硝酸镧对脐橙叶片2种膜透性物质含量及PPO活性的影响

张小丽 陈璐 高柱 卢玉鹏 王小玲

摘要 以2年生纽荷尔脐橙嫁接苗为材料，通过喷施50、150、300 mg/L的硝酸镧[La（NO3）3]溶液，清水作为对照（CK），测定喷施前（0 h）和喷施后（2 、4 、8 、12、24 h）脐橙叶片中2种膜透性物质过氧化氢（H2O2）与丙二醛（MDA）含量及多酚氧化酶（PPO）活性的变化特性，阐明硝酸镧对脐橙叶片H2O2和MDA含量及PPO活性的影响。结果表明，硝酸镧处理后，脐橙叶片H2O2含量和PPO活性呈“先升高，后降低”的变化趋势。150 和300 mg/L硝酸镧处理不仅明显降低了脐橙叶片H2O2含量增加速度，延缓了H2O2含量峰值出现时间，而且明显提高了脐橙叶片PPO活性，其中150 mg/L的效果较好。另外，50 mg/L硝酸镧处理后脐橙叶片MDA含量峰值与CK出现的时间相同，处理后24 h，脐橙叶片MDA含量比CK降低了30%，而150 和300 mg/L处理则明显促进了脐橙叶片MDA含量的积累。因此，硝酸镧对脐橙叶片中H2O2、MDA和PPO的影响符合“低促高抑”的效应，适宜的处理浓度为50～150 mg/L。

关键词 硝酸镧;纽荷尔脐橙;过氧化氢;丙二醛;多酚氧化酶

中图分类号 S 666  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2021）23-0043-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.23.013

Effect of Lanthanum Nitrate on the Content of Two Osmoregulatory Substances and PPO  Activity in Navel Orange Leaves

ZHANG Xiao-li1，2， CHEN Lu1，2，GAO Zhu1  et  al

（1.Institute of Biological Resources， Jiangxi Academy of Sciences， Nanchang， Jiangxi 330096; 2.Jinggangshan Institute of Biotechnology， Ji’an，Jiangxi  343016）

Abstract The 2-year-old ‘Newhall’ navel oranges grafted seedlings were sprayed with 50 ， 150 ， 300 mg/L La（NO3）3 solution， and water was used as control （CK）. The content of hydrogen peroxide （H2O2）， malondialdehyde （MDA） and the activity of polyphenol oxidase （PPO） in leaves were measured at different times （0， 2 ， 4 ， 8 ， 12  and 24 h）， to clarify the effect of lanthanum nitrate on the H2O2 and MDA content and PPO activity of navel orange leaves.The results showed that after be treated with La（NO3）3， the H2O2 content and PPO activity increased first and then decreased. The treatments of 150  and 300 mg/L not only significantly reduced the increase rate and delayed the peak time of H2O2 content， but also significantly improved the PPO activity， of which 150 mg/L had a better effect. After lanthanum nitrate treatment with 50 mg/L， the peak MDA content appeared at the same time as CK. 24 h after treatment， the MDA content decreased by 30% compared with CK， while 150  and 300 mg/L treatment significantly promoted the accumulation of MDA content. Therefore， the effect of lanthanum nitrate on H2O2， MDA and PPO in navel orange leaves conformed to the effect of “low promotion and high inhibition”， and the appropriate treatment concentration ranged from 50 to 150 mg/L.

Key words Lanthanum nitrate;‘Newhall’ navel oranges;H2O2;MDA;PPO

基金項目 国家自然科学基金项目（31760551）。

作者简介 张小丽（1995—），女，江西吉安人，助理研究员，硕士，从事园艺植物生物防治研究。

通信作者，研究员，博士，从事园艺植物高值利用研究。

收稿日期 2021-03-22

稀土元素是元素周期表中原子序数为55～71的镧系元素和与镧系密切相关的21号钪（Sc）、39号钇（Y）共17种元素的统称。稀土元素按其性质分为轻稀土和重稀土。我国稀土农用始于1972年，已有近50年的发展历程[1]。柑橘类水果种植面积和产量位居我国水果第一，其中脐橙是重要的柑橘类水果之一，栽培面积占柑橘总面积的18.6%[2]。江西赣州是全国最大的脐橙主产区，脐橙种植面积世界第一、年产量世界第三，占全国脐橙主产量的40%以上，其主栽品种纽荷尔脐橙（Citrus sinensis Osbeck‘Newhall’）占总面积的90%左右[3]。研究表明，稀土元素具有多种生理活性，不仅可以促进果树生长发育，而且能够提高果园产量和果实品质[4-6]。董素钦[7]研究表明，喷施稀土能夠明显提高柑橘单果重、坐果率和果实品质，与对照相比，柑橘单果重增加19.07 g，坐果率提高31.99%，果实可溶性固形物含量提高10.31%。焦云等[8]研究表明，喷施稀土与硅肥叶面肥后，不同品种的桃果实中可溶性固形物含量提高8.93%～15.73%，可滴定酸降低8.75%～29.13%，与对照具有显著差异。汪振立等[9]研究表明，自然土壤环境中稀土含量较高有利于脐橙有机营养物质的形成与提高，主要表现为轻稀土与脐橙品质相关程度高。镧（La）是重要农用稀土元素之一，具有水合离子半径最小、生物活性最高、副作用最小的性质，故常用在农业生产实践中[10]。另外，稀土La在不同浓度作用下能够产生“低促高抑”的Hormesis效应。赵依杰等[11]研究表明，200 mg/L的La（NO3）3溶液喷施处理，甜瓜中PPO活性最高，MDA含量最低，果实品质最佳;而250 mg/L以上浓度处理，抑制甜瓜生长，降低产量和品质。即适当浓度的稀土La处理能够增强逆境胁迫下作物酶的活性，降低膜脂过氧化作用产生的有害物质，提高作物对逆境的抵抗能力[12-15]，而稀土La处理浓度过高时，则会抑制植株的生长，进而产生毒害作用[16-17]。

植物在干旱、盐渍等逆境条件下，体内产生大量的O2+、OH-、H2O2等活性氧自由基，引起膜的过氧化和蛋白质破坏，使膜系统受损，造成植物受伤甚至死亡[18]。MDA是细胞膜过氧化最重要的产物之一，其含量可以反映细胞膜过氧化及受伤程度。PPO是位于叶绿体类囊体上的一种氧化还原酶，逆境条件下，活性增加，参与植物体内酚类物质氧化形成醌的保卫反应[19]。研究表明在龙眼苗期喷施20和30 mg/L的La（NO3）3溶液能明显消除叶片中O2-和H2O2，减少MDA生成量，显著提高叶片部分酶活性[20];在大豆苗期喷施低浓度LaCl3能降低叶片的膜透性[21];在油菜幼苗三叶期喷施0.3 mg/L的LaCl3溶液能提高叶片PPO活性，降低MDA含量[19]。

由于稀土元素在作物中的作用机制较为复杂，不同作物促进生长需要的最适浓度不尽相同。笔者以2年生纽荷尔脐橙嫁接苗为试材，研究喷施不同浓度的La（NO3）3溶液24 h对脐橙叶片H2O2和MDA含量及PPO活性变化的动态规律，旨在阐明硝酸镧对脐橙生长影响的生理机制，探寻促进脐橙生长的适宜硝酸镧浓度，为稀土La在脐橙上的合理施用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为2年生纽荷尔脐橙嫁接苗，于2020年2月移栽至直径45 cm、高40 cm的花钵中，每盆装土10 kg，栽植1棵幼苗。供试盆栽土壤采自江西省宜春市奉新县江西省科学院园艺植物高值利用研究基地（海拔64.35 m，115°18′31″E、28°40′17″N）。

1.2 试验方法

2020年7月中旬，选择晴朗天气，08：00对脐橙叶片分别喷施50、150、300 mg/L的La（NO3）3溶液，直至植株滴液，喷施等量清水作为对照（CK）。每个处理喷施5棵幼苗，3次重复。喷施0、2、4、8、12、24 h后采集植株中上部当年生嫩叶，叶片剪碎混匀后用液氮迅速冷冻，带回实验室，于-80 ℃超低温保存，待测。

1.3 生理指标测定方法

H2O2含量测定采用紫外分光光度法，于415 nm测定其吸光值;丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸（TBA）法并有所改进[22];多酚氧化酶（PPO）活性测定采用邻苯二酚法[23]。

1.4 数据分析

利用Microsoft Excel 2010进行数据整理和绘图，SPSS 16.0软件进行数据统计分析和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 硝酸镧对脐橙叶片2种膜透性物质含量的影响

由图1可知，3种浓度的硝酸镧处理后脐橙叶片的H2O2含量在0～24 h呈先升高后降低的趋势，且3种浓度处理后的脐橙叶片H2O2平均含量均较CK有所增加。其中，50 mg/L处理后4 h脐橙叶片H2O2含量达到峰值90.50 mmol/g，相比CK增

加了13.10%;150 mg/L处理后脐橙叶片H2O2含量较CK先

降低后增加，处理2、4 h后的降幅分别为4.65%、6.94%，8 h时达到峰值85.69 mmol/g，较CK增加了33.48%，8 h后其含量均高于CK;300 mg/L处理后脐橙叶片的H2O2含量较CK先降低后增加，处理2、4 h后降幅分别为11.63%、12.65%，处理后8 h，H2O2含量达到最大值76.33 mmol/g，较CK增加了18.91%，8 h后其含量均高于CK。由此可见，150和300 mg/L的硝酸镧处理有利于脐橙叶片H2O2含量缓慢增加，4 h之前明显低于CK，4 h之后高于CK，并延缓了H2O2含量峰值出现的时间。

MDA是膜脂过氧化的主要产物之一，可作为衡量细胞膜脂过氧化的指标，其含量越高，表明细胞膜脂过氧化程度越严重[24]。由图2可知，硝酸镧处理可以影响脐橙叶片MDA含量峰值出现的时间。50 mg/L的硝酸镧处理后，脐橙叶片MDA含量于4 h出现峰值，与CK表现一致;处理4 h后，脐橙叶片MDA含量迅速降低，24 h时降低至6.64  μmol/g，相比CK降低了30%;150和300 mg/L处理后，显著提高了脐橙叶片MDA含量。其中150 mg/L处理后，脐橙叶片MDA含量于2 h时迅速达到峰值;300 mg/L处理后，脐橙叶片MDA含量持续增加，于处理后12 h达到峰值17.47 μmol/g，显著高于其他处理，24 h时，300 mg/L处理显著高于其他处理。可见，硝酸镧处理对脐橙叶片MDA含量的影响符合“低促高抑”效应。50 mg/L硝酸镧溶液处理12 h后能减轻膜脂过氧化程度，减轻逆境中活性氧造成的膜伤害，提高膜系统的稳定性。

2.2 硝酸镧对脐橙叶片PPO活性的影响

由图3可知，不同浓度硝酸镧处理后脐橙叶片中的PPO活性呈先升高后降低的趋势，且处理后PPO活性均高于CK。50 mg/L硝酸镧处理2、4、8和12 h时，PPO活性较CK分别增加了29.67%、43.10%、20.15%和17.12%，其中处理4 h时，PPO活性达到峰值9.43 U/g。150 mg/L硝酸镧处理后2 h，PPO活性迅速升高达到峰值8.02 U/g，相比CK增加了66.39%，随着处理时间的延长，PPO活性逐渐降低，处理后24 h达到最低值5.32 U/g，但仍高于CK。300 mg/L硝酸镧处理后2、4 h，PPO活性分别较CK增加了13.43%和9.13%，处理8 h后，PPO活性达到最大值7.28 U/g，随着处理时间的延长，PPO活性逐渐降低，但始终高于CK。可见，硝酸镧处理可明显提高脐橙叶片不同时期的PPO活性，其中150 mg/L硝酸镧处理效果最为明显。

3 结论与讨论

3.1 硝酸鑭对脐橙叶片2种膜透性物质的影响

在逆境胁迫下，植物通常会产生O2+、OH-、H2O2等活性氧（reactive oxygen species，ROS），ROS对植物细胞有明显的毒害作用，可引起细胞膜的过氧化，造成叶绿体与线粒体等细胞器的功能受损，最终导致细胞凋亡。细胞内约90%的ROS在线粒体中产生[25]，O-2作为副产物从呼吸链中释放出来，在SOD作用下歧化为H2O2，H2O2在抗氧化酶的作用下进一步转化成H2O[26]。研究表明，稀土离子有利于清除植物体内的自由基[27-28]。李永裕等[20]研究表明，10～50 mg/L的La（NO3）3溶液处理可以显著清除龙眼叶片中的O-2和H2O2，而刘会雪等[26]研究表明，稀土离子对线粒体的O-2存在直接清除作用，对H2O2则基本不表现出直接作用。不同稀土离子清除植物体内自由基的作用机制已有报道，但对于镧清除超氧阴离子和H2O2的作用机制尚不清楚。该研究结果显示，3种浓度的硝酸镧处理后脐橙叶片的H2O2含量在24 h内呈先升高后降低的趋势，且不同浓度处理后，脐橙叶片H2O2平均含量均较CK有所增加。其中，150、300 mg/L处理后脐橙叶片H2O2含量较CK先降低后增加，处理8 h时达到峰值，较CK延缓了H2O2含量峰值出现的时间。以往的研究结果都是建立于处理10 d以上生理指标的变化，24 h之内的变化均未见报道。该研究3种浓度下，H2O2含量在24 h内呈不同幅度的变化，镧对H2O2不表现出直接的清理作用，但150、300 mg/L的硝酸镧处理有利于脐橙叶片H2O2含量的缓慢增加，且延缓了峰值的出现时间。近年来，H2O2作为活性氧伤害植物细胞质膜系统的研究较多，然而，H2O2也是植物细胞内信号分子，在增强植物的抗病防御反应、调控植物的生长发育、诱导保卫细胞气孔关闭、激活酶及转录因子、促进细胞外信号对基因表达的调控等方面发挥重要作用[29]。H2O2与质膜氧化还原系统的关系还需深入研究。

植物体内活性氧积累所引发的膜脂过氧化强度与MDA积累量有密切的关系，MDA的积累量越多，细胞的膜脂过氧化程度越高，植物膜系统的受损程度越高[30]。研究表明，50 mg/L的硝酸镧处理后，脐橙叶片MDA含量于4 h出现峰值，与CK表现一致，处理4 h之后，MDA含量迅速降低。而150和300 mg/L处理显著提高了脐橙叶片MDA含量，且300 mg/L处理的增幅更大。研究表明，稀土La在不同浓度作用下能够产生“低促高抑”效应，低浓度La处理的植物MDA含量低，果实品质佳，高浓度则抑制生长，降低产量和品质[11]，与该研究结果相同。50 mg/L硝酸镧溶液处理能减轻膜脂过氧化程度，提高膜系统的稳定性。150 mg/L以上浓度的硝酸镧处理增加了脐橙叶片MDA含量的积累量，且积累量与浓度成正比。

3.2 硝酸镧对脐橙叶片PPO活性的影响

多酚氧化酶是呼吸的末端氧化酶之一，参与植物体内酚类物质氧化成醌，再与其他物质交联形成保护植物组织的物理屏障[31]，以此防卫病菌对植物的侵染。曾青等[19]在油菜上的研究表明，喷施0.3 mg/L的LaCl3溶液可以提高PPO活性;赵依杰等[11]在甜瓜上的试验表明100、150、200、250 mg/L的La（NO3）3处理均明显提高了叶片中PPO活性，其中200 mg/L的硝酸镧处理效果最明显。该研究表明，50、150、300 mg/L硝酸镧处理后脐橙叶片中的PPO活性均高于CK，其中150 mg/L处理对提高脐橙叶片PPO活性的作用最大，处理后2 h，PPO活性迅速增加达到峰值，比CK增加了66.39%。这与前人的研究结果类似。可见，3种浓度硝酸镧处理下的脐橙叶片PPO活性均提高，其中150 mg/L硝酸镧处理下脐橙的抗病效果最好。

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