高溫脅迫對不同番茄品種葉片抗氧化系統的影響

2016-05-30 10:48:04徐佳寧劉鋼張利云高建偉

山東農業科學 2016年10期

徐佳寧劉鋼張利云高建偉

摘要：番茄是我國保護地內種植經濟效益較高的蔬菜，約占整個保護地蔬菜種植面積的30%，在設施蔬菜栽培中占有重要地位。夏季高溫會導致番茄果實商品性差、畸形果率高、坐果率低等問題，嚴重制約番茄的周年生產與供應。因此，了解番茄在高溫脅迫條件下的抗氧化系統變化規律，對番茄的抗逆育種和增產增收都具有十分重要的意義。本研究以17種耐熱性不同的番茄品種為試驗材料，以25℃為對照條件，研究40℃高溫條件下番茄幼苗葉片中抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX）活性、可溶性蛋白和丙二醛（MDA）含量的變化。結果表明：與對照相比，隨著高溫脅迫時間的延長，番茄葉片中抗氧化酶活性、可溶性蛋白和MDA含量多呈現先上升后下降的趨勢；但不同番茄品種的峰值出現時間不同。這說明不同番茄品種的耐熱性和對高溫脅迫的響應機制存在差異。

關鍵詞：番茄；高溫脅迫；響應機制；抗氧化酶系統；丙二醛（MDA）；可溶性蛋白

中圖分類號：S641.201文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2016）10-0027-05

番茄是茄科（Solanaceae）番茄屬（Lycopersicon）一年生或多年生植物，在南緯45°至北緯 65°均有種植，遍及全球160余個國家或地區[1]。番茄的所有野生種均分布在南美西部的安第斯山脈狹長地帶[2]。18世紀后番茄作為一種世界性蔬菜在各地廣泛種植[1]。近年來，番茄作為一種保護地內種植經濟效益較高的蔬菜，在設施蔬菜栽培中占有重要地位[3]。番茄含有糖、蛋白質、脂肪、有機酸、纖維素等多種營養物質[4]，以及豐富的維生素和微量元素，具有較高的營養價值。此外，番茄還具有一定的藥用價值，如番茄中的番茄紅素有抗氧化和抗腫瘤的作用[5，6]。

非生物脅迫是指由非生物因素引起的對植物正常生長發育造成逆境影響的總稱。高溫脅迫是設施蔬菜生產中經常出現的一種非生物脅迫，有研究表明，35℃高溫條件可導致番茄產量降低32.62%，坐果率明顯降低，平均單果重、糖酸比下降，空洞果比例明顯增加；高溫時間越長，果實產量越低、品質越差[7]。在25～29℃范圍內，隨著溫度的升高，番茄果實心室隔壁中蔗糖積累逐漸增多，果肉和膠質胎座中蔗糖積累逐漸減少[8]。番茄果實的著色受溫度的影響較大，番茄紅素的合成在高溫條件下受到抑制，因此持續高溫處理的番茄呈現黃色[9]。在高溫脅迫下，番茄葉片中的光合色素含量上升；隨脅迫時間的延長，氣孔導度和光合強度均呈先下降后升高再逐漸下降的趨勢[10]。因此，溫度在番茄生長發育過程中發揮著重要作用，適宜的溫度是番茄正常生長發育的必要條件。

超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、過氧化物酶（POD）等能夠有效清除植物細胞內的自由基，是酶促防御系統的重要組成成分，也是反映植物抗逆性的重要生理指標[11，12]。丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的終產物之一，其含量高低也可以作為考察細胞受脅迫程度的指標之一。在全球溫室效應逐年加劇的情況下，對番茄耐熱性的研究顯得尤為重要。培育適合夏季種植的優質、高產、耐熱越夏品種，對番茄的栽培推廣有著重要意義。因此，本試驗通過研究溫度變化對番茄葉片中可溶性蛋白、MDA含量，以及SOD、CAT、APX、POD活性的影響，探討高溫脅迫對番茄體內保護酶系統的影響，為番茄響應高溫脅迫機制的研究提供一定的理論基礎。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料為濟南市農業科學研究院從國家農作物種質資源庫收集的 17 種番茄抗熱種質資源（見表1）。

將幼苗栽培于營養缽中，基質為通用育苗基質，置于人工氣候箱中培育。每個品種種植30株，溫度25℃，光照12 h/d，光照強度22 000 lx。將 4～5周齡的長勢良好的番茄幼苗置于40℃的人工氣候箱中進行脅迫處理。處理時間為 0、1、3、6、12 h，取樣均為生長一致的幼苗頂端相同節位新的葉片，每個處理取2株，重復3次。

1.2測定項目及方法

可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250法[13] 測定， MDA含量采用硫代巴比妥酸比色法[13]測定，SOD活性采用氮藍四唑（NBT）光化還原法[13]測定，POD活性采用愈創木酚比色法[14]測定，CAT、APX活性均采用紫外吸收法[13]測定。

1.3數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel軟件進行統計分析和作圖。

2結果與分析

2.1高溫脅迫對番茄葉片中MDA含量的影響

MDA是膜脂過氧化最重要的產物之一，其含量與細胞膜脂過氧化程度呈正相關。由圖1可知，隨著高溫脅迫時間的延長，大多數供試品種番茄葉片中MDA 含量呈先增加后減少的趨勢，且MDA 含量的峰值大多出現在脅迫3 h時。10號（申粉）的MDA含量則一直處于相對較低的水平。

2.2高溫脅迫對番茄葉片中可溶性蛋白含量的影響

由圖2可知，大多數參試品種番茄葉片的可溶性蛋白含量隨脅迫時間的延長呈先上升后下降的趨勢，其中2號（大黃一號）、4號（栗源）、5號（紅抗）、7號（順義大粉）、9號（矮粉）、16號（羅城二號）在高溫處理1 h時出現峰值；1號（桔黃加辰）、3號（費洛雷德）、8號（早粉四號）、10號（申粉）、11號（6613T）、12號（武昌大紅）、13號（羅城一號）、15號（VC11）、17號（BF興101號）在處理6 h時出現峰值，其中6號（粉紅甜肉）、7號（順義大粉）、8號（早粉四號）、9號（矮粉）、16號（羅城二號）的蛋白含量峰值較高，在1.1 mg/gFW 左右。

2.3高溫脅迫對番茄葉片中SOD活性的影響

SOD是生物體內重要的抗氧化酶，具有特殊的生理活性，能夠催化超氧化物通過歧化反應轉化為氧氣和過氧化氫，是生物體內清除自由基的首要物質。對供試番茄葉片細胞內SOD活性的測定結果見圖3。1號（桔黃加辰）、2號（大黃一號）、3號（費洛雷德）、4號（栗源）、5號（紅抗）、10號（申粉）、14號（1117番茄）的SOD活性均在高溫脅迫1 h時出現峰值；6號（粉紅甜肉）、7號（順義大粉）和9號（矮粉）、11號（6613T）的SOD活性在高溫脅迫3 h時出現峰值；8號（早粉四號）、13號（羅城一號）、15號（VC11）、16號（羅城二號）、17號（BF興101號）等的SOD活性在高溫脅迫12 h時出現峰值。

2.4高溫脅迫對番茄葉片中POD活性的影響

POD是植物體內負責清除H2O2的主要酶類之一，能夠催化H2O2氧化為水，此外，它還能使脂質的過氧化物轉變為正常的脂肪酸，可終止進一步的生物自由基鏈式反應，從而阻止脂質過氧化的積累而引起的細胞中毒。由圖4可知，除1號（桔黃加辰）外，其他供試番茄品種的葉片POD活性均隨脅迫時間的延長呈先上升后下降再上升的趨勢，且大多數供試品種的POD活性在高溫脅迫12 h時達到最大值。8號（早粉四號）、9號（矮粉）和10號（申粉）的POD活性在脅迫后變化較小；6號（粉紅甜肉）的 POD 活性在脅迫1 h時達到最大值；1號（桔黃加辰）、5號（紅抗）、13號（羅城一號）和15號（VC11）的POD活性在脅迫3 h時達到最大值。

2.5高溫脅迫對番茄葉片中CAT活性的影響

CAT是植物體內清除H2O2的另一關鍵酶，主要存在于植物過氧化物酶體與乙醛酸循環體中。由圖5可知，1號（桔黃加辰）、2號（大黃一號）、3號（費洛雷德）、4號（栗源）、11號（6613T）和16號（羅城二號）的 CAT 活性在高溫脅迫1、6 h 時明顯升高；6號（粉紅甜肉）、7號（順義大粉）、8號（早粉四號）、9號（矮粉）、10號（申粉）和14號（1117番茄）的CAT活性相對其他品種較低。

2.6高溫脅迫對番茄葉片中APX活性的影響

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的關鍵酶，又是維生素C代謝的主要酶類。由圖6可知，大多數番茄品種的APX活性隨脅迫時間的延長先上升后下降，但3號（費洛雷德）、4號（栗源）、5號（紅抗）、9號（矮粉）和11號（6613T）在處理12 h時APX活性明顯上升。

3討論與結論

本試驗結果表明，高溫脅迫對番茄葉片中的可溶性蛋白、MDA含量以及抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX）活性均有不同程度的影響。MDA含量可表示細胞膜系統結構和功能的受害程度[15]，在一定程度上反映膜脂過氧化的程度。植物體在遭遇脅迫時，活性氧積累對植物產生傷害的一個重要機制是直接或間接啟動膜脂的過氧化作用，引起膜脂過氧化產物MDA的增加[13]。本研究中，大多數番茄品種葉片MDA 含量在高溫脅迫0～3 h內上升，在脅迫3 h時出現峰值，在3～12 h內下降，表明高溫脅迫3 h左右，番茄葉片中膜脂過氧化的程度較深。蛋白質是生命活動的物質基礎，植物在逆境條件下通過增加可溶性蛋白的合成，直接參與其適應逆境的過程[16]。本研究中，隨著高溫脅迫時間的延長，番茄葉片可溶性蛋白含量先升后降，說明遭受高溫脅迫后植物體內快速積累可溶性蛋白來抵御高溫脅迫的傷害。

通常植物體內存在一套清除活性氧的保護酶系統，它能使植物體內活性氧的產生和清除處于動態平衡。SOD催化超氧陰離子發生歧化反應，生成過氧化氫和氧氣，POD、APX、CAT 負責清除過氧化氫，四者相互合作共同去除活性氧，以提高植物對脅迫的適應性。本研究中，大部分番茄品種葉片的SOD活性在脅迫1 h時顯著增加，APX 和 POD 的活性在脅迫6～12 h時出現顯著升高，CAT活性在脅迫6 h時顯著升高，這與SOD為活性氧清除系統第一道防線的說法一致。這說明隨著高溫脅迫的進程，主要參與響應的酶活性不同。此外，本研究還發現，8號（早粉四號）、9號（矮粉）和10號（申粉）的各項指標均處于相對較低的水平，說明這三個品種對于高溫脅迫具有相對較好的適應性。

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