高溫脅迫對不同西瓜甜瓜砧木葉片抗氧化系統(tǒng)的影響

徐佳寧，鄭洪蕊，王希波，郭守鵬，王文軍

(1.濟南市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 濟南 250316； 2.山東省偉麗種苗科學(xué)研究院 濟南 250212）

西瓜甜瓜是世界農(nóng)業(yè)中重要的水果作物，中國作為世界上重要的西瓜甜瓜生產(chǎn)國和消費國之一，西瓜甜瓜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展和實現(xiàn)農(nóng)民增收發(fā)揮了重要作用[1]。溫度是影響植物生長的主要因子之一，近年來，隨著溫室效應(yīng)加劇，全球氣溫上升，西瓜甜瓜生產(chǎn)已面臨著高溫脅迫的嚴峻挑戰(zhàn)。有研究發(fā)現(xiàn)，西瓜幼苗的株高、莖粗以及葉面積在高溫脅迫后與對照相比均出現(xiàn)不同程度下降，表明高溫對西瓜幼苗生長起到抑制作用，幼苗耐熱性越強，受到的抑制作用越小[2]。劉成靜等[3]研究了不同砧木嫁接西瓜苗的耐熱性和保護酶變化趨勢，結(jié)果表明，經(jīng)高溫脅迫后，嫁接苗比自根苗的耐熱性更好，并且嫁接苗保護酶活性均高于自根苗，說明嫁接有助于提高西瓜幼苗的耐熱性。趙瓊穎[4]發(fā)現(xiàn)，在高溫脅迫條件下，嫁接苗比自根苗更能保持較高的抗氧化活性，同時光能捕獲效率、凈光合作用速率、蒸騰速率也比自根苗大，說明嫁接對高溫脅迫下西瓜葉綠素和抗氧化酶系統(tǒng)能夠起到一定的保護和緩解作用。

隨著溫室效應(yīng)的加劇，選取耐熱西瓜甜瓜砧木品種意義越來越重要。因此，筆者選取7個西瓜甜瓜砧木品種為試驗材料，探討高溫條件下砧木材料葉片中丙二醛含量以及抗氧化酶活性的變化，為進一步篩選優(yōu)良嫁接砧木及探究西瓜甜瓜砧木的高溫脅迫響應(yīng)機制提供一定的理論基礎(chǔ)和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

材料詳見表1。試驗于2017年1月在濟南市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院進行。將幼苗栽培于營養(yǎng)缽中，基質(zhì)為通用育苗基質(zhì)，置于人工氣候箱中培育。每個品種種植30株，溫度25℃，每天光照12 h，光照強度22 000 lx。將4周齡的長勢良好的砧木幼苗置于40℃的人工氣候箱中進行高溫脅迫處理。每個品種隨機分為5組，每組6株，每組的處理時間分別為 0、2、4、6、12 h，3 次重復(fù)。取樣均為生長一致的幼苗頂端相同節(jié)位幼嫩葉片。

表1 試驗材料編號

1.2 測定項目及方法

試驗測定項目（均以鮮質(zhì)量表示）為丙二醛（MDA）含量和超氧化物歧化酶（SOD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）活性等5項。其中MDA含量采用硫代巴比妥酸比色法測定，SOD活性采用氮藍四唑（NBT）光化還原法測定，POD活性采用愈傷木酚比色法測定，CAT活性和APX活性采取紫外吸收法測定[5-6]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用DPS 6.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用Tukey法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫對砧木葉片中MDA含量的影響

高溫處理后，7個參試砧木品種葉片中的MDA含量均出現(xiàn)了不同程度的上升（圖1）。其中，‘甬砧1號’‘恒力1號’‘偉砧’‘蘇夢砧木二號F1’和‘青研砧木一號’5個參試品種的MDA含量峰值出現(xiàn)在高溫處理2 h時，之后迅速回落至初始水平，說明這5個品種對高溫脅迫的適應(yīng)能力優(yōu)于另外2個參試品種。

圖1 高溫脅迫對砧木葉片中MDA含量的影響

2.2 高溫脅迫對砧木葉片中SOD活性的影響

由圖2可知，高溫處理后7個參試砧木品種葉片細胞中SOD活性均顯著上升，但隨著處理時間的增加，SOD活性的變化趨勢和峰值出現(xiàn)的時間均不完全相同?！畟フ琛汀荑F甲’葉片細胞中SOD活性都呈先上升后下降的趨勢，而‘偉砧’的峰值出現(xiàn)在高溫處理6 h時，而‘全能鐵甲’的峰值出現(xiàn)在高溫處理2 h。

2.3 高溫脅迫對砧木葉片中POD活性的影響

由圖3可知，高溫處理后7個參試品種葉片細胞中POD活性均出現(xiàn)了顯著的變化，其中，‘甬砧1號’‘恒力1號’‘偉砧’和‘全能鐵甲’葉片中POD活性呈現(xiàn)先上升后下降然后再上升的趨勢，但峰值出現(xiàn)的時間不同，‘甬砧1號’和‘偉砧’的POD活性峰值出現(xiàn)在12 h，而‘恒力1號’和‘全能鐵甲’的峰值分別出現(xiàn)在處理4 h和2 h。

2.4 高溫脅迫對砧木葉片中CAT活性的影響

與對照相比，高溫處理后7個參試品種葉片細胞中CAT活性都顯著上升（圖4）。其中，‘甬砧1號’‘恒力1號’‘甬砧2號’和‘青研砧木一號’葉片細胞中CAT活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，但峰值出現(xiàn)的時間不同；‘甬砧1號’和‘恒力1號’的CAT活性峰值出現(xiàn)在高溫處理4 h，而‘甬砧2號’和‘青研砧木一號’的峰值出現(xiàn)在高溫處理2 h。

圖2 高溫脅迫對砧木葉片中SOD活性的影響

圖3 高溫脅迫對砧木葉片中POD活性的影響

圖4 高溫脅迫對砧木葉片中CAT活性的影響

2.5 高溫脅迫對砧木葉片中APX活性的影響

植物處于逆境條件下，會通過增強APX活性來清除活性氧以適應(yīng)逆境。從圖5可以看出，高溫處理后7個參試品種葉片中APX活性都出現(xiàn)顯著上升并都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。其中2個葫蘆砧木品種‘甬砧1號’和‘恒力1號’的峰值出現(xiàn)在高溫處理4 h，而另外5個南瓜砧木品種的峰值都出現(xiàn)在高溫處理6 h。

3 討論

MDA是膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，其含量與細胞膜脂過氧化程度呈正相關(guān)[7]。SOD是生物體內(nèi)重要的抗氧化酶，具有特殊的生理活性，它能夠催化超氧化物通過歧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氧氣和過氧化氫，是生物體內(nèi)清除自由基的重要酶[8-9]。POD是植物體內(nèi)負責(zé)清除H2O2的主要酶之一，它能夠催化H2O2氧化為H2O，除此之外，它還能使脂質(zhì)的過氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)檎５闹舅?，可終止進一步的生物自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而阻止脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物的積累而引起的細胞中毒[10-11]。CAT是一種以鐵卟啉為輔基的酶類清除劑，能促進H2O2迅速分解為分子氧和水，廣泛存在于植物細胞中[12]。APX是植物活性氧代謝中重要的抗氧化酶之一，尤其是葉綠體中清除H2O2的關(guān)鍵酶，又是維生素C代謝的主要酶[12]。正常條件下植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和清除處于動態(tài)平衡中，以維持植物正常的生長。高溫脅迫條件下，植物體內(nèi)的平衡遭到破壞，活性氧的產(chǎn)生與清除的失衡會引起膜蛋白和膜內(nèi)脂的變化，對植物造成傷害[13]。本試驗結(jié)果表明，高溫脅迫處理對不同砧木品種葉片中的MDA含量以及抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX）活性均有不同程度的影響?！?號’‘恒力 1 號’‘偉砧’‘蘇夢砧木二號 F1’和‘青研砧木一號’等5個參試品種的MDA含量峰值出現(xiàn)在高溫處理2 h，之后迅速回落至初始水平，說明這5個品種對高溫脅迫的適應(yīng)能力優(yōu)于‘全能鐵甲’和‘甬砧2號’。特別是‘恒力1號’葉片MDA含量一直維持在相對較低的水平，說明此砧木品種對高溫脅迫的適應(yīng)性最強。

‘恒力1號’在高溫處理4 h時MDA含量就出現(xiàn)明顯回落，葉片中POD、CAT和APX活性達到峰值，說明這3種抗氧化酶在‘恒力1號’適應(yīng)高溫環(huán)境的過程中起重要作用?！?號’‘偉砧’‘蘇夢砧木二號F1’和‘青研砧木一號’在適應(yīng)高溫環(huán)境過程中起主要作用的抗氧化酶類各不相同。其中，‘甬砧1號’和‘偉砧’在適應(yīng)高溫環(huán)境過程中起主要作用的是SOD，而‘青研砧木一號’和‘蘇夢砧木二號F1’在適應(yīng)高溫環(huán)境過程中起主要作用的是CAT。這說明不同砧木品種在適應(yīng)高溫條件的過程中抗氧化酶系統(tǒng)參與應(yīng)答的機制不同。

圖5 高溫脅迫對砧木葉片中APX活性的影響

4 結(jié)論

通過測定7個西瓜甜瓜砧木品種幼苗在高溫脅迫下葉片中MDA含量和抗氧化酶活性的變化，分析得到5個相對抗高溫砧木品種‘甬砧1號’‘恒力1號’‘偉砧’‘蘇夢砧木二號F1’和‘青研砧木一號’。其中，‘恒力1號’對高溫脅迫的適應(yīng)性最強。此外，還發(fā)現(xiàn)不同品種的抗氧化酶系統(tǒng)對高溫脅迫的應(yīng)答機制存在差異，其他還有待于進一步研究。

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