脯氨酸對高溫脅迫下菜薹耐熱性的影響

曹 毅 李春梅 鄧 燏 劉永聰

菜薹（Brassica campestrisL. ssp.chinensisvar.utilisTsen et Lee）為十字花科蕓薹屬（Brassica）白菜亞種的一個變種，一年生或二年生草本，以柔嫩肉質的花薹為食用器官。菜薹生長周期短、經濟效益高，是目前廣東省栽培面積最大、具有優勢和標志性的蔬菜種類。菜薹生長適宜溫度為 15～25 ℃，30 ℃以上生長比較困難，且菜薹細小、質劣，所以南方 7～9月種植菜薹存在明顯的不適應性（張振賢 等，2003）。前人研究表明幾乎所有的逆境如干旱、高溫、低溫、冰凍、鹽漬、低pH、營養不良、病害、大氣污染等都會造成植物體內脯氨酸（Pro）的積累，部分試驗已證實Pro積累與植物的脅迫耐受力呈正相關（許祥明 等，2000；Hong et al.，2000；Sivakumar et al.，2000；Adams & Valdes，2002；Matysik et al.，2002；全先慶 等，2007），而關于 Pro對高溫脅迫下菜薹耐熱性的研究尚未見報道。本試驗在研究了高溫脅迫對不同菜薹品種產生不同影響的基礎上（曹毅 等，2010），以相對耐熱的50天油青菜心為試材，研究不同濃度 Pro預處理對高溫脅迫下菜薹幼苗熱害指數、電解質滲透率、抗氧化酶活性，以及田間自然高溫下Pro處理對菜薹生長、生物量與品質的影響，以期探討Pro對高溫脅迫下菜薹耐熱性的影響，為進一步研究菜薹抗熱栽培技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2009、2010年7～9月在佛山科學技術學院教學試驗基地進行。采用生產上應用品種：特抗熱50天油青菜心（種子純度≥98%，葉色油綠、薹整齊、粗壯、質優、耐熱和抗病，市售）；Pro為生化試劑（上海求德生物化工，純度≥99%，市售）。

1.2 試驗設計

1.2.1 菜薹幼苗耐熱性試驗 菜薹浸種催芽后播于盛有混合基質（菜園土∶草菇泥=1V∶1V）的營養缽中，待幼苗長到二葉一心時，7月16日定植于6 cm×6 cm營養缽中，緩苗后移入人工智能氣候培養箱進行培養，預培養2 d后（溫度白天28 ℃/夜間20 ℃，晝/夜各12 h，相對濕度白天75%，夜間85%，光照強度5×104lx），采用Pro葉面噴施，濃度設50、100、150、200、250 mg·L-15個梯度，CK為清水，每處理30株，3次重復，噴施時間為每天18：00時，噴施量3 mL·株-1，連續噴施3 d后，進行高溫脅迫處理，高溫（42±1）℃下設培養0、4、8、12 h，相對濕度75%，光照強度5×104lx，取幼苗生長點下第2片展開真葉進行各項指標的測定。植株受熱害分級參照康俊根等（2002）的方法，并加以改進。分級標準：正常為 0級；葉片綠色輕度反卷萎蔫為1級；葉片微黃中度萎蔫為2級；葉片發黃重度萎蔫為3級；植株莖萎縮，葉大部枯黃萎蔫為4級；死亡干枯為5級。

電解質滲透率采用羅少波（1996）的方法。

S0為蒸餾水空白電導值，S1為初始電導值，S2為熱處理后電導值。

新鮮葉片剪碎混勻后，稱取0.2 g，加pH 7.8的磷酸緩沖液1.5 mL于冰浴中研磨提取，4 ℃下冷凍離心15 min待測，超氧化物歧化酶（SOD）活性用氮藍四唑NBT法測定，過氧化物酶（POD）活性用紫外吸收法測定（李合生，2003）。

1.2.2 菜薹田間耐熱性試驗 幼苗長到二葉一心（7月16日）時定植于露地，株距13.3 cm，行距16.7 cm，按照常規管理，待菜薹生長到四葉一心（7月26日）、初蕾（8月2日）時各采用Pro葉面噴施一次，濃度同1.2.1，CK為清水，噴施時間為每天18：00時，噴施量5 mL·株-1，小區面積12 m2，種植500株，3次重復，處理后調查7 d的晝夜溫度變化（表1）。8月10日對菜薹生長、生物量與品質指標進行測定，主要測定株高、莖粗、葉數、葉面積、薹鮮質量、根鮮質量，可溶性糖、可溶性蛋白和VC含量，采用5點取樣，每點6株，共30株，3次重復。其中，葉面積用便攜式活體葉面積測定儀（哈爾濱光學儀器廠）在生長盛期測定，從齊口花向下留15 cm稱取薹質量，可溶性糖含量（取8月10日收薹葉測得，下同）用蒽酮法測定，VC含量用2, 6-二氯靛酚滴定法測定，可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍G-250快速測定法測定（王忠，2001）。

表1 Pro噴施后田間晝夜溫度變化情況 ℃

1.3 數據統計

試驗數據均采用DPS處理，用Duncan’s新復極差法進行分析。

2 結果與分析

2.1 脯氨酸對高溫脅迫下菜薹幼苗耐熱性的影響

2.1.1 對幼苗熱害指數和電解質滲透率的影響 從表2中可以看出，隨著高溫脅迫時間的延長，CK熱害指數和電解質滲透率不斷增高。對熱害指數，脅迫0 h，各處理差異均不顯著；脅迫4 h，150、200 mg·L-1Pro處理顯著低于 CK，降幅分別為 8.9%、8.3%；脅迫 8 h，150、200、100 mg·L-1Pro處理比CK降低顯著，降幅分別為13.7%、13.4%和11.9%；脅迫12 h，200、150 mg·L-1Pro處理比CK降低顯著，降幅分別為15.0%、12.9%，250、100 mg·L-1處理的降幅分別為10.3%、10.0%。對電解質滲透率，脅迫0、4 h，Pro各處理差異均不顯著；脅迫8 h，200、150、100 mg·L-1處理顯著低于CK，降幅分別為16.7%、13.7%和13.4%；脅迫12 h，200、150、250、100 mg·L-1處理顯著低于其他處理，與CK比降幅分別為20.3%、15.8%、15.6%和15.2%。

對菜薹熱害指數（Y）和電解質滲透率（X）進行二次多項式回歸分析，脅迫8 h，Y1=5.434+0.179X1+0.008X12，相關系數R=0.973，F=26.642，顯著水平p=0.012，剩余標準差S=0.093，調整后的相關系數Ra=0.955；脅迫 12 h，Y2=1.953+0.151X2+0.003X22，相關系數R=0.982，F=39.691，顯著水平p=0.069，剩余標準差S=0.081，調整后的相關系數Ra=0.969。表明高溫脅迫8、12 h熱害指數和電解質滲透率呈正相關關系，植株外部觀測到的熱害癥狀與內部受到的傷害程度是一致的。

表2 脯氨酸對高溫脅迫下菜薹熱害指數和電解質滲透率的影響

2.1.2 對幼苗SOD和POD活性的影響 從表3中可以看出，對SOD活性，脅迫0、4 h，Pro各處理差異均不顯著；脅迫8 h，150、200 mg·L-1Pro處理顯著高于其他處理，與CK比增幅分別為33.7%、30.9%，50、100、250 mg·L-1處理的增幅分別為11.0%、14.6%和10.3%；脅迫12 h，200、150 mg·L-1處理增加顯著，與CK比增幅分別為26.8%、26.1%，其次為250、100、50 mg·L-1處理，增幅分別為15.6%、13.9%和13.3%。

對POD活性，脅迫0 h，Pro各處理差異不顯著；脅迫4 h和8 h，200、250 mg·L-1Pro處理顯著高于CK，增幅分別為11.4%、9.8%和22.8%、22.4%，其次為150、100、50 mg·L-1處理，增幅分別為7.0%、8.1%、7.9%和19.7%、17.8%、16.4%；脅迫12 h，150、200 mg·L-1處理的增加顯著，與CK比增幅分別為25.1%、24.8%，其次是Pro濃度為100、250、50 mg·L-1的處理，POD活性增幅分別為20.1%、15.9%和15.1%。

表3 脯氨酸對高溫脅迫下菜薹幼苗SOD和POD活性的影響

2.2 脯氨酸對高溫脅迫下菜薹田間耐熱性的影響

2.2.1 對菜薹生長的影響 從表4中可以看出，Pro各處理對菜薹株高無顯著影響；對莖粗，200、150、250 mg·L-1Pro處理顯著高于CK，增幅分別達到10.2%、7.8%、7.8%，其次是100 mg·L-1處理；對葉數，200、250、150 mg·L-1處理顯著高于其他處理，比CK分別增加13.4%、12.2%、12.2%；對葉面積，200、150 mg·L-1處理顯著高于其他處理，比CK分別增加20.8%和19.4%，其次是250、100 mg·L-1處理，增幅分別達到17.4%和16.9%。

2.2.2 對菜薹生物量與品質的影響 對薹鮮質量，Pro濃度為200、150 mg·L-1處理顯著高于CK，增幅分別達到 14.5%和 14.1%；對根鮮質量，200、150 mg·L-1處理顯著高于 CK，增幅分別達到19.1%和18.3%；對可溶性糖含量，200 mg·L-1Pro處理顯著高于其他處理，比CK增加11.8%，其次是 150、100、250 mg·L-1處理，增幅分別達到 9.8%、8.5%、8.5%；對可溶性蛋白含量，200 mg·L-1處理顯著高于CK，增幅達到16.7%，其次是150、100、250 mg·L-1處理，增幅分別達到12.5%、8.3%、8.3%，差異均達顯著水平；對VC含量而言，200、150 mg·L-1處理顯著高于其他處理，均比CK增加22.6%，其次是250、100、50 mg·L-1處理，增幅分別達到16.1%、16.1%、12.9%（表4）。

表4 脯氨酸對高溫脅迫下菜薹生長、生物量與品質的影響

3 結論與討論

溫度是影響菜薹生長發育的重要條件，是由其起源環境及生物學特性所決定，在我國南方高溫季節種植菜薹，選育耐熱型的新品種、選用抗熱栽培新技術顯得更為重要。本試驗通過苗期及田間耐熱性研究，結果表明：①隨著高溫脅迫時間的延長，熱害指數、電解質滲透率不斷增高，說明高溫是造成菜薹葉片損傷、質膜透性發生改變的主要原因，且熱害指數和電解質滲透率呈正相關關系，說明植株外部觀測到的熱害癥狀與內部受到的傷害程度是一致的，這與賈開志和陳貴林（2005）、冉茂林等（2006）在茄子、蘿卜上的研究結果一致，而采用Pro處理后，尤其是150～200 mg·L-1處理，盡管高溫脅迫8～12 h，但熱害指數、電解質滲透率降幅明顯，從而證實了Pro對維持膜結構穩定有一定的作用；②高溫脅迫8～12 h，150～200 mg·L-1Pro處理的SOD活性、POD活性增幅明顯，說明Pro能緩解高溫脅迫對菜薹葉片質膜的過氧化傷害，其可能機理是SOD、POD具有抵御多種理化因子脅迫、減少活性氧積累、維護膜結構完整等重要作用，其中POD專門清除MDA，SOD清除，減少了OH-生成，植物體內保護性酶活性的大小在一定程度上決定著植物的耐熱性。廖飛雄和潘瑞熾（2001）、何曉明等（2002）試驗也有類似結果；③使用150～200 mg·L-1Pro葉面噴施，可明顯促進葉片生長，增加葉面積，提高薹鮮質量和根鮮質量，以及提高可溶性糖、可溶性蛋白和 VC含量。在逆境脅迫下，植物細胞中積累的可溶性糖參與滲透保護、滲透調節、碳的貯藏以及活性氧的清除，可溶性蛋白作為一種滲透調節，VC保護細胞不受氧化傷害等，對緩解高溫脅迫下植株的傷害等都起著重要的作用。這與劉書仁等（2010）在黃瓜上的試驗結果一致。

本試驗主要研究了菜薹苗期及田間高溫脅迫下耐熱性的不同表現，探討了采用 Pro不同濃度處理能增強菜薹的抗氧化能力和維持滲透調節能力，從而緩解高溫脅迫對菜薹的傷害，為進一步研究菜薹抗熱栽培技術奠定基礎。綜合試驗各項指標，推薦Pro使用濃度為150～200 mg·L-1，噴施量為3～5 mL·株-1，并以苗期、初蕾期葉面噴施為好。另外，由于外界條件的復雜和試驗材料的差異，以及研究范圍的局限，Pro對高溫脅迫下菜薹其他生理指標、菜薹其他品種的影響尚有待進一步試驗探討。

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