低溫脅迫對黃秋葵幼苗相關(guān)生理特性的影響

陳瑤瑤，嚴(yán)良文，劉智成，張雙照，鄭作蕓，黃發(fā)茂，劉曉佩

(福建省龍巖市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，福建 龍巖 364000)

黃秋葵(Abelmoschusesculentus)原產(chǎn)于非洲，因其風(fēng)味獨特，營養(yǎng)豐富，保健效果佳，成為大眾餐桌上的佳品[1-3]。隨著生活水平的不斷提高，人們對蔬菜新、奇、特的要求也越來越強，黃秋葵給種植戶帶來了良好的經(jīng)濟效益，是近年來南方地區(qū)早春蔬菜栽培的優(yōu)勢品種之一。黃秋葵喜溫暖，對低溫的反應(yīng)很敏感[4]，在早春低溫下其植株生長受到抑制，影響了產(chǎn)量與品質(zhì)，降低了農(nóng)民的收益[5]。在低溫脅迫下，植物自身會產(chǎn)生對逆境的適應(yīng)性反應(yīng)，據(jù)報道，低溫脅迫后植物體內(nèi)的SOD、POD、APX、CAT活性，MDA含量及可溶性蛋白含量會發(fā)生變化[6-8]。低溫導(dǎo)致植物體內(nèi)可溶性蛋白含量及膜脂過氧化物的變化已在茄子[9-10]、苦瓜[11-12]、黃瓜[13-14]等蔬菜上得到證實[15-16]。但關(guān)于黃秋葵幼苗在低溫傷害后相關(guān)生理生化變化的系統(tǒng)研究報道極少。本試驗以黃秋葵耐寒性較好的南洋品種為試材，結(jié)合福建閩西地區(qū)自然條件下的低溫，研究了不同低溫脅迫和持續(xù)時間條件下黃秋葵葉片膜脂過氧化產(chǎn)物 MDA含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、保護性酶活性的變化情況，旨在為后期探討減輕低溫危害途徑和方法提供技術(shù)支持，為探索黃秋葵抗寒生理機制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理方法

供試黃秋葵品種為南洋，半耐霜凍，耐冷性較好。試驗在龍巖市農(nóng)科所設(shè)施大棚內(nèi)進行，種子經(jīng)浸種催芽后播種于穴盤中，每缽播1粒種子，常規(guī)管理。當(dāng)幼苗具有3～4片真葉時，挑選生長一致、健壯的植株各40株，轉(zhuǎn)移至光照培養(yǎng)箱中，于 25 ℃/20 ℃(晝/夜)下生長2 d后將晝/夜溫度調(diào)為：CK：25 ℃/20 ℃；T1：20 ℃/15 ℃；T2：15 ℃/10 ℃；T3：10 ℃/5 ℃，在光周期12 h/d下進行低溫處理，分別于低溫處理的第1、3、5、7 天選取植株第3～4片展開葉，混合后，測定各項生理生化指標(biāo)，每處理3次重復(fù)。

1.2 測定項目及方法

超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性、抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性、丙二醛(MDA)含量和可溶性蛋白質(zhì)含量的測定按蘇州科銘生物技術(shù)有限公司提供的檢測試劑盒說明書介紹的方法進行。

1.3 統(tǒng)計分析

用SPSS 17.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響

在低溫脅迫的過程中，可溶性蛋白質(zhì)含量均隨著溫度下降而上升，但隨著脅迫時間延長其含量有下降的趨勢；當(dāng)脅迫時間達(dá)到第5天時T2、T3處理間的可溶性蛋白質(zhì)含量差異不顯著(圖1)。T3處理的可溶性蛋白質(zhì)含量在各個階段顯著高于其它處理；T1和T2的可溶性蛋白質(zhì)含量在脅迫第3天，T3在脅迫第5天時達(dá)到最大值，且均顯著高于對照，分別比對照增加了77.32%、188.66%和287.45%。因此，在低溫脅迫過程中，低溫導(dǎo)致葉片中的可溶性蛋白質(zhì)含量增加。

圖1 低溫脅迫下黃瓜秋葵葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的變化

2.2 低溫脅迫對幼苗葉片MDA含量的影響

由圖2可知，在低溫脅迫過程中，MDA含量均呈上升的趨勢，常溫培養(yǎng)的黃秋葵幼苗葉片組織中MDA含量無明顯變化；低溫脅迫后，3個處理的MDA含量前期增速緩慢，至脅迫第3天時，T2和T3處理間均無顯著差異，至第7天時 T1、T2和T3均達(dá)到最大值，分別比對照提高了55.86倍、107.73倍和129.82倍且各處理間差異極顯著。

圖2 低溫脅迫下黃秋葵葉片MDA含量的變化

2.3 低溫脅迫對幼苗葉片SOD活性的影響

在低溫脅迫過程中，SOD活性隨著溫度降低和脅迫時間延長均表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢。低溫脅迫處理第3天時各處理達(dá)最大值，分別為對照的84.97%、66.27%和39.09%；在處理第7天時SOD活性均降到最低值(圖3)。

圖3 低溫脅迫下黃秋葵葉片SOD活性的變化

2.4 低溫脅迫對幼苗葉片POD活性的影響

由圖4可知，在低溫脅迫開始后，各處理POD活性的變化趨勢一致，在處理至第3天時急劇上升，而后平穩(wěn)上升，但與對照組相比POD活性仍呈現(xiàn)顯著差異。T1、T2和T3在脅迫7 d時的POD活性分別比同期對照增加464.5%、479.6%和866.3%，且T1處理與T2處理間無顯著差異。

圖4 低溫脅迫下黃秋葵葉片POD活性的變化

2.5 低溫脅迫對幼苗葉片CAT活性的影響

低溫脅迫下，CAT活性變化與SOD相似，隨著溫度降低和脅迫時間延長呈先升高后降低趨勢。與CK相比，脅迫第7天時，T1、T2和T3處理的CAT活性均達(dá)到最低值，分別為同期對照的16.02%、7.79%和3.03%。從脅迫第3天開始T2與T3的CAT活性無顯著差異(圖5)。

圖5 低溫脅迫下黃秋葵葉片CAT活性的變化

2.6 低溫脅迫對幼苗葉片APX活性的影響

由圖6可知，經(jīng)低溫脅迫后，APX的活性均呈先上升后下降的趨勢，且溫度越低APX活性越大。在脅迫處理第1天時T3活性達(dá)到最高；T1、T2處理以脅迫第3天時活性最高，分別比同期對照提高了6.0倍、6.63倍和10.6倍，且顯著高于對照。

圖6 低溫脅迫下黃秋葵葉片APX活性的變化

3 討論與結(jié)論

滲透調(diào)節(jié)是植物抵御低溫逆境的一種重要生理機制，而可溶性蛋白則是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一[17-19]。本試驗中，黃秋葵幼苗葉片在低溫脅迫前期的可溶性蛋白含量迅速增加，但是隨著脅迫時間的延長，其含量反而下降，這一試驗結(jié)果與前人研究的結(jié)論相似[20-21]，說明在一定的脅迫范圍內(nèi)，低溫可以誘導(dǎo)黃秋葵葉片產(chǎn)生更多的可溶性蛋白，可溶性蛋白可以束縛細(xì)胞的水分從而減少失水，降低低溫脅迫給植株帶來的傷害。

膜脂過氧化的最終產(chǎn)物丙二醛(MDA)會對生物膜系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷[22-23]。本試驗發(fā)現(xiàn)隨著低溫脅迫程度加大和處理時間的延長黃秋葵幼苗葉片中MDA的含量呈顯著增加的趨勢，表明低溫脅迫加劇了葉片細(xì)胞膜的過氧化程度。各處理的MDA含量在脅迫過程前期增速較緩，且無顯著差異，說明前期受到低溫傷害的程度較小；而后期MDA含量急劇升高，則有可能是低溫已經(jīng)嚴(yán)重傷害黃秋葵幼苗。

SOD、POD、CAT和 APX作為活性氧的酶促脫毒系統(tǒng)能清除植物體的活性氧自由基，在正常情況下，植物體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)中所產(chǎn)生的活性氧不足以使植物受到傷害，因為植物體內(nèi)有一套行之有效的清除系統(tǒng)，但是這種低溫逆境可以徹底打破這種高度平衡的過氧化狀態(tài)，導(dǎo)致植株受到嚴(yán)重的損傷[24-25]。超氧化物歧化酶SOD是植物細(xì)胞抗氧化防御系統(tǒng)的第一道防線[26]。在本試驗中，黃秋葵幼苗在低溫脅迫期間SOD活性變化呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢，該研究結(jié)果與其他植物的研究結(jié)果一致[27-28]。SOD活性前期升高這可能是植物應(yīng)對低溫逆境時的自我保護，增強植物對低溫的耐受力；但是隨著低溫時間的延長及低溫程度加大，植物體內(nèi)則無法及時清除毒害物質(zhì)，這就會對植株產(chǎn)生嚴(yán)重的毒害作用。逆境下CAT與SOD活性變化相似，但是CAT活性的變化幅度不同于SOD活性，低溫脅迫過程中CAT活性增幅高于SOD 活性增幅，這可能是這兩種酶對低溫條件有著不同的適應(yīng)機制，這有待于進一步研究。過氧化物酶POD普遍存在于植物體內(nèi)，它與呼吸作用、光合作用及生長素的氧化等都有著密切的關(guān)系。因此，POD 的活性能很好地反映出植物的生長狀況。在低溫脅迫下，前期黃秋葵的POD合成急劇增加，可能是植物抗逆自我保護，以降低活性自由基的積累，保護植物細(xì)胞免受氧化傷害。APX是植物體內(nèi)清除H2O2的關(guān)鍵酶[5,29-30]。該試驗結(jié)果表明低溫脅迫下黃秋葵幼苗葉片APX活性呈現(xiàn)先升后降的趨勢，APX活性的升高說明黃秋葵抵御膜脂過氧化的能力提高；而后期APX活性下降則可能是低溫已經(jīng)嚴(yán)重傷害黃秋葵幼苗。

綜上所述，適當(dāng)?shù)蜏乜梢蕴岣呖寡趸Ｗo酶系統(tǒng)相關(guān)酶活性，促進葉片中MDA和可溶性蛋白含量增加。低溫脅迫下幼苗葉片中的可溶性蛋白、丙二醛(MDA)含量、過氧化物酶POD、超氧化物歧化酶SOD、過氧化氫酶CAT及抗壞血酸氧化酶APX的活性與對照差異顯著，這些生理指標(biāo)與黃秋葵的抵御低溫能力密切相關(guān)，因此可以作為耐低溫性鑒定的指標(biāo)。本試驗也證明，低溫脅迫3天內(nèi)細(xì)胞受到低溫傷害的程度較小；隨著低溫時間延長低溫會嚴(yán)重傷害黃秋葵幼苗。這些結(jié)果可為后期探討人為介導(dǎo)緩解低溫危害提供參考。