夜間低溫脅迫對番茄抗氧化酶活性的影響

趙 悅，趙艷艷*，黃 霞，羅周塔葉，馬云婷

(1.青海大學農(nóng)牧學院,青海 西寧 810016； 2.青海省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，青海 西寧 810000)

番茄(LycopersiconesculentumMill.)，茄科,番茄屬，分布于熱帶及亞熱帶地區(qū)，在全世界范圍內(nèi)都有種植。在我國番茄是一種重要的果蔬，在全國范圍內(nèi)都有種植，作為一種喜溫植物，番茄正常的生長溫度為15～33 ℃,對溫度較為敏感，當溫度低于10 ℃時，則會導致番茄生長發(fā)育受到限制，低至5 ℃，番茄植株就停止生長[4-6]。因此在氣溫較低的地區(qū)，番茄種植比較局限，而培育耐低溫品種就成為了國內(nèi)外育種專家的主要目標之一[5-6]。當植物經(jīng)過低溫脅迫后，其生理生化特性發(fā)生一些變化，膜脂通透性改變、酶活性增加等。陳勝萍等[7]研究了低溫脅迫對不同番茄品種生長和生理生化指標的影響，結(jié)果表明低溫脅迫下番茄苗期SOD活性下降，而MDA、脯氨酸含量和POD活性隨溫度的降低呈上升趨勢。張燕等[8]試驗表明，低溫條件下，煙草幼苗中SOD、POD活性呈下降趨勢。朱文哲等[9]得出在5 ℃環(huán)境下，番茄幼苗SOD、CAT活性先上升后下降，POD活性上升，APX的活性呈現(xiàn)下降趨勢。青海西寧地區(qū)設(shè)施蔬菜越冬茬生產(chǎn)中極端低溫是其面對的最主要問題，本試驗以保羅塔和太空黃鉆番茄幼苗為試驗材料，經(jīng)過連續(xù)夜間0 ℃低溫處理，研究幼苗葉片抗氧化酶活性及脂膜氧化程度，比較兩個番茄品種的抗寒性，為本地越冬茬番茄品種的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為番茄品種保羅塔(Lzmir)，種子來源于壽光先正達有限公司；番茄品種太空黃鉆(Space Yellow Diamond)，種子為天水神州綠鵬農(nóng)業(yè)科技有限公司和甘肅省航天育種工程技術(shù)研究中心共同培育。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)4個處理，分為保羅塔對照(CK1)、保羅塔處理(T1)、太空黃鉆對照(CK2)、太空黃鉆處理(T2)，番茄幼苗生長到4葉1心時，將T1和T2置于人工氣候箱中，溫度為0 ℃/(25±5)℃(夜間/白天)進行低溫處理，另一部分置于室溫下，溫度為夜間(15±5)℃，共處理10 d，以2 d為梯度進行采樣，共取樣6次，早8:00將處理放置室溫，然后進行緩苗，中午12:00進行取樣，采生長部位相同的成熟葉片。試驗重復3次。稱出各樣品質(zhì)量，用錫紙包好，迅速放入液氮中冷凍，然后轉(zhuǎn)移到-80 ℃超低溫冰箱保存，用于測定生理生化指標。

1.3 試驗方法

超氧化物歧化酶(SOD)采用氮藍四唑(NBT)法測定[10]；過氧化物酶(POD)采用愈創(chuàng)木酚法測定[11]；過氧化氫酶(CAT)采用紫外吸收法測定[10]；抗壞血酸過氧化物酶(APX)采用Nakano等[12]的方法，并加以改進；游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮方法來測定[13]；丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸法測定[14]。

圖1為柔爆索分離裝置截面圖。從圖1可以看出：柔爆索位于分離裝置截面的中間，柔爆索爆炸后，分離板和保護罩受爆轟氣體高壓作用發(fā)生膨脹變形，導致分離板碎裂，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)分離，而這時保護罩起到保護箭體內(nèi)部設(shè)施完好的作用。在這個過程中，分離碎片能否可靠地飛離箭體，關(guān)系到火箭主體后續(xù)飛行的安全性。因此，研究柔爆索爆炸做功的分離碎片的飛散特性尤為重要。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理及折線圖制作采用Excel 2010、SPSS 26軟件進行處理，運用隸屬函數(shù)法進行綜合評價，運用的隸屬函數(shù)公式為：

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中:Xi為指標測定值，Xmin、Xmax為所測番茄品種該指標的最小值和最大值，如果為負相關(guān)則用反隸屬函數(shù)進行轉(zhuǎn)換，計算公式為：

R(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

最后將各項函數(shù)值進行累加，求出平均數(shù)值，平均數(shù)值越大，耐寒性越好[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 夜間低溫脅迫對兩個番茄品種葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

由圖1可知，太空黃鉆(T2)的SOD活性隨脅迫時間逐漸增加，第4天達到峰值，隨后出現(xiàn)小幅度下降后再次升高；保羅塔(T1)的 SOD活性高于CK1。脅迫第4天，保羅塔(T1)SOD活性比CK1增加9.8%；太空黃鉆(T2)比CK2增加27.2%；兩個番茄品種的SOD活性值大小為：太空黃鉆(T2)>保羅塔(T1)，品種間差異顯著。從SOD增加幅度判斷兩個品種抗寒性為：太空黃鉆(T2)>保羅塔(T1)。

圖1 夜間低溫脅迫對番茄葉片SOD活性的影響Fig.1 Effects of low temperature stress at night on SOD activity in Lycopersicon esculentum Mill.leaves

2.2 夜間低溫脅迫對兩個番茄品種葉片過氧化物酶(POD)活性的影響

由圖2可知，保羅塔(T1)的POD活性均高于對照CK1，且變化較大；總體上太空黃鉆(T2)的POD活性逐漸增加且高于CK2，但在第4天的時候出現(xiàn)小的下降波動。保羅塔(T1)在第10天酶活性較CK1增加115%，而太空黃鉆(T2)在第4天較CK2增加最多，為147.5%。兩個品種在夜間低溫脅迫后POD活性均高于CK，而太空黃鉆(T2)上升的速率要大于保羅塔(T1)，品種間差異顯著。

圖2 夜間低溫脅迫對番茄葉片POD活性的影響Fig.2 Effects of low temperature stress at night on POD activity in Lycopersicon esculentum Mill.leaves

2.3 夜間低溫脅迫對兩個番茄品種葉片過氧化氫酶(CAT)活性的影響

由圖3可知，低溫處理4 d后，保羅塔(T1)的CAT活性顯著上升，太空黃鉆(T2)的CAT活性比CK2高，但一直保持一個較平穩(wěn)的狀態(tài)，酶活性升高幅度較小，第6天，保羅塔(T1)和太空黃鉆(T2)均高于對照，分別增加18%和32%。保羅塔(T1)與太空黃鉆(T2)之間差異不顯著。保羅塔(T1)的CAT活性在2～4 d內(nèi)升幅大于太空黃鉆(T2)，在6 d之后開始下降，8 d后低于太空黃鉆(T2)。

圖3 夜間低溫脅迫對番茄葉片CAT活性的影響Fig.3 Effects of low temperature stress at night on CAT activity in Lycopersicon esculentum Mill.leaves

2.4 夜間低溫脅迫對兩個番茄品種葉片抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的影響

由圖4可知，經(jīng)過低溫處理后，兩個品種的APX都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。保羅塔(T1)在第4天時APX活性較CK1增加160%；太空黃鉆(T2)的ATP活性高于CK2，在第2天出現(xiàn)最高峰，比 CK2增加339%；但保羅塔(T1)的APX活力低于太空黃鉆(T2)。保羅塔(T1)與太空黃鉆(T2)之間APX活性差異顯著。

圖4 夜間低溫脅迫對番茄葉片APX活性的影響Fig.4 Effects of low temperature stress at night on APX activity in Lycopersicon esculentum Mill.leaves

2.5 低溫脅迫對兩個番茄品種葉片游離脯氨酸含量的影響

由圖5可知，低溫脅迫第4天時，保羅塔(T1)游離脯氨酸含量比CK1增加48.8%，之后游離脯氨酸含量低于CK1；太空黃鉆(T2)游離脯氨酸含量在第4天達到峰值，較CK2增加27.8%，之后逐漸下降；保羅塔(T1)與太空黃鉆(T2)之間差異顯著。

圖5 夜間低溫脅迫對番茄葉片游離脯氨酸含量的影響Fig.5 Effects of low temperature stress at night on the free proline content in Lycopersicon esculentum Mill.leaves

2.6 低溫脅迫對兩個番茄品種葉片丙二醛(MDA)含量的影響

由圖6可知，低溫脅迫第2天，太空黃鉆(T2)，MDA含量較CK2增加7.9%，之后緩慢增加與對照CK2沒有差異；保羅塔(T1)的MDA含量在脅迫前8天與對照CK1差異顯著，在第10天比CK1增加64.0%；對比保羅塔(T1)和太空黃鉆(T2)，隨著低溫脅迫時間的延長，兩個品種MDA含量都呈現(xiàn)上升的趨勢，但保羅塔(T1)中MDA含量始終高于太空黃鉆(T2)。

圖6 夜間低溫脅迫對番茄葉片丙二醛(MDA)的影響Fig.6 Effects of low temperature stress at night on the malondialdehyde (MDA) content in Lycopersicon esculentum Mill.leaves

2.7 隸數(shù)函數(shù)法綜合評價兩個番茄品種的抗寒性

運用Excel 2010,根據(jù)隸屬函數(shù)公式得出兩個品種各個指標的隸屬度，最后得出兩個品種的平均隸屬度，平均隸屬度越大，說明抗寒性越強。根據(jù)兩個品種的平均隸屬度，比較抗寒性：太空黃鉆>保羅塔(表1)。

表1 兩個番茄品種各生理生化指標抗寒隸屬函數(shù)值及綜合評價Tab.1 Cold resistance subordinate function values and comprehensive evaluation of physiological and biochemical indexes of the two varieties

2.8 抗寒性各指標的相關(guān)性分析

由表2可知，在低溫脅迫下，番茄葉片的游離脯氨酸與SOD、CAT、APX、POD活性呈負相關(guān)，與MDA含量呈顯著負相關(guān)。SOD與CAT、POD活性呈正相關(guān)，與APX活性和MDA含量呈負相關(guān)。CAT與APX活性呈極顯著正相關(guān)，與POD呈正相關(guān)，與MDA含量呈負相關(guān)。APX與POD活性呈極顯著正相關(guān)，與MDA含量呈負相關(guān)。POD與MDA含量呈極顯著正相關(guān)。

表2 番茄生理指標相關(guān)性分析Tab.2 Correlation analysis of physiological indexes of Lycopersicon esculentum Mill.

3 討論與結(jié)論

低溫脅迫對番茄生理生化指標有不同程度的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過夜間0 ℃處理的兩個番茄品種，都具有一定的抗寒性，其中太空黃鉆的各個指標都優(yōu)于保羅塔。低溫脅迫下，植物增加體內(nèi)的抗氧化酶活性來清除因低溫造成的活性氧自由基，防止膜質(zhì)過氧化，保護細胞內(nèi)膜系統(tǒng)，因此抗氧化酶活性可以作為衡量植物抗逆性的一個重要指標[16]。本研究中，SOD、CAT、APX活性呈先上升后下降的趨勢。經(jīng)過一段時間的低溫處理，抗氧化酶活性增加，并達到一定的峰值，表明植株增強了對低溫環(huán)境的適應(yīng)性，有助于番茄幼苗防御低溫下氧自由基的傷害。但峰值過后開始下降，可能是達到了低溫脅迫時間的臨界值，植物體內(nèi)清除活性氧和自由基的功能下降或消失,該研究結(jié)果與陳瑤瑤等[17]對其他植物的研究結(jié)果一致。保羅塔的下降趨勢大于太空黃鉆，說明保羅塔的保護酶活性隨著脅迫的進行較早的遭到了破壞，而太空黃鉆具有較高的酶活性表明其對低溫脅迫有較強的抗逆性，但當?shù)蜏孛{迫時間過長，這種防御能力降低或消失，因此出現(xiàn)下降趨勢。CAT可以清除體內(nèi)經(jīng)過低溫處理后SOD產(chǎn)生的H2O2，所以其峰值要比SOD活性峰值出現(xiàn)的較晚，CAT可以幫助維持植物體內(nèi)細胞穩(wěn)定，是生物防御體系的關(guān)鍵酶之一[18]。在低溫脅迫下，太空黃鉆通過一系列的生理生化調(diào)節(jié)，可以更好地抵御低溫條件的侵襲，具有較好的抗寒性。POD活性隨著低溫脅迫時間延長呈穩(wěn)定上升的趨勢，植物遭受到冷刺激后酶活性增加，增強了對低溫脅迫的適應(yīng)性，與溫日宇等[19]的研究結(jié)果大致相符。

當細胞內(nèi)外出現(xiàn)一定的滲透差，細胞中游離脯氨酸含量積累，它可以平衡細胞內(nèi)與外界環(huán)境之間的因滲透壓導致的失衡，有利于植物更好的適應(yīng)低溫[20]。本研究表明，低溫脅迫后，兩個番茄品種中游離脯氨酸含量明顯增加,與王小媚等[21]的結(jié)論一致。植物器官在受到逆境脅迫時，發(fā)生膜脂過氧化作用，會生成丙二醛(MDA)[22]，所以植物抗寒性與丙二醛(MDA)含量之間存在負相關(guān)關(guān)系[23]。研究發(fā)現(xiàn)，太空黃鉆MDA含量增幅低，說明太空黃鉆在低溫脅迫下可以有效地防止膜脂過氧化，維持自身滲透壓平衡，具有更好的抗寒性。該試驗與前人在辣椒[24]、番茄[20]、黃瓜[23]中研究得出抗寒性越強的品種，MDA含量增長越緩慢的結(jié)果一致。通過隸屬函數(shù)綜合評價，兩個番茄品種中太空黃鉆的抗寒性更好。