外源过氧化氢对草莓花芽生理生化的影响

张婷　张文杰　石梦云　宋庆科　赵林　魏猛

摘要：探究外源H2O2处理对草莓花芽生长及生理的影响，以期为草莓促早栽培提供一定的理论依据。试验以妙香7号草莓为研究对象，分别设置3个H2O2浓度（5、10、15 mmol/L）和3个持续喷施时间（5、10、15 d），加上清水对照，共10个处理，测定不同处理下花序形态表现及生理特性。结果表明：现蕾期，H2O2浓度为5 mmol/L水平下的现蕾比例超过了50%，显著高于其他处理；经过H2O2处理后的花序有明显的缩短；外源H2O2处理促进了活性氧代谢，O-2·含量迅速增加，丙二醛含量降低，激活了保护酶系，SOD、POD、CAT活性显著增加，有效清除了活性氧；SOD活性方面，5-5、5-10、10-10、15-10处理均高于其他处理组合；POD活性方面，5-5、5-10、5-15、10-10处理均高于其他组合；CAT活性方面，5-10、5-15、10-15处理高于其他组合。通过因子分析及主成分分析对各处理进行综合排名可得：5 mmol/L H2O2连续喷施10 d，效果最佳。

关键词：草莓；外源H2O2；花芽分化；生理特性

中图分类号：S668.401文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）21-0168-06

植物从营养生长进入生殖生长过程中，花芽的分化和形成作为关键时期，影响着植物个体发育。生产上，研发促进花芽提早分化的技术，使果实提早成熟上市，提高果农收益，成为果树研究热点之一。

植物成花转变是周围环境因素和内源开花基因蛋白共同调控的结果。光照是决定植物花芽分化与否的关键外界因子之一，影响着花芽分化的进程。曹亚萍等研究表明，遮阴、短日照均能诱导草莓的花芽分化［1-3］。另外，合适的温度处理（冷库、高山育苗）也能促进草莓花芽提早分化，是实践中比较常用的方法，但是操作复杂，成本较大，推广范围较小［3-5］。H2O2作为信息分子家族的新成员之一，是一种相对稳定的活性氧，它的作用机理在于通过改变细胞和转录因子的氧化还原状态及各种酶（蛋白酶、蛋白磷酸酶和离子通道）的活性，进而影响调控相关信号通路，对相应的逆境作出积极的反应［6-7］，包括种子萌发、耐逆性等，而H2O2作为活性氧对花芽分化影响的研究报道主要集中于拟南芥、烟草，在草莓上鲜有报道［8-12］。所以，本试验通过研究外源H2O2处理（浓度、时间）对草莓花芽分化的生理影响，筛选出最佳的处理组合，初步探讨过氧化氢在促早栽培过程中的调控机制。

1 材料与方法

1.1 试验材料及其处理

试验于2020年6—11月在徐州现代农业示范基地避雨育苗棚中进行。供试草莓品种为妙香7号，抗病性强，植株长势好。于2020年6月选择健康、无病害的匍匐茎扦插于32孔穴盘中，进行正常生产管理。待苗龄达到60～70 d时，选择叶片饱满、色泽新鲜正常、无病虫害，生长均匀一致的种苗进行H2O2喷施处理。

于8月25日，利用喷壶喷施外源H2O2溶液，喷施浓度为5、10、15 mmol/L，喷施时间为5、10、15 d，分别标记为5-5、5-10、5-15、10-5、10-10、10-15、15-5、15-10、15-15处理（表1），以喷洒清水为对照（CK），共计10个处理，每个处理4个穴盘，共计128株苗。

H2O2处理结束后，于9月9日将试验材料定植于普通日光温室中，进行常规栽培管理。

1.2 试验方法

现蕾率及花序形態的调查：于10月28日记录1次不同处理草莓植株的现蕾率，现蕾率＝现蕾株数／总株数×100%。利用卷尺和游标卡尺调查花序长度及花序粗度，重复20次。

生理指标的测定：从处理结束开始（9月10日）至定植后的3周（9月29日），随机选取6株草莓地上部健康、无病虫害的中心叶，一共取样4次，取样时间为9月10、16、 22、29日，带回实验室保存于 -80 ℃ 冰箱备用。采用羟胺氧化法测定超氧阴离子（O-2·）的含量，TBA法测定丙二醛（MDA）的含量，考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量，氮蓝四唑（NBT）法测定SOD活性，愈创木酚法测定POD活性，过氧化氢法测定CAT活性［13］。

用WPS Office 进行数据处理，用SPSS 19.0数据处理系统试验统计分析方法（Duncans法）进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 各处理下花序生长表现变化

由图1可知，首先，除了处理10-15、15-5外，其他H2O2处理使得现蕾比例高于对照，其中H2O2浓度为5 mmol/L水平下的现蕾比例超过了50%，高于其他处理（图1-A），由此可知，外源H2O2在促进花芽分化中发挥一定的积极作用。另外，外源H2O2处理后的花序粗度和长度均与对照有明显的变化（图1-B、图1-C），其中，经过H2O2处理后的花序有明显的缩短，处理10-5缩短幅度最大，达到50.7%，粗度方面，各处理均低于对照。

2.2 H2O2处理对草莓O-2·、MDA、可溶性蛋白含量的动态变化

活性氧是植物在有氧代谢中产生的，而超氧阴离子（O-2·）是活性氧因子之一。由图2-A可知，除CK外，同一处理下超氧阴离子含量随着时间呈递减趋势，且均存在显著差异，9月10日含量最大。另外，随着喷施H2O2浓度和时间的增加，超氧阴离子含量总体呈上升趋势。由图2-B可知，除15-10处理外，其他处理组在中期（9月16日）下的MDA含量均低于其他取样时间，其中5-10、5-15、10-15处理组合在9月16日达到了显著水平，各处理后期（9月22日、9月29日）的MDA含量均高于前期；对照在9月22日丙二醛含量最低。不同时间下的可溶性蛋白含量变化见图2-C，其中5-5、5-10、5-15、10-5、10-15、15-10处理的可溶性蛋白含量在9月16日均最高，而10-10、15-5处理可溶性蛋白含量在9月10日达到最高，15-15对照、CK可溶性蛋白含量在9月22日达到最高。

2.3 不同处理间抗氧化酶活性的动态变化

随着时间的延长 9个处理组草莓叶片SOD 活性呈先上升后下降的趋势（图3-A），均在9月16日达到了最大，对照在9月22日SOD活性达到了最大。各处理间POD活性的变化可知（图3-B），5-5、5-10、5-15、10-5、10-10处理在9月16日达到最高，15-5、15-10、15-15处理在9月10日达到最高，CK在9月22日POD活性达到最高。图3-C为CAT活性变化趋势，5-5、5-10、5-15、10-5、15-10处理的CAT活性在9月16日达到了最高，对照在9月22日达到最高，10-10处理在9月22日极显著高于其他时间点，15-5处理在9月10日CAT活性达到了最高，达到极显著水平。

2.4 H2O2对草莓叶片生理特征的影响

由图1至图3综合分析可知，处理后9月16日是试验指标的转折点，特此以9月16日为定量进行处理间的显著性分析，由表2可知，O-2·含量随着处理浓度和时间的变化呈先增加后下降的趋势，在15-5处理下，O-2·含量达到最大，其次是15-10、10-15处理，处理15-5、15-10、10-15极显著高于其他处理组合；MDA含量方面，对照极显著高于其他处理，10-15、5-10、15-15处理的丙二醛含量較低；各处理可溶性蛋白含量无显著差异，但5-10处理水平下的可溶性蛋白含量最高；SOD活性方面，5-5、5-10、10-10及15-10均高于其他处理组合；POD活性方面，5-5、5-10、5-15及10-10均高于其他组合；CAT活性方面，5-10、5-15、10-15处理活性较高。

2.5 过氧化氢处理综合性状评价

通过主成分分析结果（表3），依据累积贡献率≥85%，提取了4个主成分因子，分别为SOD活性因子、丙二醛因子、可溶性蛋白因子及CAT活性因子，通过权重计算获得主成分得分模型：F总=0.392F1+0.298F2+0.179F3+0.131F4，每个处理的综合得分见表4，不同处理由高到低排名顺序为 5-10、15-10、5-5、5-15、10-5、10-10、CK、15-5、15-15、10-15 。

3 结论与讨论

H2O2作为最稳定的活性氧，通过超氧化物歧化酶、NADPH氧化酶、脂氧合酶等在叶绿体和线粒体中经电子传递而产生的信号分子［15-17］。当喷施外源H2O2溶液时，打破了体内原有的活性氧的动态平衡，细胞内由于大量活性氧积累，产生氧胁迫，为了清除多余的活性氧，需要启动抗氧化酶系统，调节酶类和非酶类含量使其趋于平衡状态［18］。

草莓在营养生长向生殖生长转化的初期，即花芽形成期，伴随一系列的酶类和非酶类等内含物含量变化与转换，其中丙二醛、可溶性还原糖、可溶性蛋白质、超氧化歧化酶、过氧化物酶与其有密切关系。首先，丙二醛是植物细胞膜脂过氧化的最终产物，能与细胞内各种成分发生反应，从而抑制细胞保护酶活性，降低抗氧化物含量，造成膜严重损伤；抗氧化物酶（SOD、POD、CAT）活性的动态变化趋势在一定程度上反映了植物体内活性氧的代谢速度，从前期动态变化到后期恢复到一定的水平，降低了植物体内的活性氧含量，而在此动态变化过程中，可能使得细胞氧化还原状态发生了改变，会引起相关转录因子和开花基因的表达。本试验中喷施外源H2O2后，活性氧含量升高，SOD、CAT、POD活性逐渐升高，代表着其消除活性氧自由基直至恢复正常，在花芽分化期达到最高峰，即SOD、CAT、POD活性与花芽分化进程呈正相关，此结果与涂淑萍等的研究结果［19-21］一致。而喷施H2O2处理时间过长或者浓度过高，对草莓的氧化系统损伤较大，难以清除大量的活性氧自由基，平衡系统遭到破坏，影响植株的生长发育，从而不利于开花相关基因的表达［22］。试验结果表明，一定浓度的H2O2和合适的时间能促进草莓提前花芽分化，但相关的分子机理和信号机制需要进一步深入探索。

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收稿日期：2023-02-16

基金项目：徐州市科技创新专项资金（编号：KC2022085）。

作者简介：张 婷（1989—）女，甘肃静宁人，硕士，助理研究员，从事果树种质资源及适应性方面的研究。E-mail：tingzhang322@163.com。

通信作者：魏 猛，博士，副研究员，从事土壤养分管理及草莓栽培技术等方面研究。E-mail：weimeng1024@163.com。