亞精胺在緩解菜豆幼苗低溫脅迫中的作用

劉 暢，李佳蔭，馮國軍，劉大軍，楊曉旭

（黑龍江大學現代農業與生態環境學院，哈爾濱 150000）

0 引言

蔬菜作物在遭遇低溫脅迫時，起初僅在其有機體內部產生相應的生理生化變化[1]，抵御暫時出現的可逆傷害，但隨著低溫脅迫持續時間的延長，植株就會表現出相應的冷害癥狀，在外部形態上發生明顯變化[2]。除了建造一些新型的栽培設施來提高設施內的溫度以及選育一些耐低溫品種外，在作物低溫脅迫逆境耐性生理和傷害機理研究的基礎上，有根據地選擇一些外源調節物質（如一氧化氮、水楊酸、多胺等）對作物進行處理，提高其自身對低溫脅迫的抵御能力，是目前提高作物低溫脅迫逆境耐性最簡便，最行之有效的方法之一，并且具有廣闊的應用前景。探討外源物質如何緩解低溫對植物的損傷，增強植物的耐低溫性，也有利于進一步了解植物在抵御低溫脅迫時的生理機制，因此具有十分重要的理論意義。

多胺(PAs)是一種低分子量、聚陽離子、脂肪族含氮化合物，是植物應答逆境脅迫的重要物質[3]。在植物體內常見和研究較多的多胺是腐胺(Put)、亞精胺(Spd)與精胺(Spm)。前人研究表明逆境條件下外施PAs能夠穩定細胞膜結構[4]；能夠通過提高植物抗氧化系統酶活性來清理活性氧和減少活性氧的生成，維護細胞質膜、蛋白質及核酸等生物大分子穩定，降低活性氧損傷、增強植物的抗逆能力[5-7]；能夠通過增加其在葉綠體中的含量，并增加葉綠素含量，影響植物在逆境中的光合作用，進而提高植物葉片的光合效率[8-9]；能夠對碳水化合物積累酶的活性造成影響來增加植物在逆境脅迫中碳水化合物的含量，保證植物在逆境時，能夠合成足夠的碳水化合物，減緩逆境對其生長的損傷[10-11]。雖然前人關于多胺對緩解植物逆境脅迫作用的可能機理做了大量研究，但關于菜豆方面的研究鮮有報道。同時由于不同多胺在不同逆境中的作用機理也不相同，因此對于多胺在蔬菜作物抗逆性中的影響存在爭議。

本研究將通過對低溫敏感型和耐低溫型兩種類型菜豆品種，進行低溫條件外源Spd的噴施。分析外源Spd對低溫脅迫下菜豆幼苗的植株生長形態、抗氧化系統、滲透調節物質、生物膜、內源多胺含量的影響，探討外源Spd在緩解菜豆幼苗在低溫脅迫中的作用機理，為在低溫環境中，菜豆的種植提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

以低溫敏感型菜豆品種‘P16093’和耐低溫型菜豆品種‘P16165’為實驗材料（低溫敏感型用‘PV-S’表示，耐低溫型用‘PV-R’表示），在營養缽中播種，長至三葉一心，在第三片真葉展平時進行處理，試驗設置3個處理組：①CK：葉片噴施蒸餾水后將植株轉移至光照培養箱中（12 h光照，12 h黑暗），溫度設置為25/15℃（晝/夜）；②LT：葉片噴施蒸餾水后將植株轉移至光照培養箱中（12 h光照，12 h黑暗），溫度設置為低溫15/6℃（晝/夜）；③LT+Spd：葉片噴施1 mmol/L的Spd后將植株轉移至光照培養箱中（12 h光照，12 h黑暗），溫度設置為低溫15/6℃（晝/夜）。

共處理8天，每2天取一次樣，分別記做0、2、4、6、8天。取樣部位為第一片真葉，每個取樣點的處理均進行3次重復。

1.2 生理指標測定方法

株高測定：將植株從子葉節處剪斷，用尺子測量子葉節處至頂端的長度即為株高；植株鮮重測定：將植株從子葉節處剪斷，子葉節以上部分稱重即為鮮重；植株干重測定：將測過鮮重的植株裝進信封紙中，放進60℃的烘箱，烘干48 h，稱取植株重量即為植株干重。

相對電導率測定參照Sairam and Srivastava[12]的方法；MDA含量測定參考硫代巴比妥酸比色法[13]；可溶性蛋白含量的測定參考考馬斯亮藍法[14]；脯氨酸含量測定方法采用茚三酮比色法[15]；SOD活性測定參照NBT（氮藍四唑）法[16]；POD活性測定參照愈創木酚法[17]；CAT活性測定參照紫外吸收法[18]；內源多胺含量的測定參考宋永駿的方法[19]。

2 結果與分析

2.1 外源Spd對低溫脅迫下菜豆幼苗生長的影響

由圖1可以看出，低溫處理‘PV-S’和‘PV-R’的株高、莖粗、干鮮重都低于常溫對照，說明低溫抑制了‘PV-S’和‘PV-R’的生長，而經過Spd處理后2個品種與LT組相比他們的株高、莖粗、干鮮重都明顯增加，結果表明低溫條件下，外源噴施亞精胺可以緩解低溫對植株的生長造成的影響。

圖1 低溫敏感型‘PV-S’和耐低溫型‘PV-R’中株高、莖粗、鮮重和干重的變化

2.2 外源Spd對低溫脅迫下菜豆幼苗生物膜損傷的影響

由圖2可知，與CK相比低溫使菜豆幼苗葉片相對電解質滲漏率升高，而在低溫條件下進行外源Spd的噴施后使得兩品種的電解質滲透率與各自的LT組相比明顯下降，在第6天差異最大分別下降了15.48%和16.94%，說明低溫條件下外施Spd可以緩解菜豆葉片電解質的外滲，降低生物膜損傷。

圖2 低溫敏感型‘PV-S’和耐低溫型‘PV-R’的電解質滲漏率變化

由圖3可知，在‘PV-S’中，3個處理組的丙二醛含量變化趨勢一致，但CK和LT+Spd處理組在第6天達到最大值，LT處理組在第4天達到最大值，在第6天后，LT+Spd處理組的丙二醛含量開始降低，結果表明外源亞精胺雖然能夠緩解低溫脅迫下菜豆幼苗的生物膜損傷，但6天之后緩解效果降低。在耐低溫型‘PV-R’中，3個處理組的丙二醛含量變化趨勢大體一致，LT+Spd處理組也表現出通過改變丙二醛的含量，緩解生物膜的損傷，但‘PV-R’噴施Spd后丙二醛的變化程度要明顯低于‘PV-S’。

圖3 低溫敏感型‘PV-S’和耐低溫型‘PV-R’的丙二醛含量

2.3 外源亞精胺對低溫脅迫下菜豆幼苗滲透調節物質含量的影響

由圖4可以看出，低溫處理增加兩品種葉片中可溶性蛋白的含量，在第2天達到最大值。在‘PV-S’中，與LT、CK組比較，低溫條件下施用Spd可以降低可溶性蛋白的含量，且在第2天之后效果降低；‘PV-R’與‘PV-S’變化一致，但低溫下噴施外源亞精胺的效果在第6天時消失。結果表明，無論低溫敏感型品種和耐低溫型品種，低溫條件下外施Spd都能緩解可溶性蛋白的增加，并且在第2天的效果最明顯。

圖4 低溫敏感型‘PV-S’和耐低溫型‘PV-R’的可溶性蛋白含量

由圖5可知，在‘PV-S’中，與同一時期LT處理組的脯氨酸含量相比，外施Spd使葉片內脯氨酸含量顯著升高，且在第2天時有最大值；在‘PV-R’中，與同一時期LT處理組的脯氨酸含量相比，LT+Spd處理組的脯氨酸含量也顯著高于LT處理組，在第6天有最大值。說明低溫條件下噴施Spd能夠促進菜豆葉片中脯氨酸的積累，但是不同品種的作用時間不同。

圖5 低溫敏感型‘PV-S’和耐低溫型‘PV-R’的脯氨酸含量

2.4 外源Spd對低溫脅迫下菜豆幼苗活抗氧化系統的影響

由圖6可以看出，對于低溫敏感型品種‘PV-S’，低溫條件下噴施Spd可以使SOD、POD、CAT的活性增強，但對于SOD活性的增強效果不顯著，對于POD和CAT活性增強的效果顯著。噴施Spd后第2天POD達到最大值，且與LT組相比存在極顯著差異。對于CAT，噴施Spd后第4天與LT組相比開始升高，在第6天達到最大值。對于耐低溫型‘PV-R’，3組處理的SOD活性沒有顯著差異，POD、CAT活性變化與‘PV-S’一致。結果表明，低溫條件下噴施外源亞精胺可以通過提高抗氧化酶POD和CAT的活性，緩解低溫脅迫對植株造成的損傷。

2.5 外源胺亞精胺對低溫脅迫下菜豆幼苗內源多胺含量的影響

由圖7可以看出，與同時期的CK和LT組相比，兩品種LT+Spd處理組的內源Put含量顯著提高，‘PV-S’在低溫處理后第4天達到最大值，‘PV-R’在低溫處理后第6天達到最大值。與同時期的CK和LT組相比，兩品種LT+Spd處理組的內源Spd含量顯著提高，均在低溫處理后第4天達到最大值。而低溫條件下外施Spd后兩品種中內源Spm的含量變化沒有明顯規律。表明低溫條件下，菜豆幼苗外源Spd的噴施主要影響了內源Put和Spd的含量。

圖7 低溫脅迫下亞精胺對低溫敏感型‘PV-S’和耐低溫型‘PV-R’的內源多胺含量的影響

3 討論

在過去的幾十年中低溫是一種導致農業減產的主要環境脅迫[20]。在本試驗中，低溫脅迫抑制了菜豆幼苗的生長，而通過應用外源Spd能夠明顯改善這種不利影響。這一結果與前人的研究結果是一致的[21-24]。亞精胺的施用可以對低溫脅迫下的植物起到保護作用，可能是因為多胺可以與帶電大分子相互作用來調節膜結構，導致在脅迫條件下膜的穩定性增強[25]。在植物受到低溫脅迫的時候體內多胺的積累被認為是一種自我保護的有效策略[26]。在本研究中低溫脅迫下菜豆葉片中多胺含量增加，外源Spd的施用進一步增加了內源Put和Spd的含量?；诒緦嶒灪颓叭说难芯拷Y果，施用外源Spd可以通過提高內源Put和Spd含量來減輕低溫脅迫對菜豆植株產生的負面影響。在植物抵抗非生物脅迫時ROS爆發是植物體內最早的反應之一。許多研究都報道了在脅迫條件下多胺能夠清除ROS，并通過減少脂質過氧化反應穩定膜結構[27-28]。在本研究中表明，外源Spd處理提高了抗氧化酶活性，尤其是POD和CAT。這與在黃瓜[29]和大豆[30]上的研究結果類似。因此可以表明在低溫脅迫下外源Spd可以調節ROS清除系統。綜上所述，本研究表明外源Spd通過改善細胞膜透性、改變可溶性物質含量、直接或間接抑制活性氧產生，促進內源Put和Spd產生來有效提高菜豆的耐低溫性。本研究結果可以為今后如何在低溫條件下進行菜豆栽培管理提供一個良好的思路。本實驗的不足之處在于只進行了苗期的實驗，沒有對施用Spd使菜豆幼苗順利度過低溫環境之后的生長狀態進行追蹤，在之后的研究中我們會針對這一不足進行研究，觀察后續植株生長狀態以及對產量的影響。

4 結論

通過上述試驗結果發現，菜豆幼苗在遭遇低溫脅迫下，幼苗株高、莖粗、干鮮重與對照相比都明顯下降，施用外源Spd能夠緩解這一趨勢。經過Spd處理后兩個菜豆品種在之后8天中相對電導率與LT組相比都有所下降，最多下降了16.94%，表明外源Spd能夠穩定膜結構；通過噴施Spd使得兩個菜豆品種幼苗中脯氨酸含量上升，最高上升了426.11%，可溶性蛋白含量下降，最多降低了6.56%，表明外源Spd可以改變可溶性物質含量；通過噴施Spd使得兩個菜豆品種幼苗中抗氧化酶POD和CAT活性升高，最多升高44.71%和128.57%，表明外源Spd可以誘導植物體內抗氧化酶活性；同時外源Spd還可以促進植物內源Put和Spd的積累，緩解低溫脅迫對菜豆幼苗的傷害。綜上所述，在低溫脅迫下，外源Spd的施用能夠有效提高菜豆幼苗耐低溫性。