高溫脅迫下2,4-表油菜素內(nèi)酯對西葫蘆幼苗生理及光合特性的影響

王 震，朱 磊，宋金亮，王林忠，孫守如

(河南農(nóng)業(yè)大學園藝學院，河南 鄭州 450002)

高溫脅迫下2,4-表油菜素內(nèi)酯對西葫蘆幼苗生理及光合特性的影響

王 震，朱 磊，宋金亮，王林忠，孫守如

(河南農(nóng)業(yè)大學園藝學院，河南 鄭州 450002)

研究了高溫脅迫下不同質(zhì)量濃度的2,4-表油菜素內(nèi)酯(EBR)處理對西葫蘆幼苗生長、葉片抗氧化酶活性和光合作用的影響。結(jié)果表明,0.5～1.0 mg·L-1EBR處理能有效緩解西葫蘆幼苗在高溫脅迫下受到的傷害，顯著提高葉綠素含量，提高葉片抗氧化酶活性、脯氨酸和可溶性蛋白含量、凈光合速率(Pn)和氣孔導度(Gs)；降低了丙二醛(MDA)含量，蒸騰速率(Tr)，但是對胞間 CO2濃度(Ci)影響不大。0.5 mg·L-1的外源EBR有利于西葫蘆幼苗在高溫脅迫下抗氧化酶活性的維持和對光能的捕獲與轉(zhuǎn)換，并促進其生長。

2,4-表油菜素內(nèi)酯；西葫蘆；高溫脅迫；生理特性；光合作用

西葫蘆(CucurbitapepoL.)，又名美洲南瓜，為葫蘆科南瓜屬1 a生草本植物。與其他瓜類作物相比，西葫蘆不耐高溫，當環(huán)境溫度高于32 ℃花器發(fā)育不良，40 ℃以上即停止生長[1]。在西葫蘆露地春茬的中后期、夏秋茬和秋冬茬的前期，常常發(fā)生高溫障礙，嚴重影響西葫蘆正常的生長發(fā)育。因此，研究西葫蘆耐熱性的生理生化特性及其調(diào)控措施，對于減輕西葫蘆高溫障礙、提高產(chǎn)量有重要意義。油菜素內(nèi)酯(Brassinolide，BR)是一類新型的植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，被稱為第6大類植物激素。BR對高溫、澇害、高鹽、病害等都具有抗性，可改變植物的生理生化水平以保護植物免受逆境脅迫[2-3]。人工合成的高活性油菜素內(nèi)酯類似物大多為表油菜素內(nèi)酯(2,4-epibras-sinolide，EBR)，現(xiàn)已在生產(chǎn)上廣泛應用[4]。蘇南等[5]研究表明，表油菜素內(nèi)酯增加高溫脅迫下甘藍幼苗超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物歧化酶(CAT)、過氧化氫酶(POD)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)的活性，減緩了高溫脅迫下丙二醛(MDA)和過氧化氫(H2O2)的積累，增強了甘藍抗氧化能力，提高了滲透物質(zhì)脯氨酸(Pro)和可溶性蛋白含量，有效緩解了甘藍幼苗的高溫脅迫。吳雪霞等[6]研究表明0.05 mg·L-1外源EBR能明顯減輕葉片氧化損傷, 增強茄子的耐鹽能力，促進鹽脅迫下茄子種子正常萌發(fā)和幼苗生長。張永平等[7]認為EBR有利于提高甜瓜幼苗在高溫脅迫下抗氧化酶活性，增強對光能的捕獲與轉(zhuǎn)換能力。李勝[8]研究表明外源BR能促進高溫脅迫下西葫蘆幼苗抗氧化酶活性和Pro、MDA含量, 降低CAT含量。本試驗以珍玉10號西葫蘆為材料，研究幼苗經(jīng)過不同質(zhì)量濃度EBR處理對高溫脅迫下西葫蘆的耐熱性相關(guān)生理指標的變化影響，旨在為EBR提高西葫蘆耐熱性方面的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1試驗材料

供試材料為珍玉10號西葫蘆，由河南豫藝種業(yè)科技發(fā)展有限公司提供。EBR購于上海源葉生物有限公司，先用少量乙醇溶解，再用蒸餾水配制100 mg·L-1的母液，4℃保存。日本園試配方營養(yǎng)液參照日本園試營養(yǎng)液配方配置[9]。

1.2試驗處理

試驗在河南農(nóng)業(yè)大學園藝學院實驗基地進行，挑選籽粒飽滿的西葫蘆種子浸種催芽，出芽后播種于塑料營養(yǎng)缽(10 cm×10 cm)中，育苗基質(zhì)為混合基質(zhì)(m)泥炭：(m)蛭石：(m)珍珠巖=2∶1∶1，種子萌發(fā)后每隔3 d澆1/8質(zhì)量濃度日本園試營養(yǎng)液1次，當幼苗長至3葉1心時，選取生長一致的植株作如下處理。首先，分別用質(zhì)量濃度為0、0.05、0.1、0.5、1.0 mg·L-1的EBR溶液噴施幼苗，連續(xù)噴施4 d。將處理的幼苗移至人工氣候箱(寧波萊福儀器PQX-330A-12H)內(nèi)進行高溫脅迫處理，處理時間為24 h，溫度為晝(43±1)℃/夜(30±1)℃[10]，高溫脅迫條件參照李勝[8]、劉建輝等[10]的研究方法。每處理10珠，3次重復。對照處理(CK)為不進行高溫處理和不噴施EBR的幼苗。高溫處理與對照處理除溫度不同外，光照、濕度等其他因素均保持一致。高溫脅迫24 h后取植株第2片真葉進行各項指標的測定。

1.3測定指標與方法

葉綠素(Chl)含量采用浸提法[11]；利用LI-6400光合儀(美國LI-COR公司生產(chǎn))對葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)進行測定[12]。

可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250法測定； Pro含量測定采用茚三酮比色法； SOD活性采用NBT光還原法測定；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定；CAT采用高錳酸鉀滴定法測定；MDA含量用硫代巴比妥酸法測定[13]。

1.4統(tǒng)計與分析

利用SPSS20.0軟件進行單因素方差分析及Duncan’s 差異顯著性測驗。采用Prism 5.0軟件進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1高溫脅迫下EBR對西葫蘆光合色素含量的影響

由表1可知，在高溫脅迫條件下,與未噴施EBR的幼苗相比，不同質(zhì)量濃度的EBR處理均能提高幼苗光合色素含量，以0.50 mg·L-1EBR處理效果最好(僅0.10 mg·L-1EBR處理的葉綠素b含量高于0.50 mg·L-1EBR處理)，其葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量、類胡蘿卜素含量分別提高了68.86%、50.29%、65.07%和57.46%，其中葉綠素總含量高于CK，葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量顯著高于CK。

表1 高溫脅迫下EBR 對西葫蘆幼苗葉片光和色素含量的影響

注：同列數(shù)據(jù)中不同小寫字母表示差異達到0.05 顯著水平。下同。

Note:The different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level. The same as below.

2.2高溫脅迫下EBR對西葫蘆相關(guān)光合指標參數(shù)的影響

由表2知，高溫脅迫處理時，西葫蘆幼苗葉片Pn和Gs均顯著低于對照(CK)。與未用EBR處理相比，不同濃度的EBR處理提高了幼苗Pn和Gs，Pn和Gs在0.5～1.0mg·L-1EBR處理時差異顯著，其中以 0.5mg·L-1EBR上升幅度最大，分別增加了34.46%和16.13%。而Ci和Tr變化趨勢與Pn和Gs正好相反，高溫脅迫時，除0.5mg·L-1EBR處理低于對照CK，其余EBR處理的Ci均高于CK，Tr高于CK。與未用EBR處理相比，不同質(zhì)量濃度的EBR處理均降低幼苗的Ci和Tr。不同處理間Tr存在差異，而Ci差異不顯著。

表2 高溫脅迫下EBR對西葫蘆幼苗葉片相關(guān)光合參數(shù)的影響Table 2 Effects of EBR on activities of photosynthesis in Zucchini Seedlings under high temperature

2.3高溫脅迫下EBR對西葫蘆幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由圖1可知，高溫脅迫時，幼苗Pro含量顯著高于對照(CK)。與未用EBR處理相比，不同質(zhì)量濃度的EBR處理提高了幼苗Pro含量，0.1～1.0 mg·L-1EBR處理差異顯著，其中0.5 mg·L-1EBR處理的最高，提高了45.06%。高溫脅迫處理時，可溶性蛋白高于對照(CK)。其中以0.1、0.5mg·L-1處理的可溶性含量最高，與未用EBR處理相比，分別提高了25.08%和27.11%。

圖1 高溫脅迫下EBR對西葫蘆幼苗葉片可溶性蛋白、脯氨酸的影響Fig.1 Effects of EBR on activities of soluble protein，proline in Zucchini seedlings under high temperature stress

2.4高溫脅迫下EBR對西葫蘆抗氧化代謝的影響

由表3可知，與對照相比，高溫脅迫下幼苗的SOD、POD、CAT 3種保護性酶活性顯著增強。采用不同濃度的EBR處理后，幼苗的3種酶活性比未處理的幼苗有所升高，且變化趨勢基本一致。0.05～1.0 mg·L-1的EBR處理均能顯著提高幼苗的SOD、POD和CAT的酶活性，其中以0.5 mg·L-1處理活性最高，分別比不用EBR處理的幼苗增加8.49%、117.72%和110.94%。但進一步提高EBR的質(zhì)量濃度(1.00 mg·L-1)，3種保護性酶的活性均有所下降。高溫脅迫造成了幼苗細胞膜的損傷，造成了MDA的積累，0.05～1.0 mg·L-1的EBR處理能減緩MDA的累積，其中0.5 mg·L-1EBR處理效果最好，幼苗的MDA的含量較未處理的幼苗下降44.62%，而質(zhì)量濃度為1.00 mg·L-1時，幼苗的MDA積累較0.5 mg·L-1EBR的處理有所上升。

表3 高溫脅迫下EBR對西葫蘆幼苗葉片SOD、POD、CAT活性和MDA含量的影響Table 3 Effects of EBR on activities of SOD,POD,CAT and MDA in Zucchini seedlings under high temperature stress

3 結(jié)論與討論

高溫脅迫下，影響植物生物膜的穩(wěn)定性，導致活性氧代謝失衡，細胞內(nèi)活性氧大量積累而使細胞受到了氧脅迫。同時，高溫脅迫下光合作用普遍受到抑制。BR能通過提高細胞保護酶活性和光合作用、促進脯氨酸積累及改善細胞膜透性等方面來提高植物的抗逆性(抗旱性、抗冷抗旱性、抗熱性、抗鹽性)[14]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)施用外源EBR可以提高作物的產(chǎn)量以及在弱光和高溫等逆境條件下促進植株生長[15]。本試驗表明，高溫脅迫后西葫蘆幼苗葉綠素含量、光合參數(shù)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、抗氧化酶活性均顯著低于對照，EBR可以有效緩解高溫脅迫對西葫蘆幼苗生長的抑制作用，這與前人的研究結(jié)果一致[16-17]，EBR質(zhì)量濃度為0.05～1.0 mg·L-1的緩解效果最好，其中以0.5 mg·L-1EBR處理生物量增加最大。高溫脅迫后，各EBR處理下的西葫蘆幼苗葉片SOD、POD、CAT活性增加，說明西葫蘆幼苗可通過自身的調(diào)節(jié)機制維持較高的抗氧化酶活性，以適應環(huán)境脅迫。與未用EBR處理相比，0.5 mg·L-1EBR處理顯著提高了西葫蘆幼苗抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性，有利于及時清除自由基，減少膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA的生成，保護膜的結(jié)構(gòu)和功能的完整。與對照(CK)相比，高溫脅迫后，西葫蘆幼苗可溶性蛋白含量和Pro含量顯著升高，與未用EBR處理相比， 0.5mg·L-1EBR處理差異顯著。EBR高溫脅迫下促進Pro積累有顯著作用，Pro的增加有助于細胞或組織持水，增強了植物對逆境環(huán)境下的抵抗力。可溶性蛋白含量增加的原因可能是由于高溫脅迫下EBR能促進西葫蘆幼苗合成更多的熱激蛋白， 產(chǎn)生的熱激蛋白可保護機體蛋白質(zhì)免遭損傷或修復已受損的蛋白質(zhì)，使植物耐熱性增強，但也不排除是不溶性蛋白變成可溶性蛋白的可能，還有待于進一步研究。

葉綠素含量是影響光合作用光能吸收的重要因子，在高溫脅迫條件下，與未噴施EBR的處理相比，0.05～1.0 mg·L-1EBR處理均能顯著提高西葫蘆幼苗葉綠素含量，與未噴施EBR的處理相比，0.5 mg·L-1EBR處理的葉綠素含量顯著提高，這與陸兵等[18]研究結(jié)果不同。光合作用是植物對于高溫脅迫最為敏感的生理反應之一，往往在其他的高溫誘導傷害癥狀出現(xiàn)之前就已因高溫受到抑制[19]。高溫抑制植物的光合作用，導致光合速率下降可能是氣孔因素，也可能是非氣孔因素引起的[20]。本研究表明，高溫脅迫后，Pn和Gs下降，Ci值升高，與未用EBR處理相比，不同濃度的EBR處理提高了幼苗Pn和Gs，Pn和Gs在0.5～1.0 mg·L-1EBR處理差異顯著，各EBR處理下的Pn、Gs含量升高說明Pn的下降是由于非氣孔因素阻礙了CO2的利用，與張永平[7]研究結(jié)果一致。而Tr的升高說明在高溫脅迫過程中，植株可以通過改變蒸騰速率來調(diào)節(jié)體溫和礦物質(zhì)的運轉(zhuǎn)，從而減輕高溫的傷害。據(jù)此推斷，高質(zhì)量濃度EBR處理能有效緩解高溫脅迫對西葫蘆幼苗生長的抑制作用，EBR可能通過促進光合機構(gòu)對CO2的利用能力及提高高溫脅迫后西葫蘆幼苗葉片的葉綠素含量來提高光合作用。

綜上所述，EBR緩解西葫蘆幼苗高溫脅迫具有劑量效應，以0.5 mg·L-1EBR的效果較好，可以提高抗氧化酶的活性和凈光合速率, 從而增強植株的耐熱性，增加西葫蘆幼苗生物量。

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(責任編輯：李 瑩)

Effectsof2,4-Epibrassinolideonphysiologicalcharacteristicsandphotosyn-thesisofzucchiniseedlings(CucurbitapepoL.)underhightemperaturestress

WANG Zhen，ZHU Lei，SONG Jinliang，WANG Linzhong，SUN Shouru

(College of Horticulture，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China)

Under high temperature stress,the effect of 2,4-epibrassionolide(EBR)on the growth,activities of antioxidant enzymes and photosynthesis in squash seeding leaves were investigated.The results showed that the treatment of 0.5～1.0 mg·L-1EBR could alleviate high temperature damage effectively.At these concentrations,the seedling growth, chlorophyll content,activities of antioxidant enzymes, contents of proline and soluble protein, net photo-synthetic rate (Pn) and stomatal conductance (Gs) in leaves were significantly increased, while malondialdehyde (MDA) content, intercellular carbon dioxide concentration (Ci) and transpiration rate (Tr) in leaves was decreased. The above results indicated that there was dosage effect of EBR on the alleviation of high temperature in Squash seedlings, and the better alleviating effect on high temperature damage was 0.5 mg·L-1EBR.EBRwas favorable for the seedlings to increase the growth, maintain antioxidant enzyme activity, capture and converse solar energy, and thus improving squash growth.

2,4-epibrassinolide; squash; high temperature stress; physiological characteristics; photosynthesis

S642.6

：A

2015-10-30

國家自然科學基金項目(31301768)

王 震(1991-)，男，河南鄭州人，碩士研究生，主要從事蔬菜育種研究。

孫守如(1963-)，男，河南封丘人，教授，碩士研究生導師。

1000-2340(2016)02-0198-05