外源褪黑素對高溫脅迫下茄子幼苗光合及抗氧化特性的影響

余雪娜，李婧嫻，謝永東，唐懿*

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外源褪黑素對高溫脅迫下茄子幼苗光合及抗氧化特性的影響

余雪娜a，李婧嫻b，謝永東a，唐懿a*

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)a.果蔬研究所；b.園藝學(xué)院，四川成都 611130)

以紫紅長茄為材料，采用營養(yǎng)缽種植法，設(shè)4種不同濃度的褪黑素(MT)溶液(50、100、150、200 μmol/L)，以清水處理為對照處理，噴施茄子幼苗葉片，再將茄子幼苗進(jìn)行高溫脅迫，通過測定茄子幼苗的光合參數(shù)以及POD、SOD等生理生化指標(biāo)，研究外源褪黑素對高溫脅迫下茄子幼苗的光合作用及抗氧化特性的影響。結(jié)果表明：噴施MT能有效提高高溫脅迫下茄子幼苗葉片中光合色素含量及光合能力，當(dāng)MT濃度為150 μmol/L時(shí)，茄子葉片的葉綠素含量和凈光合速率均達(dá)到最大值，分別為3.69 mg/g和12.14 μmol/(m2·s)，與對照相比，差異顯著；噴施各濃度的MT均能顯著提高茄子幼苗抗氧化酶POD、SOD、CAT活性，當(dāng)MT濃度為150 μmol/L時(shí)，SOD、CAT活性最高，分別為256.31、41.80 U/g，且與MT濃度為200 μmol/L時(shí)的SOD、CAT活性差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；噴施各濃度的MT均能顯著降低MDA含量，當(dāng)MT濃度為150 μmol/L時(shí)，MDA含量最低，為16.71 nmol/g。噴施外源MT能提高茄子對高溫脅迫的抵抗力，且濃度為150 μmol/L時(shí)效果較好。

茄子；幼苗；褪黑素；高溫脅迫；光合作用；抗氧化特性

茄子(L)是茄科(Solanum)蔬菜，營養(yǎng)豐富，能延緩衰老，對胃癌和心血管疾病防治有一定的作用[1]。茄子屬喜溫性蔬菜，植株生長最適溫度為白天28~32 ℃，晚上18~25 ℃，超過35 ℃出現(xiàn)生長緩慢、花芽分化不良、果皮粗糙等情況，嚴(yán)重影響茄子產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。隨著茄子需求量的增加，在夏季日光溫室中種植茄子越來越多，若通風(fēng)不及時(shí)，溫度很容易高于35 ℃，產(chǎn)生茄子高溫危害。為了緩解高溫對茄子的危害，前人已作了一些研究[3–4]。

褪黑素(melatonin, MT)最早在動(dòng)物的松果體中被發(fā)現(xiàn)，屬吲哚類色胺[5]，是一種抗氧化作用極強(qiáng)的內(nèi)源性自由基清除劑[6]。近年來，MT在緩解植物逆境脅迫上的應(yīng)用越來越廣泛，如MT能有效緩解高溫[7]對植物的傷害，同時(shí)逆境脅迫下可以增加植物內(nèi)源MT水平[8]，減少葉綠素降解，保持細(xì)胞膜完整性。目前，MT對逆境脅迫下茄子生理生化影響的研究鮮見報(bào)道。本研究以紫紅長茄為試材，采用外源 MT噴施茄子幼苗葉片，測定高溫脅迫下茄子幼苗的光合特性以及抗氧化酶活性等指標(biāo)，研究外源MT在茄子幼苗抵御高溫逆境方面的生理機(jī)制，旨在為設(shè)施內(nèi)夏季栽培茄子提供參考依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

供試茄子為紫紅長茄，種子購自四川種都種業(yè)有限公司；褪黑素(MT)，購自SIGMA–ALDRICH公司。

1.2方法

試驗(yàn)于2015年5—8月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院果蔬研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。首先挑選飽滿的茄子種子，用10% Na3PO4消毒后浸種催芽，種子露白后播于裝有蔬菜專用基質(zhì)的營養(yǎng)缽(10 cm×10 cm) 中，每缽1株。待茄子幼苗第3片真葉展開時(shí)，選擇大小一致的壯苗，噴施濃度為0(CK)、50、100、150、200 μmol/L 的MT溶液，于19:00時(shí)噴，以葉片滴水為度，隔2 d噴1次，共噴3次，每個(gè)濃度的MT溶液噴施18缽，共90缽。待最后1次噴施后的第2天，將90缽茄子置于相對濕度75%、溫度為(40±1) ℃的光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行高溫脅迫24 h，轉(zhuǎn)入常溫，2 h后進(jìn)行各指標(biāo)的測定。

1.3測定項(xiàng)目及方法

1) 光合參數(shù)測定。選取植株的第2~3片功能葉，用LI–6400 XT 便攜式光合儀測定凈光合速率()、氣孔導(dǎo)度()、蒸騰速率()、胞間CO2濃度()，測定時(shí)設(shè)置內(nèi)源光強(qiáng)為1 000 μmol/(m2·s)，CO2濃度為400 μL/L，溫度為25 ℃。

2) 光合色素含量測定。參照文獻(xiàn)[9]的方法進(jìn)行測定。

3) 抗氧化酶活性及丙二醛含量的測定。選取各處理植株的幼嫩葉片，剪碎后混勻。過氧化物酶(POD)活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法，過氧化氫酶(CAT)活性的測定采用紫外吸收法，均參照張以順[10]的方法進(jìn)行；超氧化物歧化酶(SOD)活性用NBT光還原法，丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸法，均參照王學(xué)奎[11]的方法進(jìn)行。

1.4數(shù)據(jù)分析

所測數(shù)據(jù)采用 Excel 2007 軟件進(jìn)行整理；運(yùn)用SPSS 20.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；采用 Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性比較。

2　結(jié)果與分析

2.1褪黑素對供試茄子幼苗光合色素含量的影響

由表1可以看出，噴施外源MT能顯著提高高溫脅迫下茄子幼苗葉片光合色素含量。葉片中葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量都隨MT濃度的增加呈先增加后降低的趨勢，在MT濃度為150 μmol/L時(shí)，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量達(dá)最高，分別為2.82 、0.87 、0.51 mg/g，均顯著高于對照。葉綠素a與葉綠素b的比值也隨MT濃度的增加呈先增加后降低的趨勢，在MT濃度為150 μmol/L時(shí)，達(dá)到峰值，為3.21，與對照相比，差異達(dá)顯著水平。

表1　不同濃度MT處理后茄子幼苗的光合色素含量

同列不同字母表示差異顯著(＜0.05)。

2.2外源褪黑素對高溫脅迫下茄子光合作用的影響

表2 顯示，高溫脅迫下噴施外源褪黑素能提高茄子幼苗的、和，其中，和在MT濃度為150 μmol/L達(dá)到最大值，分別為12.14和2.51 μmol/(m2·s)，與對照差異顯著；隨著MT濃度增加不斷升高，當(dāng)MT濃度為200 μmol/L，達(dá)到最大值，為對照的223.67%(＜0.05)，但與MT濃度為150 μmol/L時(shí)的差異不顯著。

表2　不同濃度MT處理后茄子幼苗的光合參數(shù)

同列不同字母表示差異顯著(＜0.05)。

2.3外源褪黑素對高溫脅迫下茄子抗氧化酶活性的影響

由表3可知，噴施各濃度MT均顯著降低了高溫脅迫下茄子幼苗葉片中MDA含量，且隨著MT濃度升高，茄子幼苗葉片MDA含量先降低后升高。當(dāng)MT濃度為150 μmol/L時(shí)，MDA含量最低，僅為16.71 nmol/g；隨MT濃度的增加，茄子幼苗葉片中POD活性呈上升趨勢，當(dāng)MT濃度為200 μmol/L時(shí)，POD活性達(dá)到最大值，為對照的201.71%(＜0.05)，但與噴施150 μmol/L MT時(shí)茄子幼苗葉片POD活性的差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。SOD活性隨著MT濃度的增加先升高后降低，當(dāng)MT濃度為150 μmol/L時(shí)，SOD活性最大，為256.31 U/g，與對照差異顯著；噴施MT也能顯著提高高溫脅迫下茄子幼苗葉片的CAT活性，當(dāng)MT濃度為150 μmol/L時(shí)，CAT活性達(dá)最高，為41.8 U/g，比對照高79.09%(＜0.05)。

表3　不同濃度MT處理后茄子幼苗的MDA含量、POD、SOD、CAT活性

同列不同字母表示差異顯著(＜0.05)。

3　結(jié)論與討論

研究[12]表明，高溫脅迫破壞了葉綠素合成和降解的動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致葉綠素a和葉綠素b含量降低，從而影響光合作用。葉綠素a與葉綠素b比值表示葉綠體類囊體膜垛疊程度，同一植物葉綠素a與葉綠素b的比值降低，葉綠體垛疊程度越低，對逆境的適應(yīng)能力越差[13]。本研究結(jié)果表明，高溫脅迫下噴施MT能顯著提高茄子幼苗葉片葉綠素含量，葉綠素a與葉綠素b的比值和類胡蘿卜素都保持在相對較高的水平，這與徐向東等[14]研究外源MT處理高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片葉綠素含量變化趨勢一致，表明噴施MT能增強(qiáng)高溫脅迫茄子幼苗葉片光合色素的穩(wěn)定性，提高光合速率。高溫下植物光合作用的降低有氣孔因素和非氣孔因素[15]，非氣孔因素主要是由于光合相關(guān)酶活性降低及光合器官損傷[16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，噴施低濃度的MT后，升高，表明植株通過提高蒸騰作用來降低葉表溫度，保持體內(nèi)較高的酶活性，從而間接提高光合速率。升高而胞間CO2濃度卻降低，表明低濃度的MT通過增大氣孔導(dǎo)度來減小氣孔因素對光合作用的抑制，同時(shí)增強(qiáng)了CO2的固定和轉(zhuǎn)化效率，降低非氣孔因素影響，但噴施200 μmol/L MT茄子葉片中與對照差異不顯著，可能是高濃度MT對光合機(jī)構(gòu)有毒害作用，使CO2的固定和轉(zhuǎn)化受到抑制。同時(shí)，植物在逆境下細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性受到抑制，導(dǎo)致活性氧積累，引起膜脂過氧化[17]。噴施MT提高了茄子幼苗POD、CAT、SOD活性，降低MDA含量，表明MT可以通過提高抗氧化酶活性來保持細(xì)胞內(nèi)自由基產(chǎn)生和清除平衡，防止細(xì)胞膜遭到破壞[18]。

綜上所述，適宜濃度的MT能提高高溫脅迫下茄子幼苗葉片的光合色素含量，增強(qiáng)光合作用，提高抗氧化酶POD、CAT、SOD活性，降低MDA含量，維持細(xì)胞活性氧代謝平衡，提高茄子幼苗對高溫的抵抗能力，且當(dāng)MT濃度為150 μmol/L時(shí)的效果較好。

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Effects of exogenous melatonin on photosynthesis and antioxidant activity of eggplant seedlings under high temperature stress

Yu Xuenaa, Li Jingxianb, Xie Yongdonga, Tang Yia*

(a.Institute of Pomology & Olericulture, Sichuan Agricultural University; b.College of Horticulture, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China)

In this study, the eggplant(L) seedlings planted in the nutritive soil cup were placed in high temperature condition for 24 hours after the leaves were sprayed by four different concentrations of melatonin solution( by water as control), then the indexes of the photosynthetic parameters, the activities of SOD, POD and CAT and the content of MDA were measured to study the effect of exogenous melatonin (MT) on photosynthesis and antioxidant properties of eggplant seedlings under high temperature stress. The results showed that foliar application of MT could effectively increase photosynthetic capacity and antioxidant properties of eggplant seedlings under high temperature stress. Compared with the other MT concentration treatments and the control, 150 μmol/L had the greatest effect on the contents of chlorophyll (3.69 mg/g) and net photosynthetic rate (12.14 μmol/m2·s), the activities of SOD(256.31 U/g) and CAT(41.80 U/g), the content of MDA(16.71 nmol/g). The contents of chlorophyll and net photosynthetic rate of 150 μmol/L were significant higher than those of the control, and there were no significant difference on the activities of the SOD and CAT between the 50 μmol/L and the 200 μmol/L, while the content of MDA of MT treatments were significantly lower than those of the control.

eggplant; seedling; melatonin; high temperature stress; photosynthesis; antioxidation activity

S641.101；Q945.78

A

1007-1032(2016)05-0496-04

2016–01–25

2016–07–25

教育部博士學(xué)科點(diǎn)基金項(xiàng)目(20125103120006)；四川省教育廳科研項(xiàng)目(15ZA0011)

余雪娜(1993—)，女，四川資陽人，碩士研究生，主要從事蔬菜生物技術(shù)與遺傳育種研究，yxn4842@sina.cn；*通信作者，唐懿，副研究員，主要從事蔬菜生物技術(shù)與遺傳育種研究，95459425@qq.com

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責(zé)任編輯：尹小紅

英文編輯：梁和