沈阳农业大学园艺专业毕业论文电子版 - 图文

学号：134045033

毕 业 论 文

（ 2013届本科）

题 目：弱光胁迫下钙对番茄叶片钙

组分和活性氧代谢的影响

学 院： 科学技术学院 专 业： 园 艺 姓 名： 汤 湾 指导教师： 李天来 教授 完成日期： 2013年 06月 16 日

毕业论文任务书

论文(设计) 题目 学生姓名 弱光胁迫下钙对番茄叶片钙组分和活性氧代谢的影响 汤湾 下发任务日期 2012.05.01 李天来 教授 指导教师 一. 论文（设计）主要内容 以栽培番茄品种―W‖为试材，采用相关分析法，研究弱光胁迫下钙对番茄叶片钙组分和活性氧代谢的影响。实验采用营养液水培的方法。实验组进行25%的遮光处理，同行进行3个钙水平（无钙、正常和高钙）的钙处理。以温室自然光照为对照组，钙处理同实验组。测定项目有番茄叶片中的钙离子形态、超氧自由基(O2-)产生速率、丙二醛(MDA)含量、SOD活性和POD活性 二.论文（设计）的基本要求 1.有关资料的收集： 要求尽量收集第一手资料，资料要真实、可靠、有代表性。 2 资料的整理与分析： 要求条理清晰，数据分析详尽。 3 查阅相关文献： 要求贴近主题，有参考价值。 4 认真撰写论文，字数在10000字以上。

三.论文（设计）工作进度安排 阶段 1 2 3 4 5 6 备注： 四.应收集的资料及主要参考文献（指导教师指定） 1、查找钙形态和活性氧测定的文献 2、查找钙对番茄活性氧代谢影响的文献 3、查找钙对植物钙组分影响的文献 4、查找弱光胁迫对番茄活性氧的影响的文献 论文（设计）各阶段名称 温室中试验，田间取样 数据的分析与处理 查阅相关文献 撰写论文初稿 论文修改 论文完成 日期 2012. 4. 1—2012.6.31 2012.11.1—2013. 3. 1 2013. 3. 2—2013. 4.10 2013.4.11—2013. 5.31 2013. 6. 1—2013. 6.10 2006. 6.16

沈阳农业大学毕业论文选题审批表

选题名称 学号 弱光胁迫下钙对番茄叶片钙组分和活性氧代谢的影响 姓名 李天来 汤湾 专业 职称 题目来源 园艺 教授 自选 134045033 指导教师 本实验以“W”系番茄为试验试材，单株取样，3次重复。4叶l心时，选取生长状态较一致穴盘苗，将根系洗净后移入田间大棚内用日本山崎配方营养液进行水培，先用山崎配方营养液预培养4d，清水处理1d，然后转移到不同供钙水平研 的山崎配方营养液中培养10d。试验设4个供钙水平：无钙、低钙、正常和高钙，究 即把Ca2+的浓度分别调节为0、0.5、1.5、13.5，并用相应水平的Na+和SO42+补充内 容 以保持其他离子平衡，PH值为6~7，EC在2.0～2.5。不同供钙水平同时进行遮光处理，设两种遮光水平：自然光强（1376.43～1445.32μmol·m-2·s-1）和25%自然光（344.10～361.33μmol·m-2·s-1），处理11d。并测定番茄叶片中的钙离子形态、超氧自由基(O2-)产生速率、丙二醛(MDA)含量、SOD活性和POD活性 2012.3~2012.4 确定课题方向，并查阅相关文献 2012.4~2012.11 外文翻译，攥写综述 2012.4~2012.6 田间试验，田间取样 研 2012.9~2013.5 室内分析，数据整理 究 2013.5~2013.6 撰写论文初稿，论文修改 计 划 本论文是通过培养液，研究不同钙水平对弱光胁迫下番茄叶片钙组分和活性特 氧代谢的影响，进一步为明确Ca2+耐弱光提供了理论依据。 色 指导教师意见学院意见 教研室意见

毕业论文指导记录

学生姓名 指导教师姓名 汤湾 李天来 专业 职称 教授 园艺 本年度指导毕业生人数 10 论文（设计）题目 弱光胁迫下钙对番茄叶片钙组分和活性氧代谢的影响 时间 指 地点 办公室 园艺科研基地实验室 园艺科研基地实验室 园艺科研基地实验室 园艺科研基地实验室 办公室 指导内容 导 过 程 2012..03 2012..03~2013.06 2012.09~2012.11 2012.11~2012.02 2013.02~2011.05 2013.05~2013.06 制定研究方案，指导毕业论文任务书、文献综述和外文翻译 番茄W系的种植，植株四叶一心后的试验处理 不同供钙水平对弱光番茄生长状况的影响 不同供钙水平对弱光番茄活性氧代谢的影响 不同供钙水平对弱光番茄钙组分的影响 指导论文撰写 学生签字： 年 月 日 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日

沈阳农业大学毕业论文考核表

论文题目：弱光胁迫下钙对番茄叶片钙组分和活性氧代谢的影响 姓名：汤湾 学号：134045033 专业：园艺 指导教师评语： 指导教师（签字）： 年 月 日 评阅人评审意见： 评阅人（签字）： 年 月 日

答辩委员会意见： 主任委员（签字）： 年 月 日 成绩：

目 录

中文摘要（关键词）┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉1 英文摘要（关键词）┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉2 前言┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉3 1材料与方法 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉6 1.1实验材料和实验设计 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉6 1.2测定项目及方法 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉6 1.2.1Ca2+测定方法 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉6 1.2.2超氧自由基(O2-)产生速率测定 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉6 1.2.3丙二醛(MDA)含量测定方法 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉7 1.2.4超氧化物歧化酶(SOD)活性测定方法 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉7

1.2.5过氧化物酶(POD)活性测定方法 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉7 2.3 数据处理和分析┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉7 2 结果和分析┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉7 2.1钙对弱光下番茄叶片钙形态的影响 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉7 2.2钙对弱光胁迫下番茄叶片活性氧代谢的影响┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉7 2.2.1Ca2+对弱光胁迫下番茄叶片超氧阴离子产生速率的影响 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉8 2.2.2 Ca2+对弱光胁迫下番茄叶片MDA含量的影响┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉9 2.2.3 Ca2+对弱光胁迫下番茄叶片SOD活性的影响┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉10 2.2.4 Ca2+对弱光胁迫下番茄叶片POD活性的影响┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉10 3讨论┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉11 3.1 钙对弱光下番茄叶片钙形态的影响┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉11 3.2弱光胁迫对活性氧代谢的影响┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉12 3.3钙对弱光下番茄叶片活性氧代谢的影响┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉12 4结论┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉13 参考文献 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉14 致谢 ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉16

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摘 要

为了研究钙对番茄耐弱光特性的调控作用，以番茄(Lycopersicon esculentum Mill)栽培品系W为试材，研究了弱光(25%自然光强)胁迫条件下，钙对番茄叶片钙组分和活性氧代谢的调控作用。实验结果表明：

弱光胁迫下钙降低了番茄叶片中的总钙含量，叶片中H2O-Ca的变化是总钙浓度改变的主要原因，说明水溶钙可能在调节光合方面发挥着重要的作用。在弱光胁迫下钙降低了番茄叶片超氧阴离子的产生速率和MDA含量，提高了SOD活性和POD活性，可见，Ca2+通过提高保护酶活性、降低膜质过氧化水平来提高番茄植株番茄植株弱光耐受性，进一步防止植株弱光伤害。 关键词：番茄；钙；弱光胁迫；水溶钙；活性氧代谢

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弱光胁迫下钙对番茄叶片钙组分和活性氧的影响

Abstract

In order to investigate the regulating mechanism of calcium on tomato low light tolerance, leaves of one tomato low light tolerance strain W (Lycopersicon esculentum Mill) were used to study the changes of Calcium components and Metabolism of reactive oxygen species (ROS) in leaves after the tomato were treated by calcium under the 25% nature light intensity .The results were as follows:

Calcium decreased under low light stress of total calcium content in tomato leaves, leaf in H2O - Ca change is a major cause of total calcium concentration change, suggests that water soluble calcium may play an important role in regulating photosynthesis. Under weak light stress calcium reduces the tomato leaf super oxygen anion produce rate and MDA content, improve the SOD activity and POD activity, calcium might increase low light tolerance of tomato and prevent low light damage to the plant by enhancing the activities of some antioxidant enzymes and reducing ROS levels．

Keywords: tomato; calcium; low light stress; Water soluble calcium; Metabolism of reactive oxygen species(ROS)

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前言

钙是植物生长发育不可缺少的营养元素之一，细胞内的钙信使系统直接或通过钙调节蛋白间接地控制其它酶类蛋白，将外部刺激转换成对植物细胞代谢活动的调控。钙离子参与植物生长发育的全过程，并对其生理活动进行广泛的调节。植物体内钙素形态大致可分为：水溶性钙(包括游离Ca2+，易溶于水的钙盐类)，非水溶性钙(包括草酸钙、果胶酸钙等)。植物体中易溶于水和可被硝酸钠交换的钙是具有生理活性的，称为生理活性钙(PACa)。不同形式的钙具有不同的生理功能，在组织、细胞中分布位点也不相同，在一定的生理条件下，这二种类型的钙可以互相转换(McAlnshetal，1995)。游离态钙在细胞中以自由态存在，含量很低，在10-6mol·L-l以下；结合态钙和某些物质的亲和性很强，在细胞中常与其它结构成分紧密结合；结合态钙与游离态钙的区别在于结合态钙的量较大，常贮存在细胞的某些特定的部位，游离态钙与结合态钙的区别在于亲和力较弱，与碳水化合物、磷酸化合物等结合不紧，可被转换成其它形式的钙或被运输到细胞的其它部位。

活性氧(ROS: reactive oxygen species)是伴随着地球上有氧生物的进化而产生的一类与氧相比，氧化活性较高或被部分还原的含氧基团，主要包括过氧化氢(H2O2 )、单线态氧、超氧化阴离子和活性羟基自由基。它们是生物体氧代谢的副产物，是对生物体的正常代谢、细胞及细胞器结构及生物大分子的稳定结构有害的。植物细胞内活性氧的消除机制主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸氧化酶(APX)和过氧化物酶(CAT）。植物体内的活性氧防御系统超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物(POD))和过氧化氢酶(CAT)能使植物避免因光合作用释放高浓度氧而产生伤害作用。

1.钙对植物钙组分的影响

钙是植物生长发育的必需营养元素，是细胞壁、细胞膜结构的重要组分，对维持细胞膜、细胞壁和膜结合蛋白的稳定性，调节无机离子的运输等方面起着至关重要的作用。钙素的缺乏会导致植物生长发育中某些生理活动的紊乱和病害的发生，降低农作物的产量和品质，进而造成严重的经济损失。钙对弱光下番茄钙组分的影响研究较少。而钙对植物钙组分影响的研究较多。董彩霞等人研究营养液高钙处理显著增加了植株各部位的吸钙量，说明营养液中钙离子供应强度增加，植株对钙的吸收也随之增加[1]。董彩霞和周健民等人研究表明，花期减少施钙量后，番茄果实中果胶酸钙含量和比例显著降低，水溶性钙含量和比例显著增加，果实底端比例高于顶端，磷酸钙含量降低[2]。陈明昌等人研究证明CaPl和CaK2处理可以显著提高保护地番茄总吸钙量和果实吸钙量，提高钙的利用率[3]。邢尚军等人研究证明喷钙处理使樱桃的全钙、水提取钙(H2O-Ca)、乙醇提取钙(ALc-Ca)的含量均有不同程度增加[4]。刘剑锋等人研究表明采后浸钙可大大增加梨果实H2O和l mol/L NaCl提取钙含量，而使其有足够的钙形成磷酸钙和草酸钙以消除贮藏过程中有害代谢产物的毒害，保持细胞壁果胶正常结构[5]。

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弱光胁迫下钙对番茄叶片钙组分和活性氧的影响

2.钙对弱光下活性氧代谢的影响

正常条件下，细胞内活性氧的产生和清除处于动态平衡状态，活性氧水平较低，弱光胁迫使植物细胞膜的结构和厚度均发生很大变化，引起膜系统损伤，活性氧积累增多，活性氧使膜脂过氧化产物积累，导致细胞质膜的完整性受到破坏，细胞质外渗增多，膜相关生理生化反应异常，细胞生理机能降低，产生活性氧伤害。此时，对自由基有清除作用的SOD、POD和CAT活性，代表细胞膜受伤害程度的膜脂过氧化产物MDA的含量等都会发生变化，这些变化又会进一步影响到植物的光合作用。 2.1.活性氧的产生

植物体内活性氧可以经由许多代谢途径产生,如光合作用和光呼吸作用。细胞内具有高度氧化活性或强烈电子传递作用的细胞器或部位都可以产生活性氧,如叶绿体、线粒体和微粒体。 2.2 活性氧防御机制

为有效防止ROS的氧化损伤，植物已在长期的自然选择过程中形成了一套有效的活性氧防御机制，以维持其体内的ROS在适宜的浓度范围。这些防御机制主要包括酶促和非酶促两类活性氧自由基清除系统。其中非酶系统主要包括：抗坏血酸(AsA)，谷胱肝肽(GSH)；酶系统主要包括：SOD，CAT，POD，APX和GR。一般认为具有高抗氧化能力的植物具有较强的抵御活性氧损伤的能力，即植物体内有效的活性氧保护体系在提高植物抗环境胁迫中起着重要的作用。

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)是主要的超氧化物碎灭剂，作为抗氧化胁迫的第一道防线，把O2一歧化为H2O2和氧，作为一种诱导酶，SOD活性受到其底物O2一浓度的诱导。在许多植物中表明在胁迫环境下O2浓度升高，相应地SOD活性也升高。但当自由基产生的速率超过系统清除能力时，细胞受到严重伤害，继而引起SOD活性下降。

过氧化物酶(peroxidase，POD)亦能清除植物体内的H2O2，但其作用机理有别于CAT。POD是通过一些辅助底物如酚类化合物和抗氧化剂的氧化，从而分解H2O2。与CAT相比，POD和底物H2O2有更高的亲和力，且分布于整个细胞。POD被认为是植物体内保护细胞免受H2O2伤害的主要酶。已有研究表明POD在保护细胞免受H2O2胁迫中起重要作用。 2.3 钙对弱光下番茄活性氧代谢的影响

目前钙对逆境下番茄活性氧代谢的影响多集中于低温、高温和盐胁迫。钙对弱光下番茄活性氧代谢的影响研究较少。张燕等人研究表明CaC12处理提高了烟草叶片膜稳定性和膜保护酶活性，有利于保护细胞膜结构，降低高温对烟草幼苗的伤害，钙离子鳌合剂EGTA能在一定程度上降低烟草叶片的抗热性[6]。植物的保护酶活性受Ca2+诱导和调控，Ca2+能提高弱光胁迫下番茄叶片SOD、POD和CAT活性，并维持在较高水平[7]。Ca2+浸种也能提高低温胁迫下茄子幼苗的SOD和CAT活性，降低MDA的积累，提高茄子幼苗

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耐寒性[8]。戴高兴等人研究表明外源钙可以抑制活性氧物质的产生、保护细胞膜结构、维持正常的光合作用，增加SOD活性，降低MDA含量，从而提高植物的耐盐性[9]。高洪波(2005)研究表明，低氧胁迫下，外源钙能够提高幼苗根系和叶片的SOD、POD和CAT活性，降低MDA含量及护产生速率，从而缓解低氧胁迫对网纹甜瓜幼苗的伤害，进而提高网纹甜瓜幼苗耐低氧胁迫的能力[10]。杨春祥等人研究在萌芽期、花蕾期和盛花末期喷施CaCl2溶液，可以降低低温胁迫后油桃花和幼果的细胞膜透性及含量，可以提高花和幼果中超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶等的活性，从而提高花和幼果的抗低温胁迫能力[11]。李天来等人在做夜间低温胁迫下钙对番茄幼苗根系活力及活性氧代谢的调控作用实验中证明了钙素对夜间低温胁迫下番茄幼苗根系活性氧代谢具有重要的调控作用，增强保护酶活性和渗透调节物质的含量，减缓脂过氧化作用，从而提高了番茄植株对夜间低温胁迫的耐受性。李天来,李益清在外源钙及钙抑制剂对番茄耐弱光特性的调控作用中指出Ca2+可在一定程度上可提高弱光胁迫下番茄叶片POD、CAT和SOD等防御酶活性，增强植株对活性氧的清除能力。Ca2+处理可减轻弱光胁迫引起的番茄叶片膜脂过氧化，而钙通道抑制剂和钙螯合剂则增加叶片的膜脂过氧化程度。试验结果还表明，外源钙促进弱光胁迫下番茄叶片光合作用可能与其提高叶片抗氧化酶活性有关。

3.研究目的和意义

番茄是我国北方秋、冬和早春保护地设施栽培的重要蔬菜,由于栽培季节光照不足，加上覆盖物、灰尘等遮光的影响,经常发生弱光胁迫,严重影响番茄的生理和产量。研究番茄弱光生理的很多，但研究弱光下钙对番茄钙组分和活性氧代谢的较少。钙对调节番茄弱光生理有很重要的作用，而细胞内活性氧的积累,会导致叶绿体的超微结构及光合相关酶活性发生改变,从而使叶片捕获和利用光的能力下降,叶片光合能力明显降低,造成产量下降。因此研究弱光胁迫下钙对番茄叶片钙组分和活性氧代谢的影响具有重要意义。

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弱光胁迫下钙对番茄叶片钙组分和活性氧的影响

1材料与方法

1.1材料与实验设计

试验于2012年4月—5月在沈阳农业大学后山基地29号温室中进行。供试番茄为耐弱光品种―W‖。

4月3日播种于50孔的穴盘。当番茄苗生长至4叶l心时，选取生长状态较一致穴盘苗，将根系洗净后移入29号温室内用日本山崎配方营养液进行水培，先用山崎配方营养液预培养4d，清水处理1d，然后转移到不同供钙水平的山崎配方营养液中培养10d。

试验设3个供钙水平：无钙、正常和高钙，即把Ca2+的浓度分别调节为0、1.5、13.5，并用相应水平的Na+和SO42+补充以保持其他离子平衡，PH值为6~7，EC在2.0～2.5。在进行不同供钙水平处理的同时进行遮光处理，温室内自然光强（1376.43～1445.32μmol·m-2·s-1）为无遮光区，用遮阳网遮光至自然光强的25%（344.10～361.33μmol·m-2·s-1）为遮光处理区，处理11d。弱光下三种钙水平处理分别表示为：Lg（高钙）、Lz（正常钙）、Lw（无钙）；自然光下三种钙水平处理分别表示为：Ng（高钙）、Nz（正常钙）、Nw（无钙）。隔两天取一次样，单株取样，3次重复。

1.2测定项目及方法

1.2.1 Ca2+测定方法

按Ohat等的方法提取番茄叶片中各种形态的钙。所用的五种提取液分别为80%的乙醇、蒸馏水、l mol·L-1的NaCl、2%的醋酸和0.6 mol·L-1的盐酸。将冷藏的试材研碎后放入7mL有盖离心管中，依次加入5mL的上述5种提取液，提取的主要成分分别是硝酸钙和氯化钙(简写为ALc-Ca)、水溶性有机酸钙((H2O-Ca)、果胶酸钙(NaCl-Ca)、磷酸钙和碳酸钙(HAc-Ca)、草酸钙(HCl-Ca)、剩下的残渣中主要成分是硅酸钙(简写为Res-Ca)。每次提取都在30℃的恒温水浴中震荡提取18h，8000r/min离心，倾出上清夜，再用此种浸提液按上述步骤连续提取2次，每次2h，最后将提取液定容至25mL，残渣经干灰化后，用盐酸溶解。采用TAS-986型原子吸收分光光度仪测定各级提取液中钙的含量。

1.2.2超氧自由基(O2-)产生速率测定方法

按郑炳松（2006）年的方法进行测定。取0.5g的待测样，用5mL 50mmol/L磷酸缓冲液（pH 7.8）研磨。磷酸缓冲液中含0.1mmol/L EDTA，0.3%(W/V)Triton X-100，4%(W/V)聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。研磨后以纱布过滤，以10000g离心力离心20min，上清液即为酶提取液。取0.5mL样品提取液，加入0.5mL 50mmol/L磷酸缓冲液(pH 7.8)，1mL 1mmol/L盐酸羟胺，充分摇匀，然后放入25℃恒温箱中保温1h，之后加入1mL 17mmol/L对氨基苯磺酸（以冰醋酸与水按3:1的比例配制）和1mL 7mmol/L α–萘胺（以冰醋酸与水按3:1的比例配制），混合后放入25℃恒温箱中保温20min，测定530nm波长下的OD

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值。

1.2.3丙二醛(MDA)含量测定方法

MDA含量测定采用TBA (硫代巴比妥酸)反应法。参照郑炳松(2006)的方法，取1mL样品提取液，加入3mL 27%的硫代巴比妥酸（TBA）和12%的三氯乙酸（TCA），混合液在95℃的水浴中保温30min后，立即置于冰浴中冷却，在15000g离心力下离心10min，然后分别在532nm和660nm波长下测定OD值。 1.2.4超氧化物歧化酶(SOD)活性测定方法

SOD活性测定采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法。取试管，在较暗光下加入3mL反应液[由50mmol/L磷酸（pH 7.8），13mmol/L甲硫氨酸，63μmol/LNBT，1.3μmol/L核黄素和1.0mmol/L EDTA配制而成，用时现配]和25μL酶提取液，在25℃的光照箱内进行光照反应17min，然后于560nm波长下进行光密度测定(以抑制NBT光化还原50％为一个酶活性单位)。

1.2.5过氧化物酶(POD)活性测定方法

POD活性测定采用愈刨木酚测定法。取试管，加入3.4mL 25mmol/L K2HPO4-KH2PO4缓冲液（pH 7.0，内含0.1mmol/L Na2-EDTA）和200μL 0.05%愈创木酚，搅拌，待愈创木酚溶解混合均匀后，再加入200μL H2O2（10mmol/L）和200μL提取液，于470nm波长下测定1-2min内的OD值变化[愈创木酚过氧化物酶在470nm下的消光系数为26.6mmol/(L·cm)]。

1.3数据处理和分析

运用Microsoft Excel应用程序和SPSS数据处理系统进行数据处理和分析。

2结果与分析

2.1钙对弱光下番茄叶片钙形态的影响

由图1可以看出，随着钙溶度的增加番茄叶片的水溶钙、酸溶钙和总钙都有一定程度的降低。钙显著降低了叶片中水溶钙，处理第五天最为明显（图1-A）。高钙处理显著降低了酸溶钙及总钙的浓度（P<0.05）（图1-B，D），并在一定程度上降低了醇溶钙，未达显著水平（图1-C）。这表明钙对弱光下番茄叶片中的钙组分的影响不同。水溶钙在总钙中所占比例最大，也与总钙浓度变化最相关，说明水溶钙可能在调节光合方面发挥着重要的作用 。

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( 50%自然光强)番茄叶片发现，可显著提高SOD的活性（李天来和李益清，2008）。也有通过无土栽培证实了正常光下，钙可提高番茄叶片中SOD的活性(Michaela Schmitz-Eiberger et.al.,2002)。SOD和APX的活性显著增加，说明有害氧离子基本被清除(Chang-Hyo Goh et al., 2009)。本研究中发现，弱光下钙提高SOD的活性，有效清除了O2

—

，明显减小膜质过氧化程度。与前人研究结果一致。总之，钙与抗氧化酶系统（ROS）

是相互紧密联系的（Christian Mazars et al., 2010），前人已有研究证明这点。

4结论

本实验得出的结论是：①弱光胁迫下钙降低了番茄叶片中的总钙含量，叶片中H2O-Ca的变化是总钙浓度改变的主要原因，说明水溶钙可能在调节光合方面发挥着重要的作用。②弱光胁迫下钙降低了番茄叶片超氧阴离子的产生速率和MDA含量，提高了SOD活性和POD活性，可见，Ca2+通过提高保护酶活性、降低膜质过氧化水平来提高番茄植株番茄植株弱光耐受性，进一步防止植株弱光伤害。

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弱光胁迫下钙对番茄叶片钙组分和活性氧的影响

参考文献

[1]董彩霞,周健民,范晓晖花期减少施钙量对不同钙效率番茄果实钙形态和含量的影响[J].植物生

理学通讯,2003，39(3)：128-130．

[2]董彩霞等.不同施钙措施对番茄果实钙含量和钙形态的影响[J].植物营养与肥料学

报,2004,10(1)：143-146．

[3]陈明昌等.磷、钾与钙配合对保护地番茄钙吸收的影响[J].植物营养与肥料学报,2005,11(2)：

240-243．

[4]邢尚军等.钙对甜樱桃贮藏品质、钙形态及细胞超微结构影响[J].生态环境学报,2010,19(9)：

276-278．

[5]张燕，李天飞，方力，等．钙对高温胁迫下烟草幼苗抗氧化代谢的影响[J]．生命科学研究．2002，

4(6)：356-361．

[6]刘剑锋,唐鹏,彭抒昂.采后浸钙对梨果实不同形态钙含量及生理生化变化的影响[J].华中农业大

学学报,2004,23(5)：247-249．

[7]李天来,李益清．钙对弱光胁迫下番茄叶片保护酶活性及可溶性蛋白含量的影响[J]．园艺学报，

2008，35(11)：1601-1606．

[8]高洪波，陈贵林．钙调素拮抗剂与钙对茄子幼苗抗冷性的影响[J]．园艺学报，2002，29(3)：

243-246．

[9]戴高兴,彭克勤,皮灿辉.钙对植物耐盐性的影响[J].中国农学通报.2003(03)：156-159 [10]高洪波,郭世荣.低氧胁迫对无土栽培网纹甜瓜幼苗多胺含量的影响[J].园艺学报.2005(01)：

263-274

[11]杨春祥，李宪利，高东升．钙对低温胁迫下油桃花果膜脂过氧化和保护酶活性的影响[J].落叶

果树，2004(6)：1-3．

[12]林多,杨延杰,范文丽等．低温对番茄幼苗叶片活性氧代谢的影响[J]．辽宁农业科学，2001，(5)：

1-4．

[13]胡泽友，邓小渡，彭喜旭，等．外源钙对镍胁迫下水稻幼苗抗氧化酶活性及膜脂过氧化的影响

[J]．中国水稻科学，2007，21(4)：367-371．

[14]邹再集,陆帼一.低温对辣椒幼苗膜脂过氧化和保护酶系统变化的影响[J]．西北农业学报．1994，

3(3)：51-56

[15]张春梅,邹志荣,张志新等．外源亚精胺对模拟干旱胁迫下番茄幼苗活性氧水平和抗氧化系统的

影响[J]．应用与环境生物学报，2009，15（3）：301-307．

[16]罗黄颖,高洪波,夏庆平等．γ－氨基丁酸对盐胁迫下番茄活性氧代谢及叶绿素荧光参数的影响

[J]．中国农业科学，2011，44（4）：735-761．

[17]张会慧,张秀丽,许楠等．外源钙对干旱胁迫下烤烟幼苗光系统Ⅱ功能的影响[J]．应用生态学报，

2011，22(5)：1195 -1200．

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沈阳农业大学学士学位论文

[18] Knight H.,Brand S.,Knightm R.1998.A history of stress alters drought calcium signaling pathways in

Arabidopsis. Plant Journal,16(6):681-687.

[19] BUSH D S.Calcium regulation in plant cells and its role in signaling [J].Annu Rev Plant Physiol Plant

Mol Biol,1995,46:95-122.

[20] KINET J M. Effect of light condition on the development of the inflorescence in Tomato[J]. Scientia

Horticulture, 1997( 6) :27- 35.

[21]Salin M L1Toxic oxygen species and protective system of the chloroplast1Physiol Plant, 1987, 72:

681-689

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弱光胁迫下钙对番茄叶片钙组分和活性氧的影响

致 谢

本文是在导师李天来教授的悉心指导下完成的。导师在论文的选题、试验设计及研究内容方面都对我进行了严格要求和悉心指导。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。在此向导师李天来教授致以我最诚挚的谢意！

在论文的实验过程中，博士生孟昭娟给了我极大的帮助，并提出了很多宝贵的意见，在此向孟昭娟学姐致以衷心的感谢！另外，在论文的完成过程中，我也得到了同学吴亚利的热心帮助和大力支持。在此向所有在论文撰写过程中给予我无私帮助的人致以深深的谢意！

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沈阳农业大学本科毕业论文承诺书

论文（设计）题目 完成人姓名 指导教师姓名 弱光胁迫下钙对番茄叶片钙组分和活性氧的影响 汤湾 李天来 专业 职称 园艺 教授 本毕业论文（设计）的创新点： 本论文是通过培养液，研究不同钙水平对弱光胁迫下番茄叶片钙组分和活性氧代谢的影响，进一步为明确Ca2+耐弱光提供了理论依据。 承诺内容： 本毕业论文是本人在导师李天来老师指导下独立完成的，没有抄袭他人成果，对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明， 完成人签名：汤湾 指导教师签名： 2013年 6 月 20 日 年 月 日

学号：134045033

文献综述和外文翻译

（ 2013 届本科）

学 院： 科学技术学院 专 业： 园 艺 姓 名： 汤 湾 指导教师： 李天来 教授

完成日期： 2013年 5 月 15 日

文 献 综 述

题目：逆境胁迫下钙对植物活性氧代谢影响的研究进展

沈阳农业大学学士学位论文文献综述

逆境胁迫下钙对植物活性氧代谢影响的研究进展

摘要：植物在生长发育过程中经常遭受生物胁迫和非生物胁迫的危害。本文所指的逆境胁迫是指非生物胁迫。非生物胁迫则主要包括干旱、盐、极端温度、pH 值及光照过强或过弱等(吴耀荣和谢旗, 2006)。干旱、盐碱、极端温度等非生物逆境都能引起植物细胞内钙离子浓度的变化。钙是细胞内重要的信号分子，参与植物从种子萌发、生长分化、形态建成，到开花结果的全过程，参与植物的光合电子传递、光合磷酸化、细胞的向性运动和激素调控等。钙素的缺乏会导致植物生长发育中某些生理活动的紊乱和病害的发生，降低农作物的产量和品质，进而造成严重的经济损失。细胞内活性氧的积累，导致叶绿体的超微结构及光合相关酶活性发生改变，从而使叶片捕获和利用光的能力下降,叶片光合能力明显降低,造成产量下降。因此研究逆境胁迫下钙对活性氧代谢的影响具有重要意义。本文为研究钙对植物的抗逆境机制的影响提供了参考依据 关键词:逆境胁迫；钙；活性氧代谢

钙是植物生长发育不可缺少的营养元素之一，细胞内的钙信使系统直接或通过钙调节蛋白间接地控制其它酶类蛋白，将外部刺激转换成对植物细胞代谢活动的调控。钙离子参与植物生长发育的全过程，并对其生理活动进行广泛的调节。植物体内钙素形态大致可分为：水溶性钙(包括游离Ca2+，易溶于水的钙盐类)，非水溶性钙(包括草酸钙、果胶酸钙等)。植物体中易溶于水和可被硝酸钠交换的钙是具有生理活性的，称为生理活性钙(PACa)。不同形式的钙具有不同的生理功能，在组织、细胞中分布位点也不相同，在一定的生理条件下，这二种类型的钙可以互相转换(McAlnshetal，1995)。游离态钙在细胞中以自由态存在，含量很低，在10-6mol·L-l以下；结合态钙和某些物质的亲和性很强，在细胞中常与其它结构成分紧密结合；结合态钙与游离态钙的区别在于结合态钙的量较大，常贮存在细胞的某些特定的部位，游离态钙与结合态钙的区别在于亲和力较弱，与碳水化合物、磷酸化合物等结合不紧，可被转换成其它形式的钙或被运输到细胞的其它部位。

活性氧(ROS: reactive oxygen species)是伴随着地球上有氧生物的进化而产生的一类与氧相比，氧化活性较高或被部分还原的含氧基团，主要包括过氧化氢(H2O2 )、单线态氧、超氧化阴离子和活性羟基自由基。它们是生物体氧代谢的副产物，是对生物体的正常代谢、细胞及细胞器结构及生物大分子的稳定结构有害的。植物细胞内活性氧的消除机制主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸氧化酶(APX)和过氧化物酶(CAT）。植物体内的活性氧防御系统超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物(POD))和过氧化氢酶(CAT)能使植物避免因光合作用释放高浓度氧而产生伤害作用。

1 生物体系的活性氧及其产生机制

1.1 活性氧产生的场所

在植物细胞正常代谢过程中，活性氧可由多种途径产生。叶绿体、线粒体和质膜上的电子传递至分子氧过程伴随产生活跃的、具有毒性的活性氧。高等植物叶绿体光合电

1

逆境胁迫下钙对植物活性氧代谢影响的研究进展

子传递链光合氧化系统I (PSI)的受体端存在大量自动氧化酶类, 能够通过Mehler 反应将氧光还原成超氧化物，这些超氧化物或参与PSI电子循环， 或从类囊体腔扩散至基质膜表面，在那里可通过酶促反应歧化成H2O2 和O2；或在Fe 或Cu 的存在下通过Fenton 或Haber-Weiss 反应产生·OH 和O2。同样，叶绿体中的PSII 和其它位点也会产生活性氧。生物和非生物胁迫的介入会使电子传递链和酶代谢紊乱，活性氧的水平升高。 1.2 活性氧的作用

当环境胁迫长期作用于植株, 使产生的活性氧超出活性氧清除系统的能力时，就会产生氧化损伤。

对大分子的损伤和启动膜脂过氧化 活性氧可以攻击蛋白质的氨基酸残基，尤其是Tyr、Phe、Trp、Met 和Cys, 形成羰基衍生物[1]。活性氧可以促进分子内和分子间的交联，如二硫键的形成和蛋白质的断裂，超氧化物可使一些含金属的酶类失活，如作用于酶(Fe-S)4 族结构，或产生羟自由基，引发磷脂过氧化[2]。最主要的是H2O2 能够通过Haber- Weiss反应产生更活跃、更有毒性的·OH，导致膜脂过氧化、碱基突变、DNA 链断裂和蛋白质损伤。·OH 可以修饰一些蛋白质，使它们对蛋白水解酶的作用更敏感[3]，一旦被破坏，蛋白质就会进一步被肽链内切酶降解。已发现类囊体膜上存在这样的酶。此外，已证实一种多催化功能的蛋白酶复合体可有选择地降解活性氧所破坏的蛋白质[4]。

对细胞结构与功能的伤害 植物光合氧化系统的光合放氧作用使叶绿体处于局部高氧环境，从而使叶绿体成为氧伤害的一个重要部位。业已证实, 高氧环境诱导的氧自由基增加，抑制了叶绿体的正常发育, 降低了叶绿体光合作用固定CO2 的能力。

活性氧对植物细胞有很强的毒害作用, 但在一些代谢过程中也存在对植物有利的一面：（1）类囊体电子传递链许多组成成分相对分子氧来说具有较高的电化学势。―泄漏‖电子给O2 产生活性氧能保持电子携带者/电子载体的电子平衡，使它们发挥更大更有效的作用[5]。（2）当病原体侵染植物后, 引起细胞内的活性氧迸发, 从而引起过敏细胞死亡，活性氧作为毒性分子直接杀死病原物。（3）同时在POD的催化下，H2O2 参与细胞壁中富含羟脯氨酸的伸展蛋白(extensin)交联过程，强化细胞壁，延缓和阻止病原体的侵入和扩散。（4） 活性氧作为第二信使分子参与信号传导并启动抗逆基因的转录和表达[6]，另外，还可改变植物细胞的氧化还原状态以调节植物生长发育。

2 活性氧清除系统

为有效防止ROS的氧化损伤，植物已在长期的自然选择过程中形成了一套有效的活性氧防御机制，以维持其体内的ROS在适宜的浓度范围。这些防御机制主要包括酶促和非酶促两类活性氧自由基清除系统。其中非酶系统主要包括：抗坏血酸(AsA)，谷胱肝肽(GSH)；酶系统主要包括：SOD，CAT，POD，APX和GR。一般认为具有高抗氧化能力的植物具有较强的抵御活性氧损伤的能力，即植物体内有效的活性氧保护体系在提高植物抗环境胁迫中起着重要的作用。

2

沈阳农业大学学士学位论文文献综述

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)是主要的超氧化物碎灭剂，作为抗氧化胁迫的第一道防线，把O2一歧化为H2O2和氧，作为一种诱导酶，SOD活性受到其底物O2一浓度的诱导。在许多植物中表明在胁迫环境下O2浓度升高，相应地SOD活性也升高。但当自由基产生的速率超过系统清除能力时，细胞受到严重伤害，继而引起SOD活性下降。

过氧化物酶(peroxidase，POD)亦能清除植物体内的H2O2，但其作用机理有别于CAT。POD是通过一些辅助底物如酚类化合物和抗氧化剂的氧化，从而分解H2O2。与CAT相比，POD和底物H2O2有更高的亲和力，且分布于整个细胞。POD被认为是植物体内保护细胞免受H2O2伤害的主要酶。已有研究表明POD在保护细胞免受H2O2胁迫中起重要作用。

３ 逆境下钙对植物活性氧代谢的影响

目前钙对逆境下番茄活性氧代谢的影响多集中于低温、高温和盐胁迫。钙对弱光下番茄活性氧代谢的影响研究较少。张燕等人研究表明CaC12处理提高了烟草叶片膜稳定性和膜保护酶活性，有利于保护细胞膜结构，降低高温对烟草幼苗的伤害，钙离子鳌合剂EGTA能在一定程度上降低烟草叶片的抗热性[7]。植物的保护酶活性受Ca2+诱导和调控，Ca2+能提高弱光胁迫下番茄叶片SOD、POD和CAT活性，并维持在较高水平[8]。Ca2+浸种也能提高低温胁迫下茄子幼苗的SOD和CAT活性，降低MDA的积累，提高茄子幼苗耐寒性[9]。戴高兴等人研究表明外源钙可以抑制活性氧物质的产生、保护细胞膜结构、维持正常的光合作用，增加SOD活性，降低MDA含量，从而提高植物的耐盐性[10]。高洪波(2005)研究表明，低氧胁迫下，外源钙能够提高幼苗根系和叶片的SOD、POD和CAT活性，降低MDA含量及护产生速率，从而缓解低氧胁迫对网纹甜瓜幼苗的伤害，进而提高网纹甜瓜幼苗耐低氧胁迫的能力[11]。杨春祥等人研究在萌芽期、花蕾期和盛花末期喷施CaCl2溶液，可以降低低温胁迫后油桃花和幼果的细胞膜透性及含量，可以提高花和幼果中超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶等的活性，从而提高花和幼果的抗低温胁迫能力[12]。李天来等人在做夜间低温胁迫下钙对番茄幼苗根系活力及活性氧代谢的调控作用实验中证明了钙素对夜间低温胁迫下番茄幼苗根系活性氧代谢具有重要的调控作用，增强保护酶活性和渗透调节物质的含量，减缓脂过氧化作用，从而提高了番茄植株对夜间低温胁迫的耐受性。李天来,李益清在外源钙及钙抑制剂对番茄耐弱光特性的调控作用中指出Ca2+可在一定程度上可提高弱光胁迫下番茄叶片POD、CAT和SOD等防御酶活性，增强植株对活性氧的清除能力。Ca2+处理可减轻弱光胁迫引起的番茄叶片膜脂过氧化，而钙通道抑制剂和钙螯合剂则增加叶片的膜脂过氧化程度。试验结果还表明，外源钙促进弱光胁迫下番茄叶片光合作用可能与其提高叶片抗氧化酶活性有关。

４研究目的和意义

干旱、盐碱、极端温度等非生物逆境都能引起植物细胞内钙离子浓度的变化。钙是

3

逆境胁迫下钙对植物活性氧代谢影响的研究进展

细胞内重要的信号分子，参与植物从种子萌发、生长分化、形态建成，到开花结果的全过程，参与植物的光合电子传递、光合磷酸化、细胞的向性运动和激素调控等。钙素的缺乏会导致植物生长发育中某些生理活动的紊乱和病害的发生，降低农作物的产量和品质，进而造成严重的经济损失。细胞内活性氧的积累，导致叶绿体的超微结构及光合相关酶活性发生改变，从而使叶片捕获和利用光的能力下降,叶片光合能力明显降低,造成产量下降。目前关于逆境胁迫对植物活性氧代谢机制影响的研究较多，而关于钙对逆境胁迫下对植物钙组分和活性氧代谢的影响研究较少。因此有必要对逆境胁迫下钙对植物钙组分和活性氧代谢的影响进行一系列深入和系统的研究。

参考文献

[1]Iturbe-Ormaetxl I, et al. Oxidative damage in pea plants exposed to water deficit or paraquat[J]. Plant Physiol, 1998,116:173-181.

[2] Scandalios J G. Oxygen stress and superoxide dismutases[J]. Plant Physiol, 1993,101: 7-12.

[3]Seel W E, et al. The combined effects desiccation and irradiance on mosses from xeric and hydric habitats[J]. J Exp Bot.,1992,43: 103.

[4] Jimenez C, et al. Differential reactivity of a-carotene isomers from Dunaliella bardawl toward oxygen radicals[J]. Plant Physiol, 1993,101: 385.

[5]蒋明义,等.渗透胁迫诱导水稻幼苗的氧化伤害[J]. 作物学报, 1994b,20(4): 733-738. [6]周瑞莲,等.水分胁迫下豌豆保护酶活力变化及脯氨酸积累在其抗旱中的作用[J]. 草业学报, 1997,6(4): 39-43.

[7]张燕，李天飞，方力，等．钙对高温胁迫下烟草幼苗抗氧化代谢的影响[J]．生命科学研究．2002，4(6)：356-361．

[8]李天来,李益清．钙对弱光胁迫下番茄叶片保护酶活性及可溶性蛋白含量的影响[J]．园艺学报，2008，35(11)：1601-1606．

[9]高洪波，陈贵林．钙调素拮抗剂与钙对茄子幼苗抗冷性的影响[J]．园艺学报，2002，29(3)：243-246．

[10]戴高兴,彭克勤,皮灿辉.钙对植物耐盐性的影响[J].中国农学通报.2003(03)：156-159 [11]高洪波,郭世荣.低氧胁迫对无土栽培网纹甜瓜幼苗多胺含量的影响[J].园艺学报.2005(01)：263-274

[12]杨春祥，李宪利，高东升．钙对低温胁迫下油桃花果膜脂过氧化和保护酶活性的影响[J].落叶果树，2004(6)：1-3．

[13]林多,杨延杰,范文丽等．低温对番茄幼苗叶片活性氧代谢的影响[J]．辽宁农业科学，2001，(5)：1-4．

[14]胡泽友，邓小渡，彭喜旭，等．外源钙对镍胁迫下水稻幼苗抗氧化酶活性及膜脂过氧化的影响

4

沈阳农业大学学士学位论文文献综述

[J]．中国水稻科学，2007，21(4)：367-371．

[15]邹再集．陆帼一低温对辣椒幼苗膜脂过氧化和保护酶系统变化的影响[J]．西北农业学报．1994，3(3)：51-56

[16]张春梅，邹志荣，张志新，等．外源亚精胺对模拟干旱胁迫下番茄幼苗活性氧水平和抗氧化系统的影响［Ｊ］．应用与环境生物学报，2009，15（3）：301-307．

[17]罗黄颖，高洪波，夏庆平，等．γ－氨基丁酸对盐胁迫下番茄活性氧代谢及叶绿素荧光参数的影响［Ｊ］．中国农业科学，2011，44（4）：735－761．

[18]张会慧．张秀丽，许楠，等．外源钙对干旱胁迫下烤烟幼苗光系统Ⅱ功能的影响[J]．应用生态学报，2011，22(5)：1195-1200．

[19] Knight H.,Brand S.,Knightm R.1998.A history of stress alters drought calcium signaling pathways in Arabidopsis. Plant Journal,16(6):681-687.

[21]BUSH D S.Calcium regulation in plant cells and its role in signaling [J].Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol,1995,46:95-122.

[22] KINET J M. Effect of light condition on the development of the inflorescence in Tomato[J]. Scientia Horticulture, 1997( 6) :27- 35.

[23] Salin M L1Toxic oxygen species and p rotective system of the chloroplast1Physiol Plant, 1987, 72: 681～689

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文 翻 译题 目： 缺钙对抗氧化系统的影响

外

沈阳农业大学学士学位论文外文翻译

缺钙对番茄抗氧化系统的影响

总结

本实验针对缺钙对番茄叶片的抗氧化系统的的影响进行了研究。试验采用无土栽培技术，营养液中的钙含量从2.9 mmol / L降低到0.29 mmol / L。结果发现，在6个星期内果实和叶片出现明显的缺钙症状。叶绿素荧光参数，例如Fm和Fv/Fm，叶绿素和生育酚的含量降到低于控制水平，超氧化物歧化酶活性降低。此外，丙二醛作为脂质过氧化作用的降解产物在缺钙的叶片中增加了。每周喷施CaCl2溶液减少了约50%脐腐病的发生。此外，叶绿素荧光参数Fm和Fv / Fm值以及叶绿素和生育酚的含量比缺钙处理组所受的影响小。丙二醛生成速率无显著差异。SOD活性在Ca2 + -处理过的叶子中较高，而PO活性在缺钙叶片中较低。

关键词：活性氧；抗氧化剂；钙缺乏；酶；EGTA萃取钙；番茄lycopersicum；过氧化物酶；超氧化物歧化酶；水萃取钙

缩写：ASA =抗坏血酸；- ADJ.=佐剂；- DHA =脱氢抗坏血酸；- dr.wt =干（重量）；- fr.wt =鲜重；- MDA =丙二醛。- PO =过氧化物酶；- RWC =相对水含量；- SOD =超氧化物歧化酶；- 巴比妥= 2 - 硫代巴比妥酸反应物质

引言

已经发现钙可以参与植物逆境环境（Bush 1995, Webb et al. 1996, Braam et al. 1996）的各种反应的调节。在各种胁迫下植物细胞的游离钙水平通常增加，如风胁迫或冷热胁迫（Knight et al. 1991, 1992, 1996, Marschner 1993）。热应激使番茄果实增加了约2倍的钙含量（Garbaczewska et al. 1998）。这些增长被认为是一个自适应信号以激活某些生化事件，提高植物适应环境能力(Monroy et al. 1993, Monroy and Dhindsa 1995, Braam et al. 1996)。Ca2+的受体蛋白钙调蛋白和其他蛋白质也被发现能参与环境应激反应的调节(Braam et al. 1996)。钙离子在膜稳定和酶的合成的调节中起着举足轻重的作用，例如蛋白激酶或磷酸酶。而氧化过程扰动这些进程，导致了细胞和膜降解。另一方面，它已被证明，外源性应用的钙离子可以改善植物在环境胁迫下的生长。此外，钙以果胶酸钙的形式提高了细胞壁和植物组织的稳定性。果胶酸盐降解受多聚半乳糖醛酸酶的调节，明显受高浓度钙离子的抑制。因此，在钙缺乏组织多聚半乳糖醛酸酶的活性增加(Marschner 1993)，缺钙的典型症状是细胞壁解体和受影响的组织的崩溃，如叶柄和上部茎（Bussler 1963）。

先前的研究表明在各种植物物种，缺钙导致不同植物的生理功能紊乱，例如番茄和辣椒中的脐腐病或苹果的苦痘病的产生。微量钙供应后的反应、参与其中的钙调蛋白或

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缺钙对番茄抗氧化系统的影响

钙周期的调控后的反应还不清楚。在本研究中，我们通过外加钙对番茄果实腐烂和番茄叶缺钙症状的发病率进行了调查。为了钙离子更好地渗透到叶子和果实中，氯化钙溶液中要加入辅助剂(Konno et al. 1984)。另外，钙作为第二信使有重要的功能(Bussler 1963)，它在抗氧化防御系统中的作用，也是本研究的内容。

材料与方法

植物材料和处理

番茄的实验在波恩大学科研工作基地进行，在panovy温室中采用无土栽培技术。计算机控制灌溉和施肥，温度和湿度分别调整为23 ± 2℃/18 ± 2℃（昼/夜周期）和65 ± 2％的相对湿度。用生物的方法控制害虫。实验期间无杀菌剂的应用。 诱导缺钙

为了诱导脐腐病的发生，营养液中钙含量从2.9 mmol/L的控制减少到0.29 mmol/L来确保钙源的不足。 植物的处理

使用CaCl2?2H2O（Merck, reagent grade）的浓度为0.03mol/L的钙离子制备的应用解决方案。表面活性剂是商业上准备的以平均5个环氧乙烷（EO）为单位的菜籽油衍生物（甘油三酯聚氧乙烯醚）。氯化钙配方中的表面活性剂由波恩大学园艺系开发，其中含有蓖麻油，离子型和非离子表面活性剂。配方（佐剂）溶液中加入氯化钙溶液的浓度为2g / L。在研究中使用了以下的处理：

1.对照：钙离子的浓度为2.9mmol/L供给。 2.对照+佐剂。

3.（-Ca）：减少钙供应，钙在营养液中为0.29mmol/L。 4.（-Ca+CaCl2）：0.29mmol/L钙，氯化钙，外源施用。 5.（-Ca+CaCl2/adj）：0.29mmol/L钙+氯化钙配方，外源施用。 每周采用背负式喷雾器喷洒。。

生物疗效评价

栽培10周后果实成熟并收获。对有脐腐病的与无脐腐病发病数统计评估。脐腐病的发病率用收获果实的百分比表示。 钙含量分析

随机抽取出各处理组果实进行钙分析。为了去除叶和果实表面残留钙离子，用蒸馏水洗涤叶和果实两次。果实和叶在冷冻干燥机干燥后，被研磨成细粉末，并根据Chen等人用硝酸和过氧化氢将0.3 g干燥后的样品溶解。水溶钙用水提取，细胞壁或质膜结

2

沈阳农业大学学士学位论文外文翻译

合钙用EGTA提取。用原子吸收光谱法（AAS）测定钙含量。 叶绿素荧光测量

叶绿素荧光测量是一个很好的手段，尤其对逆境下的光合器官早期测量和详细分析方面。将出现的症状番茄叶暗适应30 min，使用（PAM, model 2000, Walz, Effeltrich, Germany）测量（Fv / Fm值）和最大荧光（Fm）。在约25℃和大气CO2水平500–600 ppm条件下测定番茄叶片的叶绿素荧光（CF）。番茄叶被转移到CF测量室并暗适应30 min。荧光测量在近轴叶表面进行（1995）。最初的叶暴露，以便确定对于一个峰值调制测量光束(<0.1μmolm–2 s–1)。随后，叶片暴露到800 ms白光饱和脉冲中以评估Fm值。（FM-FO）/FM =Fv/Fm比值很方便地衡量一个给定样本潜在的最大PSI量子产率 (Keutgen and Lenz 2001)。

代谢产物分析和酶的检测

取样

番茄叶片早在由于缺钙的首发症状变得可见时取样（图1）。样品称重，并冻结在-80℃中。

丙二醛释放（TBA反应物质）

由于过氧化作用导致多不饱和脂肪酸的降解产生了过氧化氢离子，丙二醛，这个过程导致膜硬化和细胞死亡。因此，丙二醛（MDA）的浓度变化，可以作为植物膜的结构完整性的一个很好的指标。丙二醛（MDA）含量测定采用比色法完成，分别在532nm和非特异性吸光度590 nm处测定。为了增加特异性，TBA反应的化合物通过反相高效液相色谱法被进一步分离。在注射前，样品的pH值，用等体积的0.5mol/L的磷酸缓冲液（pH 7.0）调节。该方法的校准用1,1,3,3 -四乙氧基，它是定量丙二醛分解反应过程。对校准样品中的丙二醛（MDA）含量进行了分光光度法分析(E532 nm =155 mmol/L–1 cm–1)和高效液相色谱分析。色谱条件：HypersilODS柱，5μm（250 mm * 4 mm, 10 mm guard column），柱温：30℃；流动相：A5％（v/v）的醋酸，B甲醇；规划的梯度：0 -20min 从30％至85％的 B在A中，20-30min，100％B，注射量20μL，流速1mL min–1；检测532nm；丙二醛的保留时间：3.2min.。

叶提取物中的维生素E /生育三烯酚谱

Schmitz和Noga通过高效液相色谱法测定维生素E/生育三烯酚衍生物。该方法适用于各种生育酚和它们的衍生物的分离和鉴定。叶片研磨并用己烷/异丙醇萃取，色谱分离， Lichrospher的Si-60柱（5 μm, 4mm× 250 mm）。该生育酚/生育三烯酚的荧光信号在285 nm的激发波长和320nm（发射波长）进行检测。α-，β-，γ-，δ-生育酚和α-，β-，

3

缺钙对番茄抗氧化系统的影响

γ-，δ-生育三烯酚的基础上，对其荧光光谱进行了表征。荧光发射的纯标准的基础上进行定量测定（Merck）。由于生育酚的稳定性可能随着pH值的升高而降低，提取过程的质量检查的样品提取液中添加规定量的α-生育酚。α-生育酚的回收率为93 ± 2％，并不受样品中的生育酚含量的影响。 叶提取物中的抗坏血酸含量的变化

叶片研磨并用偏磷酸钾缓冲液萃取。测定每个样品的两个等分试样，一个样品添加抗坏血酸过氧化物酶和另一个未加。由于抗坏血酸（AsA）是容易氧化的化合物，在样品制备的开头添加还原剂2,3 - 二羟基丁烷-1,4 - 二硫醇（DTE）是很有必要的。根据标准化程序（Anonym 1995）进行了分析。 叶绿素含量的测定

叶片的叶绿素含量用二甲基亚砜（DMSO）将新鲜植物材料提取后用分光光度计测量。叶绿素a和叶绿素b提取液分别在663nm和645nm波长下测定。 酶活性

鲜切叶称重，液氮冷冻，研磨成细粉末。因为某些酶具有膜结合的同功酶形式，检测需要进行粗叶匀浆。分析提取物的抗氧化酶，超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（PO）。

超氧化物歧化酶（SOD）：用含有HEPES/KOH（pH为7.8），0.5 mmol / L的EDTA缓冲液，0.05单位黄嘌呤氧化酶，0.5 mmol/L的四氮唑和4 mmol/L的叶黄素的反应混合物（1mL）中提取，并在560 nm处测定超氧化物歧化酶（SOD）的活性。浓度曲线计算建立(Giannopolitis and Ries 1977)。由于SOD是相对不稳定的，所以样品萃取液中要加入定量的超氧化物歧化酶。超氧化物歧化酶（SOD）的回收率为84 ± 4％，样品中SOD活性无明显影响。

过氧化物酶（PO）：PO活性的测定的试验混合物含有0.77mL 0.1 mmol/L的磷酸钾缓冲液（pH 6.0），0.15mL 20 mmol/L的愈创木酚，50μL 0.6 mmol/L的过氧化氢和总体积为3 mL的提取液。测定其在420 nm处的光吸收的变化，随后在20-22℃至确定PO活性(Bufler and Bangerth 1982, Dai et al. 1997)。 PO的回收率为91 ± 3％。Bradford（1976）所述中，利用牛血清白蛋白作为标准，进行蛋白质分析。回收率为96 ± 2％。 统计分析

用统计程序（Rockville, Maryland, USA）对实验数据进行了分析。5％概率水平指示显著差异。对正态分布和方差同质性的数据进行了测试。用Tukey-HSD多重分析对钙含量和植物成分的数据进行了比较，通过多重比较测试了脐腐病发病率的数据（Kohler et al 1994）。钙含量和植物成分进行了8个完全随机重复测定。番茄试验

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沈阳农业大学学士学位论文外文翻译

设置了随机区组设计。各处理组包括6株植物和4次重复。每个重复中随机选取两个果实进行Ca2+离子的测定。

结果

外源施钙减少生理紊乱

供应浓度为0.29 mmol/L的Ca2+溶液加重了脐腐病的发病率，其发病率为53％（图1A，B，图7）。

6个星期内果实和叶片发生明显的缺钙症状（图7，图8）。和微量供给钙的番茄植株相比，用背负式喷雾器喷施CaCl2溶液（0.03 mmol/L的钙）番茄植株脐腐病的发病率减少至44％。配制的氯化钙溶液喷涂减少脐腐病发病率至29％（图1 A，7）。当应用钙时，与剧烈减少脐腐病症状相反，番茄果实中的内源性钙含量没有这么多的增加。和对照组果实相比，缺钙组的果实钙含量减少到7.9mg/g dr.wt.（图1B），而与微量钙供应组相比，应用氯化钙+佐剂导致内源性钙含量有微量增加。

EGTA萃取钙的分析（图2）表明，对照组和对照+佐剂处理组钙含量数值最高，而它们的缺钙植株数最低。CaCl2溶液配方的喷雾应用与-Ca处理组相比显着的提高了EGTA提取钙分数。

在缺钙组中水萃取钙的量减少，而CaCl2/adj溶液的外源应用提高了水萃取钙的量到对照水平。EGTA萃取钙与番茄果实中脐腐病的发病率建立了高度的线性相关性(r2 = 0.98)，而水萃取钙与脐腐病的发病率的相关性系数为r2 = 0.27（图2）。

原文出处:Michaela Schmitz-Eiberger*, Roland Haefs, Georg Noga Calcium deficiency – Influence on

the antioxidative defense system in tomato plants Department of Horticulture, University of Bonn, Auf dem Hügel 6, 53121 Bonn, Germany Received June 26, 2001 · Accepted January 25, 2002

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