吳雪霞,張愛冬,朱宗文,姚 靜,查丁石,李 賢*

(1.上海市農(nóng)業(yè)科學院 園藝研究所,上海 201403;2.上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點實驗室,上海 201403;3.山東省臨沂市農(nóng)業(yè)局,山東 臨沂 276001)

茄子(SolanummelongenaL.)是茄科重要蔬菜作物,在我國南北各地廣泛種植。據(jù)統(tǒng)計，中國2014年茄子播種面積為80.6萬hm2,總產(chǎn)量3068萬t[1]。茄子屬喜溫作物,其生長發(fā)育的最適宜溫度為22～30 ℃；當溫度超過35 ℃時,茄子苗期植株的生長發(fā)育會受到抑制,坐果期落花落果,商品果果皮顏色變淡無光澤,產(chǎn)量和品質(zhì)降低[2-4]。在高溫脅迫下,植物體內(nèi)的活性氧(ROS)清除系統(tǒng)被破壞,ROS大量產(chǎn)生,引起膜蛋白和膜內(nèi)酯的變化,植物細胞受到破壞。植物體內(nèi)啟動抗氧化酶系統(tǒng)(SOD、POD、CAT和APX)以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化,有效清除和抵御活性氧,以適應高溫脅迫[5-6]。高溫會導致花青素合成減少和分解增加。在花青素合成的上游途徑中,溫度主要對苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonialyase, PAL)、查耳酮合成酶(Chalcone synthase, CHS)、查耳酮異構(gòu)酶(CHI)等的活性進行調(diào)控；在下游途徑中,主要通過對二氫黃酮還原酶(Dihydroflavonol 4-reductase, DFR)、花青素合成酶(Anthocyanidin synthase, ANS)和類黃酮3-葡糖基轉(zhuǎn)移酶(Flavonoid glucosyltransferase, 3GT/UFGT)等的活性進行調(diào)控[7-8]。

目前高溫脅迫對茄子的影響研究主要集中在茄子苗期耐熱性鑒定[2,9]、生理指標變化等方面[4,10],而關(guān)于高溫對茄子果實的影響較少報道。因此,本試驗對茄子‘特旺達’的商品成熟果進行高溫處理,測定研究了在果皮活性氧代謝過程中果皮花青素含量及花青素主要合成酶活性的變化規(guī)律,以期為明確高溫對茄子果實、花青素含量的影響提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試茄子品種為‘特旺達’,由上海市農(nóng)業(yè)科學院提供,在國內(nèi)推廣種植面積較大。

1.2 試驗處理

選擇大小、成熟度基本一致,無機械損傷的商業(yè)成熟的果實為研究對象。選出具有以上要求的商品成熟果的20株茄子植株,將它們隨機分成2組,每組包含10株茄子,均置于植物生長氣候室內(nèi)。將其中一組作為對照,全天晝夜溫度設(shè)置為(27±1)℃；另外一組做高溫處理,全天溫度設(shè)置為(45±1)℃；高溫處理組與對照組除溫度不同外,其他條件如光照和濕度等均一致。分別于處理后0、3、6、12、24和48 h取樣，測定各項理化指標,重復3次。

1.3 測定指標與測定方法

1.3.1 茄子果皮活性氧及抗氧化酶活性的測定 丙二醛(MDA)含量、超氧陰離子(O2·-)產(chǎn)生速率,超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)的活性，脯氨酸(Pro)和可溶性蛋白含量的測定方法均參照吳雪霞等[11]的方法;過氧化氫(H2O2)含量的測定參照郭欣欣等[12]的方法。

1.3.2 茄子果皮花青素含量及其主要合成酶活性的測定 稱取0.2 g茄子果皮,加2 mL 25 mmol/L HEPES (pH 7.4)樣品提取液,在冰浴下研磨成勻漿,在4 ℃下以12000 r/min離心20 min,上清液用于測定花青素含量,具體測定步驟參照蘇州科銘生物技術(shù)有限公司(www.cominbio.com)的試劑盒說明書,每處理重復3次。

精確稱取1 g茄子新鮮果皮，加入少量石英砂和等量PVPP,在液氮中將其研磨粉碎,分裝到預冷的離心管中；再加入2 mL預冷的酶提取緩沖液,震蕩漩渦混勻,在4 ℃下以12000 r/min離心20 min；將上清液(粗酶液)移至新離心管中,放置在冰浴中,用于酶活性測定；采用美國TSZ公司植物花青素酶(PAL、CHS、DFR、ANS、3GT)活性測定專用試劑盒進行檢測。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Origin軟件繪圖,用SPSS統(tǒng)計軟件對平均數(shù)用Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫對茄子果皮MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量的影響

如圖1所示,在對照條件下，茄子果皮MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量在0～48 h內(nèi)基本保持不變；在高溫脅迫下，茄子果皮MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量在處理后0～48 h內(nèi)均呈上升趨勢,在48 h時達到最大值,分別比對照增加了516%、128%和90%。

圖1 高溫脅迫對茄子果皮MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量的影響

2.2 高溫脅迫對茄子果皮抗氧化酶活性的影響

圖2表明：對照茄子果皮的SOD和APX活性在0～48 h內(nèi)呈逐漸上升的趨勢,POD和CAT活性在0～48 h內(nèi)均未發(fā)生明顯變化；在高溫處理下，茄子果皮4種酶的活性隨處理時間的延長均呈先上升后下降的趨勢,其中SOD活性在處理12 h時達到最大值,比對照增加了70.05%，POD、CAT和APX活性在處理24 h時達到最大值,分別比對照增加了337.75%、279.38%和42.79%。

2.3 高溫脅迫對茄子果皮脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

從圖3可以看出：茄子果皮脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)含量的變化趨勢一致,其中對照組在0～48 h內(nèi)變化幅度均較小,高溫處理組在0～48 h內(nèi)均呈直線上升的趨勢,在處理48 h時分別為對照的7.05和0.75倍。

圖2 高溫脅迫對茄子果皮SOD、POD、CAT和APX活性的影響

圖3 高溫脅迫對茄子果皮脯氨酸和可溶性蛋白含量的影響

2.4 高溫脅迫對茄子果皮花青素及其主要合成酶活性的影響

由圖4可見：在對照下,茄子果皮花青素(ANTH)含量及其主要合成酶(CHS、DFR、ANS和3GT)的活性在0～48 h內(nèi)基本保持恒定;在高溫處理下，以上指標在0～48 h內(nèi)均呈持續(xù)下降的趨勢,在處理48 h時,ANTH、CHS、DFR、ANS和3GT分別比對照降低了31.60%、39.91%、35.10%、27.29%和30.35%；PAL的活性在高溫處理下呈先上升后降低的趨勢,在處理12 h時達到峰值,比對照增加了50.88%。

3 討論

據(jù)金春燕等[13]報道，高溫處理導致番茄體內(nèi)MDA含量和O2·-產(chǎn)生速率均顯著增加；張建光等[14]研究表明,高溫和強光能促使蘋果果實表皮組織內(nèi)MDA含量和O2·-產(chǎn)生速率大幅增加，使細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能受損,從而引起高溫和強光傷害。本試驗結(jié)果表明,高溫脅迫導致茄子果皮MDA含量、O2·-產(chǎn)生速率和H2O2含量增加,且在脅迫過程中均呈持續(xù)上升的趨勢,說明高溫脅迫造成了茄子果皮的過氧化傷害,且這種傷害隨脅迫時間的延長而加重。

SOD、POD、CAT和APX是酶促防御系統(tǒng)的重要組成成分,SOD催化O2·-生成H2O2和O2,POD、CAT和APX負責將H2O2分解為H2O和O2,以提高植物對高溫脅迫的適應性[15-16]。李建建等[17]研究認為,高溫脅迫使黃瓜幼苗葉片的SOD活性呈下降趨勢,而POD和CAT的活性持續(xù)升高。徐佳寧等[18]研究表明,在40 ℃高溫處理下,番茄幼苗葉片中SOD、POD、CAT和APX等抗氧化酶的活性呈先上升后下降的趨勢,但不同番茄品種的峰值出現(xiàn)時間不同。本研究結(jié)果表明,在高溫脅迫過程中茄子果皮的SOD、POD、CAT和APX活性均呈先上升后下降的趨勢。在高溫脅迫前期抗氧化酶活性的升高可能是茄子果實對短時高溫脅迫的一種應激和自我適應性反應,通過調(diào)節(jié)抗氧化酶活性試圖建立ROS產(chǎn)生與清除的平衡關(guān)系;隨著脅迫時間的延長,抗氧化酶受抑程度超出了茄子果皮自身的適應能力,因此,抗氧化酶活性降低,膜脂過氧化程度加重。

圖4 高溫脅迫對茄子果皮花青素及其主要合成酶活性的影響

脯氨酸和可溶性蛋白是植物抗逆系統(tǒng)中極為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),具有調(diào)節(jié)滲透壓及保護細胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用。在本試驗中,高溫脅迫促進了茄子果皮脯氨酸和可溶性蛋白的積累,且隨著高溫脅迫時間的延長呈持續(xù)增加趨勢。這與李建建等[17]的研究結(jié)果類似,可能是因為脯氨酸和可溶性蛋白的積累提高了植株的滲透調(diào)節(jié)能力,調(diào)節(jié)了細胞的滲透平衡,維持了細胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,以適應高溫脅迫逆境。

高溫處理使植物花青素合成減少和分解增加,甚至表現(xiàn)出褪色或較難著色[7-8]。高溫可通過誘導植物體內(nèi)花青素苷合成途徑相關(guān)基因的表達來調(diào)控花青素苷的呈色反應[7,19]。魏海榮等[20]對甜櫻桃花芽的研究結(jié)果表明,高溫促進PAL活性上升,低溫降低PAL活性。Caldwell等[21]對大豆的研究結(jié)果顯示,當溫度從18 ℃上升到28 ℃時,異黃酮含量降低,可能是其合成途徑中CHI或CHS的活性降低。Mori等[8]研究表明,夜間高溫會抑制UFGT的表達,降低酶活性,從而導致植物體內(nèi)花青素積累減少。本試驗結(jié)果表明,茄子果皮花青素含量隨著高溫處理時間的延長而逐漸降低，且花青素主要合成酶PAL的活性增加,而CHS、DFR、ANS和3GT的活性下降。這與前人的研究結(jié)果一致。

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