高溫脅迫下6份瓠瓜材料的耐熱性分析

吳曉花，周 雯，3，汪寶根，魯忠富，徐 沛，吳新義，李國景*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310021； 2.浙江省植物有害生物防控實驗室—省部共建國家重點實驗室培育基地； 3.浙江師范大學 化學與生命科學學院，浙江 金華 321000)

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高溫脅迫下6份瓠瓜材料的耐熱性分析

吳曉花1，2，周 雯1，2，3，汪寶根1，2，魯忠富1，2，徐 沛1，2，吳新義1，2，李國景1，2*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310021； 2.浙江省植物有害生物防控實驗室—省部共建國家重點實驗室培育基地； 3.浙江師范大學 化學與生命科學學院，浙江 金華 321000)

瓠瓜是我國南方地區(qū)夏季重要的瓜類蔬菜作物，耐熱性是當前瓠瓜育種的主要目標之一。本研究通過觀察6份瓠瓜種質(zhì)在高溫和常溫條件下的植株外部形態(tài)，并測定其愈創(chuàng)木酚過氧化物酶(G-POD)，葉片質(zhì)膜透性和葉綠素熒光，發(fā)現(xiàn)采用外部形態(tài)指標和生理生化指標可以正確評價瓠瓜的耐熱性。研究認為，浙蒲8號的耐高溫能力最強，JI7182的耐高溫能力最差，其余4份材料居中。本研究為瓠瓜種質(zhì)的耐熱性鑒定和品種選育提供理論依據(jù)。

瓠瓜； 高溫脅迫； 耐熱性

瓠瓜(Lagenariasiceraria)，又名瓠子、長瓜、葫蘆和夜開花等，隸屬葫蘆科葫蘆屬，是人類最早馴化的作物之一。瓠瓜用途廣泛，其幼嫩果實主要做菜用，成熟果實可做容器、樂器和工藝品等[1]。瓠瓜原產(chǎn)非洲，后來在亞洲和非洲可能得到過獨立的馴化[2]。此外，瓠瓜也常被用作黃瓜、西瓜的嫁接砧木以增強其耐低溫、抗病的能力[3]。

高溫已成為影響?zhàn)仙a(chǎn)的主要災害之一，影響到坐瓜，增加畸形果率，使產(chǎn)量降低，因此近年來瓠瓜耐熱性研究逐步受到重視，而建立評價不同材料的耐熱性是耐熱品種選育的基礎。許多學者從植物生理、生化及形態(tài)等幾個方面對植物的耐熱性進行研究。在白菜和黃瓜上發(fā)現(xiàn)，耐熱品種的POD活性在經(jīng)過高溫處理后變化值較小，但高溫脅迫會使葉綠素含量明顯降低[4]；在辣椒上，不同品種耐熱性的強弱與質(zhì)膜透性呈負相關(guān)[5]。瓠瓜耐熱性研究鮮見報道。本研究通過分析不同瓠瓜材料在高溫和常溫條件下其外部形態(tài)和生化指標變化，評價其耐熱性強弱，以期為瓠瓜品種選育和改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料包括浙蒲8號、JG636、浙蒲2號、JI7182、GJ610和杭州長瓜共6個品種，以編號1～6表示。材料系浙江省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所選育保存。

1.2 高溫脅迫處理方法

選取籽粒飽滿、無病蟲為害的種子直播于營養(yǎng)缽內(nèi)，每缽留苗1株，每份材料選取生長健壯、苗齡一致的植株用于試驗，其他管理按照常規(guī)育苗管理。選取2葉1心期的幼苗進行高溫脅迫處理，每品種設4個重復，每重復處理3株苗。

高溫處理方法。使用人工氣候室模擬高溫環(huán)境，晝/夜溫度為45/32 ℃，光周期為12 h/12 h，處理時間為4 d，處理后常溫恢復2～4 h后取樣。對照材料置于玻璃溫室內(nèi)生長，中午加蓋遮陽網(wǎng)，確保白天最高溫度在35 ℃以下，夜間最低溫度維持在25 ℃左右。所有高溫處理和未處理的對照材料，測定株高、鮮重、葉綠素熒光、葉片質(zhì)膜透性和G-POD活性。

1.3 測定方法

觀察所有材料的植株長勢、葉片大小及是否出現(xiàn)明顯熱害現(xiàn)象，并對其株高和鮮重進行測量。

葉綠素熒光的測定方法參照胡文海等[6]的方法。用英國Hansatech公司生產(chǎn)的FMS2型便攜式熒光測定儀測定光系統(tǒng)II(PSII)最大光化學效率Fv/Fm，測定前對所有高溫處理材料及對照材料進行暗適應20 min，測定時先照射檢測光(<0.05 μmol·m-2·s-1)，再照射飽和脈沖光(12 000 μmol·m-2·s-1)，測定其Fv/Fm。

葉片質(zhì)膜透性的測定參照楊根平等[7]的方法。每份材料取15個直徑0.5 cm的葉圓片，浸于試管中抽真空10 min，28 ℃保溫30 min，其間搖動幾次，測定電導值E0，此值作為背景值；然后準確保溫30 min(28 ℃)，測定電導率(Ep)。最后將試管置于沸水中15 min，冷卻至室溫，再測1次總電導率(Et)。

細胞質(zhì)膜相對透性=(Ep-E0)/(Et-E0)×100。

愈創(chuàng)木酚過氧化物酶(G-POD)測定參考Lee[8]的方法，分2步進行。1)酶的提取。稱取0.2 g樣品在液氮中磨碎后，加入1.5 mL提取緩沖液(0.1 mmol·L-1BS，0.5 mmol·L-1EDTA，1 mmol·L-1AsA，pH 7.5)，倒入2 mL離心管中，12 000g離心20 min，取上清液備用。2)POD的測定。2 mL反應液(150 mmol·L-1PBS，16 mmol·L-1愈創(chuàng)木酚，2 mmol·L-1H2O2，pH值 6.1)中加入0.05 mL酶提取液。記錄470 nm吸光度的動力學變化，摩爾消光系數(shù)為26.6 mmol·L-1·cm-1。吸光度表現(xiàn)為上升趨勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 植株形態(tài)

從植株形態(tài)上看，所有材料在高溫處理后，植株均表現(xiàn)為生長延緩，葉片變小，但未出現(xiàn)明顯葉片發(fā)黃和死苗現(xiàn)象。相比對照，所有材料的鮮重、株高均顯著下降，浙蒲8號在鮮重和株高指標上受到的抑制程度較小(圖1～4)。從高溫處理和對照的鮮重比來看，GJ610的比值最小，說明該材料受到高溫抑制最大。但在株高比值上，JI7182受高溫處理的影響最大。綜合鮮重和株高分析發(fā)現(xiàn)，在高溫處理下，浙蒲8號(編號1)表現(xiàn)較好，其次是JG636(編號2)、浙蒲2號(編號3)、杭州長瓜(編號6)，JI7182(編號4)和GJ610(編號5)的表現(xiàn)最差。

圖中數(shù)值為平均數(shù)±標準差。*表示在0.05水平上差異顯著，**表示在0.01水平上差異顯著。圖2～10同圖1 高溫處理和對照材料的單株鮮重

圖2 高溫處理和對照材料的單株鮮重比

圖3 高溫處理和對照材料的株高

圖4 高溫處理和對照材料的株高比

2.2 葉綠素熒光

從圖5可以看出，6份材料在高溫處理和常溫生長條件下，葉綠素熒光含量雖有輕微升降，但均未達到顯著水平；從比值上看，高溫處理和對照材料的葉綠素熒光的比值均在1.0左右，說明高溫處理對PSII最大光化學效率Fv/Fm無顯著影響(圖6)，這也說明利用葉綠素熒光可能無法評價高溫處理對瓠瓜的影響作用。

圖5 高溫處理和對照材料的葉綠素熒光

圖6 高溫處理和對照材料的葉綠素熒光比

2.3 高溫對葉片質(zhì)膜透性的影響

質(zhì)膜透性增加，說明植株受到嚴重傷害。從圖7～8可以看出，高溫處理的6份材料的質(zhì)膜透性均呈上升趨勢，除GJ610外，其余5份材料的質(zhì)膜透性均表現(xiàn)顯著或極顯著上升；結(jié)合高溫處理材料和對照材料的細胞質(zhì)膜透性比值分析，葉片質(zhì)膜透性的上升程度依次為JI7182、GJ610、杭州長瓜、JG636、浙蒲2號、浙蒲8號。

圖7 高溫處理和對照材料的細胞質(zhì)膜透性

圖8 高溫處理和對照材料的細胞質(zhì)膜透性比

2.4 高溫對葉片抗氧化酶活性的影響

圖9表明，高溫處理能顯著提高這6個品種的G-POD活性。通過圖10的高溫處理材料和對照材料的G-POD測定比值分析發(fā)現(xiàn)，JI7182處理后G-POD的活性比對照增加快，其次是浙蒲2號、JG636、GJ610、杭州長瓜、浙蒲8號。

圖9 高溫處理和對照材料的G-POD測定值

圖10 高溫處理和對照材料的G-POD測定比

3 討論

為了客觀、準確的鑒定瓠瓜耐熱性，本研究分析了6份瓠瓜材料在高溫脅迫和常溫對照條件下，其植株外部形態(tài)，包括株高和鮮重，葉綠素熒光值、質(zhì)膜透性及POD活性的變化情況，發(fā)現(xiàn)除葉綠素熒光值外，株高、鮮重、質(zhì)膜透性及POD活性的變化規(guī)律基本一致，說明這些指標可用于瓠瓜的耐熱性鑒定。在高溫脅迫下，瓠瓜的株高、鮮重降低，細胞質(zhì)膜透性增加，POD活性上升。

在本研究中，6份材料在經(jīng)過高溫處理后，雖然鮮重和株高與對照相比均顯著降低，但所有材料均未出現(xiàn)死苗或其他明顯的熱害癥狀，其原因可能是因為這6個品種的耐熱性本身相對較強，又或者是熱處理時間較短，且在熱處理期間保證充足的供水。質(zhì)膜是植物細胞與外界環(huán)境的一道分界線，在極端條件下，植物的質(zhì)膜會受到不同程度的損傷，表現(xiàn)為細胞膜透性增大，細胞內(nèi)部電解質(zhì)外滲，外液電導率增大的現(xiàn)象，因此電導率值越大就意味著質(zhì)膜受損越嚴重[9]。在本研究中JI7182(編號4)的電導率值最大，說明其質(zhì)膜受損最嚴重，高溫的耐受性最差，浙蒲8號(編號1)的電導率值最小，意味著對高溫的耐受性最好。植物的抗氧化作用包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、抗壞血酸(AsA)等，其中POD是一種植物細胞內(nèi)的保護酶，與植物抵御不良環(huán)境如高溫有關(guān)，該酶的主要作用為清除H2O2和其他過氧化物[10]，不同作物在遭受高溫時POD活性的變化不同，如白菜和黃瓜在高溫下其POD活性均下降[11-12]，但蘚類植物在高溫下其POD活性上升[13]。在本研究中，所有瓠瓜材料在高溫下其POD活性上升，但材料間的上升幅度不一樣，耐熱型材料的POD上升較慢。結(jié)合形態(tài)指標和生理生化指標，本研究中浙蒲8號的株高、鮮重受抑制最輕，質(zhì)膜透性增加最少，POD活性上升最少，說明這份材料的耐熱性最好，JI7182的株高、鮮重受抑制最重，質(zhì)膜透性增加最多，POD活性最高，說明該材料的耐熱性最差，其他4份材料的耐熱能力居中。本研究的結(jié)果表明，采用形態(tài)指標和生理生化指標結(jié)合的方法，可以較準確、客觀的評價瓠瓜的耐熱性，這為下一步瓠瓜種質(zhì)的規(guī)模性耐熱鑒定奠定了基礎，也為瓠瓜的耐熱性育種提供了理論依據(jù)。

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(責任編輯：張瑞麟)

2017-01-23

浙江省重大科技專項(2016C02051)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201403032)

吳曉花(1975—)，女，浙江東陽人，副研究員，本科，研究方向為蔬菜新品種選育與栽培技術(shù)研究，E-mail： wuxiaohua2001@126.com。

李國景(1966—)，男，浙江東陽人，研究員，博士，研究方向為蔬菜育種與栽培技術(shù)研究，E-mail：ligj@mail.zaas.ac.cn。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170723

S652.9

A

0528-9017(2017)07-1169-04

文獻著錄格式：吳曉花，周雯，汪寶根，等. 高溫脅迫下6份瓠瓜材料的耐熱性分析[J].浙江農(nóng)業(yè)科學，2017，58(7)：1169-1173.