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      表油菜素內(nèi)酯對(duì)高溫脅迫下甘藍(lán)幼苗抗逆性的影響

      2015-08-20 15:54:26蘇南蘇小俊蔣芳玲吳震畢云飛劉勛
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年7期
      關(guān)鍵詞:高溫脅迫生長(zhǎng)指標(biāo)生理指標(biāo)

      蘇南 蘇小俊 蔣芳玲 吳震 畢云飛 劉勛

      摘要:以耐熱甘藍(lán)品種啟夏和不耐熱甘藍(lán)品種蘇甘25號(hào)為試材, 研究表油菜素內(nèi)酯處理對(duì)高溫脅迫下甘藍(lán)幼苗耐熱性相關(guān)生理指標(biāo)的影響。結(jié)果表明,高溫脅迫下,表油菜素內(nèi)酯增加了超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)的活性,緩解了高溫脅迫下MDA和H2O2的積累,增強(qiáng)了甘藍(lán)抗氧化能力,提高了滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸和可溶性蛋白含量,有效緩解了高溫脅迫對(duì)甘藍(lán)幼苗的影響,其中以 0.5 mg/L 表油菜素內(nèi)酯處理效果較顯著。這表明,表油菜素內(nèi)酯有利于降低高溫脅迫對(duì)甘藍(lán)幼苗的抑制作用。

      關(guān)鍵詞:表油菜素內(nèi)酯;甘藍(lán);高溫脅迫;耐熱性;生長(zhǎng)指標(biāo);生理指標(biāo)

      中圖分類號(hào): S635.101 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào):1002-1302(2015)07-0137-05

      結(jié)球甘藍(lán)(Brassica oleracea var. capitata)是十字花科蕓薹屬一種重要蔬菜,在中國(guó)種植廣泛。高溫是蔬菜生產(chǎn)中最常見的逆境因子,嚴(yán)重影響蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。秋甘藍(lán)播種一般在6—7月,幼苗期正值夏季高溫,熱脅迫會(huì)使甘藍(lán)幼苗的生理代謝紊亂,生長(zhǎng)受到抑制或造成徒長(zhǎng),育成的秧苗質(zhì)量差,抗逆性弱,嚴(yán)重影響后期產(chǎn)量和品質(zhì)[1]。因此,增強(qiáng)甘藍(lán)幼苗的耐熱性是生產(chǎn)中亟待解決的問題。油菜素內(nèi)酯(brassinolide,簡(jiǎn)稱BR)是一種新型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,被稱為第六大類植物激素, 在植物體內(nèi)含量極低,但生理活性卻極高,經(jīng)極低質(zhì)量濃度處理便能表現(xiàn)出明顯的生理效應(yīng)。研究結(jié)果表明,油菜素內(nèi)酯可調(diào)節(jié)植物本身所需要的多種酶、激素,提高植物對(duì)許多脅迫,如水分、鹽分及病害等的抗性[2-3]。人工合成的高活性油菜素內(nèi)酯類似物為表油菜素內(nèi)酯(24-epibrassinolide, 簡(jiǎn)稱EBR)在生產(chǎn)上已廣泛應(yīng)用[4]。在抗高溫方面,表油菜素內(nèi)酯有利于甜瓜幼苗在高溫脅迫下抗氧化酶活性的維持和對(duì)光能的捕獲與轉(zhuǎn)換,有效促進(jìn)脯氨酸(Pro)的積累,Pro作為膜的穩(wěn)定劑,增強(qiáng)了植物對(duì)不良環(huán)境的抵抗力,促進(jìn)生長(zhǎng)[5]。朱誠(chéng)等報(bào)道,黃瓜種子用0.01~1 mg/L表油菜素內(nèi)酯浸種24 h,能提高幼苗對(duì)熱激( 48 ℃, 90 min)的忍耐性[6]??翟破G等研究表明表油菜素內(nèi)酯能促進(jìn)低氧脅迫下黃瓜根系中抗氧化酶活性和 AsA、GSH 含量,降低 ROS 含量,增強(qiáng)黃瓜抗低氧脅迫的能力[7];但有關(guān)表油菜素內(nèi)酯對(duì)提高甘藍(lán)耐熱性的研究還未見報(bào)道。本試驗(yàn)以甘藍(lán)品種啟夏和蘇甘25號(hào)為材料,研究高溫脅迫下表油菜素內(nèi)酯對(duì)甘藍(lán)幼苗的生理調(diào)節(jié)效應(yīng)及其機(jī)制。

      1 材料與方法

      1.1 材料

      供試甘藍(lán)品種為耐熱品種啟夏和不耐熱品種蘇甘25號(hào)。由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。試驗(yàn)于2014年7月15日在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院網(wǎng)室內(nèi)進(jìn)行。種子催芽后播種于72孔穴盤,育苗基質(zhì)為泥炭 ∶蛭石 ∶珍珠巖=2 ∶1 ∶1的混合基質(zhì), 萌發(fā)后每隔3 d澆1次營(yíng)養(yǎng)液,育苗期平均溫度為25 ℃,按常規(guī)方法進(jìn)行統(tǒng)一管理,甘藍(lán)2葉1心時(shí)進(jìn)行表油菜素內(nèi)酯和高溫處理。

      表油菜素內(nèi)酯溶液設(shè)0(CK,噴施清水處理)、0.25、0.5 mg/L 3個(gè)質(zhì)量濃度,幼苗3葉1心時(shí),連續(xù) 4 d 噴施至葉面滴水,處理完后,放進(jìn)光照培養(yǎng)箱進(jìn)行高溫脅迫處理,高溫處理為42 ℃ 12h 光照/30 ℃ 12 h 黑暗,對(duì)照為22 ℃ 12h 光照/15 ℃ 12 h 黑暗,光照度為30 000 lx,處理 2 d 后,進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。

      1.2 方法

      1.2.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 高溫處理后,在每個(gè)處理穴盤中隨機(jī)選取3株植株,測(cè)定其株高、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量。

      1.2.2 生理生化指標(biāo)測(cè)定 稱取0.2 g各處理的幼苗葉片,置于預(yù)冷的研缽中,加入50 mmol/L、 pH值 7.8的磷酸緩沖液(PBS)5 mL 在冰浴中研磨提取,在4 ℃ 離心機(jī)中 9 000 r/min 離心20 min,取上清液定容至10 mL,上清液為酶提取液,用于超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)測(cè)定。SOD 活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑法[8],CAT活性測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法[9],POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[9],APX活性測(cè)定采用Nakano等的方法[10]。丙二醛(MDA)含量測(cè)定采用 TCA -TBA 法[8],游離脯氨酸含量測(cè)定參照李合生等的方法[8]。過氧化氫(H2O2)含量的測(cè)定用碘化鉀分光光度法[11]??扇苄缘鞍缀繙y(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[12-13]。葉綠素含量測(cè)定采用光譜吸收法[14]。以上生理指標(biāo)測(cè)定均設(shè)置3次重復(fù)。

      1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用Origin軟件進(jìn)行繪圖, 用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)平均數(shù)用t測(cè)驗(yàn)和Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行比較分析。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 外源表油菜素內(nèi)酯可促進(jìn)甘藍(lán)幼苗在常溫和高溫下的生長(zhǎng)

      由表1、表2可以看出,在常溫下,表油菜素內(nèi)酯對(duì)2個(gè)甘藍(lán)品種幼苗生長(zhǎng)均有促進(jìn)作用,高溫脅迫下,甘藍(lán)幼苗生長(zhǎng)明顯變?nèi)酰啾扔谖磭娛┍碛筒怂貎?nèi)酯的高溫處理,表油菜素內(nèi)酯處理增加了幼苗根長(zhǎng)、株高、鮮質(zhì)量,說(shuō)明表油菜素內(nèi)酯能緩解高溫脅迫,對(duì)幼苗生長(zhǎng)有促進(jìn)作用,其中,在表油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度為0.5 mg/L時(shí),能顯著提高甘藍(lán)幼苗對(duì)高溫脅迫的耐受性。

      2.2 外源表油菜素內(nèi)酯對(duì)高溫脅迫下甘藍(lán)幼苗生理指標(biāo)的影響

      2.2.1 外源表油菜素內(nèi)酯對(duì)高溫脅迫下甘藍(lán)幼苗葉片MDA含量和H2O2含量的影響 由圖1可知,與常溫處理相比,高溫脅迫下,甘藍(lán)幼苗的MDA含量均顯著升高,但無(wú)論是常溫

      處理還是高溫脅迫下,經(jīng)表油菜素內(nèi)酯處理的甘藍(lán)MDA含量均顯著低于未經(jīng)表油菜素內(nèi)酯處理的對(duì)照。且表油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度為0.5 mg/L處理的甘藍(lán)幼苗葉片的MDA含量最低,其中啟夏為6.59 μmol/g,蘇甘25號(hào)為6.56 μmol/g,與噴清水的對(duì)照相比,啟夏和蘇甘25號(hào)分別降低了26.6% 和22.9%,這說(shuō)明外施適宜質(zhì)量濃度表油菜素內(nèi)酯有效緩解了高溫對(duì)甘藍(lán)幼苗葉片膜的膜脂過氧化作用。低質(zhì)量濃度的H2O2 是一種信號(hào)物質(zhì),高質(zhì)量濃度的H2O2是一種傷害物質(zhì)[15],由圖2可知,常溫下,表油菜素內(nèi)酯處理可誘導(dǎo)幼苗葉片中H2O2含量升高,與清水處理相比,0.5 mg/L 表油菜素內(nèi)酯處理顯著提高了甘藍(lán)幼苗H2O2含量,但均低于高溫脅迫下H2O2的質(zhì)量濃度。而高溫脅迫處理后,2個(gè)品種的甘藍(lán)幼苗葉片的H2O2含量均顯著高于常溫處理,表油菜素內(nèi)酯處理可顯著降低葉片中H2O2的含量(除蘇甘25號(hào)0.5 mg/L表油菜素內(nèi)酯處理),表油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度為0.5 mg/L時(shí)效果較為明顯。與噴清水的對(duì)照相比,啟夏和蘇甘25號(hào)H2O2含量分別降低了22.7% 和12.3%。不管是常溫還是高溫處理,蘇甘25號(hào)H2O2含量整體低于啟夏甘藍(lán)。endprint

      2.2.2 外源表油菜素內(nèi)酯對(duì)高溫脅迫下甘藍(lán)幼苗抗氧化酶活性的影響 由圖3、圖4、圖5、圖6可看出,與對(duì)照相比,高溫脅迫后,除啟夏以0.25 mg/L表油菜素內(nèi)酯處理的POD活性和蘇甘25號(hào)以0.25 mg/L表油菜素內(nèi)酯處理的CAT活性沒有顯著提高外,其他處理的SOD、POD、CAT、APX活性均顯著高于對(duì)照,以表油菜素內(nèi)酯0.5 mg/L處理效果最佳,啟夏和蘇甘25號(hào)分別比對(duì)照提高18.3% 和5.7%、68.8%和616%、17.1%和13.8%、252%和52.4%??傮w來(lái)說(shuō),無(wú)論是常溫還是高溫,表油菜素內(nèi)酯0.5 mg/L處理酶活性>0.25 mg/L 處理酶活性>CK處理酶活性。其中由圖3可知,常溫下,啟夏以0.25 mg/L表油菜素內(nèi)酯處理與對(duì)照差異不顯著,但與噴清水的對(duì)照相比,SOD活性提高了6.0%,蘇甘25號(hào)以0.5 mg/L和0.25 mg/L表油菜素內(nèi)酯處理間效果差異不顯著,但SOD活性均大于對(duì)照,分別提高5.7% 和46%。由圖5可看出,常溫下,啟夏以0.25 mg/L處理的CAT活性相比對(duì)照沒有顯著提高,蘇甘25號(hào)經(jīng)表油菜素內(nèi)酯處理的2個(gè)質(zhì)量濃度間沒有顯著性差異。并且在所有氧化酶活性指標(biāo)中,2個(gè)品種同一處理組常溫和高溫差異均顯著,有些還為極顯著。啟夏和蘇甘25號(hào)間差異也為顯著。

      2.2.3 表油菜素內(nèi)酯對(duì)高溫脅迫下甘藍(lán)幼苗脯氨酸和可溶性蛋白含量的影響 脯氨酸是最重要和有效的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),幾乎所有的逆境,如干旱、高溫、低溫、冰凍、鹽漬、低pH值、營(yíng)養(yǎng)不良、病害、大氣污染等都會(huì)造成植物體內(nèi)脯氨酸的累積。脯氨酸作為一種膜的穩(wěn)定劑,能保持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性。因此,在高溫脅迫下,脯氨酸含量的高低可以作為植物對(duì)高溫逆境抵抗強(qiáng)弱的一個(gè)生理鑒定指標(biāo)[16]。由圖7可看出,高溫脅迫后,幼苗葉片的脯氨酸含量升高,經(jīng)表油菜素內(nèi)酯處理的脯氨酸含量比對(duì)照的脯氨酸含量要高,且差異顯著,其中表油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度為0.5 mg/L的效果最為顯著,啟夏和蘇甘25號(hào)分別比對(duì)照提高16.8%和11.4%。但啟夏在常溫下,以0.25 mg/L表油菜素內(nèi)酯處理的Pro含量提高不顯著,高溫脅迫后,經(jīng)表油菜素內(nèi)酯處理的2個(gè)濃度間差異不明顯。2個(gè)品種間同一處理組常溫和高溫差異均極顯著?!?/p>

      可溶性蛋白含量的提高可以增加細(xì)胞的滲透勢(shì)和功能蛋白(如熱激蛋白)的數(shù)量,有助于維持細(xì)胞正常的代謝,提高植物的抗逆性[4]。由圖8可知,高溫脅迫后,啟夏幼苗葉片的可溶性蛋白含量升高,其升高趨勢(shì)大于蘇甘25號(hào)的升高趨勢(shì),且經(jīng)表油菜素內(nèi)酯處理的可溶性蛋白含量均顯著高于對(duì)照,其中以質(zhì)量濃度為0.5 mg/L的處理效果更顯著,為 5.18 mg/g,較對(duì)照提高16.5%。無(wú)論是在常溫還是在高溫下,品種蘇甘25號(hào)在表油菜素內(nèi)酯濃度為0.25 mg/L時(shí)可溶性蛋白含量升高均不顯著,而在表油菜素內(nèi)酯濃度為 0.5 mg/L 時(shí)升高顯著,為4.72 mg/L,較對(duì)照提高12.2%。

      2.2.4 表油菜素內(nèi)酯對(duì)高溫脅迫下甘藍(lán)幼苗葉綠素的影響 葉綠素是光合作用不可缺少的重要物質(zhì),因而有的學(xué)者曾嘗試以測(cè)定高溫脅迫下葉綠素含量的變化來(lái)鑒定作物抗熱性,但羅少波等[17]、楊麗薇等[18]、馬德華等[19]對(duì)大白菜和黃瓜的研究表明,葉綠素含量變化沒有一定的規(guī)律性,或與溫度逆境的抗性無(wú)明顯的相關(guān)性,因此認(rèn)為葉綠素含量變化率不能作為耐熱性的一個(gè)生理指標(biāo)。本試驗(yàn)通過對(duì)葉綠素含量的測(cè)定來(lái)確定表油菜素內(nèi)酯處理能否提高甘藍(lán)幼苗對(duì)高溫的抵抗能力,結(jié)果發(fā)現(xiàn)各個(gè)不同質(zhì)量濃度處理后在高溫脅迫下,甘藍(lán)幼苗葉片中葉綠素含量的變化沒有一定的規(guī)律性,所以認(rèn)為葉綠素含量測(cè)定不能作為表油菜素內(nèi)酯誘導(dǎo)甘藍(lán)抗熱性的一個(gè)生理指標(biāo)。

      3 結(jié)論與討論

      油菜素內(nèi)酯是一種新型植物激素, 在植物體內(nèi)含量極低,但生理活性卻極高,人們對(duì)表油菜素內(nèi)酯生理作用的研究越來(lái)越重視。研究表明油菜素內(nèi)酯可通過增強(qiáng)植物體內(nèi)抗氧化酶活性和增加植物體內(nèi)抗氧化物質(zhì)含量來(lái)提高植物抗逆境的能力[20]。本試驗(yàn)表明,高溫脅迫后甘藍(lán)幼苗株高、根長(zhǎng)和鮮質(zhì)量均顯著低于對(duì)照,外源表油菜素內(nèi)酯可以有效緩解高溫脅迫對(duì)甘藍(lán)幼苗生長(zhǎng)的抑制作用(表1、表2)。

      植物處于逆境條件下活性氧物質(zhì)會(huì)升高,低質(zhì)量濃度的H2O2 是一種信號(hào)物質(zhì),高質(zhì)量濃度的H2O2是一種傷害物質(zhì)[15]。細(xì)胞中MDA是膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物,其含量的多少可表示植物細(xì)胞膜受傷害程度的大小。本試驗(yàn)中,常溫下表油菜素內(nèi)酯處理提高了H2O2質(zhì)量濃度,可能是作為一種信號(hào)物質(zhì)增強(qiáng)植物抗性。與常溫處理相比,高溫脅迫下H2O2含量顯著升高,表油菜素內(nèi)酯處理有效降低了葉片MDA和H2O2含量的積累,抑制膜脂過氧化,緩解了高溫脅迫對(duì)植株的傷害。

      在生物膜脂過氧化酶促防御體系中,SOD、PDO、CAT、APX 等均是重要的膜保護(hù)酶類。在本試驗(yàn)中,高溫脅迫后,抗氧化酶活性顯著降低,但經(jīng)表油菜素內(nèi)酯處理的甘藍(lán)幼苗葉片的抗氧化酶活性顯著高于對(duì)照,說(shuō)明表油菜素內(nèi)酯能有效緩解高溫脅迫對(duì)甘藍(lán)幼苗葉片的抗氧化酶活性的影響,其中表油菜素內(nèi)酯以質(zhì)量濃度0.5 mg/L處理效果更佳,2個(gè)品種中,除APX酶活性外,啟夏酶活性均高于蘇甘25號(hào),可能2個(gè)品種活性氧清除系統(tǒng)存在一定差異。

      高溫脅迫條件下,植物會(huì)主動(dòng)積累可溶性蛋白和脯氨酸,抵抗熱脅迫的傷害[21-22]。本研究中,高溫脅迫后,葉片的可溶性蛋白和脯氨酸含量顯著提高,表油菜素內(nèi)酯處理可進(jìn)一步提高脯氨酸和可溶性蛋白的積累 (圖7、圖8)。以上結(jié)果說(shuō)明了表油菜素內(nèi)酯處理可通過增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累來(lái)提高甘藍(lán)植株的滲透調(diào)節(jié)能力,從而有利于提高機(jī)體對(duì)高溫傷害的抵抗能力。前人研究表明可溶性蛋白含量的提高可以增加細(xì)胞的滲透勢(shì)、功能蛋白(如熱激蛋白)的數(shù)量、維持細(xì)胞或組織持水能力,有助于維持細(xì)胞正常的代謝,提高植物的抗逆性[4]。2個(gè)品種均以表油菜素內(nèi)酯處理質(zhì)量濃度為 0.5 mg/L 最佳。endprint

      對(duì)葉綠素含量的研究表明,葉綠素含量的變化沒有一定的規(guī)律性,所以認(rèn)為葉綠素含量測(cè)定不能作為表油菜素內(nèi)酯誘導(dǎo)甘藍(lán)抗熱性的一個(gè)生理指標(biāo)。

      綜上所述,表油菜素內(nèi)酯處理顯著緩解了高溫脅迫下對(duì)甘藍(lán)幼苗的傷害,一定程度上促進(jìn)了甘藍(lán)幼苗的生長(zhǎng),以質(zhì)量濃度為0.5 mg/L的噴施效果最佳,提高了抗氧化酶SOD、POD、CAT和APX活性,降低了MDA和H2O2含量,增加了脯氨酸和可溶性蛋白含量,從而增強(qiáng)植株抗高溫脅迫的能力。而就2個(gè)品種來(lái)比較,啟夏的SOD、POD、CAT酶活性、H2O2和脯氨酸含量高于蘇甘25號(hào),MDA含量和APX酶活性則低于蘇甘25號(hào),但不能由此推斷啟夏比蘇甘25號(hào)更耐熱。甘藍(lán)耐熱性的復(fù)雜表現(xiàn)受品種多種生理特性的綜合影響,具有較為復(fù)雜的數(shù)量性狀遺傳傾向[23],還需進(jìn)一步研究。萬(wàn)正林研究認(rèn)為0.5 mg/L表油菜素內(nèi)酯處理番茄效果最佳,抗高溫脅迫能力最強(qiáng)[16];朱誠(chéng)等發(fā)現(xiàn)外施0.01~1 mg/L表油菜素內(nèi)酯能提高黃瓜幼苗對(duì)熱激的忍耐性[6];耶興元等發(fā)現(xiàn)0.3 mg/L表油菜素內(nèi)酯能提高獼猴桃耐熱性[20];吳雪霞等用0.05 mg/L表油菜素內(nèi)酯噴施增強(qiáng)了茄子抗高溫脅迫的能力[4]。說(shuō)明不同作物適宜的表油菜素內(nèi)酯質(zhì)量濃度不同。本研究中表油菜素內(nèi)酯處理甘藍(lán)幼苗以質(zhì)量濃度0.5 mg/L為最佳,可顯著提高甘藍(lán)幼苗耐高溫的能力,但可能會(huì)有更適合的質(zhì)量濃度,需要進(jìn)一步研究。

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