莊澤鑫 周玲艷 潘偉明

摘 要：本實(shí)驗(yàn)以菜心品種4號(hào)和31號(hào)為材料，測定了高溫脅迫以及高溫脅迫下添加外源脯氨酸對(duì)植株生長情況如株高、根長、鮮重、干重以及生理生化特性如葉綠素含量、丙二醛含量（MDA）過氧化氫酶（ CAT） 和過氧化物酶（ POD） 和超氧化物歧化酶（SOD）活性等各項(xiàng)指標(biāo)。結(jié)果表明：熱脅迫下，菜心品種31號(hào)的生長狀態(tài)較好，葉綠素和脯氨酸含量相對(duì)較高，抗氧化酶POD、CAT酶活性較高，MDA活性、電導(dǎo)率相對(duì)較低;當(dāng)添加外源脯氨酸時(shí)，可提高菜心的生長指標(biāo)、葉綠素和脯氨酸含量以及POD、CAT、SOD酶活性，降低MDA活性和電導(dǎo)率，提升和降低的比例對(duì)于4號(hào)菜心品種而言更為明顯，說明脯氨酸含量可以作為菜心耐熱性的篩選指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：菜心 熱脅迫 脯氨酸;生長;生理生化

中圖分類號(hào)：S-3 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201030004

菜心又稱菜苔，十字花科、蕓苔屬，一、二年生的草本植物。適合播種于南方溫暖地區(qū)，是我國南方特產(chǎn)蔬菜之一[1]。菜心喜涼爽溫和氣候，生長發(fā)育的適宜溫度為15～25℃，30℃以上高溫下菜心的生長將受到較大的影響，會(huì)導(dǎo)致菜心纖細(xì)，產(chǎn)量低，質(zhì)量差[2]。南方6—8月份高溫，嚴(yán)重影響菜心的生長，篩選和選育耐熱菜心品種非常必要，以滿足南方菜心的周年生產(chǎn)需求。

在旱、鹽堿、熱、冷、凍等逆境條件下，植物體內(nèi)脯氨酸的含量顯著增加[3-5]。在作物、蔬菜、花卉等多種植物中研究發(fā)現(xiàn)，植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性，抗逆性強(qiáng)的品種往往積累較多的脯氨酸[6-10]。廖飛雄等[11]發(fā)現(xiàn)，通過在培養(yǎng)基中加入外源脯氨酸可降低熱脅迫下的愈傷組織細(xì)胞的相對(duì)電解質(zhì)滲出，減輕褐變，促進(jìn)鮮重的增加。本研究通過分析不同菜心品種高溫脅迫下脯氨酸含量以及電導(dǎo)率、葉綠素含量、丙二醛含量、抗氧化酶活性的變化，旨在為菜心耐熱品種的選育及抗逆栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為4號(hào)和31號(hào)菜心品種，購買于廣東農(nóng)科院種子門市部。

1.2 方法

1.2.1 菜心種子的發(fā)芽和處理

取健康、飽滿的菜心種子，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%的次氯酸消毒15min后，再用無菌去離子水洗3～4次，每次約30s。然后以無菌去離子水浸泡6h后，將適量的種子均勻的接于培養(yǎng)基中，將4號(hào)（A）和31號(hào)（B）菜心種子各分4組（A1、A2、A3、A4;B1、B2、B3、B4），具體情況見表1。其中，每組3瓶，總共24瓶。分別置于25℃和35℃的溫度培養(yǎng)箱中進(jìn)行光照培養(yǎng)，每天光照12h，光照強(qiáng)度3000Lux。

1.2.2 菜心幼苗生長指標(biāo)測定

菜心幼苗株高的測量采用百分尺從菜心的根部到葉尖。根長的測量是從根尖到根部。以濾紙吸干菜心幼苗表面水分，用電子天平稱量鮮重。將菜心幼苗102℃殺青10 min后，置于70℃下烘干至恒重，用電子天平稱量幼苗的干重。每組濃度處理的菜心幼苗隨機(jī)抽取10株，計(jì)算平均值。

1.2.3 菜心幼苗生理生化指標(biāo)測定

葉綠素含量、游離脯氨酸含量、細(xì)胞膜透性、SOD、POD、CAT活性和MDA含量參照李合生等[12]方法。

1.2.4 游離脯氨酸含量的測定

參照張殿忠等[13]方法。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

采用excel軟件計(jì)算，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果分析

2.1 高溫脅迫對(duì)2個(gè)菜心品種生長和葉綠素含量的影響 ?逆境脅迫往往影響植物的生長發(fā)育，本研究將菜心種子接種于1/2MS培養(yǎng)基中，培養(yǎng)溫度分別為25℃和35℃，培養(yǎng)時(shí)間為5d，觀察和分析高溫脅迫下2個(gè)菜心品種31號(hào)和4號(hào)的生長情況。結(jié)果表明，在正常培養(yǎng)溫度（25℃）下，2個(gè)菜心品種的生長情況和生長發(fā)育相關(guān)指標(biāo)相差不大，而在 35℃高溫培養(yǎng)下，菜心品種4號(hào)的生長情況明顯差于31號(hào);且31號(hào)菜心品種與正常溫度（25℃）培養(yǎng)相比，差異較小，而4號(hào)菜心與正常溫度（25℃）培養(yǎng)相比，株高、根長、鮮重、干重、葉綠素含量降低了54.2%、57.1%、62.5%、57.1%、46.7%（表2）。

2.2 高溫脅迫下2個(gè)菜心品種游離脯氨酸含量的變化

將常溫（25℃）發(fā)芽5d后的2個(gè)菜心品種放置于35℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12h后，測定其游離Pro的含量。結(jié)果顯示，正常培養(yǎng)溫度（25℃）下，菜心品種31號(hào)的游離脯氨酸含量高于4號(hào)品種（21.5%）;且高溫脅迫下，2個(gè)菜心品種的游離脯氨酸含量均有不同程度的增加，相比較對(duì)照（25℃），菜心品種31號(hào)的脯氨酸含量提升了26%，而4號(hào)品種只提升了11.8%（表3）。

2.3 高溫脅迫下外源脯氨酸對(duì)2個(gè)菜心品種生長的影響 ?將菜心種子分別接種于1/2MS培養(yǎng)基（對(duì)照組）和添加1mg·L-1脯氨酸的1/2MS培養(yǎng)基（實(shí)驗(yàn)組）中發(fā)芽，培養(yǎng)條件均為35℃，培養(yǎng)時(shí)間為5d，然后測定2個(gè)菜心品種的各項(xiàng)生長指標(biāo)和脯氨酸含量。結(jié)果表明，在較長時(shí)期的高溫脅迫下，添加脯氨酸培養(yǎng)基中生長的2個(gè)菜心品種的生長指標(biāo)均高于對(duì)照組（表4），其中，31號(hào)的株高、根長、鮮重、干重、葉綠素含量分別增加了15.4%、2.0%、17.2%、20%、17.6%，4號(hào)的分別增加了170%、167%、152%、133%、137%，且實(shí)驗(yàn)組在高溫脅迫下能夠正常生長并保持一定的活力，而對(duì)照組則表現(xiàn)為部分枯萎。

2.4 高溫脅迫下外源脯氨酸對(duì)2個(gè)菜心品種脯氨酸含量的影響 ?將菜心種子分別接種于1/2MS培養(yǎng)基（對(duì)照組）和添加1mg·L-1脯氨酸的1/2MS培養(yǎng)基（實(shí)驗(yàn)組）中，25℃下發(fā)芽5d后，置于35℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12h，測定其游離Pro的含量。結(jié)果表明，培養(yǎng)基中添加外源脯氨酸的情況下，31號(hào)和4號(hào)菜心品種的游離脯氨酸含量增高，分別提高了56%和66.5%（表5），從而提高了菜心的耐熱性。

2.5 熱脅迫下添加外源脯氨酸對(duì)2個(gè)菜心品種膜保護(hù)酶活性的影響 ?將菜心種子分別接種于1/2MS培養(yǎng)基（對(duì)照組）和添加1 mg·L-1脯氨酸的1/2MS培養(yǎng)基（實(shí)驗(yàn)組）中發(fā)芽，培養(yǎng)條件均為35℃，培養(yǎng)時(shí)間為5d，然后測定2個(gè)菜心品種的膜保護(hù)酶活性。計(jì)算處理測定值（添加脯氨酸）與對(duì)照測定值（不添加脯氨酸）的相對(duì)值，當(dāng)相對(duì)值大于1 時(shí)代表處理測定值高于對(duì)照測定值，相對(duì)值小于1 時(shí)代表處理測定值低于對(duì)照測定值，相對(duì)值等于1時(shí)代表處理測定值等于對(duì)照測定值。圖1結(jié)果表明，35℃高溫脅迫下，不添加外源脯氨酸時(shí)，31號(hào)菜心的POD、CAT活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4號(hào)菜心（比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1），SOD酶活性相差不是很大，但MDA、電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于4號(hào)菜心（比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1），說明4號(hào)菜心耐熱性差，熱脅迫下，所受傷害大;當(dāng)添加外源脯氨酸時(shí)，2個(gè)菜心品種的抗氧化酶活性及電導(dǎo)率差距大大縮?。ū戎到咏?）。圖2結(jié)果表明，當(dāng)添加外源脯氨酸時(shí)，2個(gè)品種的POD、CAT、SOD酶活性增加（比值均大于1），而MDA活性和電導(dǎo)率下降（比值均大于1），其中，4號(hào)菜心品種的POD、CAT、SOD酶分別是對(duì)照（沒有添加脯氨酸）的1.33、1.13、1.23倍，MDA和電導(dǎo)率分別0.7、0.62，31號(hào)菜心品種的POD、CAT、SOD酶分別是對(duì)照（沒有添加脯氨酸）的2.36、2.0、1.23倍，MDA和電導(dǎo)率分別0.51、0.28，4號(hào)菜心的升降幅度大于31號(hào)菜心。

3 討論

生物量是反映作物長勢的重要農(nóng)藝性狀和形成作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)[14]，李榮華研究發(fā)現(xiàn)，耐熱性強(qiáng)的菜心品種高溫脅迫下的生物量減少顯著低于耐熱性弱的菜心品種，并認(rèn)為生物量可以作為評(píng)價(jià)菜心耐熱性強(qiáng)弱的關(guān)鍵指標(biāo)[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫下，耐熱性較好的菜心品種31號(hào)的株高、根長、鮮重、干重均顯著優(yōu)于菜心品種4號(hào)。

葉綠素是進(jìn)行光合作用的主要色素。有研究表明，高溫脅迫下植物葉綠素含量下降，但耐熱性好的植物品種的葉綠素含量往往保持較高的水平[16-17]。本研究發(fā)現(xiàn)，耐熱性較好的菜心品種31號(hào)的葉綠素含量高于菜心品種4號(hào)，這可能也是31號(hào)菜心品種鮮重、干重較優(yōu)的原因。

逆境脅迫下植物將產(chǎn)生滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以提高對(duì)逆境的耐性。游離脯氨酸是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[18]，具有提高細(xì)胞液濃度、維滲透壓、保護(hù)膜系統(tǒng)組分的作用[19]。脯氨酸含量一定程度上可以反映植物的耐熱性。毛靜等[20]發(fā)現(xiàn)高溫脅迫下鳶尾葉片脯氨酸含量不同程度的積累增加，且耐熱性較強(qiáng)的鳶尾品種無論常溫或高溫脅迫下的脯氨酸含量均高于耐熱性較弱的品種。靳路真等[18]在研究高溫脅迫對(duì)不同耐性大豆品種生理生化的影響時(shí)也有同樣的結(jié)論。本研究發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫下，耐熱性較好的菜心品種31號(hào)的脯氨酸含量高于菜心品種4號(hào)，這與廖飛雄和潘瑞熾[11]的研究結(jié)果一致。

高溫脅迫下，往往導(dǎo)致大量 MDA 的產(chǎn)生，其含量多少可以直接反應(yīng)細(xì)胞膜受傷害程度。抗氧化酶SOD、POD、CAT是植物細(xì)胞內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)，具有保護(hù)細(xì)胞功能的作用[21]。靳路真等[12]發(fā)現(xiàn)高溫脅迫下，耐熱性品種SOD、POD 酶活性水平高于熱敏感品種。龐強(qiáng)強(qiáng)等[22]研究表明，隨著高溫脅迫時(shí)間的延長，菜心葉片中電導(dǎo)率、MDA 含量均呈上升的趨勢，其中耐熱性強(qiáng)的菜心品種增幅較小，耐熱性差的菜心增幅較大，可能與耐熱性強(qiáng)的菜心葉片保護(hù)酶SOD、CAT和POD 活性顯著高于不耐熱品種有關(guān)。王宏輝等[23]在研究高溫脅迫對(duì)4個(gè)紅掌盆栽品種生理特性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著高溫脅迫時(shí)間延長，4個(gè)品種的葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA 呈上升趨勢，SOD、CAT、POD呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，這可能是由于高溫脅迫超過了植物能承受的極限，破壞酶活性中心，導(dǎo)致酶活性下降。廖飛雄和潘瑞熾[11]發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)基中添加脯氨酸后，菜心愈傷組織細(xì)胞的膜保護(hù)酶POD 、CAT 和 SOD 活性有不同程度的提高。本研究發(fā)現(xiàn)熱脅迫下，31號(hào)菜心的POD、CAT活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4號(hào)菜心，電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于4號(hào)菜心。當(dāng)添加外源脯氨酸時(shí)，兩個(gè)菜心品種的抗氧化酶活性增加，MDA和電導(dǎo)率下降，且4號(hào)菜心的升降變化率大于31號(hào)菜心。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾小玲，方淑桂，朱朝輝，等.不同基因型菜心游離小孢子培養(yǎng)和植株再生[J].熱帶作物學(xué)報(bào)，2014，35（12）：2397-2402.

[2]張振賢.蔬菜栽培學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[3]Hanson A，Hitz WD.Metabolic responses of mesophyte to plant water deficits[J].Annu Rev Plant Physiol，1982，33：163-203.

[4]湯章誠.逆境條件下植物脯氨酸積累及其可能的意義[J].植物生理學(xué)通訊，1984（01）：15-21.

[5]徐同，陳翠蓮.植物抗逆性測定（脯氨酸快速測定）法[J].華中農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1983（01）：94-95.

[6]Van Swaaij A C， Jacobsen E， Feenstra W J .Effect of cold hardening ，wilting and exogenously applied proline on leaf proline content and frost tolerance of several genotypes of Solanum[J].Physiol Plantarum ，1985（64）：230-236.

[7]VanSwaaij A C，Jacobsen E，Kiel JAKW，et al.Selection characterization and regeneration of hydroxyproline-resistant cell lies of Solanum tuberosum：I Tolerance to NaCl and freezing stress[J].Physiol Plantarum，1986（68）：359-366.

[8]Dorffling K， Dorffling H， Lesselich G.In vitro-selection and regeneration of hydroxyproline- resistant lines of winter wheat with increased proline content and increased frost tolerance[J].Journal of Plant Physiology，1993（142）：222-225.

[9]孔令接，陳言博，王亞琴.不同夏菊品種的耐熱性研究.園藝學(xué)報(bào)，2019，46（12）：2437-2448.

[10]李威，肖熙鷗，呂玲玲.高溫脅迫下茄子耐熱性表現(xiàn)及耐熱指標(biāo)的篩選.熱帶作物學(xué)報(bào)2015，36（06）：1142-1146.

[11]廖飛雄，潘瑞熾.熱脅迫下菜心脯氨酸含量變化及其在耐熱中的作用[J].華南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，（02）：45-49.

[12]李合生，孫群，趙世杰.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社.2000.

[13]張殿忠，汪沛洪，趙會(huì)賢.測定小麥葉片游離氨基酸含量的方法[J].植物生理學(xué)通訊，1990（04）：62-65.

[14]Bai J， Li S， Wang K， et al. Estimating above ground fresh biomass of different cotton canopy types with homogeneity models based on hyper spectrum parameters[J].Agricultural Sciences in China，2007，6（04）：437-445.

[15]李榮華，郭培國，張華.高溫脅迫對(duì)菜心農(nóng)藝性狀的影響[J].長江蔬菜，2011（22）：39-43.

[16]LiuX，Huang B.Heat stress injury in relation to membrane lipid peroxidation in creeping bent grass[J] .Crop Science，2000，40（02）：503-510.

[17]靳路真，王洋，張偉.高溫脅迫對(duì)不同耐性大豆品種生理生化的影響.大豆科學(xué)，2019，38（01）：063-071.

[18]廉勇，崔世茂，包秀霞，等.根區(qū)溫度對(duì)辣椒幼苗生理特性的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2014，29（05）：156-160.

[19]李春燕，陳思思，徐雯，等.苗期低溫脅迫對(duì)揚(yáng)麥葉片抗氧化酶和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響[J].作物學(xué)報(bào)，2011（37）：2293-2298.

[20]毛靜，董艷芳，周媛，等.十六個(gè)德國鳶尾品種的耐熱性評(píng)價(jià)[J].北方園藝，2019（03）：94-100.

[21]李珍珍，韓陽.抗壞血酸對(duì)小麥種子老化及幼苗脂質(zhì)過氧化的影響[J].遼寧大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，23（05）：56-61.

[22]龐強(qiáng)強(qiáng)，周曼，孫曉東.菜心耐熱性評(píng)價(jià)及酶促抗氧化系統(tǒng)對(duì)高溫脅迫的響應(yīng)[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2020，32（01）：72-79.

[23]王宏輝，顧俊杰，房偉民，等.高溫脅迫對(duì)4個(gè)紅掌盆栽品種生理特性的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2016，31（02）：139-145.

（責(zé)任編輯 周康）