熱脅迫下添加脯氨酸對(duì)菜心生長(zhǎng)和生理生化特性的影響

莊澤鑫 周玲艷 潘偉明

摘 要：本實(shí)驗(yàn)以菜心品種4號(hào)和31號(hào)為材料，測(cè)定了高溫脅迫以及高溫脅迫下添加外源脯氨酸對(duì)植株生長(zhǎng)情況如株高、根長(zhǎng)、鮮重、干重以及生理生化特性如葉綠素含量、丙二醛含量（MDA）過氧化氫酶（ CAT） 和過氧化物酶（ POD） 和超氧化物歧化酶（SOD）活性等各項(xiàng)指標(biāo)。結(jié)果表明：熱脅迫下，菜心品種31號(hào)的生長(zhǎng)狀態(tài)較好，葉綠素和脯氨酸含量相對(duì)較高，抗氧化酶POD、CAT酶活性較高，MDA活性、電導(dǎo)率相對(duì)較低;當(dāng)添加外源脯氨酸時(shí)，可提高菜心的生長(zhǎng)指標(biāo)、葉綠素和脯氨酸含量以及POD、CAT、SOD酶活性，降低MDA活性和電導(dǎo)率，提升和降低的比例對(duì)于4號(hào)菜心品種而言更為明顯，說明脯氨酸含量可以作為菜心耐熱性的篩選指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：菜心 熱脅迫 脯氨酸;生長(zhǎng);生理生化

中圖分類號(hào)：S-3 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201030004

菜心又稱菜苔，十字花科、蕓苔屬，一、二年生的草本植物。適合播種于南方溫暖地區(qū)，是我國(guó)南方特產(chǎn)蔬菜之一[1]。菜心喜涼爽溫和氣候，生長(zhǎng)發(fā)育的適宜溫度為15～25℃，30℃以上高溫下菜心的生長(zhǎng)將受到較大的影響，會(huì)導(dǎo)致菜心纖細(xì)，產(chǎn)量低，質(zhì)量差[2]。南方6—8月份高溫，嚴(yán)重影響菜心的生長(zhǎng)，篩選和選育耐熱菜心品種非常必要，以滿足南方菜心的周年生產(chǎn)需求。

在旱、鹽堿、熱、冷、凍等逆境條件下，植物體內(nèi)脯氨酸的含量顯著增加[3-5]。在作物、蔬菜、花卉等多種植物中研究發(fā)現(xiàn)，植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性，抗逆性強(qiáng)的品種往往積累較多的脯氨酸[6-10]。廖飛雄等[11]發(fā)現(xiàn)，通過在培養(yǎng)基中加入外源脯氨酸可降低熱脅迫下的愈傷組織細(xì)胞的相對(duì)電解質(zhì)滲出，減輕褐變，促進(jìn)鮮重的增加。本研究通過分析不同菜心品種高溫脅迫下脯氨酸含量以及電導(dǎo)率、葉綠素含量、丙二醛含量、抗氧化酶活性的變化，旨在為菜心耐熱品種的選育及抗逆栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為4號(hào)和31號(hào)菜心品種，購(gòu)買于廣東農(nóng)科院種子門市部。

1.2 方法

1.2.1 菜心種子的發(fā)芽和處理

取健康、飽滿的菜心種子，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%的次氯酸消毒15min后，再用無(wú)菌去離子水洗3～4次，每次約30s。然后以無(wú)菌去離子水浸泡6h后，將適量的種子均勻的接于培養(yǎng)基中，將4號(hào)（A）和31號(hào)（B）菜心種子各分4組（A1、A2、A3、A4;B1、B2、B3、B4），具體情況見表1。其中，每組3瓶，總共24瓶。分別置于25℃和35℃的溫度培養(yǎng)箱中進(jìn)行光照培養(yǎng)，每天光照12h，光照強(qiáng)度3000Lux。

1.2.2 菜心幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

菜心幼苗株高的測(cè)量采用百分尺從菜心的根部到葉尖。根長(zhǎng)的測(cè)量是從根尖到根部。以濾紙吸干菜心幼苗表面水分，用電子天平稱量鮮重。將菜心幼苗102℃殺青10 min后，置于70℃下烘干至恒重，用電子天平稱量幼苗的干重。每組濃度處理的菜心幼苗隨機(jī)抽取10株，計(jì)算平均值。

1.2.3 菜心幼苗生理生化指標(biāo)測(cè)定

葉綠素含量、游離脯氨酸含量、細(xì)胞膜透性、SOD、POD、CAT活性和MDA含量參照李合生等[12]方法。

1.2.4 游離脯氨酸含量的測(cè)定

參照張殿忠等[13]方法。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

采用excel軟件計(jì)算，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果分析

2.1 高溫脅迫對(duì)2個(gè)菜心品種生長(zhǎng)和葉綠素含量的影響 ?逆境脅迫往往影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，本研究將菜心種子接種于1/2MS培養(yǎng)基中，培養(yǎng)溫度分別為25℃和35℃，培養(yǎng)時(shí)間為5d，觀察和分析高溫脅迫下2個(gè)菜心品種31號(hào)和4號(hào)的生長(zhǎng)情況。結(jié)果表明，在正常培養(yǎng)溫度（25℃）下，2個(gè)菜心品種的生長(zhǎng)情況和生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)指標(biāo)相差不大，而在 35℃高溫培養(yǎng)下，菜心品種4號(hào)的生長(zhǎng)情況明顯差于31號(hào);且31號(hào)菜心品種與正常溫度（25℃）培養(yǎng)相比，差異較小，而4號(hào)菜心與正常溫度（25℃）培養(yǎng)相比，株高、根長(zhǎng)、鮮重、干重、葉綠素含量降低了54.2%、57.1%、62.5%、57.1%、46.7%（表2）。

2.2 高溫脅迫下2個(gè)菜心品種游離脯氨酸含量的變化

將常溫（25℃）發(fā)芽5d后的2個(gè)菜心品種放置于35℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12h后，測(cè)定其游離Pro的含量。結(jié)果顯示，正常培養(yǎng)溫度（25℃）下，菜心品種31號(hào)的游離脯氨酸含量高于4號(hào)品種（21.5%）;且高溫脅迫下，2個(gè)菜心品種的游離脯氨酸含量均有不同程度的增加，相比較對(duì)照（25℃），菜心品種31號(hào)的脯氨酸含量提升了26%，而4號(hào)品種只提升了11.8%（表3）。

2.3 高溫脅迫下外源脯氨酸對(duì)2個(gè)菜心品種生長(zhǎng)的影響 ?將菜心種子分別接種于1/2MS培養(yǎng)基（對(duì)照組）和添加1mg·L-1脯氨酸的1/2MS培養(yǎng)基（實(shí)驗(yàn)組）中發(fā)芽，培養(yǎng)條件均為35℃，培養(yǎng)時(shí)間為5d，然后測(cè)定2個(gè)菜心品種的各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)和脯氨酸含量。結(jié)果表明，在較長(zhǎng)時(shí)期的高溫脅迫下，添加脯氨酸培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的2個(gè)菜心品種的生長(zhǎng)指標(biāo)均高于對(duì)照組（表4），其中，31號(hào)的株高、根長(zhǎng)、鮮重、干重、葉綠素含量分別增加了15.4%、2.0%、17.2%、20%、17.6%，4號(hào)的分別增加了170%、167%、152%、133%、137%，且實(shí)驗(yàn)組在高溫脅迫下能夠正常生長(zhǎng)并保持一定的活力，而對(duì)照組則表現(xiàn)為部分枯萎。

2.4 高溫脅迫下外源脯氨酸對(duì)2個(gè)菜心品種脯氨酸含量的影響 ?將菜心種子分別接種于1/2MS培養(yǎng)基（對(duì)照組）和添加1mg·L-1脯氨酸的1/2MS培養(yǎng)基（實(shí)驗(yàn)組）中，25℃下發(fā)芽5d后，置于35℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12h，測(cè)定其游離Pro的含量。結(jié)果表明，培養(yǎng)基中添加外源脯氨酸的情況下，31號(hào)和4號(hào)菜心品種的游離脯氨酸含量增高，分別提高了56%和66.5%（表5），從而提高了菜心的耐熱性。

2.5 熱脅迫下添加外源脯氨酸對(duì)2個(gè)菜心品種膜保護(hù)酶活性的影響 ?將菜心種子分別接種于1/2MS培養(yǎng)基（對(duì)照組）和添加1 mg·L-1脯氨酸的1/2MS培養(yǎng)基（實(shí)驗(yàn)組）中發(fā)芽，培養(yǎng)條件均為35℃，培養(yǎng)時(shí)間為5d，然后測(cè)定2個(gè)菜心品種的膜保護(hù)酶活性。計(jì)算處理測(cè)定值（添加脯氨酸）與對(duì)照測(cè)定值（不添加脯氨酸）的相對(duì)值，當(dāng)相對(duì)值大于1 時(shí)代表處理測(cè)定值高于對(duì)照測(cè)定值，相對(duì)值小于1 時(shí)代表處理測(cè)定值低于對(duì)照測(cè)定值，相對(duì)值等于1時(shí)代表處理測(cè)定值等于對(duì)照測(cè)定值。圖1結(jié)果表明，35℃高溫脅迫下，不添加外源脯氨酸時(shí)，31號(hào)菜心的POD、CAT活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4號(hào)菜心（比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1），SOD酶活性相差不是很大，但MDA、電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于4號(hào)菜心（比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1），說明4號(hào)菜心耐熱性差，熱脅迫下，所受傷害大;當(dāng)添加外源脯氨酸時(shí)，2個(gè)菜心品種的抗氧化酶活性及電導(dǎo)率差距大大縮小（比值接近1）。圖2結(jié)果表明，當(dāng)添加外源脯氨酸時(shí)，2個(gè)品種的POD、CAT、SOD酶活性增加（比值均大于1），而MDA活性和電導(dǎo)率下降（比值均大于1），其中，4號(hào)菜心品種的POD、CAT、SOD酶分別是對(duì)照（沒有添加脯氨酸）的1.33、1.13、1.23倍，MDA和電導(dǎo)率分別0.7、0.62，31號(hào)菜心品種的POD、CAT、SOD酶分別是對(duì)照（沒有添加脯氨酸）的2.36、2.0、1.23倍，MDA和電導(dǎo)率分別0.51、0.28，4號(hào)菜心的升降幅度大于31號(hào)菜心。

3 討論

生物量是反映作物長(zhǎng)勢(shì)的重要農(nóng)藝性狀和形成作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)[14]，李榮華研究發(fā)現(xiàn)，耐熱性強(qiáng)的菜心品種高溫脅迫下的生物量減少顯著低于耐熱性弱的菜心品種，并認(rèn)為生物量可以作為評(píng)價(jià)菜心耐熱性強(qiáng)弱的關(guān)鍵指標(biāo)[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫下，耐熱性較好的菜心品種31號(hào)的株高、根長(zhǎng)、鮮重、干重均顯著優(yōu)于菜心品種4號(hào)。

葉綠素是進(jìn)行光合作用的主要色素。有研究表明，高溫脅迫下植物葉綠素含量下降，但耐熱性好的植物品種的葉綠素含量往往保持較高的水平[16-17]。本研究發(fā)現(xiàn)，耐熱性較好的菜心品種31號(hào)的葉綠素含量高于菜心品種4號(hào)，這可能也是31號(hào)菜心品種鮮重、干重較優(yōu)的原因。

逆境脅迫下植物將產(chǎn)生滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以提高對(duì)逆境的耐性。游離脯氨酸是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[18]，具有提高細(xì)胞液濃度、維滲透壓、保護(hù)膜系統(tǒng)組分的作用[19]。脯氨酸含量一定程度上可以反映植物的耐熱性。毛靜等[20]發(fā)現(xiàn)高溫脅迫下鳶尾葉片脯氨酸含量不同程度的積累增加，且耐熱性較強(qiáng)的鳶尾品種無(wú)論常溫或高溫脅迫下的脯氨酸含量均高于耐熱性較弱的品種。靳路真等[18]在研究高溫脅迫對(duì)不同耐性大豆品種生理生化的影響時(shí)也有同樣的結(jié)論。本研究發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫下，耐熱性較好的菜心品種31號(hào)的脯氨酸含量高于菜心品種4號(hào)，這與廖飛雄和潘瑞熾[11]的研究結(jié)果一致。

高溫脅迫下，往往導(dǎo)致大量 MDA 的產(chǎn)生，其含量多少可以直接反應(yīng)細(xì)胞膜受傷害程度。抗氧化酶SOD、POD、CAT是植物細(xì)胞內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)，具有保護(hù)細(xì)胞功能的作用[21]。靳路真等[12]發(fā)現(xiàn)高溫脅迫下，耐熱性品種SOD、POD 酶活性水平高于熱敏感品種。龐強(qiáng)強(qiáng)等[22]研究表明，隨著高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，菜心葉片中電導(dǎo)率、MDA 含量均呈上升的趨勢(shì)，其中耐熱性強(qiáng)的菜心品種增幅較小，耐熱性差的菜心增幅較大，可能與耐熱性強(qiáng)的菜心葉片保護(hù)酶SOD、CAT和POD 活性顯著高于不耐熱品種有關(guān)。王宏輝等[23]在研究高溫脅迫對(duì)4個(gè)紅掌盆栽品種生理特性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著高溫脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，4個(gè)品種的葉片相對(duì)電導(dǎo)率和MDA 呈上升趨勢(shì)，SOD、CAT、POD呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，這可能是由于高溫脅迫超過了植物能承受的極限，破壞酶活性中心，導(dǎo)致酶活性下降。廖飛雄和潘瑞熾[11]發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)基中添加脯氨酸后，菜心愈傷組織細(xì)胞的膜保護(hù)酶POD 、CAT 和 SOD 活性有不同程度的提高。本研究發(fā)現(xiàn)熱脅迫下，31號(hào)菜心的POD、CAT活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4號(hào)菜心，電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于4號(hào)菜心。當(dāng)添加外源脯氨酸時(shí)，兩個(gè)菜心品種的抗氧化酶活性增加，MDA和電導(dǎo)率下降，且4號(hào)菜心的升降變化率大于31號(hào)菜心。

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（責(zé)任編輯 周康）