超重力處理對胡蘿卜生理生化活性的影響

張曉萍 鄭少文 段國鋒

摘要 以紅黃2種顏色的胡蘿卜為試驗材料，采用二因素完全隨機設計為試驗方法，3 000、6 000、12 000 r/min超重力分別對2種胡蘿卜種子分別處理20、40、60 min，將處理后的種子直播于大田中，進行正常管理。在幼苗期測定其丙二醛和游離脯氨酸的含量以及超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的活性。結果顯示，超重力處理對紅蘿卜品種“三紅八寸參”與黃蘿卜品種“齊頭黃蘿卜”均有影響。3 000 r/min+20 min處理的丙二醛和游離脯氨酸含量高于對照，且處理間差異顯著;紅蘿卜品種3 000 r/min+20 min與12 000 r/min+20 min處理間游離脯氨酸含量差異不顯著;各處理的超氧化物歧化酶活性和過氧化氫酶活性均低于對照，差異達顯著水平。因此，超重力處理可以增強植株的抗逆性，胡蘿卜的超重力技術是抗逆育種的有效方法之一。

關鍵詞 超重力;胡蘿卜;生理生化活性

中圖分類號 S631.2文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2020）22-0058-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.22.017

Effects of Hypergravity Treatments on the Physiological Activity of Carrots

ZHANG Xiao-ping1， ZHENG Shao-wen2， DUAN Guo-feng2

（1.Pomology Institute， Shanxi Academy of Agricultural Sciences， Taigu， Shanxi 030815; 2. College of Horticulture， Shanxi Agricultural University， Taigu， Shanxi 030800）

Abstract With two kinds of red and yellow carrots as test materials， two factor completely randomized designed was adopted， 3 000， 6 000， 12 000 r/min hypergravity of two carrot seeds were treated for 20 min， 40 min， 60 min. Then， the processed seeds were sown in the field with normal management. The contents of MDA and proline in seedling stage and the activity of SOD and CTA were determined. Results showed that carrot varieties ‘three red eight inch ginseng and yellow radish variety ‘abreast carrots showed certain impact by hypergravity treatment. Contents of MDA and proline in 3 000 r/min+20 min treatment were significantly higher than those of the control. Treatments of 3 ?000 r/min+20 min and 12 000 r/min+20 min showed no significant difference in free proline contents of red carrot. The activity of SOD in the treatment group was significantly lower than that of the control， showing significant differences. Therefore， the hypergravity treatment could enhance the ?resistance of plant， and the hypergravity technology in the carrot was an effective method for the anti-breeding.

Key words Hypergravity;Carrot;Physiological activity

基金項目 山西省煤基重點科技攻關項目（FT201402）。

作者簡介 張曉萍（1977—），女，山西祁縣人，助理研究員，從事果樹果蔬生理與分子生物學技術研究。*通信作者，副教授，博士，從事果蔬采后生理與分子生物學研究。

收稿日期 2020-05-13;修回日期 2020-05-15

胡蘿卜拉丁學名為（Daucus carota var.sativa DC.），是2年生草本植物，屬于傘形科、胡蘿卜屬，以肉質根作蔬菜食用[1]。亞洲西部的中亞西亞一帶是胡蘿卜的原產地，阿富汗被稱為最早的發源地，13世紀經伊朗傳入中國[2]，至今已有上千年的栽培歷史。胡蘿卜具有很高的營養價值和種植效益，研究認為胡蘿卜有補肝明目、利膈寬腸、健脾和胃等功效[3]，對人的身體具有很好的治療效果，還可以預防多種疾病的發生，被譽為“東方小人參”[4]，因此在我國各地均有栽培。

超重力（hypergravity）指的是利用離心機高速的旋轉，從而產生的離心力高于地球的重力[5]。由于植物在超重力的環境下生長，可以產生優良的變異，因此超重力的科學原理是超重力技術應用的依據。隨著21世紀科學技術的發展，超重力技術在材料、冶金、醫學、環境、生物化工工業、能源等領域都取得了巨大的進展[6-8]，超重力技術具有廣泛的適應性和特殊性能，其優越性能正日益被科學工作者所重視，被譽為是“跨世紀的技術”[9-10]。超重力技術的研究已經越來越受農業科學工作者的青睞。

近年來，關于超重力在農業方面的應用研究不多，而且超重力對胡蘿卜生理生化機理的研究仍鮮見報道。鑒于此，

筆者研究了不同超重力處理條件對紅蘿卜“三紅八寸參”和黃蘿卜“齊頭黃蘿卜”的丙二醛（MDA）含量、游離脯氨酸（Pro）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性的影響，以期為今后胡蘿卜栽培育種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試材料。試驗選用的品種均為太谷縣市售品種，是當地的主栽品種。其中紅蘿卜品種為“三紅八寸參”產地（河北），“三紅八寸參”品種植株生長勢強，葉簇半直立，根形整齊，著色膨大快，成品率高，肉質根似圓柱形，耐暑性強，適合春秋兩季栽植，根長22～25 cm，皮、肉、芯均呈橘紅色，品質優;生、熟食用均可，生長期110 d左右;黃蘿卜品種為“齊頭黃蘿卜”產地（北京），齊頭黃蘿卜品種葉簇較直立，株高50 cm左右，肉質根長圓柱形，長約16 cm，直徑約5 cm，外皮和肉質根均為鮮黃色，質脆、品質好，生育期80 d左右。

1.1.2 主要試驗儀器。 試驗儀器包括電子天平、離心機、紫外分光光度計、托盤天平、分析天平、熒光燈、比色杯、離心管、恒溫水浴鍋、恒溫光照箱、石英砂、研缽、刻度移液管、容量瓶、刻度吸管、微量進樣器、剪刀、容量瓶等。

1.1.3

主要試驗試劑。 試驗試劑包括三氯乙酸（TCA）、硫代巴比妥酸、磷酸緩沖液、甲硫氨酸、氮藍四唑、核黃素溶液、乙二胺四乙酸二鈉、聚乙烯吡咯烷酮、三羥甲基氨基甲烷（Tris）、95%乙醇、冰醋酸、茚三酮、甲苯、脯氨酸、雙氧水、蒸餾水、丙酮等。

1.2 試驗方法

該試驗采用二因素完全隨機設計，以3 000、6 000、12 000 r/min的超重力對2種胡蘿卜種子分別處理20、40、60 min，將處理后的種子直播于大田中，進行正常管理。待出苗30 d后，分別對2種材料的功能葉片進行測定。采用酸性茚三酮比色法測定游離脯氨酸含量;采用硫代巴比妥酸顯色法測定丙二醛含量;采用光化學-氮藍四唑還原法測定超氧化物歧化酶活性;采用紫外吸收法測定過氧化氫酶活性。

1.3 指標測定

1.3.1 丙二醛含量的測定[11]。 ?分別稱取受干旱脅迫的紅蘿卜、黃蘿卜葉片0.3 g，剪碎于研缽中，依次加入2 mL三氯乙酸和石英砂，研磨成勻漿，再加入8 mL三氯乙酸進一步研磨，將勻漿倒入離心管，在4 000 r/min的離心機下離心10 min，取上清液為樣品提取液。取2 mL樣品提取液，加入2 mL三氯乙酸溶液，在沸水浴中反應15 min，待冷卻后，用冷凍離心機進行離心。提取上清液，最后測定450、532和600 nm波長下的吸光度。

MDA（mmol/g）=[6.452×（A532-A600）-0.559×A450]×[Vt/（Vs×FW）]

式中，Vt為提取液總體積（mL）;Vs為測定用提取液體積（mL）;FW為樣品鮮重（g）。

1.3.2 游離脯氨酸含量的測定[12]。 分別稱取新鮮紅蘿卜、黃蘿卜的功能葉片，裝入塑料袋中，迅速帶回實驗室。稱取0.3 g 新鮮樣品剪碎于研缽中，依次加入乙醇和少量石英砂進行研磨，研磨成勻漿后，用刻度移液管移入到不同的具塞試管中，然后向每個試管中分別加入5 mL 3%的磺基水楊酸溶液，在80～85 ℃的沸水浴中反應10 min，待冷卻后，提取脯氨酸濾液。接著吸取2 mL提取液，依次加入2 mL冰醋酸以及2 mL酸性茚三酮試劑，在沸水浴中加熱30 min，溶液即呈紅色。冷卻后加入4 mL甲苯，震蕩靜置，取上清液于離心管中，在3 000 r/min的冷凍離心機下離心5 min。在比色杯中放2 mL上層脯氨酸紅色甲苯溶液，然后以甲苯溶液為空白對照，在520 nm波長處的分光光度計上比色，測定其吸光度。

脯氨酸含量=（C×Vt）/（W×VS×106）×100%

式中，C為從標準曲線上查得的（或計算的）脯氨酸重量（μg）;Vt為提取液總體積（mL）;VS為測定時取用提取液體積（mL）;W為樣品干重（g）。

根據制作標準曲線的方法和要求，制作出在520 nm下游離脯氨酸在不同濃度時的吸光值。標準曲線見圖1。

1.3.3 超氧化物歧化酶活性的測定[13]。在新鮮紅蘿卜、黃蘿卜葉片為待測樣品中分別取0.1 g于研缽中，加入1 mL pH 7.8磷酸緩沖液，在冰浴中研磨成勻漿以便提取SOD;重復3次，在1.5 mL離心管中離心（6 000 r/min）15 min，取中層濾液，然后高速冰凍離心（16 000 r/min）20 min，取上清液測酶活性。在5支試管中分別加入5 mL NBT反應液，從3份酶液中各取100 μL分別加入3支中，另外2支為對照，1支對照管放置于黑暗中作為參比;另1支對照管和3支樣品管在25～30 ℃下光照處理，20 min后出現顏色變化，用560 nm 波長的光比色測定光密度。

SOD活性[U/（g·h）]=[（A0-AS）×Vt×60]/（A0×0.5×FW×VS×t）

式中，A0為光下對照管吸光度;AS為樣品測定管吸光度;Vt為樣品提取液總體積（mL）;VS為測定時取粗酶液量（mL）;t為顯色反應光時間（min）;FW為樣品鮮重（g）。

1.3.4

過氧化氫酶活性測定[14]。稱取待測新鮮紅蘿卜、黃蘿卜葉片各5 g，置于研缽中，加入2～3 mL pH 7.0磷酸緩沖液和少量石英砂研磨成勻漿，倒入25 mL容量瓶中，反復用緩沖液沖洗研缽，定容到刻度，混合均勻。將容量瓶靜置在5 ℃的冰箱中10 min，取上部的澄清液在4 000 r/min下離心15 min，5 ℃下保存備用上清液，上清液為過氧化氫酶粗提液。取10 mL試管3支，2支作為樣品測定管，1支為空白管，每個試管依次加入0.2 mL粗酶液，1.5 mL pH 7.8磷酸緩沖液和1.0 mL蒸餾水。25 ℃預熱，依次加入0.3 mL 0.1 mol的H2O2，試劑每加入一個試管，立即記時，并迅速倒入石英比色杯中，在240 nm下測定吸光值，每隔1 min讀1次，共測4 min，最后計算酶活性。

CAT活性[U/（g·min）]=（△A240×Vt）/（0.1×VS×t×FW）

△A240=As0-[（As1+As2+As3）/3]

式中，As0為煮死酶液對照管吸光度;As1、As2、As3為樣品測定管吸光度;Vt為酶提取液總體積（mL）;Vs為測定時酶液的體積（mL）;FW為樣品鮮重（g）。

1.4 數據處理

采用WPS表格試驗數據分析并繪制散點折線統計圖;采用SAS軟件處理與統計分析進行數據方差分析;利用字母標記法表示多重比較分析結果。

2 結果與分析

2.1 超重力處理對2種胡蘿卜幼苗丙二醛含量的影響

由表1可知，紅蘿卜的超重力處理結果顯示，3 000 r/min+20 min處理的丙二醛含量最大，為0.673 mmol/g，與其他處理和對照間差異達顯著水平。3 000 r/min+40 min、6 000 r/min+20 min、12 000 r/min+20 min處理的丙二醛含量低于對照。3 000 r/min+40 min處理的丙二醛含量最低，為0.33 mmol/g。3 000 r/min+60 min、6 000 r/min+40 min、12 000 r/min+40 min處理的丙二醛含量與對照間無顯著差異。

黃蘿卜的超重力處理結果顯示，6 000 r/min+60 min處理的丙二醛含量最大，為0.885 mmol/g，與其他處理和對照間的差異達顯著水平。3 000 r/min+20 min、3 000 r/min+40 min、3 000 r/min+60 min、6 000 r/min+20 min、6 000 r/min+60 min、12 000 r/min+60 min處理的MDA含量均高于對照，且3 000 r/min+40 min處理與對照無明顯差異。6 000 r/min+40 min、12 000 r/min+20 min、12 000 r/min+40 min處理的MDA含量均低于對照，與對照間差異顯著。6 000 r/min+40 min處理的丙二醛含量最低，為0.44 mmol/g。其中3 000 r/min+60 min處理與6 000 r/min+20 min處理間差異不顯著;6 000 r/min+60 min處理與12 000 r/min+60 min處理間差異不顯著;12 000 r/min+20 min處理與12 000 r/min+40 min處理間差異不顯著。

2.2 超重力處理對2種胡蘿卜幼苗游離脯氨酸含量的影響

由表2可知，紅蘿卜的超重力處理結果顯示，3 000 r/min+20 min處理的游離脯氨酸含量最高，為1.77 μg/g，與12 000 r/min+20 min處理間無明顯差異。與對照相比，3 000 r/min+60 min、6 000 r/min+40 min、6 000 r/min+60 min、12 000 r/min+40 min、12 000 r/min+60 min處理的游離脯氨酸含量降低，其中12 000 r/min+60 min處理的含量最低，為0.30 μg/g。3 000 r/min+40 min、6 000 r/min+20 min處理與對照間無明顯差異，其他處理的游離脯氨酸含量都高于對照。

黃蘿卜的超重力處理結果顯示，3 000 r/min+20 min處理的游離脯氨酸含量最大，與其他處理間差異極顯著。6 000 r/min+20 min、6 000 r/min+40 min、6 000 r/min+60 min處理與對照間差異不顯著。與對照相比，3 000 r/min+20 min、3 000 r/min+40 min、3 000 r/min+60 min、12 000 r/min+20 min、12 000 r/min+40 min處理植株的游離脯氨酸含量顯著升高，最大含量為5.97 μg/g。而12 000 r/min+60 min處理的游離脯氨酸的含量最小，為0.32 μg/g。

2.3 超重力處理對2種胡蘿卜幼苗超氧化物歧化酶活性的影響

由表3可知，紅蘿卜的超重力處理結果顯示，所有處理的超氧化物歧化酶的活性都低于對照，且對照與其他處理相比均顯著升高，其中3 000 r/min+20 min處理與對照差異未達顯著水平。3 000 r/min+40 min、3 000 r/min+60 min、6 000 r/min+20 min處理間差異不顯著;6 000 r/min+20 min、6 000 r/min+40 min與12 000 r/min+20 min、12 000 r/min+40 min處理間差異顯著;12 000 r/min+60 min處理的超氧化物歧化酶活性最低，為200.18 U/g。

黃蘿卜的超重力處理結果顯示，對照的超氧化物歧化酶活性最高，為603.13 U/g，與其他處理間差異達顯著水平。6 000 r/min+20 min、6 000 r/min+40 min、6 000 r/min+60 min、12 000 r/min+20 min處理間的超氧化物歧化酶活性差異不顯著，而6 000 r/min+20 min與6 000 r/min+40 min處理間差異不顯著;12 000 r/min+40 min與12 000 r/min+60 min處理間差異不顯著。

2.4 超重力處理對2種胡蘿卜幼苗過氧化氫酶活性的影響

由表4可知，紅蘿卜的超重力處理結果顯示，對照的過氧化氫酶活性最高，為20.04 μg/（g·min），與其他處理間差異顯著。3 000 r/min+40 min處理與3 000 r/min+60 min處理間的過氧化氫酶活性差異不顯著;6 000 r/min+20 min處理與6 000 r/min+40 min處理間差異不顯著;6 000 r/min+60 min處理與12 000 r/min+20 min處理間差異不顯著。12 000 r/min+60 min處理的過氧化氫酶活性最低，與12 000 r/min+40 min處理間差異不顯著。

黃蘿卜的超重力處理結果顯示，對照的過氧化氫酶活性最高，為21.53 μg/（g·min），與其他處理間差異顯著。3 000 r/min+40 min、3 000 r/min+60 min、6 000 r/min+40 min、6 000 r/min+60 min處理與12 000 r/min+20 min處理間的過氧化氫酶活性差異不顯著;3 000 r/min+20 min處理與6 000 r/min+20 min處理間差異不顯著。12 000 r/min+60 min處理的過氧化氫酶活性最低，為10.06 μg/（g·min），與12 000 r/min+40 min處理間差異不顯著。

3 結論與討論

近年來，隨著科學技術的發展，超重力在農業領域中的研究越來越受到人們的關注。超重力技術是在微重力的基礎上發展起來的，是對微重力的進一步研究。該試驗分別對2種材料的MDA、Pro、SOD、CAT活性生理指標進行測定，經過超重力處理后，4項指標均受到嚴重影響。

通過測定MDA含量來間接了解膜系統受損的程度和植物的抗逆性[15]。該試驗結果顯示，適合的超重力處理可以提高2種胡蘿卜幼苗的抗逆性，丙二醛含量的測定結果顯示，2種胡蘿卜最佳超重力處理是在3 000 r/min+20 min條件下。3 000 r/min+20 min處理的丙二醛的含量均高于對照和其他處理，說明超重力小時會減小對抗逆性的破壞。在正常條件下，植物體內游離脯氨酸的含量降低，但在逆境條件下，體內游離脯氨酸的含量增加[16]。該試驗結果顯示，經過超重力處理后，與對照相比，2種胡蘿卜中脯氨酸的含量有升高也有降低，因此還需要進一步研究適合的胡蘿卜超重力處理方法。

超氧化物歧化酶（SOD）活性與植物的衰老和抗逆性密切相關，是植物體內的重要保護酶之一[17]。而過氧化氫酶是植物體內普遍存在的酶，對植物的呼吸作用和光合作用的形成有影響。CAT活性可以反映某一時期植物體內的代謝及抗逆性的變化[18]。該試驗結果顯示，超重力處理后，2種胡蘿卜幼苗葉片中的SOD和CAT活性均低于對照;對照的活性最高，與其他處理間差異達顯著水平，表明2種胡蘿卜材料經超重力處理后，基因表達和代謝過程都發生了變化，各材料的代謝水平也發生變化，但隨著時間的推移，其代謝趨勢變化與對照差異較大。而3 000 r/min+40 min與3 000 r/min+60 min處理、12 000 r/min+40 min與12 000 r/min+60 min處理間差異不顯著，表明2種胡蘿卜在相同轉數但分鐘數不同的條件下，對不同作物的影響是相同的。

該研究結果顯示，超重力處理對紅蘿卜和黃蘿卜的生理生化活性都有影響，利用一定的超重力處理可提高2種胡蘿卜幼苗的抗逆性。因此，在農業生產中，利用合適的超重力大小以及適當的時間可以增強2種胡蘿卜的抗逆性，減少逆境對植物的傷害。

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