普通白菜耐熱性鑒定相關(guān)生理指標(biāo)的研究

宋 波，胡俏強(qiáng)，徐 海，樊小雪，陳龍正?

，袁希漢1，2

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，江蘇 南京210014；2.江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210014；3.南京市蔬菜科學(xué)研究所，江蘇南京210042）

普通白菜（Brassica campestris ssp.chinensis Makino）原產(chǎn)于中國(guó)，性喜冷涼，生長(zhǎng)期適溫為15～20℃，而夏秋季氣溫高，普通白菜常表現(xiàn)出生長(zhǎng)緩慢，死苗率高，病毒病嚴(yán)重，苦味、纖維含量明顯增加，葉片易變黃、腐爛等［1］。因此，選育出耐熱質(zhì)優(yōu)的不結(jié)球品種是當(dāng)前生產(chǎn)的迫切需求。

植物的耐熱性是植物適應(yīng)高溫條件的一種生理反應(yīng)，它與植物抗氧化防御系統(tǒng)的活性具有密切關(guān)系［2］。葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）是細(xì)胞內(nèi)清除活性氧系統(tǒng)中的重要酶，能有效地阻止O2－和H2O2在植物體內(nèi)積累，使細(xì)胞內(nèi)自由基維持在低水平上，防止細(xì)胞受自由基的毒害［3］。前人對(duì)普通白菜在熱激下保護(hù)酶活性和脯氨酸含量已進(jìn)行一些研究，研究表明：對(duì)普通白菜進(jìn)行熱激處理后，耐熱品種葉片中POD、CAT、SOD活性的增幅大于不耐熱品種［1］，葉片和根系的POD活性與苗期和成株期耐熱性的相關(guān)性顯著［4］；在脯氨酸研究方面，高溫處理下的游離脯氨酸的相對(duì)或絕對(duì)含量與普通白菜的耐熱性存在顯著或極顯著的相關(guān)性［5－6］。但這些研究?jī)H基于不同的處理溫度和處理時(shí)間，研究各生理指標(biāo)的變化趨勢(shì)，并未鑒定出不同耐熱性材料差異的最佳處理溫度和時(shí)間。本試驗(yàn)以3份不同耐熱性的普通白菜材料為試料，在前期研究得出的苗期耐熱性鑒定最佳溫度處理下［7］，研究了POD、CAT、SOD三種保護(hù)酶活性和脯氨酸含量隨處理時(shí)間的相對(duì)變化量，分析與普通白菜材料耐熱性的關(guān)系，旨在找到鑒定耐熱性的最佳處理時(shí)間，為普通白菜的品種或育種材料的耐熱性篩選與評(píng)價(jià)，提供一套簡(jiǎn)單易行的生理指標(biāo)耐熱性鑒定方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

經(jīng)苗期耐熱性鑒定結(jié)果，選取差異明顯的3份普通白菜為試驗(yàn)材料。其中耐熱材料為GHQ；熱敏材料為SYM；中等耐熱材料為KRLLW［7］。以上材料均由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所葉菜研究室提供。

1.2 試驗(yàn)方法

選擇健康飽滿的種子直播于穴盤內(nèi)，待幼苗2葉1心時(shí)開(kāi)始間苗，每孔留1株幼苗。待幼苗長(zhǎng)至5葉1心時(shí)，每份材料每個(gè)重復(fù)各10株，共3次重復(fù)，完全隨機(jī)排列，置于人工氣候箱內(nèi)進(jìn)行高溫處理，T＝37℃，12h（晝） ／27℃，12h（夜）；連續(xù)高溫處理10d，分別于0d、2d、4d、6d、8d 和 10d 進(jìn)行取樣。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

SOD的活性采用Giannopolitis等的方法測(cè)定［8］，CAT的活性采用Cakmak等方法測(cè)定［9］，POD的活性和游離脯氨酸含量測(cè)定采用王學(xué)奎的方法［10］。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫處理對(duì)保護(hù)酶活性的影響

2.1.1 高溫處理對(duì)SOD活性的影響 從圖1可知，從總體變化趨勢(shì)上可以看出，除GHQ僅在0～2天略微下降外，高溫處理下SOD酶活性呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢(shì)，GHQ和SYM在第6天出現(xiàn)峰值，而后出現(xiàn)下降，在第10天出現(xiàn)最小值。KRLLW在第4天出現(xiàn)峰值，而后呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，在第10天出現(xiàn)最小值。僅從變化趨勢(shì)上難以區(qū)分各材料的耐熱性差異。而從處理前的SOD酶活性上分析，3 個(gè)材料間差異不顯著。因此從處理前的SOD酶活性上也無(wú)法進(jìn)行耐熱性鑒定。

表1 高溫處理下普通白菜幼苗葉片SOD活性及相對(duì)變化量

從SOD活性相對(duì)變化量分析（表1），經(jīng)過(guò)2天處理，SYM和KRLLW略有上升，3個(gè)材料差異不顯著；經(jīng)處理4天后，各材料SOD活性均上升，GHQ的SOD活性相對(duì)變化量最大，3個(gè)材料差異極顯著；在第6天，KRLLW與SYM差異不顯著；第8天不同材料間差異達(dá)到極顯著水平；KRLLW其次，SYM最小，說(shuō)明處理第8天的不同材料的SOD活性相對(duì)變化幅度與田間熱害指數(shù)是一致的；第10天KRLLW與GHQ差異不顯著。以上結(jié)果顯示，在處理第4天和第8天，3個(gè)材料均差異極顯著。處理4d（F值＝56.67）與處理8d（F值＝169.47）數(shù)據(jù)比較而言，處理8d效果最佳，可視為利用SOD活性變化指標(biāo)進(jìn)行普通白菜耐熱性鑒定的最佳處理時(shí)間。

圖2 高溫處理下普通白菜幼苗葉片CAT活性變化

圖3 高溫處理下普通白菜幼苗葉片POD活性變化

2.1.2 高溫處理對(duì)CAT活性的影響 如圖2所示，不同高溫處理時(shí)間下CAT活性變化比較復(fù)雜，從總體來(lái)看，GHQ呈先上升再下降的趨勢(shì)，并且最大值高于處理前水平；而KRLLW和SYM表現(xiàn)為先下降后上升再下降的趨勢(shì)，但最大值均未超過(guò)處理前的水平?？梢?jiàn)，僅從CAT活性變化趨勢(shì)上便可區(qū)分耐熱材料與其它兩個(gè)材料。

從表2可以看出，通過(guò)酶活性的相對(duì)變化量上可以明顯看出不同材料間差異（表2），處理第2天KRLLW和SYM差異不顯著；第4天GHQ與KRLLW材料間差異不顯著，而SYM降幅大，均與GHQ與KRLLW差異極顯著；第6天和第8天三材料間差異均達(dá)極顯著水平，GHQ最高，SYM最低，這與苗期耐熱鑒定結(jié)果完全一致。其中GHQ在處理8d時(shí)，CAT活性相對(duì)變化量達(dá)到169.42 U／g·min；第10天各材料比處理前降幅均較大，GHQ與KRLLW差異不顯著，難以區(qū)分其耐熱性。處理6 d（F值＝1048.10）與處理8 d（F值＝292.46）數(shù)據(jù)比較而言，處理6 d效果最佳，可視為利用CAT活性變化指標(biāo)進(jìn)行普通白菜耐熱性鑒定的最佳處理時(shí)間。2.1.3 高溫處理對(duì)POD活性的影響 如圖3所示，高溫處理下所有材料POD活性均呈現(xiàn)先降后升再下降的趨勢(shì)，處理2 d后，GHQ和KRLLW達(dá)到最低值，而SYM第4天達(dá)到最低值，除SYM第8天達(dá)到最大外，在第6天其它材料達(dá)到最高值。從表3可知，處理前SYM的POD活性最高，但與GHQ差異不顯著，所以從變化趨勢(shì)和處理前的含量上無(wú)法判斷其與耐熱性的相關(guān)性。

表2 高溫處理下普通白菜幼苗葉片CAT活性及相對(duì)變化量

表3 高溫處理下普通白菜幼苗葉片POD活性及相對(duì)變化量

從表3可以看出，第2天所有材料POD活性相對(duì)變化量均為負(fù)值，GHQ和SYM差異性不顯著；第4天所有材料間差異均達(dá)到極顯著水平，但KRLLW活性相對(duì)變化量為6.72 U／g·min，大于GHQ活性相對(duì)變化量－8.34 U／g·min，這與苗期耐熱鑒定結(jié)果不符，而第6天所有材料間差異均達(dá)到極顯著水平，GHQ的POD活性相對(duì)變化量極顯著高于其它材料，SYM最低。第8天GHQ與KRLLW材料間差異未達(dá)到顯著水平。以上結(jié)果表明，高溫處理第6天的POD活性相對(duì)變化量較其它處理天數(shù)準(zhǔn)確，可視為利用POD活性變化指標(biāo)進(jìn)行普通白菜耐熱性鑒定的最佳處理時(shí)間。

2.2 高溫處理對(duì)脯氨酸含量的影響

如圖4所示，高溫處理前4 d各材料脯氨酸含量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，并最大值出現(xiàn)在第4天，而后均下降，GHQ和KRLLW材料下降較平緩，SYM下降顯著。處理前GHQ的脯氨酸含量最小，僅有5.76μg／g－1；SYM最大，達(dá)到23.27μg／g－1。三材料間差異達(dá)顯著水平。這說(shuō)明未經(jīng)高溫處理的材料的脯氨酸含量能夠初步鑒定材料耐熱性。

圖4 高溫處理下普通白菜幼苗葉片Pro含量變化

從表4可知，高溫處理第2～10d GHQ的脯氨酸相對(duì)變化量均極顯著高于其它材料；而SYM的脯氨酸相對(duì)變化量均處于最低水平，分別在第4天和第10天時(shí)，與其它材料間差異均達(dá)到顯著水平。處理4 d（F值＝1683.68）與處理10 d（F值＝1041.44）數(shù)據(jù)比較而言，處理4 d效果最佳，可視為利用脯氨酸相對(duì)變化量指標(biāo)進(jìn)行普通白菜耐熱性鑒定的最佳處理時(shí)間。

表4 高溫處理下普通白菜幼苗葉片Pro含量及相對(duì)變化量

3 討論

在高溫處理下，由于3份材料的酶活變化趨勢(shì)基本相同，所以僅從酶活性絕對(duì)含量和變化趨勢(shì)上難以準(zhǔn)確判斷其耐熱性。因此，作者采用計(jì)算處理前后的酶活性相對(duì)變化量的方法，篩選出鑒定各材料的耐熱性最佳處理溫度和時(shí)間。結(jié)果顯示高溫處理第4天（SOD酶），第6天（POD酶）和第6天（CAT酶）活性在3份材料的酶活性相對(duì)變化量存在顯著或極顯著差異，耐熱材料的三種酶活性的增幅明顯高于熱敏材料，故以此作為不同材料間耐熱性差異鑒定的指標(biāo)。前人研究認(rèn)為耐熱性強(qiáng)的材料POD、CAT、SOD活性高于耐熱性弱的材料，且耐熱品種葉片中POD、CAT、SOD活性的增幅大于不耐熱品種［1，11，12］。在高溫逆境下，普通白菜通過(guò)提高保護(hù)酶的活性降低體內(nèi)活性氧的水平來(lái)減少對(duì)自身造成的傷害，以適應(yīng)高溫的脅迫。但也有相反的報(bào)道，有人研究普通白菜耐熱品種的POD活性要低于不耐熱品種［4］，這可能是受選擇材料的影響所致。

前人研究得出高溫使大白菜葉片中脯氨酸含量增多，耐熱材料比不耐熱材料積累的脯氨酸多［13］，本試驗(yàn)得出耐熱材料脯氨酸相對(duì)變化量始終顯著高于其它材料，這與前人研究結(jié)論基本相同。并在處理第4天游離脯氨酸在3份材料相對(duì)變化量存在顯著或極顯著差異，耐熱材料的增幅顯著高于熱敏材料。故脯氨酸相對(duì)增幅可以作為普通白菜耐熱性鑒定參考指標(biāo)。

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