高溫脅迫時長對菜心幼苗生理指標的影響研究*

張 琨 王 琦 張玫云

（山西大同大學生命科學學院，山西 大同037009）

菜心（Brassica campestrisL.ssp.chinensisvar.utilisTsen et Lee）屬十字花科蕓薹屬蕓薹種，是白菜亞種中以花薹為產品的變種，俗稱菜薹。菜心主薹高22～25 cm、黃綠色，側莖較少，葉片呈寬卵圓形或橢圓形、綠色或黃綠色。菜心葉片柔嫩，味甘苦，富含蛋白質、脂肪、鈣、鐵、胡蘿卜素、VC等營養成分，深受廣大消費者喜愛。菜心起源于我國南部，現廣泛分布于廣東、上海、浙江、江蘇和安徽等地，是我國南方的特色蔬菜。菜心一年四季均可種植，周年供應，既可內銷又可出口創匯，在蔬菜市場占有重要地位[1]。

溫度影響蔬菜的外觀形態、光合作用、水分生理、內源激素和細胞的膜穩定性及保護酶系統等[2]。我國南方地區夏季炎熱，持續高溫常導致菜心植株纖細、產量低、品質差，苗期遭受高溫脅迫更會給植株生長帶來不可逆的影響，高溫已成為夏秋茬菜心減產的重要因素。選育耐熱性強的菜心品種，開展其耐熱生理生化機理研究是保證菜心的產量和品質、提高種植效益的關鍵措施。目前針對番茄[3]、辣椒[4]、茄子[5]和獼猴桃[6]等作物的高溫脅迫下生理特性及適應性機理研究較多，有關菜心在高溫脅迫下生理指標變化的報道較少。為此，本研究以黃葉四九菜心為試驗材料，以不同時長（1 h、3 h、5 h、7 h）高溫脅迫（40℃）處理菜心幼苗，探測其葉片中脯氨酸（Proline，PRO）、丙二醛（Malondialdehyde，MDA）和可溶性糖含量，探明菜心在高溫脅迫下生理抗性機制，為提高菜心的耐熱性、培育耐高溫菜心新品種提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試菜心品種為黃葉四九，產自廣東。

1.2 試驗方法

將均勻、飽滿的菜心種子置于培養皿中催芽3 d，挑選長勢良好的芽苗栽種于50孔穴盤中。育苗基質用珍珠巖、天然發酵木薯渣和蛭石等制成。育苗期間提供適宜的土壤、光照和水分條件。溫度保持白天26℃左右、持續時間14 h，夜間13℃左右、持續時間10 h。90%幼苗長出3片真葉時，每個處理各挑選長勢相同的20株幼苗放入人工氣候培養箱中培養。人工氣候箱溫度設置為40℃，高溫脅迫時長分別設置1 h、3 h、5 h、7 h，以在26℃條件下培養（高溫脅迫0 h）的幼苗為對照，其他條件一致。

1.3 生理指標測定

每個處理選10株長勢一致的菜心幼苗，取其第3片真葉，洗凈后用濾紙吸干葉片表面水分，剪去葉脈，用電子天平稱重后測定脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量，重復3次。脯氨酸含量采用磺基水楊酸提取、茚三酮顯色法測定[7]，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定[7]，可溶性糖含量采用張志良的蒽酮比色法測定[8]。試驗數據用Mirosoft Excel 2010和SPSS23.0處理。

2 結果與分析

2.1 高溫脅迫時長對菜心幼苗脯氨酸含量的影響

高溫脅迫時長對菜心幼苗脯氨酸含量的影響見表1。

表1 各處理菜心葉片脯氨酸的含量

由表1可知，菜心葉片脯氨酸的含量隨高溫脅迫時間的延長顯著升高。其中40℃高溫脅迫1 h處理的葉片脯氨酸含量為15.30μg/g，較26℃高溫脅迫0 h（ck）（6.25μg/g）增加145%，差異極顯著；40℃高溫脅迫3 h處理的葉片脯氨酸含量較40℃高溫脅迫1 h處理略有增加，但差異不顯著；40℃高溫脅迫5 h處理的葉片脯氨酸含量為25.36μg/g，顯著高于40℃高溫脅迫3 h處理；40℃高溫脅迫7 h處理的葉片脯氨酸含量極顯著高于其他處理，較26℃高溫脅迫0 h（ck）增加510%。由此說明，隨著高溫脅迫時間的延長，菜心葉片脯氨酸含量積累增加，用以降低葉片滲透勢，增強植株的抗逆能力。

2.2 高溫脅迫時長對菜心幼苗可溶性糖含量的影響

高溫脅迫時長對菜心幼苗可溶性糖含量的影響見表2。

表2 各處理菜心葉片可溶性糖的含量

由表2可知，菜心葉片可溶性糖含量隨高溫脅迫時間的延長而逐漸升高。其中40℃高溫脅迫1 h處理的葉片可溶性糖含量為9.97 mg/g，較26℃高溫脅迫0 h（ck）（9.04 mg/g）增加10%，差異不顯著；40℃高溫脅迫3 h處理的葉片可溶性糖含量為11.29 mg/g，較40℃高溫脅迫1 h處理增加13%，差異顯著；40℃高溫脅迫5 h處理的葉片可溶性糖含量為12.47 mg/g，較40℃高溫脅迫3 h處理差異不顯著；40℃高溫脅迫7 h處理的葉片可溶性糖含量最高，達15.11 mg/g，極顯著高于其他處理。說明可溶性糖作為葉片中主要的滲透調節物質，在菜心抵御高溫脅迫中發揮了重要作用。

2.3 高溫脅迫時長對菜心幼苗丙二醛含量的影響

高溫脅迫時長對菜心幼苗丙二醛含量的影響見表3。

由表3可知，在一定時長范圍內（0～5 h），隨著高溫脅迫時間的延長，菜心葉片丙二醛含量呈上升趨勢。其中40℃高溫脅迫5 h處理的葉片丙二醛含量達到最高，說明此時菜心葉片中細胞膜脂過氧化作用最強，植物受傷害程度最大；40℃高溫脅迫7 h處理的葉片丙二醛含量極顯著低于40℃高溫脅迫5 h處理，說明此時細胞膜脂過氧化作用減弱，菜心對高溫逆境表現出一定的適應性。

表3 各處理菜心葉片丙二醛的含量

3 結論與討論

高溫脅迫對植物的影響表現在諸多方面，整個變化過程和機理十分復雜，脅迫前后存在明顯差異[9]。從外觀來看，對照的菜心葉片呈鮮綠色，菜心主莖直挺，幼苗充滿生機活力。經過高溫脅迫后的幼苗則發生不同程度的萎蔫，出現葉片變黃、莖變軟萎縮、葉片脫水卷曲等熱害癥狀。隨著脅迫時間的延長，高溫給植株帶來的損傷表現得愈發明顯，高溫脅迫明顯抑制了菜心的生長發育。

高溫脅迫下，植物通過體內積累脯氨酸、可溶性糖等抗逆物質來抵御脅迫危害。因此，監測脅迫下抗逆生理指標含量的變化，可為研究植物抗逆生理機制提供重要的理論依據。大豆幼苗在高溫脅迫下，細胞內的淀粉可轉變為可溶性糖類，同時細胞中游離氨基酸含量明顯提高，通過滲透調節物質的釋放減輕了不利環境對植株的傷害，實現了自我調節[10]。冬小麥[11]和水稻[12]遭遇高溫脅迫后，體內脯氨酸含量迅速升高，提高了細胞膜保護酶活性，維持細胞膨壓和膜的穩定性，增強了植株對高溫脅迫的耐受性。高溫逆境對植物細胞的傷害多為膜系統損傷，直觀表現為電解質泄漏。丙二醛是膜脂過氧化作用的產物，丙二醛積累量越大，細胞受損程度越大，依據丙二醛的積累情況可對植物的耐熱性做判斷。王倩等[13]發現，白菜受到高溫脅迫后，葉片中丙二醛含量隨高溫脅迫程度的加深增加明顯，且不同白菜品種的耐熱性存在明顯差異。本試驗通過高溫處理菜心幼苗，檢測到植株體內脯氨酸和可溶性糖含量隨逆境時間的延長顯著增加，在高溫脅迫7 h時均達到最大值，說明菜心在持續高溫條件下通過積累抗逆物質維持各器官較強的滲透能力，以消除高溫環境帶來的不利影響。與對照相比，高溫脅迫7 h時菜心脯氨酸含量的增幅明顯大于可溶性糖含量，說明菜心內的脯氨酸在參與滲透調節過程中發揮了更為關鍵的作用，對高溫脅迫反應也比可溶性糖更敏感。菜心葉片丙二醛含量呈現先升后降的變化趨勢，表明菜心通過滲透調節物質的不斷積累，滲透調節能力持續提高，高溫脅迫5 h后其丙二醛含量下降，說明菜心細胞膜脂過氧化作用逐漸減弱，膜保護體系對高溫逆境具備了一定的適應性。