錢麗華,阮松林,戴丹麗,忻 雅
(1.浙江省杭州市農業(yè)科學研究院,浙江 杭州 310024;2.浙江省農業(yè)科學院 蔬菜研究所,浙江 杭州 310021)
三葉青是葡萄科多年生蔓生藤本植物,分布于浙江、江西、福建等10多個省 (區(qū)),醫(yī)學臨床試驗表明具有清熱解毒、消腫散結、祛風化痰、活血止痛的功效,可用于治療小兒高熱、扁桃體炎、肝炎及病毒性腦膜炎等多種疾病,也是抗腫瘤常用藥物,而且對肝癌和血癌細胞具有“促凋亡作用”。國內關于三葉青藥理、抗病機制方面的研究很多,但有關三葉青生理方面的研究罕見報道。三葉青對生長環(huán)境要求苛刻、生長速度極其緩慢,野生資源稀少,因人為狂采濫挖,已瀕臨滅絕,為了保護三葉青野生資源,提高其人工馴化栽培水平,實現三葉青產業(yè)化發(fā)展,特開展高溫、低溫等不同溫度梯度處理對三葉青試管組培苗生長影響的研究,篩選出三葉青試管組培苗最適生長溫度,探究組培苗抗高溫和低溫逆境能力,以期為三葉青田間馴化栽培管理提供技術參考依據和指導。
以三葉青3 cm左右的不定芽為供試材料。將三葉青不定芽接種于繼代培養(yǎng)基上,每瓶接種大小一致的不定芽5株,光照培養(yǎng)8 d,不定芽基部愈傷組織膨大,然后在光照培養(yǎng)箱中進行高溫和低溫處理,每個處理3瓶,處理前稱量不定芽原始鮮重,高溫處理為30℃,35℃,40℃,45℃ 4個溫度,低溫處理為10℃和5℃ 2個溫度,對照為25℃,高溫處理時間為16 h,低溫處理時間為24 h,處理后將其轉入對照溫度下繼續(xù)培養(yǎng),1個月后取出稱量各處理不定芽鮮重,同時測定超氧化物歧化酶 (SOD)、丙二醛 (MDA)、可溶性蛋白等生理指標。
SOD活性測定。取1 g試管組培苗不定芽材料,加入預冷2 mL 25 mmol,pH值7.8的磷酸緩沖液 (含0.2 mmol EDTA、2 mol·L-1抗壞血酸和2%PVP)和少量石英砂粉末,在冰浴中研磨成勻漿,倒入1.5 mL離心管中,于4℃下12 500 r·min-1離心20 min,取上清液轉入1.5 mL離心管中,置于4℃?zhèn)溆?。?50 μL上清液和 3 mL NBT反應液 (含50 mmol磷酸緩沖液、13 mmol甲硫氨酸、63 μmol NBT、1.3 mol核黃素和0.1 mol EDTA),放入10 mL試管中,在25℃下光照30 min??瞻滓? mL NBT反應液 +50 μL的緩沖液作本底,用緩沖液調零。以抑制NBT光化還原為1個酶活力單位。
MDA含量測定。取1 g試管組培苗不定芽材料,加入預冷3 mL 50 mmol、pH值7.8磷酸緩沖液 (含2%PVP)和少量石英砂粉末,在冰浴中研磨成勻漿,倒入1.5 mL離心管中,于4℃下12 500 r·min-1離心 20 min,取上清液轉入 1.5 mL離心管中,置于4℃?zhèn)溆?。? mL上清液和3 mL TCA反應液 (0.6%TBA和20%TCA),放入10 mL試管中,在95℃水浴中保溫30 min,然后立即置于冰浴中冷卻,在4℃下12 500 r·min-1離心10 min,在532和600 nm波長下測定光密度,按經驗公式計算獲得MDA含量。
可溶性蛋白含量測定。取0.5 g試管組培苗不定芽材料,加入預冷2 mL 25 mmol、pH值7.8磷酸緩沖液 (含0.2 mmol EDTA、2 mol·L-1抗壞血酸和2%PVP)和少量石英砂粉末,在冰浴中研磨成勻漿,倒入1.5 mL離心管中,于4℃下12 500 r·min-1離心20 min,取上清液轉入1.5 mL離心管中,置于4℃?zhèn)溆谩H?0 μL上清液和3 mL考馬斯亮蘭 G-250溶液 (0.6%TBA和20%TCA),放入10 mL試管中,在室溫下反應15 min,在595 nm波長下測定光密度。以牛血清 (BSA)為標準對照,計算可溶性蛋白含量。
測定結果 (圖1)表明,在高溫處理中,30℃、35℃處理后三葉青試管組培苗鮮重增加最明顯,平均鮮重增加達到4.402 7~5.149 3 g,兩者之間不存在顯著差異,但均極顯著優(yōu)于其它4個處理。在25~35℃范圍內,隨著溫度的上升,三葉青試管植株鮮重呈遞增趨勢,但當溫度升至40℃,三葉青試管植株鮮重增加明顯減少,且低于其它5個處理,當溫度升至45℃時,三葉青試管植株全部黃化死亡。低溫處理,隨著溫度的下降,三葉青試管植株鮮重增加逐漸減少,但兩者之間不存在顯著差異,與對照之間也不存在顯著差異,這有待于進一步分析。因此,我們認為30~35℃是三葉青試管組培苗生長的最適宜溫度,而40℃以上或10℃以下溫度則不利于三葉青試管組培苗生長。
圖1 不同溫度處理后三葉青試管組培苗鮮重變化
25~35℃溫度范圍內,隨著溫度的上升,三葉青試管組培苗SOD酶活性逐漸上升,在35℃時達到最高 (圖2),當溫度上升至40℃時,SOD酶活性快速下降至最低;低溫5℃或10℃處理后,三葉青試管組培苗SOD酶活性均低于對照,兩者之間不存在顯著差異。由此可見,35℃時SOD酶活性最高,而40℃時SOD酶活性則最低。
圖2 溫度處理三葉青組培苗SOD酶活性的變化
從圖3看出,25~35℃范圍內,隨著溫度的上升,MDA呈下降趨勢,35℃時三葉青試管組培苗的MDA含量降至最低,當溫度升至40℃,三葉青試管組培苗中MDA含量大幅增加,明顯高于其它各處理,30℃處理后三葉青試管組培苗中MDA含量與對照基本一致;低溫處理中,5℃下三葉青組培苗中MDA含量高于對照,而10℃下MDA含量低于對照,這有待于進一步分析。由此可見,40℃下 MDA含量最高,其次為5℃,而35℃時MDA含量則最低。
圖3 溫度處理三葉青組培苗MDA含量的變化
25~35℃范圍內,隨著溫度上升,可溶性蛋白含量也隨之升高,且以35℃時可溶性蛋白含量最高,當溫度升至40℃時,可溶性蛋白明顯下降(圖4);5℃,10℃低溫處理后三葉青試管組培苗可溶性蛋白含量均高于對照。由此可見35℃及10℃以下都引起植株可溶性蛋白含量的增加,而40℃以上則引起可溶性蛋白含量的下降。
圖4 溫度處理三葉青組培苗可溶性蛋白含量的變化
30~35℃是三葉青試管組培苗生長的最適宜溫度,平均鮮重增加達到4.402 7~5.149 3 g;而40℃以上或10℃以下溫度則不利于三葉青試管組培苗生長,植株生長緩慢,鮮重變化小。
SOD酶含量隨溫度上升而上升,在35℃時達到最高,這主要是由于在溫度脅迫下,植物會通過調節(jié)自身的防御體系對溫度脅迫作出適應性反應[1],導致SOD酶活性上升,而40℃以上或10℃以下溫度處理后SOD酶含量明顯較其它處理低,這可能是由于此時溫度脅迫已經超過了三葉青機體的耐受能力,無法清除體內過多的活性氧,SOD酶活性下降,膜修復能力減弱,植株生長緩慢。
MDA是膜系統受害的一個重要標志之一[2]。5℃和40℃處理后MDA含量明顯較其它處理高,這可能是由于高低溫逆境下,三葉青試管苗細胞膜脂發(fā)生了過氧化,產生了植物細胞膜脂過氧化的產物MDA,從而對膜造成嚴重傷害。
一般認為可溶性蛋白含量與植物的抗冷性之間存在密切關系。在逆境脅迫條件下,植物可溶性蛋白含量會增加,由于它的親水膠體性質強,能增加細胞持水性,因此可減少原生質因結冰而傷害致死的可能性[3]。試驗中5~10℃低溫脅迫可能誘導了低溫相關蛋白表達,植株產生抗冷應急反應,引起可溶性蛋白含量明顯增加;35℃溫度時可溶性蛋白含量最高,這可能與三葉青生長相關蛋白的增加有關;40℃溫度抑制了三葉青試管組培苗生長,可溶性蛋白含量有所下降,可能與高溫脅迫下蛋白質合成受阻或發(fā)生降解有關,楊華庚等[4]對蝴蝶蘭幼苗進行高溫脅迫試驗中,也發(fā)現高溫脅迫下蛋白質含量在下降,推測與蛋白質合成受阻或降解有關。
試驗結果表明,三葉青栽培中生長溫度為30~35℃時,有利于幼苗地上部生長;當溫度降至10℃以下或升至40℃以上時,則需考慮做好保溫或降溫措施。
[1]羅婭,湯浩茹,張勇.低溫脅迫對草莓葉片 SOD和 ASAGSH循環(huán)酶系統的影響[J].園藝學報,2007,34(6):1405-1410.
[2]陳少裕.膜脂過氧化對植物細胞的傷害[J].植物生理學通訊,1991,27(2):84-90.
[3]江福英,李延,翁伯琦.植物低溫脅迫及其抗性生理[J].福建農業(yè)學報,2002,17(3):190-195.
[4]楊華庚,陳慧娟.高溫脅迫對蝴蝶蘭幼苗葉片形態(tài)和生理特性的影響[J].中國農學通報,2009,25(1):123-127.