外源褪黑素對(duì)低溫弱光脅迫下茄子幼苗生理特性的影響

唐懿，余雪娜，何娟，張恩澤，蘭靜宇，李煥秀*

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外源褪黑素對(duì)低溫弱光脅迫下茄子幼苗生理特性的影響

唐懿a，余雪娜a，何娟b，張恩澤b，蘭靜宇b，李煥秀a*

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) a.果蔬研究所；b.園藝學(xué)院，四川成都 611130)

以‘春晨長(zhǎng)紅茄’為材料，采用不同濃度(50、100、150、200、250 μmol/L)褪黑素(MT)噴施茄子幼苗葉片，以噴施清水為對(duì)照(置于自然光溫下為CK，低溫弱光下為CK1)，研究MT對(duì)低溫弱光脅迫下茄子幼苗生理特性的影響。結(jié)果表明：濃度低于200 μmol/L的MT能保持低溫弱光脅迫下茄子幼苗葉片中葉綠素和類胡蘿卜素含量，當(dāng)MT濃度為150 μmol/L，茄子幼苗葉片葉綠素總量和類胡蘿卜素含量分別比CK1高40.23%和75.00%；噴施MT，有助于提高PSII活性，增大光能捕獲和轉(zhuǎn)化效率；噴施MT能提高茄子幼苗葉片POD、SOD、CAT活性，降低MDA含量，促進(jìn)脯氨酸和可溶性糖的積累，當(dāng)MT濃度為150 μmol/L時(shí)，與CK1相比，茄子幼苗葉片POD活性提高了108.66%，可溶性糖含量提高了50.61%。綜合本研究結(jié)果，噴施MT能提高茄子幼苗葉片對(duì)低溫弱光的抵抗力，且濃度為150 μmol/L時(shí)效果較好。

茄子幼苗；褪黑素；低溫弱光；生理特性；葉綠素?zé)晒?/p>

中國(guó)設(shè)施栽培的迅速發(fā)展實(shí)現(xiàn)了蔬菜連續(xù)生產(chǎn)和周年供應(yīng)。目前，中國(guó)設(shè)施栽培以非加溫的日光溫室和塑料大棚為主，冬、春兩季易遭遇低溫弱光等不良條件，影響喜溫性蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)[1]。茄子(L.)屬喜溫性蔬菜，對(duì)低溫極為敏感，是設(shè)施內(nèi)主要栽培蔬菜之一[2]。研究表明，低溫弱光會(huì)降低茄子幼苗的光合速率，引起膜脂過氧化，導(dǎo)致細(xì)胞膜遭到破壞，嚴(yán)重影響幼苗的質(zhì)量，進(jìn)而影響到產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。如何提高茄子抗低溫弱光的能力成為茄子早春栽培亟待解決的問題之一。

褪黑素( melatonin，MT)于1958年由 Lerner 等從牛松果體中提取出來，因其能使深色的蛙皮褪色而被命名為褪黑素，是一種抗氧化作用極強(qiáng)的內(nèi)源性自由基清除劑[4–5]。有研究表明，MT可提高種子的發(fā)芽率[6]、緩解鹽脅迫[7]、重金屬脅迫[8]、高溫脅迫[9]以及UV輻射[10]等非生物脅迫給植物帶來的傷害。還有研究[11]表明，MT可以增強(qiáng)低溫下煙草細(xì)胞的精胺脫羧酶的活力，促進(jìn)多胺合成，顯著提高煙草懸浮細(xì)胞的存活率；MT還可以有效緩解低溫對(duì)擬南芥各種生理現(xiàn)象的不利影響[12]。本研究中，以茄子幼苗為材料，采用葉面噴施MT的方法，研究低溫弱光脅迫下茄子幼苗的光合色素含量、滲透調(diào)劑物質(zhì)含量等的變化規(guī)律，旨在為茄子設(shè)施內(nèi)春季早栽提供參考依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

供試茄子為‘春晨長(zhǎng)紅茄’，種子由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。褪黑素(MT)購(gòu)自SIGMA–ALDRICH公司。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年3—6月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)果蔬研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。挑選飽滿的茄子種子，消毒后浸種催芽，露白后取發(fā)芽一致的種子播在裝有基質(zhì)(草炭、蛭石、珍珠巖體積比為2∶1∶1)的10 cm×10 cm育苗缽中，每缽種植1株。待幼苗長(zhǎng)出3片真葉時(shí)，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗于19:00分別葉面噴施50、100、150、200、250 μmol/L的MT，以清水處理為對(duì)照(置于自然光溫下為CK，低溫弱光下為CK1)，每處理噴50 mL，隔2 d噴1次，共噴3次。每個(gè)濃度噴施10缽，3次重復(fù)。噴完后2 d，將除CK外的各處理放置于溫度為15 ℃(晝)和10 ℃(夜)、光照強(qiáng)度為100 μmol/(m2·s)、相對(duì)濕度為 70% 的 RXZ 智能型人工氣候箱中進(jìn)行低溫弱光處理，晝、夜各12 h，CK置于光照1 000 μmol/(m2·s)、溫度為28 ℃(晝)和20 ℃(夜)的智能溫室中。

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

噴施MT 6 d后，測(cè)定茄子幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)。參照王春萍等[13]的方法，將茄子幼苗暗適應(yīng)30 min 后，選取各處理植株的第2 ~ 3片真葉，采用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x(IMAGING–PAM，WALZ，德國(guó))在25 ℃下進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定。測(cè)定時(shí)用光子量照度小于0.1 μmol/(m2·s)檢測(cè)光照射，得到初始熒光，光化光強(qiáng)度100 μmol/(m2·s)，飽和脈沖強(qiáng)度2 700 μmol/ (m2·s)，脈沖光時(shí)間0.8 s，每隔20 s 打開1次。參數(shù)設(shè)定后，測(cè)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線，獲得初始熒光()、最大熒光()、PSII最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(/)、光化學(xué)淬滅系數(shù)()和非光化學(xué)淬滅系數(shù)()等。

采集各處理植株的第2 ~ 3片真葉，混合后進(jìn)行以下各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。采用丙酮乙醇混合液浸泡法[14]測(cè)定葉綠素含量；愈創(chuàng)木酚法[15]測(cè)定POD活性；紫外吸收法[15]測(cè)定CAT活性；參照文獻(xiàn)[16]的方法測(cè)定SOD活性、MDA含量、可溶性糖含量和脯氨酸含量；電導(dǎo)率用 DDS–307型電導(dǎo)儀測(cè)定；電解質(zhì)滲透率為葉片煮沸前外滲液電導(dǎo)值與葉片煮沸后外滲液電導(dǎo)值的百分比[17]。

1.4數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用 Excel 2007 進(jìn)行整理；運(yùn)用SPSS 20.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；采用Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性比較。

2　結(jié)果與分析

2.1外源MT對(duì)低溫弱光脅迫下茄子幼苗葉片光合色素含量的影響

由表1可知，CK1處理的葉綠素總量和類胡蘿卜素含量都顯著低于CK。噴施外源MT能有效減緩低溫弱光脅迫下茄子幼苗葉片光合色素的降解速率，在MT濃度為150 μmol/L時(shí)，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量、類胡蘿卜素分別比CK1高36.07%、40.74%、40.23%、75.00%，且與CK處理差異不明顯。

表1　低溫弱光脅迫下噴施MT后茄子幼苗葉片光合色素的含量

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(＜0.05)。

2.2外源MT對(duì)低溫弱光脅迫下茄子幼苗葉片細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由表2可知，低溫弱光條件下，MDA含量和電解質(zhì)滲透率急劇升高，顯著高于CK。噴施低濃度MT能有效緩解低溫弱光對(duì)細(xì)胞膜的破壞，隨著MT濃度的升高，茄子幼苗葉片細(xì)胞電解質(zhì)滲透率和MDA含量均呈先下降后升高的趨勢(shì)，且在MT濃度為150 μmol/L時(shí)最低。低溫弱光脅迫下，茄子幼苗葉片脯氨酸和可溶性糖含量都高于CK，噴施MT能有效促進(jìn)脯氨酸和可溶性糖的積累，當(dāng)MT濃度為150 μmol/L時(shí)，茄子幼苗葉片脯氨酸和可溶性糖含量分別比CK1高174.17%和50.61%。

表2　低溫弱光脅迫下噴施外源MT茄子幼苗葉片細(xì)胞滲透物質(zhì)的含量

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(＜0.05)。

2.3外源MT對(duì)低溫弱光脅迫下茄子幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

由表3可以看出，低溫弱光脅迫下，茄子幼苗葉片POD、SOD、CAT活性受到抑制，噴施MT能提高低溫弱光脅迫下茄子幼苗葉片抗氧化酶活性。與CK1相比，隨MT濃度增高，茄子幼苗葉片中POD活性先升高后降低，當(dāng)濃度為150 μmol/L時(shí)，POD活性高達(dá)120.67 U/g，比CK1高108.66%。SOD活性與POD活性變化趨勢(shì)一致，但MT濃度為50、100、150、 200 μmol/L時(shí)葉片的SOD活性

表3　低溫弱光脅迫下噴施MT后茄子幼苗葉片POD和SOD及CAT的活性

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(＜0.05)。

差異不明顯。噴施MT也能提高低溫弱光脅迫下茄子幼苗葉片CAT活性，當(dāng)MT濃度為150 μmol/L時(shí)，茄子幼苗葉片的CAT活性顯著高于CK1，為CK1的131.27 %，且與CK差異不明顯。

2.4外源MT對(duì)低溫弱光脅迫下茄子幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由表4可知，與CK相比，CK1茄子幼苗葉片的/和/都顯著降低。低溫弱光協(xié)迫下，/、/隨MT濃度的升高均先升高后降低，當(dāng)MT濃度為150 μmol/L時(shí)達(dá)到最高。茄子幼苗葉片的/在低溫弱光脅迫下急劇下降，噴施MT后顯著升高，MT濃度為150、200、250 μmol/L時(shí)，茄子幼苗葉片的/差異不明顯。Φ變化趨勢(shì)與/一致，當(dāng)MT濃度為150、200 μmol/L時(shí)，Φ分別達(dá)到了0.597、0.579，與CK差異不明顯。低溫弱光脅迫導(dǎo)致茄子幼苗葉片的降低，噴施MT能顯著提高。低溫弱光脅迫后，茄子幼苗葉片的顯著高于CK，隨著MT濃度的升高，呈先降低后升高的趨勢(shì)，當(dāng)MT濃度為150 μmol/L時(shí)降到最低。

表4　低溫弱光脅迫下噴施外源MT后茄子幼苗葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(＜0.05)。

3　結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，低溫弱光脅迫導(dǎo)致茄子幼苗葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量降低，噴施MT能有效緩解低溫弱光對(duì)茄子幼苗的傷害。這可能與MT能抑制葉片葉綠素降解關(guān)鍵酶—脫鎂葉綠酸a加氧酶基因及葉片衰老相關(guān)基因12()的轉(zhuǎn)錄水平，增強(qiáng)光合色素的穩(wěn)定性有關(guān)[19–20]。低溫弱光破壞茄子幼苗葉片活性氧代謝平衡，噴施適當(dāng)濃度的MT，可使茄子幼苗葉片電解質(zhì)滲透率和MDA含量降低，同時(shí)使可溶性糖和脯氨酸含量升高，表明MT能緩解低溫弱光對(duì)細(xì)胞膜的破壞，提高茄子的抗逆性[21–22]。隨著MT處理濃度的升高，SOD、POD和CAT活性均呈先升高后降低的趨勢(shì)，說明適宜濃度MT不僅可以直接作用于自由基，也可以通過提高抗氧化酶活性來保持細(xì)胞內(nèi)自由基動(dòng)態(tài)平衡，降低逆境脅迫對(duì)細(xì)胞膜的破壞，這與LI等[23]的研究結(jié)果一致。

本研究結(jié)果表明，低溫弱光脅迫后/、/和Φ都顯著降低，表明低溫弱光導(dǎo)致PSII潛在活性中心受損，抑制了茄子幼苗的電子傳遞活性，影響PSII反應(yīng)中心捕獲激發(fā)能的效率[24]。噴施MT后，茄子幼苗葉片/、/和Φ都顯著升高，可能是噴施適宜濃度的MT使茄子能保持較高的光能捕獲效率，提高PSII活性，調(diào)節(jié)PSII反應(yīng)中心開放比例，提高電子傳遞能力，進(jìn)而加快光合速率[6]。低溫脅迫下PSII反應(yīng)中心受體更趨于還原態(tài)，PSII電子傳遞活性下降，同時(shí)增大，以熱消耗的形式猝滅過多的激發(fā)能，從而保護(hù)PSII[25]。說明外源MT能提高低溫弱光脅迫下茄子幼苗的光合活性，提高光能利用率。

綜上所述，在低溫弱光環(huán)境條件下，茄子幼苗光合色素含量降低，抗氧化酶活性受到抑制，致使細(xì)胞內(nèi)活性氧無法被及時(shí)清除而造成堆積，引起細(xì)胞膜脂過氧化，電解質(zhì)大量外滲，同時(shí)PSII活性中心遭到破壞，光能利用率降低。噴施外源MT有效緩解了低溫弱光脅迫對(duì)茄子幼苗的破壞，提高保護(hù)性酶活性，增大光能捕獲和轉(zhuǎn)化效率，且在MT濃度為150 μmol/L時(shí)效果較好。

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責(zé)任編輯：尹小紅

英文編輯：梁和

Effects of exogenous melatonin on physiological properties of eggplant(L.) seedlings under the stress of low light and low temperature

TANG Yia, YU Xuenaa, HE Juanb, ZHANG Enzeb, LAN Jingyub, LI Huanxiua*

(a.Institute of Pomology & Olericulture; b.College of Horticulture, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China)

In this study, five different concentrations (50, 100, 150, 200, 250 μmol/L) of melatonin (MT) were sprayed to the eggplant seedlings under the stress of low light and low temperature, CK and CK1 were sprayed with fresh water but the CK was under natural light and CK1 was under the stress of low light and low temperature, to study the effects of different concentrations of MT on the physiological characteristics of eggplant seedlings under the stress of low light and low temperature. The results showed that photosynthetic pigment content, PSII photochemistry, and efficiency of light energy conversion and rate of photosynthesis in eggplant seedling kept at high level when the concentration of melatonin was below 200 μmol/L; when the MT concentration was 150 μmol/L, the total chlorophyll and carotenoid content of eggplant were 40.23% and 75.00% higher respectively than those of CK1; the activities of antioxidase (POD,SOD,CAT) increased significantly and the POD activity was 108.66% higher than CK1; the accumulations of proline and soluble sugar were accelerated and the soluble sugar content was 50.61% higher than CK1, while the content of malonaldehyde was reduced in leaves of eggplant seedling. Thus, exogenous melatonin can enhance the resistance to the stress of low light and low temperature of eggplant seedling, and the best concentration is 150 μmol/L.

eggplant seedlings; melatonin; low irradiance and low temperature; physiological properties; chlorophyll fluorescence parameters

10.13331/j.cnki.jhau.2017.03.006

S641.101；Q945.78

A

1007-1032(2017)03-0257-05

2016–09–27

2017–05–09

四川省教育廳科研項(xiàng)目(15ZA0011)；四川農(nóng)業(yè)大學(xué)“雙支”計(jì)劃項(xiàng)目(03571863)

唐懿(1984—)，女，四川內(nèi)江人，副研究員，主要從事蔬菜生物技術(shù)與遺傳育種研究，95459425@qq.com；

，李煥秀，教授，主要從事蔬菜生物技術(shù)與遺傳育種研究，hxli62@163.com

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