不結球白菜遺傳多樣性分析以及耐熱性鑒定

余長春，羅本釩，傅強，徐躍進，萬正杰

華中農業大學園藝林學學院，武漢 430070

不結球白菜(BrassicacampestrisL. ssp.chinensisMakino)又名小白菜、青菜、油菜等，起源于中國，是我國重要的大宗蔬菜之一。該類蔬菜種植區域廣泛，在南北各地均有栽培，以長江中下游及以南地區為主[1]。不結球白菜質地鮮嫩，富含對人體有益的多種維生素、礦物質、膳食纖維、氨基酸等營養成分，有助于提高人體免疫力，是人們非常喜愛的“當家蔬菜”。

不結球白菜為喜涼植物，最適生長溫度為15～20 ℃，生產上以冬春兩季為主。夏季高溫高濕條件下，不結球白菜生長衰竭，容易死苗，并且受病蟲危害大，導致產量和品質嚴重下降。除了優化栽培方式之外，不結球白菜種類繁多、遺傳多樣性高，為篩選耐熱的不結球白菜種質資源并選育適合夏季高溫氣候生產的不結球白菜品種提供了可能?？蒲腥藛T通過對不結球白菜開展夏季耐熱性品種比較試驗，發現京研快菜、黃金小白菜、夏抗3號、青伏令、夏麗、綠領35、夏帝等品種在耐熱、產量、抗性等方面表現較好，可用于夏季不結球白菜品種的推廣[2-4]。在不結球白菜耐熱新品種選育方面，科研人員利用不同的不結球白菜親本進行雜交，已培育出多個耐熱性強、生長勢強、束腰性好、產量高的新品種，如熱抗青[5]、夏綠妃[6]、青梗316[7]、東方2號[8]、蘇夏2號[9]、烤青[10]、暑熱[11]等。本研究以華中農業大學十字花科蔬菜遺傳育種實驗室收集的78份不結球白菜種質資源為研究對象，對這些不結球白菜進行遺傳多樣性分析及耐熱性和生理指標的測定，以期從中鑒定出耐熱的優良品種，用于夏季不結球白菜的生產。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究試驗材料為78份不結球白菜自交不親和系(表1)，為華中農業大學十字花科蔬菜遺傳育種實驗室收集。以上試驗材料種植于華中農業大學蔬菜遺傳改良中心實驗基地。

表1 試驗材料編號及來源 Table 1 List of materials

1.2 試驗方法

1)耐熱性鑒定。不結球白菜耐熱試驗在華中農業大學蔬菜實驗基地進行。于2013年、2014年7月上旬進行種子萌發，萌發后轉移至穴盤中于溫室中進行育苗。待其生長到4片真葉以后(8月初)，移栽至露地。進行隨機區組試驗，每個小區種植20株苗。經連續氣溫測定，2013年和2014年武漢8月份最高溫度大于40 ℃，最低氣溫大于30 ℃。利用夏季自然高溫氣候，觀察植株的生長表型，確定各材料的耐熱性。

熱害等級的劃分：0級：植株生長發育正常，無任何脅迫癥狀；1級：植株新葉葉緣表現為輕微的皺縮；2級：植株新葉皺縮嚴重，并伴隨著外葉變黃；3級：植株外葉皺縮，葉片黃化面積增大；4級：植株葉片完全皺縮，生長緩慢，葉片表現為枯黃。

3)酶活與電導率的測定。每個小區選取5株長勢一致的單株，取相同部位相同大小的葉片組織進行測定。參照文獻[13]，丙二醛采用硫代巴比妥酸法；超氧化物歧化酶采用氮藍四唑法；過氧化物酶采用愈創木酚法；相對電導率采用電導儀法。

2 結果與分析

2.1不結球白菜遺傳多樣性分析

采用51對SSR分子標記對收集的78份不結球白菜自交不親和系進行遺傳多樣性分析。結果顯示，78份不結球白菜遺傳相似系數為0.57～0.93，具有豐富的遺傳多樣性(圖1)。

圖1 78份不結球白菜的遺傳多樣性分析Fig.1 Genetic diversity of 78 Chinese cabbages

2.2 不結球白菜的熱害指數

將78份不結球白菜自交不親和系隨機分區后種植于露地。利用武漢夏季自然高溫處理并進行熱害指數的測定。經測定發現，不結球白菜自交不親和系C43、C48和C74的熱害指數超過了70，表明這3份材料對高溫氣候可能最不耐受(表2)。C28、C30和C72的熱害指數依次為25.12、20.41和15.12，在所有測試材料中熱害指數偏小，暗示它們具有較強的耐熱性(表2)。其中，C28為新交3號，C30為高禾赤葉小白菜，C72為四季矮腳特白梗奶白菜。

表2 熱害指數測定結果 Table 2 Result of heat injury indexes

2.2 高溫脅迫下不結球白菜丙二醛(MDA)含量

在高溫氣候下，隨著處理時間的延長，所有測試的不結球白菜中MDA含量均逐漸升高，但耐熱材料C72的MDA含量與其他材料相比上升較為緩慢。當高溫氣候處理17 d后，C72 材料中MDA含量為19.32 μmol/g，遠低于其他4份材料(圖2)。結果表明，不結球白菜C72在高溫脅迫條件下膜系統相對完整，增強了植株對高溫氣候的耐受性。

圖2 高溫脅迫條件下不結球白菜的丙二醛(MDA)含量Fig.2 MDA content in Chinese cabbages under the high temperature stress

2.3 高溫條件下不結球白菜過氧化物酶及超氧化物歧化酶的活性

對不結球白菜C72及其他4份不耐熱品種的過氧化物酶(POD)及超氧化物歧化酶(SOD)進行了酶活測定。在自然高溫處理12 d后，不結球白菜C72的POD活性顯著高于其他材料(圖3A)。在處理17 d后，各類不結球白菜POD的酶活均達到了最高值，其中不結球白菜C72的POD活性最高，遠大于其他4份材料。對高溫脅迫條件下不結球白菜SOD活性的測定發現，隨著高溫處理時間的延長，SOD活性逐漸升高，耐熱材料C72的SOD酶活上升幅度最大，并且在各個時期該材料的SOD活性均高于其他材料(圖3B)。

圖3 高溫脅迫下不結球白菜過氧化物酶(A)及超氧化物歧化酶(B)活性測定結果Fig.3 Enzymatic activities of peroxidase (POD,A) and superoxide dismutase (SOD,B)in Chinese cabbages under the high temperature stress

結果表明，在高溫脅迫下，不結球白菜C72能產生較高的POD和SOD活性，從而具有更強的活性氧清除能力，降低了植株的氧化損傷，從而使植株表現出對高溫脅迫更強的耐受力。

2.4 高溫條件下不結球白菜電導率的測定

對不同處理階段不結球白菜電導率的測定結果顯示，隨著高溫處理時間的延長，各類不結球白菜的電導率逐漸上升，但C72的電導率一直低于其他材料(圖4)。結果表明，在高溫條件下，不結球白菜C72的細胞膜相對完整，對高溫氣候耐受力強。

圖4 高溫脅迫下不結球白菜的電導率Fig.4 Electrical conductivity of Chinese cabbages under the high temperature stress

3 討 論

在高溫、干旱等非生物脅迫條件下，植物體內通常會積累大量的活性氧分子。這些活性氧分子一方面作為信號分子，觸發植物對非生物脅迫的抗性反應；另一方面大量積累的活性氧會對植物造成不可逆的氧化損傷[14-16]。細胞膜結構的穩定性與植物對高溫的耐受能力密切相關[17-19]。在高溫脅迫下植物膜蛋白變性，細胞膜通透性增大，導致大量的電解質外滲，因此，電導率可以反映植株對高溫脅迫的耐受性。此外，高溫脅迫會誘發植物產生大量的活性氧分子，這些活性氧分子非?；钴S，容易造成質膜的過氧化作用，損傷植物的膜系統。MDA是脂質過氧化的產物，一定程度上可以反映質膜的損傷程度。近年來，研究發現對非生物逆境具有耐受性的植物往往具有較強的活性氧清除能力，通常表現為植株具有較高的POD、SOD、CAT活性，或體內產生大量的還原劑，如抗壞血酸等，這些酶或還原劑可以有效地清除植物體內的活性氧分子，使植物免受氧化性損傷[20-22]。

夏季的高溫天氣對不結球白菜生產是一個重大的限制因素。鑒定耐熱的不結球白菜種質資源及選育農藝性狀優良的耐熱新品種是一項非常重要的研究工作。除了耐熱指標外，夏季不結球白菜選種還需注意其他重要的農藝性狀，如感官品質(束腰、綠色深淺等)、營養品質(VC、可溶性蛋白等)、抗性品質(抗病)、耐抽薹等方面。此外，栽培技術的優化也能提高不結球白菜在夏季的成活率和產量，如遮陽網的使用、合理的水肥管理及矮壯素等農藥的使用等[8, 23]。

本研究從收集到的78份不結球白菜種質資源中鑒定出1份對夏季高溫耐受的材料(編號C72，四季矮腳特白梗奶白菜)。對該材料及其他品種進行生理生化指標測定發現，該耐熱品種在高溫脅迫條件下具有更高的POD、SOD酶活和較低的MDA含量及電導率。這些生理指標進一步佐證所鑒定的不結球白菜品種具有很強的耐熱性。本研究結果將為長江流域夏季耐熱不結球白菜資源發掘和品種篩選提供理論依據和材料來源，保障我國長江流域夏季不結球白菜的周年供應。