段金虎，姜悅暢，韓 菲，毛秀杰，潘玉霞

（河北科技師范學(xué)院園藝科技學(xué)院，河北秦皇島 066600）

番茄（Solanum lycopersicumL.），原產(chǎn)南美洲，適應(yīng)性強(qiáng)，產(chǎn)量高，營(yíng)養(yǎng)豐富，用途廣泛（生食、菜用和加工），是世界性蔬菜種類之一[1]。番茄喜溫，最適溫度為25～30 ℃，超過(guò)35 ℃，番茄生長(zhǎng)會(huì)受到高溫脅迫[2]。隨著全球氣候變化，特別是溫室效應(yīng)加劇引起的全球氣溫持續(xù)上升，高溫脅迫逐漸成為限制番茄生長(zhǎng)和發(fā)育的主要因素之一[3]。

植物葉片是植株光合作用等生理活動(dòng)的主要功能器官，植物的光合作用受多種環(huán)境因素的影響，其中溫度是影響植物光合作用的主要因素之一。高溫脅迫不僅會(huì)傷害細(xì)胞膜，改變膜透性，使植物的電導(dǎo)滲透率增加[4]，也會(huì)引起葉片相關(guān)功能的變化，進(jìn)而影響植物的光合作用[5]。光合作用機(jī)制涉及不同的反應(yīng)過(guò)程，包括光合色素和光反應(yīng)系統(tǒng)。植物光合色素包括葉綠素a、葉綠素b 及類胡蘿卜素，其功能是捕獲光能[6]。一些研究指出，高溫脅迫會(huì)使植物的葉綠素合成受阻[7]，光合色素含量不僅直接影響植物光能利用能力，還影響光能利用率，最終影響植物的光合效率。光合作用是植物物質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量代謝的關(guān)鍵生理活動(dòng)，是植物生命的基礎(chǔ)[8]，為植物提供所需的能量。在作物生產(chǎn)過(guò)程中，提高作物的光合效率，有利于植物生長(zhǎng)效率的提高，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量，因此，探究高溫脅迫對(duì)番茄光合色素含量的影響，對(duì)明確番茄耐熱機(jī)制，推進(jìn)番茄生長(zhǎng)環(huán)境調(diào)控、耐熱品種選育等均具有重要意義。本文研究了高溫脅迫對(duì)番茄品種耐熱性、熱敏品系的光合色素含量的影響，以及為高溫脅迫下植物的光合機(jī)理研究及番茄耐熱性育種提供了理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

經(jīng)過(guò)多代自交獲得的番茄品系‘CH’‘ZHY’（耐熱品系），‘DH’‘S’（熱敏品系），材料由河北科技師范學(xué)院番茄課題組提供。

1.2 儀器與設(shè)備

人工智能培養(yǎng)箱，RXZ 型（多段編程），寧波江南儀器廠制造；電導(dǎo)滲透率測(cè)定儀器，DZS-708-A 型，北京華儀通泰環(huán)保科技有限公司；分光光度計(jì)，723N 型，上海宏達(dá)恒業(yè)科技有限公司；振蕩器HY-4A 型，常州市金壇友聯(lián)研究所。

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)于2022 年11 月在河北科技師范學(xué)院園藝中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。待番茄生長(zhǎng)至5 葉1 心時(shí)，各品系番茄隨機(jī)選取9 株，放入人工智能培養(yǎng)箱中進(jìn)行38 ℃的高溫處理，測(cè)定脅迫處理0、1、3、6、9 h 時(shí)各番茄品系的電導(dǎo)率，計(jì)算1、3、6、9 h 時(shí)電導(dǎo)率與0 h 時(shí)電導(dǎo)率的變化率，并分析高溫脅迫對(duì)番茄光合色素含量的影響。

1.4 指標(biāo)測(cè)定及方法

1.4.1 番茄電導(dǎo)滲透率

選取番茄葉片，用直徑1.0 cm 的打孔器（切口要潔凈）打取定量小圓葉片（避開(kāi)大葉脈），將小圓葉片用去離子水充分沖洗后，再用濾紙吸干外附水分備用。

準(zhǔn)確稱取0.75 g 材料，放入對(duì)應(yīng)編號(hào)的三角瓶中，加入10 mL 去離子水浸泡，在振蕩器上浸泡1.5 h 測(cè)定不同處理的番茄電導(dǎo)滲透率。各處理浸泡時(shí)間和測(cè)定溫度（室溫）一致。

1.4.2 番茄葉片的葉綠素a、b 及類胡蘿卜素含量

將葉片清洗并吸干水分，準(zhǔn)確稱量0.2 g，剪碎放入研缽中，加入適量95%乙醇研磨成漿，轉(zhuǎn)移至10 mL 容量瓶中定量，充分搖勻后，3 000 r/min 離心5 min，上清液即為光合色素提取液。取2 mL 提取液加95%乙醇4 mL，稀釋搖勻，倒入直徑為1 cm 的比色皿中，分別于662、644、440 nm 下測(cè)定吸光度值，記錄OD 值。

用95%乙醇提取色素，選定葉綠素a（其濃度以ca表示）的吸收峰值為662 nm，葉綠素b（其濃度以cb表示）的吸收峰值為644 nm，類胡蘿卜素（其濃度以cc表示）的吸收峰值為440 nm，色素濃度計(jì)算公式見(jiàn)式（1）（2）（3），色素含量計(jì)算公式見(jiàn)式（4）。

式中，A為色素含量，mg/g；c為色素濃度，mg/L；V為色素溶液體積，mL；m為葉片質(zhì)量，g。

1.4.3 番茄高溫脅迫電導(dǎo)滲透率變化率

番茄高溫脅迫電導(dǎo)滲透率變化率計(jì)算公式見(jiàn)式（5）。

式中，ΔE為番茄高溫前后電導(dǎo)滲透率的變化率，%；EEG番茄高溫處理后電導(dǎo)滲透率，μs/cm；ECG為番茄高溫處理前電導(dǎo)滲透率，μs/cm。

1.4.4 番茄高溫脅迫光合色素變化率番茄高溫脅迫光合色素變化率計(jì)算公式見(jiàn)式（6）。

式中，ΔP為番茄高溫前后光合色素含量的變化率，%；PEG為番茄高溫處理后光合色素含量，mg/g；PCG為番茄高溫處理前光合色素含量，mg/g。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，DPS 9.05 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行t-檢驗(yàn)及單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫下番茄葉片的電導(dǎo)滲透率

由圖1 可知，經(jīng)38 ℃高溫脅迫處理‘CH’‘DH’‘S’番茄品系的電導(dǎo)滲透率在0～6 h 內(nèi)隨高溫脅迫時(shí)間的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，第6 h 時(shí)，達(dá)到峰值后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；品系‘ZHY’的電導(dǎo)滲透率在0～3 h 內(nèi)隨高溫脅迫時(shí)間的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，第3 h 時(shí)，開(kāi)始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在0～9 h 的高溫脅迫過(guò)程中，品系‘DH’‘S’整體的變化趨勢(shì)較‘CH’‘ZHY’上下浮動(dòng)較大。綜合看來(lái)，番茄在38℃的高溫脅迫下，各品系番茄的電導(dǎo)滲透率隨時(shí)間的推移均有先升后降的變化趨勢(shì)，耐熱品系較熱敏品系電導(dǎo)滲透率變化趨勢(shì)的上下浮動(dòng)較小。

圖1 番茄電導(dǎo)滲透率變化趨勢(shì)圖Fig.1 Trend chart of tomato conductivity permeability

2.2 高溫脅迫下番茄葉片電導(dǎo)滲透率變化率

由表1 知，經(jīng)38 ℃高溫脅迫處理，對(duì)0～1 h、0～3 h、0～6 h、0～9 h 的電導(dǎo)滲透率各間隔變化率進(jìn)行方差分析。0～1 h，品系‘S’電導(dǎo)滲透率的變化率顯著大于品系‘CH’；0～3 h，品系‘DH’‘S’電導(dǎo)滲透率的變化率極顯著大于品系‘CH’‘ZHY’；0～6 h，品系‘ZHY’電導(dǎo)滲透率開(kāi)始出現(xiàn)負(fù)值，即品系‘ZHY’在第6 h 時(shí)電導(dǎo)滲透率下降，品系‘DH’電導(dǎo)滲透率的變化率極顯著大于品系‘CH’‘ZHY’，品系‘S’電導(dǎo)率的變化率極顯著大于品系‘ZHY’，品系‘S’電導(dǎo)滲透率的變化率顯著高于品系‘CH’；0～9 h，品系‘CH’‘ZHY’電導(dǎo)滲透率開(kāi)始出現(xiàn)負(fù)值，即品系‘CH’‘ZHY’在第9 h 時(shí)電導(dǎo)滲透率下降，品系‘DH’電導(dǎo)滲透率的變化率極顯著大于品系‘CH’‘ZHY’，品系‘S’電導(dǎo)滲透率的變化率極顯著大于品系‘ZHY’，品系‘S’電導(dǎo)滲透率的變化率顯著高于品系‘CH’。

表1 高溫脅迫下番茄葉片電導(dǎo)滲透率變化率Table 1 Change rate of conductivity permeability of tomato leaves under high temperature stress

2.3 高溫協(xié)迫下番茄葉片葉綠素含量

試驗(yàn)中，38 ℃高溫脅迫處理，在第3 h 耐熱品系番茄幼苗葉片電導(dǎo)滲透率的變化率極顯著大于熱敏品系，因此對(duì)于光合色素的測(cè)定分析以38 ℃高溫持續(xù)3 h 為處理?xiàng)l件。對(duì)番茄品系高溫處理前后葉片葉綠素a、b 含量進(jìn)行比較分析。具體見(jiàn)圖2。

圖2 高溫脅迫下番茄葉片葉綠素含量比較Fig.2 Comparison of chlorophyll content in tomato leaves under high temperature stress

由圖2 可知，在38 ℃高溫脅迫處理前，番茄品系‘ZHY’葉片葉綠素a、b 的含量均極顯著高于‘CH’，品系‘CH’葉片葉綠素b 含量顯著高于‘S’，品系‘S’葉片葉綠素a/b 含量極顯著高于‘CH’，‘CH’葉片葉綠素a/b 含量極顯著高于‘ZHY’，品系‘ZHY’葉片葉綠素a、b 總含量極顯著高于‘CH’，‘CH’葉片葉綠素a、b 總含量極顯著高于‘S’。

在38 ℃高溫脅迫處理后，番茄品系‘ZHY’葉片葉綠素a 含量顯著高于‘CH’，品系‘DH’葉片葉綠素b 含量極顯著高于‘ZHY’，‘ZHY’葉片葉綠素b 含量極顯著高于‘CH’，‘CH’葉片葉綠素b 含量顯著高于‘S’，品系‘S’葉片葉綠素a/b 含量極顯著高于‘CH’，‘CH’葉片葉綠素a/b 含量極顯著高于‘DH’‘ZHY’，番茄品系‘ZHY’葉片葉綠素a、b 總含量極顯著高于‘CH’，‘DH’葉片葉綠素a、b 總含量顯著高于‘ZHY’。

總之，經(jīng)38 ℃高溫脅迫處理后，各番茄品系葉片葉綠素a、b、葉綠素a、b 總含量均下降，而葉綠素a/b 值升高。

2.4 高溫脅迫下番茄葉片類胡蘿卜素含量

由圖3 可知，38 ℃高溫脅迫處理前，各品系之間類胡蘿卜素含量差異不顯著，‘ZHY’＞‘DH’＞‘S’＞‘CH’；38 ℃高溫脅迫處理3 h 后，品系‘ZHY’葉片類胡蘿卜素含量極顯著高于‘CH’，‘S’葉片類胡蘿卜素含量顯著高于‘CH’。38 ℃高溫脅迫處理前后，各番茄品系類胡蘿卜素含量均下降。

圖3 高溫脅迫下番茄葉片類胡蘿卜素含量Fig.3 Carotenoids content of tomato leaf under high temperature stress

2.5 高溫脅迫下番茄光合色素含量變化

由表2 知，番茄品系葉片葉綠素a、b 含量、葉綠素a+b 總量、類胡蘿卜素含量、葉綠素a/b 高溫協(xié)迫前后的變化率之間差異不顯著，番茄葉片葉綠素a、葉綠素a、b總含量變化量‘ZHY’＜‘CH’＜‘S’＜‘DH’；葉片葉綠素b 含量、葉綠素a/b 變化量‘S’＜‘CH’＜‘ZHY’＜‘DH’；葉片類胡蘿卜素含量變化量‘ZHY’＜‘CH’＜‘DH’＜‘S’。綜合看來(lái)，高溫脅迫后，耐熱品系番茄的葉綠素a、葉綠素a、b 總量、類胡蘿卜素含量的變化率均低于熱敏品系。

表2 番茄高溫脅迫葉片光合色素含量變化Table 2 Change of photosynthetic pigment content in tomato leaves under high temperature stress

3 結(jié)論

近年來(lái)，隨著全球氣候變暖趨勢(shì)不斷加劇，番茄在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中遭受高溫脅迫影響越來(lái)越頻繁。高溫脅迫是基于脅迫強(qiáng)度和脅迫時(shí)間兩方面共同作用的結(jié)果，其所造成的高溫傷害分為長(zhǎng)期處于高于適宜溫度條件下的高溫脅迫和短期處于相對(duì)較高溫度條件下的高溫脅迫兩個(gè)基本類型[9]。

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)不同番茄品系進(jìn)行38 ℃高溫脅迫處理，分析比較高溫脅迫對(duì)番茄幼苗葉片電導(dǎo)滲透率的影響。結(jié)果表明，各品系番茄的電導(dǎo)滲透率隨處理時(shí)長(zhǎng)的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，這與金春燕[10]的研究相一致。也有研究表明，黃瓜幼苗經(jīng)高溫脅迫后，其電解滲透率會(huì)大幅度升高[11]。高溫脅迫后番茄品系電導(dǎo)滲透率提高，是由于高溫導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，細(xì)胞膜的選擇透過(guò)性降低，細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外流，最終導(dǎo)致電導(dǎo)滲透率的提高。

本試驗(yàn)中，經(jīng)38 ℃高溫脅迫處理，在第3 h 耐熱品系番茄幼苗葉片電導(dǎo)滲透率的變化率極顯著大于熱敏品系，李曉梅[12]研究高溫對(duì)不結(jié)球白菜的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫下白菜的葉綠素a、b 含量均隨溫度的升高而下降，本試驗(yàn)中各番茄品系葉片葉綠素a、b 含量也呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。葉片葉綠素a、b 的總量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且熱敏品系下降的速度顯著快于耐熱品系，這與潘寶貴等[13]在高溫脅迫對(duì)不同辣椒品種苗期光合作用的影響中的結(jié)論相一致；類胡蘿卜素呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，與袁昌洪等[14]在番茄高溫高濕脅迫后的補(bǔ)償生長(zhǎng)中番茄高溫脅迫后番茄高溫脅迫后類胡蘿卜素均呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)相符；本試驗(yàn)中各番茄品系高溫脅迫后的葉綠素a/b 含量均上升，與蘇春杰等[7]的高溫脅迫對(duì)番茄光合影響及緩解機(jī)制相符。本次試驗(yàn)各番茄品系的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a、b 總量、類胡蘿卜素含量下降，可能是高溫脅迫會(huì)抑制植物體內(nèi)光合作用酶活性、導(dǎo)致植物體內(nèi)光合色素分解和失活。該試驗(yàn)只是在苗期對(duì)不同番茄品系進(jìn)行高溫脅迫處理，對(duì)電導(dǎo)滲透率、光合色素進(jìn)行比較分析，對(duì)高溫脅迫下不同番茄品系間的產(chǎn)量進(jìn)行比較，需要進(jìn)一步試驗(yàn)分析。

面對(duì)全球變暖，解決高溫脅迫對(duì)番茄生長(zhǎng)帶來(lái)的負(fù)面影響主要采取以下措施：一是在栽培管理上加強(qiáng)通風(fēng)、遮陽(yáng)、噴水降溫、控制灌溉量，利用其它設(shè)施設(shè)備等；二是利用傳統(tǒng)的雜交育種培育耐熱品種，但這兩種措施投入成本高。隨著基因分子水平的發(fā)展，育種家采用基因克隆、分子輔助育種來(lái)提高番茄耐熱性育種的效率，因此下一步要不斷深入高溫脅迫對(duì)番茄生理生化、植物應(yīng)激高溫脅迫響應(yīng)機(jī)理的研究。