水楊酸與氯化鈣單一及復配誘導對黃瓜幼苗耐熱性的影響

摘要：以黃瓜為試材，采用葉面噴施的方法，研究了水楊酸(sA)和CaCl2單一及復配處理對熱脅迫逆境下黃瓜幼苗的誘抗作用。結果表明，sA和CaCl2單一及復配處理黃瓜幼苗耐熱性均有提高，其中SA處理的SOD、PoD活性增幅最大，在高溫處理3天時SOD、POD活性分別比對照提高42.7％、77.1％，并且MDA含量降低42.6％；CaCl2處理的CAT活性和脯氨酸含量驟增且顯著高于其它處理，在處理3天時CAT活性和脯氨酸含量分別比對照提高49.2％、42.7％。sA與CaCl2復配處理的誘導效果雖優于對照，但顯著低于sA和CaCl2的單一處理，表現出拮抗性。

關鍵詞：水楊酸；氯化鈣；復配；黃瓜幼苗；耐熱性

中圖分類號：S642.201 文獻標識號：A 文章編號：1001－4942(2010)04－0027－04

黃瓜起源于亞熱帶，是一種喜溫性植物，夏秋茬黃瓜的幼苗期正值高溫時節，高溫會使黃瓜幼苗的生理代謝紊亂，生長受到抑制。水楊酸(sA)是植物體內自身合成的一種類似植物激素的酚類化合物，它能夠激活植物過敏反應和系統獲得性抗性。有研究證明，外源SA可緩解逆境脅迫對黃瓜幼苗生長所產生的抑制作用，SA還可顯著提高馬鈴薯、芥菜幼苗、豌豆及高羊茅幼苗的耐熱性。Ca2＋作為植物體必需的營養元素，更作為偶聯胞外信號與胞內生理生化反應的第二信使，能提高植物對滲透脅迫、鹽脅迫等逆境的抵抗能力。本試驗以黃瓜自交系5號為試材，研究了在熱脅迫條件下，黃瓜幼苗在SA和CaCl2單一及復配誘導條件下的生理效應變化，以探討SA和CaCl2單一及復配誘導提高黃瓜耐熱性的效果以及可能的生理機制，為防治高溫逆境對黃瓜幼苗產生的危害提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

黃瓜材料為本實驗室自育自交系5號(不耐熱)。

1.2 試驗方法

試驗于2009年4月10日至6月25日在山東農業大學園藝試驗站和園藝科學與工程學院中心實驗室進行。采用營養缽育苗，人工調整生長條件為：晝(28±3)℃/夜(13±1)℃，自然光照強度和光周期，相對濕度75％～95％。長到三葉一心時，誘導處理前選苗，選取幼苗的形態、長勢、大小基本一致。在前期試驗的基礎上設定以下4個處理：(1)100 p，mol/L SA；(2)10 mmol/L CaCl2；(3)100 μmol/L SA+10 mmol/L CaCl2；(4)清水(對照)。隨機區組排列，重復3次，每個處理30株。每天用對應處理的誘導劑噴施葉面，早晚各一次，連續噴施4天。然后將黃瓜幼苗轉到光照培養箱中進行熱脅迫處理，處理條件：光周期為晝夜各12 h，光照強度為400～450 μmol/(m2·s)，相對濕度為80％，晝38℃/夜20℃，處理3天(前期試驗得出的最佳處理天數)，恢復常溫2天，晝28℃/夜13℃，光周期不變。期間每天下午18時取樣一次測定各項指標，重復測定3次。統一取第二片葉測定各項指標，其中在熱脅迫處理前一天也取樣一次。

1.3 測定項目與方法

超氧化物歧化酶(SOD)用氮藍四唑法(NBT)測定；過氧化物酶(POD)用愈創木酚法測定；過氧化氫酶(CAT)用Chancede的方法測定；丙二醛(MDA)用硫代巴比妥酸方法測定；脯氨酸用水合茚三酮方法測定。

所得數據均用Excel進行統計處理。

2 結果與分析

2.1 SA和CaCl2單一及復配誘導對熱脅迫下黃瓜幼苗保護酶活性的影響

2.1.1 SA和CaCI，單一及復配處理對熱脅迫下黃瓜幼苗SOD活性的影響

熱脅迫條件下，SA、CaCl2單一和復配處理均提高了黃瓜幼苗的SOD活性。熱脅迫處理的1、2、3天，SA和CaCl2復配處理和單一處理的SOD相對活性均高于對照，呈逐漸升高趨勢，其中，SA處理的SOD活性最高，在處理3天時SOD活性比對照提高42.7％(圖1A)。恢復常溫2天后，各處理的SOD活性均下降，但均高于熱脅迫處理前的SOD活性，其中復配處理的降幅最大，與處理3天時比較，SOD活性下降26.7％。以sA和CaCl2復配處理為例，熱脅迫處理1、2、3天以及恢復常溫2天時SOD活性分別比對照提高5.7％、1.5％、18.8％和20％。sA單一處理，熱脅迫處理1、2、3天以及恢復常溫2天時SOD活性分別比對照提高53.7％、35.5％、42.7％和68.1％。

2.1.2 SA和CaCl2單一及復配處理對熱脅迫下黃瓜幼苗POD活性的影響 熱脅迫條件下，SA和CaCl2單一處理和復配處理對POD活性的影響與SOD的趨勢基本一致。在高溫脅迫過程中，各處理的POD活性均提高，且SA和CaCl2復配處理和單一處理的POD活性均高于對照。由圖1B可知，sA和CaCl2處理顯著提高了黃瓜幼苗葉片中的POD活性，而且SA處理的POD活性最高，在熱脅迫處理的3天時POD活性比對照提高77.1％。恢復常溫2天后，各處理POD活性均下降，但均高于熱脅迫處理前的POD活性，其中SA處理的降幅最小，對照降幅最大，與處理3天時比較，分別下降8.01％和24.9％。

2.1.3 SA和CaCl2單一及復配誘導對熱脅迫下黃瓜幼苗CAT活性的影響熱脅迫處理1天后，與對照相比，SA單一處理和sA與CaCl2復配處理均提高了黃瓜幼苗葉片的CAT活性。CaCl2單一處理與對照的CAT活性基本一致，但是處理2天后CaCl2處理的CAT活性驟增且顯著高于其它處理，SA處理次之，復配處理低于二者，處理3天后三者CAT活性分別比對照提高49.2％、40.6％和19.6％(圖2)。恢復常溫2天后各處理CAT活性均下降，但均高于熱脅迫處理前的CAT活性，其中CaCl2處理的降幅最小，對照的降幅最大，與處理3天時比較，CAT活性分別下降16.6％和25.7％。

2.2 SA和CaCl2單一及復配處理對熱脅迫下黃瓜幼苗MDA含量的影響

膜傷害的指標膜質過氧化產物MDA是一重要的抗逆性指標，sA與CaCl2單一與復配處理均能延緩高溫脅迫過程中MDA的增加(圖3)，降低膜脂的過氧化程度。熱脅迫處理的前一天，測得材料的MDA含量基本一致，熱脅迫處理的1、2、3天時，各處理和對照的MDA含量均增加，其中sA處理增幅最慢，對照處理增幅最快，sA和CaCl2復配處理僅次于對照處理的升高速度，熱脅迫處理3天后與對照相比，SA、CaCl2和SA與CaCl2復配處理的MDA含量分別降低42.6％、29.2％和4.3％。恢復常溫2天時各處理的MDA含量均下降，但均高于熱脅迫處理前的含量，且SA處理的MDA含量降幅最大，對照降幅最小，恢復常溫2天后與熱脅迫處理3天相比，sA、CaCl2和sA與CaCl2復配處理及對照的MDA含量分別降低22.2％、14.5％、10.6％和3.9％。

2.3 SA和CaCl2單一及復配處理對熱脅迫下黃瓜幼苗脯氨酸含量的影響

植物中游離脯氨酸含量一直是備受關注的抗逆性指標，其具有調節滲透及保護細胞膜結構穩定的作用。如圖4，本研究中熱脅迫處理的前一天，測得各處理的脯氨酸含量基本一致，隨著熱脅迫天數的增加，各處理脯氨酸的含量均逐漸上升，在熱脅迫處理的第三天時達到最大值。其中CaCl2處理的脯氨酸含量顯著高于其它處理，sA和CaCl2復配處理脯氨酸含量僅高于對照。熱脅迫處理3天后與對照相比，CaCl2、SA和SA與CaCl2復配處理的脯氨酸含量分別增加42.7％、23.7％和13.3％。恢復常溫2天時各誘導處理和對照的脯氨酸含量均下降，但均高于熱脅迫處理前的含量，其中CaCl2誘導處理降幅最小，對照降幅最大。說明熱脅迫可促進幼苗體內脯氨酸的積累，且經CaCl2、SA處理后更加顯著提高脯氨酸的含量，提高幼苗的耐熱性。

3 討論與結論

在正常生理條件下，植物細胞內活性氧的產生和清除處于動態平衡狀態，所以活性氧水平較低，而逆境條件會破壞活性氧的動態平衡，從而產生過多的自由基，使細胞的正常生理功能受到傷害。馬德華等(1998)研究發現，黃瓜幼苗在經過42℃高溫處理后，或經過38℃/32℃(晝/夜)的高溫鍛煉后，葉片內游離SA含量均成倍增加。這表明SA可能與植物抗高溫脅迫有關。劉悅萍等(2005)研究表明，SA提高了葡萄幼苗的耐熱性。杜朝坤等(2005)研究發現，在高溫和低溫脅迫過程中，SA預處理過的玉米幼苗中過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)、過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(sOD)和谷胱甘肽還原酶(GR)的活性水平均高于未經SA處理的。何亞麗等(2002)認為，水楊酸提高耐熱性的機制就是可使植物大量合成熱激蛋白，并保持較高的SOD和CAT活性，提高植物的抗氧脅迫能力，降低高溫引起的氧化脅迫對植株的傷害，維持細胞膜的穩定性，從而提高耐熱性。

研究表明，外源Ca2+可有效地緩解高溫脅迫下葉綠素含量和光合速率的下降速度。高溫脅迫下，較高的葉綠素含量是保證黃瓜幼苗在高溫下維持較高的光合水平，保持較大生長量的基礎，從而提高了黃瓜幼苗的耐熱性。關于外源Ca2+在逆境脅迫下的作用機理，Weiss認為胞外Ca2+處理對熱傷害的減輕作用可歸結到Ca2+對細胞膜表面電荷的屏蔽作用，而Cooke認為由于Ca2+結合固定膜上的組分而減少了質膜的流動。

本試驗結果表明，SA、CaCl2單一與復配誘導處理均可提高黃瓜幼苗的耐熱性，在熱脅迫下黃瓜幼苗的SOD、POD、CAT的活性顯著提高，游離脯氨酸含量顯著增加，MDA含量顯著降低，使膜脂過氧化作用減弱。通過SA對熱脅迫條件下黃瓜幼苗所表現出的生理效應，可以看出SA、CaCl2誘導確實能提高黃瓜幼苗的耐熱性。本試驗還表明，SA和CaCl2復配處理的誘導效果雖優于對照，但顯著低于sA和CaCl2的單一處理，這說明sA和CaCl2復配效果是拮抗的。同時，sA和CaCl2單一誘導對各項生理指標的影響程度也有差異，這可能是由于外源sA和Ca2+在誘導植物抗逆性方面存在著機制或者途徑的不同。具體原因有待于進一步的探討研究。