高溫脅迫時(shí)長(zhǎng)對(duì)菜心幼苗生理指標(biāo)的影響研究*

張 琨 王 琦 張玫云

（山西大同大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 大同037009）

菜心（Brassica campestrisL.ssp.chinensisvar.utilisTsen et Lee）屬十字花科蕓薹屬蕓薹種，是白菜亞種中以花薹為產(chǎn)品的變種，俗稱菜薹。菜心主薹高22～25 cm、黃綠色，側(cè)莖較少，葉片呈寬卵圓形或橢圓形、綠色或黃綠色。菜心葉片柔嫩，味甘苦，富含蛋白質(zhì)、脂肪、鈣、鐵、胡蘿卜素、VC等營(yíng)養(yǎng)成分，深受廣大消費(fèi)者喜愛。菜心起源于我國(guó)南部，現(xiàn)廣泛分布于廣東、上海、浙江、江蘇和安徽等地，是我國(guó)南方的特色蔬菜。菜心一年四季均可種植，周年供應(yīng)，既可內(nèi)銷又可出口創(chuàng)匯，在蔬菜市場(chǎng)占有重要地位[1]。

溫度影響蔬菜的外觀形態(tài)、光合作用、水分生理、內(nèi)源激素和細(xì)胞的膜穩(wěn)定性及保護(hù)酶系統(tǒng)等[2]。我國(guó)南方地區(qū)夏季炎熱，持續(xù)高溫常導(dǎo)致菜心植株纖細(xì)、產(chǎn)量低、品質(zhì)差，苗期遭受高溫脅迫更會(huì)給植株生長(zhǎng)帶來(lái)不可逆的影響，高溫已成為夏秋茬菜心減產(chǎn)的重要因素。選育耐熱性強(qiáng)的菜心品種，開展其耐熱生理生化機(jī)理研究是保證菜心的產(chǎn)量和品質(zhì)、提高種植效益的關(guān)鍵措施。目前針對(duì)番茄[3]、辣椒[4]、茄子[5]和獼猴桃[6]等作物的高溫脅迫下生理特性及適應(yīng)性機(jī)理研究較多，有關(guān)菜心在高溫脅迫下生理指標(biāo)變化的報(bào)道較少。為此，本研究以黃葉四九菜心為試驗(yàn)材料，以不同時(shí)長(zhǎng)（1 h、3 h、5 h、7 h）高溫脅迫（40℃）處理菜心幼苗，探測(cè)其葉片中脯氨酸（Proline，PRO）、丙二醛（Malondialdehyde，MDA）和可溶性糖含量，探明菜心在高溫脅迫下生理抗性機(jī)制，為提高菜心的耐熱性、培育耐高溫菜心新品種提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試菜心品種為黃葉四九，產(chǎn)自廣東。

1.2 試驗(yàn)方法

將均勻、飽滿的菜心種子置于培養(yǎng)皿中催芽3 d，挑選長(zhǎng)勢(shì)良好的芽苗栽種于50孔穴盤中。育苗基質(zhì)用珍珠巖、天然發(fā)酵木薯渣和蛭石等制成。育苗期間提供適宜的土壤、光照和水分條件。溫度保持白天26℃左右、持續(xù)時(shí)間14 h，夜間13℃左右、持續(xù)時(shí)間10 h。90%幼苗長(zhǎng)出3片真葉時(shí)，每個(gè)處理各挑選長(zhǎng)勢(shì)相同的20株幼苗放入人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。人工氣候箱溫度設(shè)置為40℃，高溫脅迫時(shí)長(zhǎng)分別設(shè)置1 h、3 h、5 h、7 h，以在26℃條件下培養(yǎng)（高溫脅迫0 h）的幼苗為對(duì)照，其他條件一致。

1.3 生理指標(biāo)測(cè)定

每個(gè)處理選10株長(zhǎng)勢(shì)一致的菜心幼苗，取其第3片真葉，洗凈后用濾紙吸干葉片表面水分，剪去葉脈，用電子天平稱重后測(cè)定脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量，重復(fù)3次。脯氨酸含量采用磺基水楊酸提取、茚三酮顯色法測(cè)定[7]，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[7]，可溶性糖含量采用張志良的蒽酮比色法測(cè)定[8]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Mirosoft Excel 2010和SPSS23.0處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫時(shí)長(zhǎng)對(duì)菜心幼苗脯氨酸含量的影響

高溫脅迫時(shí)長(zhǎng)對(duì)菜心幼苗脯氨酸含量的影響見表1。

表1 各處理菜心葉片脯氨酸的含量

由表1可知，菜心葉片脯氨酸的含量隨高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)顯著升高。其中40℃高溫脅迫1 h處理的葉片脯氨酸含量為15.30μg/g，較26℃高溫脅迫0 h（ck）（6.25μg/g）增加145%，差異極顯著；40℃高溫脅迫3 h處理的葉片脯氨酸含量較40℃高溫脅迫1 h處理略有增加，但差異不顯著；40℃高溫脅迫5 h處理的葉片脯氨酸含量為25.36μg/g，顯著高于40℃高溫脅迫3 h處理；40℃高溫脅迫7 h處理的葉片脯氨酸含量極顯著高于其他處理，較26℃高溫脅迫0 h（ck）增加510%。由此說(shuō)明，隨著高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，菜心葉片脯氨酸含量積累增加，用以降低葉片滲透勢(shì)，增強(qiáng)植株的抗逆能力。

2.2 高溫脅迫時(shí)長(zhǎng)對(duì)菜心幼苗可溶性糖含量的影響

高溫脅迫時(shí)長(zhǎng)對(duì)菜心幼苗可溶性糖含量的影響見表2。

表2 各處理菜心葉片可溶性糖的含量

由表2可知，菜心葉片可溶性糖含量隨高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸升高。其中40℃高溫脅迫1 h處理的葉片可溶性糖含量為9.97 mg/g，較26℃高溫脅迫0 h（ck）（9.04 mg/g）增加10%，差異不顯著；40℃高溫脅迫3 h處理的葉片可溶性糖含量為11.29 mg/g，較40℃高溫脅迫1 h處理增加13%，差異顯著；40℃高溫脅迫5 h處理的葉片可溶性糖含量為12.47 mg/g，較40℃高溫脅迫3 h處理差異不顯著；40℃高溫脅迫7 h處理的葉片可溶性糖含量最高，達(dá)15.11 mg/g，極顯著高于其他處理。說(shuō)明可溶性糖作為葉片中主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在菜心抵御高溫脅迫中發(fā)揮了重要作用。

2.3 高溫脅迫時(shí)長(zhǎng)對(duì)菜心幼苗丙二醛含量的影響

高溫脅迫時(shí)長(zhǎng)對(duì)菜心幼苗丙二醛含量的影響見表3。

由表3可知，在一定時(shí)長(zhǎng)范圍內(nèi)（0～5 h），隨著高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，菜心葉片丙二醛含量呈上升趨勢(shì)。其中40℃高溫脅迫5 h處理的葉片丙二醛含量達(dá)到最高，說(shuō)明此時(shí)菜心葉片中細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用最強(qiáng)，植物受傷害程度最大；40℃高溫脅迫7 h處理的葉片丙二醛含量極顯著低于40℃高溫脅迫5 h處理，說(shuō)明此時(shí)細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用減弱，菜心對(duì)高溫逆境表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性。

表3 各處理菜心葉片丙二醛的含量

3 結(jié)論與討論

高溫脅迫對(duì)植物的影響表現(xiàn)在諸多方面，整個(gè)變化過(guò)程和機(jī)理十分復(fù)雜，脅迫前后存在明顯差異[9]。從外觀來(lái)看，對(duì)照的菜心葉片呈鮮綠色，菜心主莖直挺，幼苗充滿生機(jī)活力。經(jīng)過(guò)高溫脅迫后的幼苗則發(fā)生不同程度的萎蔫，出現(xiàn)葉片變黃、莖變軟萎縮、葉片脫水卷曲等熱害癥狀。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，高溫給植株帶來(lái)的損傷表現(xiàn)得愈發(fā)明顯，高溫脅迫明顯抑制了菜心的生長(zhǎng)發(fā)育。

高溫脅迫下，植物通過(guò)體內(nèi)積累脯氨酸、可溶性糖等抗逆物質(zhì)來(lái)抵御脅迫危害。因此，監(jiān)測(cè)脅迫下抗逆生理指標(biāo)含量的變化，可為研究植物抗逆生理機(jī)制提供重要的理論依據(jù)。大豆幼苗在高溫脅迫下，細(xì)胞內(nèi)的淀粉可轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄蕴穷悾瑫r(shí)細(xì)胞中游離氨基酸含量明顯提高，通過(guò)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的釋放減輕了不利環(huán)境對(duì)植株的傷害，實(shí)現(xiàn)了自我調(diào)節(jié)[10]。冬小麥[11]和水稻[12]遭遇高溫脅迫后，體內(nèi)脯氨酸含量迅速升高，提高了細(xì)胞膜保護(hù)酶活性，維持細(xì)胞膨壓和膜的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了植株對(duì)高溫脅迫的耐受性。高溫逆境對(duì)植物細(xì)胞的傷害多為膜系統(tǒng)損傷，直觀表現(xiàn)為電解質(zhì)泄漏。丙二醛是膜脂過(guò)氧化作用的產(chǎn)物，丙二醛積累量越大，細(xì)胞受損程度越大，依據(jù)丙二醛的積累情況可對(duì)植物的耐熱性做判斷。王倩等[13]發(fā)現(xiàn)，白菜受到高溫脅迫后，葉片中丙二醛含量隨高溫脅迫程度的加深增加明顯，且不同白菜品種的耐熱性存在明顯差異。本試驗(yàn)通過(guò)高溫處理菜心幼苗，檢測(cè)到植株體內(nèi)脯氨酸和可溶性糖含量隨逆境時(shí)間的延長(zhǎng)顯著增加，在高溫脅迫7 h時(shí)均達(dá)到最大值，說(shuō)明菜心在持續(xù)高溫條件下通過(guò)積累抗逆物質(zhì)維持各器官較強(qiáng)的滲透能力，以消除高溫環(huán)境帶來(lái)的不利影響。與對(duì)照相比，高溫脅迫7 h時(shí)菜心脯氨酸含量的增幅明顯大于可溶性糖含量，說(shuō)明菜心內(nèi)的脯氨酸在參與滲透調(diào)節(jié)過(guò)程中發(fā)揮了更為關(guān)鍵的作用，對(duì)高溫脅迫反應(yīng)也比可溶性糖更敏感。菜心葉片丙二醛含量呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)，表明菜心通過(guò)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的不斷積累，滲透調(diào)節(jié)能力持續(xù)提高，高溫脅迫5 h后其丙二醛含量下降，說(shuō)明菜心細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用逐漸減弱，膜保護(hù)體系對(duì)高溫逆境具備了一定的適應(yīng)性。