低溫對結球白菜抗氧化系統的影響

周秋菊，彭劍濤*，趙大芹，李桂蓮

(1.貴州大學生命科學學院，貴州 貴陽 550025;2.貴州省園藝研究所，貴州 貴陽 550006;3.貴州省農業(yè)科學院，貴州 貴陽 550006)

植物為抵抗低溫環(huán)境，在生長習性、生理生化、遺傳表達等方面會形成各種特殊的適應特性，包括活性氧清除能力的提高、滲透調節(jié)物質積累以及膜脂組分的改變，等等［1-2］。結球白菜(Brassica campestris L.ssp.pekinensis)是我國原產蔬菜，栽培歷史悠久，品種資源豐富，在蔬菜生產中占有重要地位［3］。大白菜越冬和早春生產過程中經常遭遇低溫危害，影響其生長、光合、碳氮代謝、酶活性以及干物質的積累。低溫脅迫可導致植物細胞內活性氧傷害，進而引起膜脂過氧化以及正常代謝受阻。因而，植物的抗寒性與其抗氧化能力密切相關［1］。本文通過研究零上低溫冷誘導和零下自然低溫脅迫條件對不同抽薹特性結球白菜品種活性氧清除系統的影響，探討抗氧化系統在結球白菜抗寒性獲得中的作用，為抗逆生理育種以及冬、春蔬菜栽培提供一定的依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和材料

試驗在貴州大學生命科學學院植物生理學實驗室進行，供試品種為黔白5號、津青50和金黔小將。黔白5號是貴州省園藝研究所新育成的抗寒、耐抽薹品種，適合冬春、早春及春夏反季節(jié)栽培［4］。津青50和金黔小將分別為中等抽薹和易抽薹品種。試驗材料均由貴州省園藝研究所提供。

1.2 試驗處理

1.2.1 人工氣候箱冷誘導處理 將種子播種到72穴育苗盤中，以泥炭、蛭石和珍珠巖的混合物為基質，在人工氣候箱中于20±1℃下育苗。當幼苗長至6片真葉時，轉到4±1℃冷誘導處理10天后取樣進行生理指標測定。試驗期間光周期為光照12h，光強15000Lx;黑暗12h。相對濕度約65%。處理設置3次重復。

1.2.2 自然低溫脅迫(盆栽試驗)2012年10月下旬將4片真葉的幼苗移栽到直徑25cm的花盆中，土壤為菜園土，于室外盆栽場按常規(guī)栽培方式管理，隨機區(qū)組設計，均設置3次重復。2013年1月上旬經歷凝凍天氣(最低溫度-6℃)后取樣測定生理指標。

1.3 生理指標測定

丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸顯色法［5］，超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍四唑(NBT)法［6］，過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創(chuàng)木酚比色法［6］，過氧化氫酶(CAT)活性測定采用紫外分光光度法［7］，抗壞血酸(AsA)含量的測定采用二甲苯萃取比色法［8］。

1.4 數據分析

利用Microsoft Excel 2003進行數據處理和作圖，利用dps v7.05軟件對數據進行方差分析，采用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 低溫對結球白菜MDA含量的影響

丙二醛是細胞膜脂過氧化產物，與逆境條件下細胞膜受傷害程度關系密切。由表1可見，無論是經零上低溫冷誘導還是經過冰凍傷害，3個品種結球白菜葉片中的MDA含量均以最低。冷誘導處理后葉片MDA含量差異顯著，最高的金黔小將比最低的黔白5號MDA含量高27.5%。經零下低溫脅迫后，各品種葉片MDA含量均上升，其中津青50最高，金黔小將次之，但品種間差異不顯著。結果表明，黔白5號在低溫下膜系統損傷程度最低。

表1 結球白菜葉片丙二醛含量Tab.1 The MDA content of Chinese cabbage leaves

2.2 低溫對結球白菜AsA含量的影響

抗壞血酸是植物體內活性氧非酶促清除系統的重要成員。由圖1可見，經低溫冷誘導后不同抽薹特性結球白菜品種葉片抗壞血酸的含量存在顯著差異，其中黔白5號最高，金黔小將最低，高低相差2.13倍。經零下低溫脅迫后，葉片AsA含量則是津青50的含量最高，黔白5號次之，金黔小將最低，且均低于冷誘導后葉片中的AsA含量。

圖1 結球白菜葉片AsA含量Fig.1 The AsA content of Chinese cabbage leaves

2.3 低溫對結球白菜SOD活性的影響

超氧化物歧化酶(SOD)是生物體內清除超氧自由基的關鍵保護酶。由圖2可見，冷誘導后黔白5號葉片SOD活性最高，金黔小將最低，但品種間差異不顯著。經冰凍脅迫后葉片SOD活性升高，其中黔白5號增幅最大，增加了85.2%。

2.4 低溫對結球白菜POD活性的影響

過氧化物酶(POD)也是植物體內清除活性氧的重要抗氧化酶之一。由圖3可見，冷誘導后3個品種結球白菜葉片POD活性以黔白5號最大，津青50最小，但津青50與金黔小將之間差異不顯著。經零下低溫脅迫后各品種POD活性均降低，其中津青50降幅最大，達到31.1%;其余2個品種POD活性下降不顯著。

圖2 結球白菜葉片SOD活性Fig.2 The SOD activity of Chinese cabbage leaves

圖3 結球白菜葉片POD活性Fig.3 The POD activity of Chinese cabbage leaves

2.5 低溫對結球白菜CAT活性的影響

過氧化氫酶(CAT)是植物體內清除H2O2的主要酶類之一。由表2可見，冷誘導處理的黔白5號葉片CAT活性最高，津青50最低，二者相差2.01倍。經零下低溫脅迫后，3個品種結球白菜葉片CAT活性均顯著增大，其中金黔小將最高，增幅為87.6%;津青50葉片CAT活性雖然仍是3個品種中最低的，但其上升幅度卻最大，達到103.9%。

表2 結球白菜葉片CAT活性Tab.2 The CAT activity of Chinese cabbage leaves

3 討論

正常情況下，植物細胞內自由基的產生與清除之間保持動態(tài)平衡，自由基維持較低水平，不會對細胞造成傷害。這種平衡在低溫逆境條件下會被打破，導致植物體代謝過程產生的自由基積累過多，進而對植物膜系統有傷害作用［9］。植物體內的酶促與非酶促活性氧清除系統可減輕自由基造成的傷害減輕傷害，其中酶促系統主要包括SOD、POD和CAT等，非酶促系統的抗氧化劑則包括抗壞血酸和谷胱甘肽等［10］。相關分析表明，SOD、POD、CAT活性和抗壞血酸含量均能較好地反映植物抗逆能力［11］。

研究表明，1～5℃低溫冷誘導可顯著提高擬南芥抗凍性，使其冰凍致死溫度降低到 -12℃［12］。本試驗采用4℃低溫對供試材料進行冷馴化，結果表明黔白5號抗壞血酸含量顯著高于其他2個品種。抗壞血酸既可作為初級抗氧化物直接清除單線態(tài)氧、超氧自由基和羥基自由基，又可作為酶的底物在活性氧清除過程中扮演重要角色。較高的AsA含量意味著黔白5號在冰凍條件下自由基清除能力更高，恢復能力更強。冷誘導后黔白5號葉片SOD、POD和CAT活性在3個品種中最高，而膜脂過氧化產物MDA含量最低，這些結果均說明其活性氧清除能力最強，抗凍能力優(yōu)于其他品種。

經零下低溫脅迫后，結球白菜葉片AsA含量和POD活性均下降，SOD和 CAT活性則上升。AsA含量可能是由于低溫下活性氧水平提高，抗壞血酸-谷胱甘肽系統還原消耗增加所致。過氧化物酶POD是一種以鐵卟啉為輔基的酶類，其消除H2O2需要從抗壞血酸和谷胱甘肽等底物中獲得電子后傳遞給過氧化氫［10］，因此在低溫下其活性的降低與AsA含量下降是一致的。CAT則是直接清除過氧化氫，作用方式與POD不同，二者具有一定的互補作用。黔白5號葉片SOD活性在零下低溫條件下顯著提高，其他2個品種則變化不顯著，表明黔白5號受低溫脅迫后超氧自由基清除能力持續(xù)上升，有利于增強植株抗凍性。

綜上所述，在低溫脅迫下，黔白5號葉片抗壞血酸含量以及SOD、POD、CAT活性值均高于其他2個品種，膜脂過氧化產物MDA含量最低，表明其在低溫脅迫下活性氧清除系統能力較強，能有效地清除氧自由基對植物造成的傷害，表現出較強的低溫逆境抗性。試驗結果也表明，結球白菜抗氧化系統與抽薹特性之間存在一定關系，耐抽薹品種活性氧清除能力強于中等抽薹和不耐抽薹品種，而后兩者之間則互有高低。

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