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        高溫脅迫時(shí)長對菜心幼苗生理指標(biāo)的影響研究*

        2021-08-19 04:49:10張玫云
        上海蔬菜 2021年4期

        張 琨 王 琦 張玫云

        (山西大同大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山西 大同037009)

        菜心(Brassica campestrisL.ssp.chinensisvar.utilisTsen et Lee)屬十字花科蕓薹屬蕓薹種,是白菜亞種中以花薹為產(chǎn)品的變種,俗稱菜薹。菜心主薹高22~25 cm、黃綠色,側(cè)莖較少,葉片呈寬卵圓形或橢圓形、綠色或黃綠色。菜心葉片柔嫩,味甘苦,富含蛋白質(zhì)、脂肪、鈣、鐵、胡蘿卜素、VC等營養(yǎng)成分,深受廣大消費(fèi)者喜愛。菜心起源于我國南部,現(xiàn)廣泛分布于廣東、上海、浙江、江蘇和安徽等地,是我國南方的特色蔬菜。菜心一年四季均可種植,周年供應(yīng),既可內(nèi)銷又可出口創(chuàng)匯,在蔬菜市場占有重要地位[1]。

        溫度影響蔬菜的外觀形態(tài)、光合作用、水分生理、內(nèi)源激素和細(xì)胞的膜穩(wěn)定性及保護(hù)酶系統(tǒng)等[2]。我國南方地區(qū)夏季炎熱,持續(xù)高溫常導(dǎo)致菜心植株纖細(xì)、產(chǎn)量低、品質(zhì)差,苗期遭受高溫脅迫更會給植株生長帶來不可逆的影響,高溫已成為夏秋茬菜心減產(chǎn)的重要因素。選育耐熱性強(qiáng)的菜心品種,開展其耐熱生理生化機(jī)理研究是保證菜心的產(chǎn)量和品質(zhì)、提高種植效益的關(guān)鍵措施。目前針對番茄[3]、辣椒[4]、茄子[5]和獼猴桃[6]等作物的高溫脅迫下生理特性及適應(yīng)性機(jī)理研究較多,有關(guān)菜心在高溫脅迫下生理指標(biāo)變化的報(bào)道較少。為此,本研究以黃葉四九菜心為試驗(yàn)材料,以不同時(shí)長(1 h、3 h、5 h、7 h)高溫脅迫(40℃)處理菜心幼苗,探測其葉片中脯氨酸(Proline,PRO)、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)和可溶性糖含量,探明菜心在高溫脅迫下生理抗性機(jī)制,為提高菜心的耐熱性、培育耐高溫菜心新品種提供理論基礎(chǔ)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        供試菜心品種為黃葉四九,產(chǎn)自廣東。

        1.2 試驗(yàn)方法

        將均勻、飽滿的菜心種子置于培養(yǎng)皿中催芽3 d,挑選長勢良好的芽苗栽種于50孔穴盤中。育苗基質(zhì)用珍珠巖、天然發(fā)酵木薯渣和蛭石等制成。育苗期間提供適宜的土壤、光照和水分條件。溫度保持白天26℃左右、持續(xù)時(shí)間14 h,夜間13℃左右、持續(xù)時(shí)間10 h。90%幼苗長出3片真葉時(shí),每個(gè)處理各挑選長勢相同的20株幼苗放入人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。人工氣候箱溫度設(shè)置為40℃,高溫脅迫時(shí)長分別設(shè)置1 h、3 h、5 h、7 h,以在26℃條件下培養(yǎng)(高溫脅迫0 h)的幼苗為對照,其他條件一致。

        1.3 生理指標(biāo)測定

        每個(gè)處理選10株長勢一致的菜心幼苗,取其第3片真葉,洗凈后用濾紙吸干葉片表面水分,剪去葉脈,用電子天平稱重后測定脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量,重復(fù)3次。脯氨酸含量采用磺基水楊酸提取、茚三酮顯色法測定[7],丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定[7],可溶性糖含量采用張志良的蒽酮比色法測定[8]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Mirosoft Excel 2010和SPSS23.0處理。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 高溫脅迫時(shí)長對菜心幼苗脯氨酸含量的影響

        高溫脅迫時(shí)長對菜心幼苗脯氨酸含量的影響見表1。

        表1 各處理菜心葉片脯氨酸的含量

        由表1可知,菜心葉片脯氨酸的含量隨高溫脅迫時(shí)間的延長顯著升高。其中40℃高溫脅迫1 h處理的葉片脯氨酸含量為15.30μg/g,較26℃高溫脅迫0 h(ck)(6.25μg/g)增加145%,差異極顯著;40℃高溫脅迫3 h處理的葉片脯氨酸含量較40℃高溫脅迫1 h處理略有增加,但差異不顯著;40℃高溫脅迫5 h處理的葉片脯氨酸含量為25.36μg/g,顯著高于40℃高溫脅迫3 h處理;40℃高溫脅迫7 h處理的葉片脯氨酸含量極顯著高于其他處理,較26℃高溫脅迫0 h(ck)增加510%。由此說明,隨著高溫脅迫時(shí)間的延長,菜心葉片脯氨酸含量積累增加,用以降低葉片滲透勢,增強(qiáng)植株的抗逆能力。

        2.2 高溫脅迫時(shí)長對菜心幼苗可溶性糖含量的影響

        高溫脅迫時(shí)長對菜心幼苗可溶性糖含量的影響見表2。

        表2 各處理菜心葉片可溶性糖的含量

        由表2可知,菜心葉片可溶性糖含量隨高溫脅迫時(shí)間的延長而逐漸升高。其中40℃高溫脅迫1 h處理的葉片可溶性糖含量為9.97 mg/g,較26℃高溫脅迫0 h(ck)(9.04 mg/g)增加10%,差異不顯著;40℃高溫脅迫3 h處理的葉片可溶性糖含量為11.29 mg/g,較40℃高溫脅迫1 h處理增加13%,差異顯著;40℃高溫脅迫5 h處理的葉片可溶性糖含量為12.47 mg/g,較40℃高溫脅迫3 h處理差異不顯著;40℃高溫脅迫7 h處理的葉片可溶性糖含量最高,達(dá)15.11 mg/g,極顯著高于其他處理。說明可溶性糖作為葉片中主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),在菜心抵御高溫脅迫中發(fā)揮了重要作用。

        2.3 高溫脅迫時(shí)長對菜心幼苗丙二醛含量的影響

        高溫脅迫時(shí)長對菜心幼苗丙二醛含量的影響見表3。

        由表3可知,在一定時(shí)長范圍內(nèi)(0~5 h),隨著高溫脅迫時(shí)間的延長,菜心葉片丙二醛含量呈上升趨勢。其中40℃高溫脅迫5 h處理的葉片丙二醛含量達(dá)到最高,說明此時(shí)菜心葉片中細(xì)胞膜脂過氧化作用最強(qiáng),植物受傷害程度最大;40℃高溫脅迫7 h處理的葉片丙二醛含量極顯著低于40℃高溫脅迫5 h處理,說明此時(shí)細(xì)胞膜脂過氧化作用減弱,菜心對高溫逆境表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性。

        表3 各處理菜心葉片丙二醛的含量

        3 結(jié)論與討論

        高溫脅迫對植物的影響表現(xiàn)在諸多方面,整個(gè)變化過程和機(jī)理十分復(fù)雜,脅迫前后存在明顯差異[9]。從外觀來看,對照的菜心葉片呈鮮綠色,菜心主莖直挺,幼苗充滿生機(jī)活力。經(jīng)過高溫脅迫后的幼苗則發(fā)生不同程度的萎蔫,出現(xiàn)葉片變黃、莖變軟萎縮、葉片脫水卷曲等熱害癥狀。隨著脅迫時(shí)間的延長,高溫給植株帶來的損傷表現(xiàn)得愈發(fā)明顯,高溫脅迫明顯抑制了菜心的生長發(fā)育。

        高溫脅迫下,植物通過體內(nèi)積累脯氨酸、可溶性糖等抗逆物質(zhì)來抵御脅迫危害。因此,監(jiān)測脅迫下抗逆生理指標(biāo)含量的變化,可為研究植物抗逆生理機(jī)制提供重要的理論依據(jù)。大豆幼苗在高溫脅迫下,細(xì)胞內(nèi)的淀粉可轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄蕴穷?,同時(shí)細(xì)胞中游離氨基酸含量明顯提高,通過滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的釋放減輕了不利環(huán)境對植株的傷害,實(shí)現(xiàn)了自我調(diào)節(jié)[10]。冬小麥[11]和水稻[12]遭遇高溫脅迫后,體內(nèi)脯氨酸含量迅速升高,提高了細(xì)胞膜保護(hù)酶活性,維持細(xì)胞膨壓和膜的穩(wěn)定性,增強(qiáng)了植株對高溫脅迫的耐受性。高溫逆境對植物細(xì)胞的傷害多為膜系統(tǒng)損傷,直觀表現(xiàn)為電解質(zhì)泄漏。丙二醛是膜脂過氧化作用的產(chǎn)物,丙二醛積累量越大,細(xì)胞受損程度越大,依據(jù)丙二醛的積累情況可對植物的耐熱性做判斷。王倩等[13]發(fā)現(xiàn),白菜受到高溫脅迫后,葉片中丙二醛含量隨高溫脅迫程度的加深增加明顯,且不同白菜品種的耐熱性存在明顯差異。本試驗(yàn)通過高溫處理菜心幼苗,檢測到植株體內(nèi)脯氨酸和可溶性糖含量隨逆境時(shí)間的延長顯著增加,在高溫脅迫7 h時(shí)均達(dá)到最大值,說明菜心在持續(xù)高溫條件下通過積累抗逆物質(zhì)維持各器官較強(qiáng)的滲透能力,以消除高溫環(huán)境帶來的不利影響。與對照相比,高溫脅迫7 h時(shí)菜心脯氨酸含量的增幅明顯大于可溶性糖含量,說明菜心內(nèi)的脯氨酸在參與滲透調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮了更為關(guān)鍵的作用,對高溫脅迫反應(yīng)也比可溶性糖更敏感。菜心葉片丙二醛含量呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢,表明菜心通過滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的不斷積累,滲透調(diào)節(jié)能力持續(xù)提高,高溫脅迫5 h后其丙二醛含量下降,說明菜心細(xì)胞膜脂過氧化作用逐漸減弱,膜保護(hù)體系對高溫逆境具備了一定的適應(yīng)性。

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