徐佳寧 劉鋼 張利云 高建偉

摘要：番茄是我國保護(hù)地內(nèi)種植經(jīng)濟(jì)效益較高的蔬菜，約占整個(gè)保護(hù)地蔬菜種植面積的30%，在設(shè)施蔬菜栽培中占有重要地位。夏季高溫會(huì)導(dǎo)致番茄果實(shí)商品性差、畸形果率高、坐果率低等問題，嚴(yán)重制約番茄的周年生產(chǎn)與供應(yīng)。因此，了解番茄在高溫脅迫條件下的抗氧化系統(tǒng)變化規(guī)律，對(duì)番茄的抗逆育種和增產(chǎn)增收都具有十分重要的意義。本研究以17種耐熱性不同的番茄品種為試驗(yàn)材料，以25℃為對(duì)照條件，研究40℃高溫條件下番茄幼苗葉片中抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX）活性、可溶性蛋白和丙二醛（MDA）含量的變化。結(jié)果表明：與對(duì)照相比，隨著高溫脅迫時(shí)間的延長，番茄葉片中抗氧化酶活性、可溶性蛋白和MDA含量多呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)；但不同番茄品種的峰值出現(xiàn)時(shí)間不同。這說明不同番茄品種的耐熱性和對(duì)高溫脅迫的響應(yīng)機(jī)制存在差異。

關(guān)鍵詞：番茄；高溫脅迫；響應(yīng)機(jī)制；抗氧化酶系統(tǒng)；丙二醛（MDA）；可溶性蛋白

中圖分類號(hào)：S641.201文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2016）10-0027-05

番茄是茄科（Solanaceae）番茄屬（Lycopersicon）一年生或多年生植物，在南緯45°至北緯 65°均有種植，遍及全球160余個(gè)國家或地區(qū)[1]。番茄的所有野生種均分布在南美西部的安第斯山脈狹長地帶[2]。18世紀(jì)后番茄作為一種世界性蔬菜在各地廣泛種植[1]。近年來，番茄作為一種保護(hù)地內(nèi)種植經(jīng)濟(jì)效益較高的蔬菜，在設(shè)施蔬菜栽培中占有重要地位[3]。番茄含有糖、蛋白質(zhì)、脂肪、有機(jī)酸、纖維素等多種營養(yǎng)物質(zhì)[4]，以及豐富的維生素和微量元素，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。此外，番茄還具有一定的藥用價(jià)值，如番茄中的番茄紅素有抗氧化和抗腫瘤的作用[5，6]。

非生物脅迫是指由非生物因素引起的對(duì)植物正常生長發(fā)育造成逆境影響的總稱。高溫脅迫是設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的一種非生物脅迫，有研究表明，35℃高溫條件可導(dǎo)致番茄產(chǎn)量降低32.62%，坐果率明顯降低，平均單果重、糖酸比下降，空洞果比例明顯增加；高溫時(shí)間越長，果實(shí)產(chǎn)量越低、品質(zhì)越差[7]。在25～29℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，番茄果實(shí)心室隔壁中蔗糖積累逐漸增多，果肉和膠質(zhì)胎座中蔗糖積累逐漸減少[8]。番茄果實(shí)的著色受溫度的影響較大，番茄紅素的合成在高溫條件下受到抑制，因此持續(xù)高溫處理的番茄呈現(xiàn)黃色[9]。在高溫脅迫下，番茄葉片中的光合色素含量上升；隨脅迫時(shí)間的延長，氣孔導(dǎo)度和光合強(qiáng)度均呈先下降后升高再逐漸下降的趨勢(shì)[10]。因此，溫度在番茄生長發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用，適宜的溫度是番茄正常生長發(fā)育的必要條件。

超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、過氧化物酶（POD）等能夠有效清除植物細(xì)胞內(nèi)的自由基，是酶促防御系統(tǒng)的重要組成成分，也是反映植物抗逆性的重要生理指標(biāo)[11，12]。丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的終產(chǎn)物之一，其含量高低也可以作為考察細(xì)胞受脅迫程度的指標(biāo)之一。在全球溫室效應(yīng)逐年加劇的情況下，對(duì)番茄耐熱性的研究顯得尤為重要。培育適合夏季種植的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、耐熱越夏品種，對(duì)番茄的栽培推廣有著重要意義。因此，本試驗(yàn)通過研究溫度變化對(duì)番茄葉片中可溶性蛋白、MDA含量，以及SOD、CAT、APX、POD活性的影響，探討高溫脅迫對(duì)番茄體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)的影響，為番茄響應(yīng)高溫脅迫機(jī)制的研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為濟(jì)南市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院從國家農(nóng)作物種質(zhì)資源庫收集的 17 種番茄抗熱種質(zhì)資源（見表1）。

將幼苗栽培于營養(yǎng)缽中，基質(zhì)為通用育苗基質(zhì)，置于人工氣候箱中培育。每個(gè)品種種植30株，溫度25℃，光照12 h/d，光照強(qiáng)度22 000 lx。將 4～5周齡的長勢(shì)良好的番茄幼苗置于40℃的人工氣候箱中進(jìn)行脅迫處理。處理時(shí)間為 0、1、3、6、12 h， 取樣均為生長一致的幼苗頂端相同節(jié)位新的葉片，每個(gè)處理取2株，重復(fù)3次。

1.2測(cè)定項(xiàng)目及方法

可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[13] 測(cè)定， MDA含量采用硫代巴比妥酸比色法[13]測(cè)定，SOD活性采用氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法[13]測(cè)定，POD活性采用愈創(chuàng)木酚比色法[14]測(cè)定，CAT、APX活性均采用紫外吸收法[13]測(cè)定。

1.3數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖。

2結(jié)果與分析

2.1高溫脅迫對(duì)番茄葉片中MDA含量的影響

MDA是膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，其含量與細(xì)胞膜脂過氧化程度呈正相關(guān)。由圖1可知，隨著高溫脅迫時(shí)間的延長，大多數(shù)供試品種番茄葉片中MDA 含量呈先增加后減少的趨勢(shì)，且MDA 含量的峰值大多出現(xiàn)在脅迫3 h時(shí)。10號(hào)（申粉）的MDA含量則一直處于相對(duì)較低的水平。

2.2高溫脅迫對(duì)番茄葉片中可溶性蛋白含量的影響

由圖2可知，大多數(shù)參試品種番茄葉片的可溶性蛋白含量隨脅迫時(shí)間的延長呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中2號(hào)（大黃一號(hào)）、4號(hào)（栗源）、5號(hào)（紅抗）、7號(hào)（順義大粉）、9號(hào)（矮粉）、16號(hào)（羅城二號(hào)）在高溫處理1 h時(shí)出現(xiàn)峰值；1號(hào)（桔黃加辰）、3號(hào)（費(fèi)洛雷德）、8號(hào)（早粉四號(hào)）、10號(hào)（申粉）、11號(hào)（6613T）、12號(hào)（武昌大紅）、13號(hào)（羅城一號(hào)）、15號(hào)（VC11）、17號(hào)（BF興101號(hào)）在處理6 h時(shí)出現(xiàn)峰值，其中6號(hào)（粉紅甜肉）、7號(hào)（順義大粉）、8號(hào)（早粉四號(hào)）、9號(hào)（矮粉）、16號(hào)（羅城二號(hào)）的蛋白含量峰值較高，在1.1 mg/gFW 左右。

2.3高溫脅迫對(duì)番茄葉片中SOD活性的影響

SOD是生物體內(nèi)重要的抗氧化酶，具有特殊的生理活性，能夠催化超氧化物通過歧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氧氣和過氧化氫，是生物體內(nèi)清除自由基的首要物質(zhì)。對(duì)供試番茄葉片細(xì)胞內(nèi)SOD活性的測(cè)定結(jié)果見圖3。1號(hào)（桔黃加辰）、2號(hào)（大黃一號(hào)）、3號(hào)（費(fèi)洛雷德）、4號(hào)（栗源）、5號(hào)（紅抗）、10號(hào)（申粉）、14號(hào)（1117番茄）的SOD活性均在高溫脅迫1 h時(shí)出現(xiàn)峰值；6號(hào)（粉紅甜肉）、7號(hào)（順義大粉）和9號(hào)（矮粉）、11號(hào)（6613T）的SOD活性在高溫脅迫3 h時(shí)出現(xiàn)峰值；8號(hào)（早粉四號(hào)）、13號(hào)（羅城一號(hào)）、15號(hào)（VC11）、16號(hào)（羅城二號(hào)）、17號(hào)（BF興101號(hào)）等的SOD活性在高溫脅迫12 h時(shí)出現(xiàn)峰值。

2.4高溫脅迫對(duì)番茄葉片中POD活性的影響

POD是植物體內(nèi)負(fù)責(zé)清除H2O2的主要酶類之一，能夠催化H2O2氧化為水，此外，它還能使脂質(zhì)的過氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)檎５闹舅?，可終止進(jìn)一步的生物自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而阻止脂質(zhì)過氧化的積累而引起的細(xì)胞中毒。由圖4可知，除1號(hào)（桔黃加辰）外，其他供試番茄品種的葉片POD活性均隨脅迫時(shí)間的延長呈先上升后下降再上升的趨勢(shì)，且大多數(shù)供試品種的POD活性在高溫脅迫12 h時(shí)達(dá)到最大值。8號(hào)（早粉四號(hào)）、9號(hào)（矮粉）和10號(hào)（申粉）的POD活性在脅迫后變化較??；6號(hào)（粉紅甜肉）的 POD 活性在脅迫1 h時(shí)達(dá)到最大值；1號(hào)（桔黃加辰）、5號(hào)（紅抗）、13號(hào)（羅城一號(hào)）和15號(hào)（VC11）的POD活性在脅迫3 h時(shí)達(dá)到最大值。

2.5高溫脅迫對(duì)番茄葉片中CAT活性的影響

CAT是植物體內(nèi)清除H2O2的另一關(guān)鍵酶，主要存在于植物過氧化物酶體與乙醛酸循環(huán)體中。由圖5可知，1號(hào)（桔黃加辰）、2號(hào)（大黃一號(hào)）、3號(hào)（費(fèi)洛雷德）、4號(hào)（栗源）、11號(hào)（6613T）和16號(hào)（羅城二號(hào)）的 CAT 活性在高溫脅迫1、6 h 時(shí)明顯升高；6號(hào)（粉紅甜肉）、7號(hào)（順義大粉）、8號(hào)（早粉四號(hào)）、9號(hào)（矮粉）、10號(hào)（申粉）和14號(hào)（1117番茄）的CAT活性相對(duì)其他品種較低。

2.6高溫脅迫對(duì)番茄葉片中APX活性的影響

APX是植物活性氧代謝中重要的抗氧化酶之一，尤其是葉綠體中清除 H2O2的關(guān)鍵酶，又是維生素C代謝的主要酶類。由圖6可知，大多數(shù)番茄品種的APX活性隨脅迫時(shí)間的延長先上升后下降，但3號(hào)（費(fèi)洛雷德）、4號(hào)（栗源）、5號(hào)（紅抗）、9號(hào)（矮粉）和11號(hào)（6613T）在處理12 h時(shí)APX活性明顯上升。

3討論與結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，高溫脅迫對(duì)番茄葉片中的可溶性蛋白、MDA含量以及抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX）活性均有不同程度的影響。MDA含量可表示細(xì)胞膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的受害程度[15]，在一定程度上反映膜脂過氧化的程度。植物體在遭遇脅迫時(shí)，活性氧積累對(duì)植物產(chǎn)生傷害的一個(gè)重要機(jī)制是直接或間接啟動(dòng)膜脂的過氧化作用，引起膜脂過氧化產(chǎn)物MDA的增加[13]。本研究中，大多數(shù)番茄品種葉片MDA 含量在高溫脅迫0～3 h內(nèi)上升，在脅迫3 h時(shí)出現(xiàn)峰值，在3～12 h內(nèi)下降，表明高溫脅迫3 h左右，番茄葉片中膜脂過氧化的程度較深。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，植物在逆境條件下通過增加可溶性蛋白的合成，直接參與其適應(yīng)逆境的過程[16]。本研究中，隨著高溫脅迫時(shí)間的延長，番茄葉片可溶性蛋白含量先升后降，說明遭受高溫脅迫后植物體內(nèi)快速積累可溶性蛋白來抵御高溫脅迫的傷害。

通常植物體內(nèi)存在一套清除活性氧的保護(hù)酶系統(tǒng)，它能使植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)平衡。SOD催化超氧陰離子發(fā)生歧化反應(yīng)，生成過氧化氫和氧氣，POD、APX、CAT 負(fù)責(zé)清除過氧化氫，四者相互合作共同去除活性氧，以提高植物對(duì)脅迫的適應(yīng)性。本研究中，大部分番茄品種葉片的SOD活性在脅迫1 h時(shí)顯著增加，APX 和 POD 的活性在脅迫6～12 h時(shí)出現(xiàn)顯著升高，CAT活性在脅迫6 h時(shí)顯著升高，這與SOD為活性氧清除系統(tǒng)第一道防線的說法一致。這說明隨著高溫脅迫的進(jìn)程，主要參與響應(yīng)的酶活性不同。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，8號(hào)（早粉四號(hào)）、9號(hào)（矮粉）和10號(hào)（申粉）的各項(xiàng)指標(biāo)均處于相對(duì)較低的水平，說明這三個(gè)品種對(duì)于高溫脅迫具有相對(duì)較好的適應(yīng)性。

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