(/zmol?mg 一 ?min 一)CaATP 酶活性(mol?mg-1?h)蔗糖()还原糖()总糖()0.530.314O.13933.643l_O1334.6562.0250.9820.21229.4830.37329.8563 结论与讨论花生荚果微区分析表明,缺钙的花生幼果中果皮层薄壁细胞组织钙缺失,“填充物“ 少且不稳定.相关的植株酶分析表明,由于花生供 Ca 不足而降低了叶片等同化器官的淀粉酶和 ATP 酶的活性,使光合产物“源“ 的转化率低 ,即缺 Ca 减
12、少了光合产物在荚果中积累,同时运转“流“ 不畅,即缺Ca 影响了光合产物源的正常转运,光合产物的贮存器官荚果处于相对“饥饿“ 状态,导致荚果发育不充实而空秕.另一方面,滞留于叶片,茎秆和果壳中的光合产物进行重新转化合成而构造这些器官时,使得茎秆,叶片的发育更加茂盛,浓绿,荚壳更大更多.钙参与植物从种子萌发到开花结果的全过程,对其生理活动进行广泛的调节,有研究表明 Ca 抖在植物对各种外界刺激产生特定生理反应过程中充当胞内信使的作用,如光,温度,触动,重力,辐射,激素等导致的植物反应.植物胚胎发育受钙信号系统的调控,缺 Ca 可造成植株胚胎败育,受钙胁迫花生幼胚败育,可能与早期幼胚内能量转化,氧
13、化还原系统,细胞内膜以及细胞骨架功能维持相关的功能基因的表达异常有关.,但导致花生空秕(花生败育) 的特异蛋白的鉴定还有待于进一第 3 期周恩生等:钙胁迫下花生荚果微区特征及植株生理生化反应变化 321步确认,因而有待于从分子生物学角度进一步完善对缺钙引起花生空秕的解释.参考文献:Eli 吴文新,陈家驹,周恩生,等.钙,硼对花生生长,产量与品质的影响J.亚热带植物科学,2001,30(2):2023.2张君诚,周恩生 ,张海平,等.南方沙质旱地花生空秕的田问表现及其防治措施口.种子,2004,23(5):52 54.3周恩生.施用不同钙肥防治红黄壤区花生空秕的效果研究EJ.江西农业,2007,
14、19(8):92 93.4潘瑞炽,董愚得 .植物生理学 EM.北京:高等教育出版社 ,1995:3334.5周卫,林葆 .花生根系钙素吸收特性研究J.植物营养与肥料,1996,2(3):226232.6周卫,林葆 .花生荚果钙素吸收机制研究J.植物营养与肥料,1995,1(1):4451.E7周卫,林葆 .受钙影响的花生生殖生长及种子素质研究J.植物营养与肥料,2001,7(2):205 210.8李合生,孙群 ,赵世杰,等.植物生理生化实验原理和技术M.北京 :高等教育出版社,2000:169201,22o 一 223.Eg毛国红,宋林霞 ,孙大业 .植物钙调素结合蛋白研究进展J.植物生理与分子生物学,2004,30(5):481488.ElO张君诚,蔡宁波 ,张新文 ,等.钙影响花生胚胎发育/败育特异蛋白质的筛选与鉴定J.作物,2007,33(5):814819.(责任编辑: 刘新永)
