不結(jié)球白菜遺傳多樣性分析以及耐熱性鑒定

余長(zhǎng)春，羅本釩，傅強(qiáng)，徐躍進(jìn)，萬(wàn)正杰

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院，武漢 430070

不結(jié)球白菜(BrassicacampestrisL. ssp.chinensisMakino)又名小白菜、青菜、油菜等，起源于中國(guó)，是我國(guó)重要的大宗蔬菜之一。該類蔬菜種植區(qū)域廣泛，在南北各地均有栽培，以長(zhǎng)江中下游及以南地區(qū)為主[1]。不結(jié)球白菜質(zhì)地鮮嫩，富含對(duì)人體有益的多種維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分，有助于提高人體免疫力，是人們非常喜愛(ài)的“當(dāng)家蔬菜”。

不結(jié)球白菜為喜涼植物，最適生長(zhǎng)溫度為15～20 ℃，生產(chǎn)上以冬春兩季為主。夏季高溫高濕條件下，不結(jié)球白菜生長(zhǎng)衰竭，容易死苗，并且受病蟲危害大，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)嚴(yán)重下降。除了優(yōu)化栽培方式之外，不結(jié)球白菜種類繁多、遺傳多樣性高，為篩選耐熱的不結(jié)球白菜種質(zhì)資源并選育適合夏季高溫氣候生產(chǎn)的不結(jié)球白菜品種提供了可能。科研人員通過(guò)對(duì)不結(jié)球白菜開(kāi)展夏季耐熱性品種比較試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)京研快菜、黃金小白菜、夏抗3號(hào)、青伏令、夏麗、綠領(lǐng)35、夏帝等品種在耐熱、產(chǎn)量、抗性等方面表現(xiàn)較好，可用于夏季不結(jié)球白菜品種的推廣[2-4]。在不結(jié)球白菜耐熱新品種選育方面，科研人員利用不同的不結(jié)球白菜親本進(jìn)行雜交，已培育出多個(gè)耐熱性強(qiáng)、生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)、束腰性好、產(chǎn)量高的新品種，如熱抗青[5]、夏綠妃[6]、青梗316[7]、東方2號(hào)[8]、蘇夏2號(hào)[9]、烤青[10]、暑熱[11]等。本研究以華中農(nóng)業(yè)大學(xué)十字花科蔬菜遺傳育種實(shí)驗(yàn)室收集的78份不結(jié)球白菜種質(zhì)資源為研究對(duì)象，對(duì)這些不結(jié)球白菜進(jìn)行遺傳多樣性分析及耐熱性和生理指標(biāo)的測(cè)定，以期從中鑒定出耐熱的優(yōu)良品種，用于夏季不結(jié)球白菜的生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究試驗(yàn)材料為78份不結(jié)球白菜自交不親和系(表1)，為華中農(nóng)業(yè)大學(xué)十字花科蔬菜遺傳育種實(shí)驗(yàn)室收集。以上試驗(yàn)材料種植于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜遺傳改良中心實(shí)驗(yàn)基地。

表1 試驗(yàn)材料編號(hào)及來(lái)源 Table 1 List of materials

1.2 試驗(yàn)方法

1)耐熱性鑒定。不結(jié)球白菜耐熱試驗(yàn)在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行。于2013年、2014年7月上旬進(jìn)行種子萌發(fā)，萌發(fā)后轉(zhuǎn)移至穴盤中于溫室中進(jìn)行育苗。待其生長(zhǎng)到4片真葉以后(8月初)，移栽至露地。進(jìn)行隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，每個(gè)小區(qū)種植20株苗。經(jīng)連續(xù)氣溫測(cè)定，2013年和2014年武漢8月份最高溫度大于40 ℃，最低氣溫大于30 ℃。利用夏季自然高溫氣候，觀察植株的生長(zhǎng)表型，確定各材料的耐熱性。

熱害等級(jí)的劃分：0級(jí)：植株生長(zhǎng)發(fā)育正常，無(wú)任何脅迫癥狀；1級(jí)：植株新葉葉緣表現(xiàn)為輕微的皺縮；2級(jí)：植株新葉皺縮嚴(yán)重，并伴隨著外葉變黃；3級(jí)：植株外葉皺縮，葉片黃化面積增大；4級(jí)：植株葉片完全皺縮，生長(zhǎng)緩慢，葉片表現(xiàn)為枯黃。

3)酶活與電導(dǎo)率的測(cè)定。每個(gè)小區(qū)選取5株長(zhǎng)勢(shì)一致的單株，取相同部位相同大小的葉片組織進(jìn)行測(cè)定。參照文獻(xiàn)[13]，丙二醛采用硫代巴比妥酸法；超氧化物歧化酶采用氮藍(lán)四唑法；過(guò)氧化物酶采用愈創(chuàng)木酚法；相對(duì)電導(dǎo)率采用電導(dǎo)儀法。

2 結(jié)果與分析

2.1不結(jié)球白菜遺傳多樣性分析

采用51對(duì)SSR分子標(biāo)記對(duì)收集的78份不結(jié)球白菜自交不親和系進(jìn)行遺傳多樣性分析。結(jié)果顯示，78份不結(jié)球白菜遺傳相似系數(shù)為0.57～0.93，具有豐富的遺傳多樣性(圖1)。

圖1 78份不結(jié)球白菜的遺傳多樣性分析Fig.1 Genetic diversity of 78 Chinese cabbages

2.2 不結(jié)球白菜的熱害指數(shù)

將78份不結(jié)球白菜自交不親和系隨機(jī)分區(qū)后種植于露地。利用武漢夏季自然高溫處理并進(jìn)行熱害指數(shù)的測(cè)定。經(jīng)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，不結(jié)球白菜自交不親和系C43、C48和C74的熱害指數(shù)超過(guò)了70，表明這3份材料對(duì)高溫氣候可能最不耐受(表2)。C28、C30和C72的熱害指數(shù)依次為25.12、20.41和15.12，在所有測(cè)試材料中熱害指數(shù)偏小，暗示它們具有較強(qiáng)的耐熱性(表2)。其中，C28為新交3號(hào)，C30為高禾赤葉小白菜，C72為四季矮腳特白梗奶白菜。

表2 熱害指數(shù)測(cè)定結(jié)果 Table 2 Result of heat injury indexes

2.2 高溫脅迫下不結(jié)球白菜丙二醛(MDA)含量

在高溫氣候下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，所有測(cè)試的不結(jié)球白菜中MDA含量均逐漸升高，但耐熱材料C72的MDA含量與其他材料相比上升較為緩慢。當(dāng)高溫氣候處理17 d后，C72 材料中MDA含量為19.32 μmol/g，遠(yuǎn)低于其他4份材料(圖2)。結(jié)果表明，不結(jié)球白菜C72在高溫脅迫條件下膜系統(tǒng)相對(duì)完整，增強(qiáng)了植株對(duì)高溫氣候的耐受性。

圖2 高溫脅迫條件下不結(jié)球白菜的丙二醛(MDA)含量Fig.2 MDA content in Chinese cabbages under the high temperature stress

2.3 高溫條件下不結(jié)球白菜過(guò)氧化物酶及超氧化物歧化酶的活性

對(duì)不結(jié)球白菜C72及其他4份不耐熱品種的過(guò)氧化物酶(POD)及超氧化物歧化酶(SOD)進(jìn)行了酶活測(cè)定。在自然高溫處理12 d后，不結(jié)球白菜C72的POD活性顯著高于其他材料(圖3A)。在處理17 d后，各類不結(jié)球白菜POD的酶活均達(dá)到了最高值，其中不結(jié)球白菜C72的POD活性最高，遠(yuǎn)大于其他4份材料。對(duì)高溫脅迫條件下不結(jié)球白菜SOD活性的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，隨著高溫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，SOD活性逐漸升高，耐熱材料C72的SOD酶活上升幅度最大，并且在各個(gè)時(shí)期該材料的SOD活性均高于其他材料(圖3B)。

圖3 高溫脅迫下不結(jié)球白菜過(guò)氧化物酶(A)及超氧化物歧化酶(B)活性測(cè)定結(jié)果Fig.3 Enzymatic activities of peroxidase (POD,A) and superoxide dismutase (SOD,B)in Chinese cabbages under the high temperature stress

結(jié)果表明，在高溫脅迫下，不結(jié)球白菜C72能產(chǎn)生較高的POD和SOD活性，從而具有更強(qiáng)的活性氧清除能力，降低了植株的氧化損傷，從而使植株表現(xiàn)出對(duì)高溫脅迫更強(qiáng)的耐受力。

2.4 高溫條件下不結(jié)球白菜電導(dǎo)率的測(cè)定

對(duì)不同處理階段不結(jié)球白菜電導(dǎo)率的測(cè)定結(jié)果顯示，隨著高溫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，各類不結(jié)球白菜的電導(dǎo)率逐漸上升，但C72的電導(dǎo)率一直低于其他材料(圖4)。結(jié)果表明，在高溫條件下，不結(jié)球白菜C72的細(xì)胞膜相對(duì)完整，對(duì)高溫氣候耐受力強(qiáng)。

圖4 高溫脅迫下不結(jié)球白菜的電導(dǎo)率Fig.4 Electrical conductivity of Chinese cabbages under the high temperature stress

3 討 論

在高溫、干旱等非生物脅迫條件下，植物體內(nèi)通常會(huì)積累大量的活性氧分子。這些活性氧分子一方面作為信號(hào)分子，觸發(fā)植物對(duì)非生物脅迫的抗性反應(yīng)；另一方面大量積累的活性氧會(huì)對(duì)植物造成不可逆的氧化損傷[14-16]。細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與植物對(duì)高溫的耐受能力密切相關(guān)[17-19]。在高溫脅迫下植物膜蛋白變性，細(xì)胞膜通透性增大，導(dǎo)致大量的電解質(zhì)外滲，因此，電導(dǎo)率可以反映植株對(duì)高溫脅迫的耐受性。此外，高溫脅迫會(huì)誘發(fā)植物產(chǎn)生大量的活性氧分子，這些活性氧分子非常活躍，容易造成質(zhì)膜的過(guò)氧化作用，損傷植物的膜系統(tǒng)。MDA是脂質(zhì)過(guò)氧化的產(chǎn)物，一定程度上可以反映質(zhì)膜的損傷程度。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)非生物逆境具有耐受性的植物往往具有較強(qiáng)的活性氧清除能力，通常表現(xiàn)為植株具有較高的POD、SOD、CAT活性，或體內(nèi)產(chǎn)生大量的還原劑，如抗壞血酸等，這些酶或還原劑可以有效地清除植物體內(nèi)的活性氧分子，使植物免受氧化性損傷[20-22]。

夏季的高溫天氣對(duì)不結(jié)球白菜生產(chǎn)是一個(gè)重大的限制因素。鑒定耐熱的不結(jié)球白菜種質(zhì)資源及選育農(nóng)藝性狀優(yōu)良的耐熱新品種是一項(xiàng)非常重要的研究工作。除了耐熱指標(biāo)外，夏季不結(jié)球白菜選種還需注意其他重要的農(nóng)藝性狀，如感官品質(zhì)(束腰、綠色深淺等)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)(VC、可溶性蛋白等)、抗性品質(zhì)(抗病)、耐抽薹等方面。此外，栽培技術(shù)的優(yōu)化也能提高不結(jié)球白菜在夏季的成活率和產(chǎn)量，如遮陽(yáng)網(wǎng)的使用、合理的水肥管理及矮壯素等農(nóng)藥的使用等[8, 23]。

本研究從收集到的78份不結(jié)球白菜種質(zhì)資源中鑒定出1份對(duì)夏季高溫耐受的材料(編號(hào)C72，四季矮腳特白梗奶白菜)。對(duì)該材料及其他品種進(jìn)行生理生化指標(biāo)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，該耐熱品種在高溫脅迫條件下具有更高的POD、SOD酶活和較低的MDA含量及電導(dǎo)率。這些生理指標(biāo)進(jìn)一步佐證所鑒定的不結(jié)球白菜品種具有很強(qiáng)的耐熱性。本研究結(jié)果將為長(zhǎng)江流域夏季耐熱不結(jié)球白菜資源發(fā)掘和品種篩選提供理論依據(jù)和材料來(lái)源，保障我國(guó)長(zhǎng)江流域夏季不結(jié)球白菜的周年供應(yīng)。