外源化學物質對低溫脅迫下茄子細胞膜系統的影響

李寧 ，王萍 ，李燁 ，姚明華 ，王飛

（1.湖北省農業科學院經濟作物研究所，武漢，430064；2.武漢市農業科學研究所；3.哈爾濱市農業科學院）

茄子（Solanum melongenaL.）屬典型的喜溫植物，低溫冷害是南方早春及北方冬春季茄子生產的主要限制因子。冷害會破壞植物細胞的結構和功能，引起代謝失調，導致活性氧積累，當活性氧積累到一定程度，就會破壞細胞膜系統及活性分子。許多研究表明，向植物施加一些外源化學物質能夠有效提高植物的抗冷性，緩解冷害對細胞膜系統的傷害。目前，國內關于外源化學物質對低溫脅迫下植物細胞膜系統影響的研究多以番茄為研究對象，而在茄子方面的報道較少。為此，研究了不同濃度的ABA、SA和CaCl2對低溫脅迫下茄子幼苗細胞膜系統的影響，為化學信號物質誘導對植物抗逆性的影響和防止茄子受到低溫冷害提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

以茄子品種黑冠180為試材，待幼苗具4～5片真葉時，挑選生長一致的植株，葉片噴施不同濃度的ABA、SA和CaCl2溶液，噴施時葉面和葉背均要噴到，以葉片均勻附著一層小液珠欲滴為準。ABA處理濃度設定為 5，10，15，20 mg·L-1；SA 處理濃度設定為 100，200，300，400 mg·L-1；CaCl2處理濃度設定為 600，800，1 000，1 200 mg·L-1，處理液中添加 2滴土溫-40。幼苗在溫室內培養1 d后置于光照培養箱（LRH-250-G）中進行低溫脅迫處理，晝夜溫度設定為（15±0.5）℃/（5±0.5）℃，光照時間 14 h，光照強度 60 μmol·m-2·s-1。處理 4 d 后進行冷害分級統計，以篩選最適合的外源噴施濃度。

根據篩選的最適濃度對茄子幼苗進行噴施處理，在溫室內培養1 d后置于光照培養箱進行低溫脅迫，脅迫條件同濃度篩選試驗。在低溫脅迫處理48 h后，取茄子幼苗心葉，混合后重復取樣，測定細胞膜系統相關生理指標。試驗設置3個重復，每個處理50株幼苗，以未進行低溫處理（CK0）和低溫處理噴施清水處理（CK1）的茄子幼苗為對照。

1.2 測定方法

冷害分級標準參照高青海等[1]的方法，0級，葉片正常，未受冷害；1級，僅少數葉片邊緣有輕度的皺縮萎蔫；2級，半數以下的葉片萎蔫死亡；3級，半數以上的葉片萎蔫死亡；4級，植株全部死亡。冷害指數=∑（各級株數×級數）/總株數。

生理指標測定方法∶相對電導率的測定采用外滲電導法，原生質膜滲出物含量的測定采用紫外吸收法[2]；Ca2＋-ATP 酶活性的測定參照郝再彬等[3]的方法，Mg2＋-ATP酶活性的測定參照王晶英等[4]的方法；葉綠體膜和類囊體膜的提取參照中國科學院上海植物生理研究所[5]的方法。

2 結果與分析

2.1 不同濃度外源化學物質對茄子幼苗冷害程度的影響

由表1可見，噴施外源化學物質后，茄子幼苗受冷害的程度降低，受冷害的總株數、各級別受冷害株數均低于對照CK1，冷害指數均極顯著低于對照CK1。外源噴施ABA濃度為10 mg·L-1、SA濃度為300 mg·L-1和 CaCl2濃度為 1 000 mg·L-1時，茄子幼苗冷害指數分別最低，可以認為上述濃度為3種外源化學物質提高茄子幼苗抗冷性的最適宜濃度。

2.2 不同外源化學物質對茄子幼苗相對電導率及原生質膜滲出物含量的影響

從表2可以看出，低溫脅迫處理使茄子幼苗體內相對電導率及原生質膜滲出物的含量較常溫對照CK0顯著增加，其中，CK1處理的茄子幼苗體內相對電導率及原生質膜滲出物的含量最高，極顯著高于各個處理；噴施ABA和SA后,進行低溫脅迫的茄子幼苗體內相對電導率及原生質膜滲出物的含量相差不大，但高于CaCl2處理。說明噴施外源化學物質對茄子幼苗低溫脅迫有一定的緩解作用，能夠防止其內含物分解與原生質膜功能結構喪失。

2.3 不同外源化學物質對茄子幼苗葉綠體膜電位及其ATP酶活性的影響

表3結果顯示，低溫脅迫下茄子幼苗體內葉綠體膜電位降低，極顯著低于常溫對照處理（CK0），低溫脅迫前噴施外源激素處理緩解了茄子幼苗體內葉綠體膜電位的降低程度，CaCl2處理對茄子幼苗體內葉綠體膜電位的降低程度緩解效果最顯著，而ABA和SA處理之間的差異不顯著。低溫脅迫下各處理茄子幼苗內ATP酶活性的變化與葉綠體膜電位呈現了相似的趨勢。低溫脅迫可引起細胞膜透性及內外離子濃度平衡的改變，進而導致膜內外質子梯度發生改變。葉綠體膜電位及ATP酶活性的變化，均表明外源激素處理能在夠一定程度上緩解低溫脅迫下茄子幼苗葉綠體膜系統的傷害。

2.4 不同外源化學物質對茄子幼苗類囊體膜電位及ATP酶活性的影響

表4結果顯示，低溫脅迫下茄子幼苗體內類囊體膜電位降低，極顯著低于常溫對照處理（CK0），低溫脅迫前噴施外源激素處理緩解了茄子幼苗體內類囊體膜電位的降低程度，但不同外源激素處理間的差異不顯著。隨低溫脅迫處理，類囊體膜ATP酶活性的降低，CaCl2處理和SA處理間的差異不顯著，但顯著高于ABA處理，外源化學物質均對茄子幼苗體內類囊體膜相關ATP酶活性的降低具有緩解效果，說明外源激素處理能夠在一定程度上緩解低溫對茄子幼苗類囊體膜系統的傷害。

表1 噴施外源化學物質對茄子幼苗冷害程度的影響

表2 噴施外源化學物質對茄子幼苗相對電導率及原生質膜滲出物含量的影響

表3 噴施外源化學物質對茄子幼苗葉綠體膜電位及相關酶活性的影響

表4 噴施外源化學物質對茄子幼苗類囊體膜電位及相關酶活性的影響

3 結論與討論

許多研究表明，外源化學物質誘導處理可提高植物抗冷能力，改變生物膜性質，或者起激素調控作用，或者對營養或某種代謝進行干預。本試驗選用不同濃度的ABA、SA和CaCl2溶液對4葉期茄子幼苗進行噴施處理，誘導提高茄子自身的抗冷能力后，對茄子進行低溫脅迫處理，以研究外源化學物質對低溫脅迫下植物生物膜系統的緩解效應。噴施不同濃度的外源化學物質處理后，統計其冷害指數，以反映外源噴施化學物質對茄子冷害的緩解程度，并篩選出相對適合的噴施濃度。結果顯示，外源噴施 10 mg·L-1ABA、300 mg·L-1SA 和1 000 mg·L-1CaCl2可使茄子幼苗冷害程度顯著降低。

冷害對植物組織的傷害首先表現為對細胞膜系統的傷害，繼而發生生理學代謝及生物化學的功能障礙。大量試驗結果都證實了這種“膜相變的寒害”假說，生物膜是植物細胞及細胞器與環境的一個界面結構，各種逆境對細胞的影響首先作用于質膜。膜的透性增大以及膜結合酶結構改變，導致植物細胞生理代謝的變化和功能的紊亂；膜的孔隙變大、通透性增強導致離子大量外泄[6，7]。本試驗對茄子幼苗噴施外源化學物質，可大大降低低溫脅迫下茄子幼苗的相對電導率和原生質膜滲出物的含量，說明噴施外源化學物質可緩解低溫對茄子細胞膜系統的傷害，進而緩解冷害，提高茄子的抗冷性。

一些研究指出，低溫冷害主要是通過影響細胞膜系中的功能蛋白損傷細胞膜系統，如ATP酶活性等，然后才引起細胞生理和生化代謝過程的破壞[8]。簡令成[8]研究認為，低溫冷害影響膜系統ATP酶，使其活性降低或失活，從而降低細胞對物質的主動吸收和運輸功能，物質被動運輸和物質滲透增加，導致細胞膨壓喪失、胞內溶質外滲。本試驗結果還表明，噴施一定濃度的外源化學物質，均可減緩低溫脅迫下葉綠體和類囊體膜電位及其ATP酶活性的下降程度，對細胞膜的傷害具有一定的緩解作用，進而提高植株的抗冷性。

[1]高青海，徐坤，高輝遠，等.不同茄子砧木幼苗抗冷性的篩選[J].中國農業科學，2005，38（5）∶1 005-1 010.

[2]張憲政，譚桂茹，黃元極.植物生理學實驗技術[M].遼寧∶遼寧科學技術出版社，1989.

[3]郝再彬，蒼晶，徐仲.植物生理實驗技術[M].哈爾濱∶哈爾濱出版社，2003.

[4]王晶英，敖紅，張杰，等.植物生理生化實驗技術與原理[M].哈爾濱∶東北林業大學出版社，2003.

[5]中國科學院上海植物生理研究所，上海市植物生理學會.現代植物生理學實驗指南[M].北京∶科學出版社，1999.

[6]Lyons J M,Raison J K.Oxidative activity of mitochondria isolated from plant tissues sensitive and resistant to chilling injury[J].Plant Physiol,1970,45:386-389.

[7]劉良友，朱根海，劉祖祺.植物抗凍性測定技術的原理和比較[J].植物生理學通訊，1985，21（1）∶40～43.

[8]簡令成.植物抗寒機理研究的新進展[J].植物學通報，1992，9（3）∶17-22.