外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響

和秋蘭，張 航，王正維，萬麗嬙，海梅榮

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201；2.西南中藥材種質(zhì)創(chuàng)新與利用國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，云南 昆明 650201)

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)是世界第三大糧食作物，是我國(guó)第四大糧食作物[1-2]。我國(guó)是第一大馬鈴薯生產(chǎn)國(guó)，馬鈴薯種植區(qū)被劃分為北方一作區(qū)、中原二作區(qū)、西南一二季混作區(qū)和南方冬作區(qū)4個(gè)區(qū)域[3]，作為西南一二季混作區(qū)之一的云南由于獨(dú)特生態(tài)環(huán)境和氣候條件，全年皆可種植和收獲馬鈴薯[4]。馬鈴薯在云南的種植歷史悠久，是云南非常重要的農(nóng)作物，其常年播種面積在50.3萬～66.7萬hm2，云南馬鈴薯生產(chǎn)規(guī)模居全國(guó)第3位[4-5]。近年來農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害加重，發(fā)生頻繁，特別是極端氣候事件發(fā)生的頻率加大，其中云南受到的低溫凍害影響較為嚴(yán)重[6-8]。云南是高原季風(fēng)氣候，其氣候類型具有多樣性，在低緯度高海拔的地理?xiàng)l件影響下，云南的氣候具有光照充足、干濕季分明、四季溫差小、垂直變化顯著等共同特點(diǎn)，這使云南適宜多種農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)作物的栽培，但同時(shí)也使云南的干季和雨季過于集中且分布不均以及時(shí)常伴隨低溫冷凍、冰雹等災(zāi)害發(fā)生。在云南霜凍一般發(fā)生在11月到次年4月，以1—4月較多，而低溫主要是指3—4月出現(xiàn)的“倒春寒”和“8月低溫” (部分地區(qū)在9月)[9]。

低溫脅迫根據(jù)脅迫程度的不同，可將低溫脅迫分為冷害和凍害，低溫脅迫會(huì)造成植物形態(tài)改變、呼吸代謝失調(diào)、光合作用減弱、細(xì)胞膜系統(tǒng)受損、氧化酶系統(tǒng)代謝紊亂，甚至造成植物死亡[10-11]。有研究者指出，馬鈴薯幼苗生長(zhǎng)的溫度底線為5～7 ℃，在-0.5～-0.8 ℃時(shí)會(huì)受冷害，在-2 ℃下會(huì)受到凍害；在-4 ℃下會(huì)整株死亡[12]。低溫脅迫會(huì)對(duì)馬鈴薯的生長(zhǎng)造成危害，從而嚴(yán)重影響馬鈴薯的產(chǎn)量：首先，低溫脅迫使馬鈴薯細(xì)胞膜系統(tǒng)受損，具體表現(xiàn)為低溫脅迫會(huì)破壞細(xì)胞內(nèi)外的離子平衡而改變馬鈴薯細(xì)胞膜的透性，馬鈴薯通過提高不飽和酸的數(shù)量和比例來維持膜的流動(dòng)性從而抵抗低溫脅迫，但隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)或者脅迫程度的加重，細(xì)胞內(nèi)活性氧與自由基的含量會(huì)明顯增多，同時(shí)使保護(hù)酶體系的活性降低，導(dǎo)致活性氧以及自由基的積累使細(xì)胞膜脂過氧化反應(yīng)發(fā)生，并積累過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)，從而使生物膜透性增強(qiáng)，進(jìn)而對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育造成損傷[13-15]。其次，低溫脅迫使馬鈴薯滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)改變，具體表現(xiàn)為低溫脅迫會(huì)促進(jìn)植物通過增加可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸的含量由此抵抗脅迫，且其含量與不同馬鈴薯品種的冷馴化能力和抗寒能力呈正相關(guān)[15-16]。再次，低溫脅迫使馬鈴薯保護(hù)酶活性改變，具體表現(xiàn)為低溫脅迫使馬鈴薯幼苗葉片中的過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性提高，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)和脅迫程度的加重，保護(hù)酶活性總體上會(huì)表現(xiàn)為先急劇升高后降低，再緩慢提高的過程[17-18]。最后，低溫脅迫會(huì)抑制馬鈴薯的光合作用，具體表現(xiàn)為光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率等的顯著降低[19]。

褪黑素(N-乙?；?5-甲氧基色胺，Melatonin，MT)是一種具有較強(qiáng)生物活性的天然物質(zhì)，廣泛存在于動(dòng)植物體中，在高等植物中，褪黑素被證實(shí)是一種類似于植物激素的信號(hào)分子，參與多個(gè)生理過程的調(diào)控，例如種子萌發(fā)、光合作用、開花、晝夜節(jié)律、成熟和衰老以及對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)等[20-22]，研究表明，褪黑素能夠提高植物對(duì)病害、干旱、鹽堿、紫外、高溫、低溫、重金屬離子等脅迫的抗性[23]。就低溫脅迫而言：100～150 μmol/L MT能較優(yōu)的促進(jìn)低溫脅迫條件下番茄幼苗株高、莖粗、葉面積的增加；有效提高番茄幼苗葉片SOD、POD、CAT的活性，降低MDA含量和細(xì)胞膜的透性、顯著提高番茄幼苗葉片可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸含量，由此提高番茄幼苗抗低溫脅迫的能力；有研究者推測(cè)MT可能是通過上調(diào)SlZAT2/6/12而引起CBF1基因表達(dá)從而提高番茄果實(shí)耐寒性[24-25]。50～200 μmol/L MT處理可有效提高低溫脅迫條件下茄子幼苗葉片中SOD、POD、CAT等的活性，提高抗壞血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)、脯氨酸(Pro)和可溶性蛋白(SP)含量，顯著抑制茄子葉片MDA、超氧陰離子及過氧化氫(H2O2)的積累，從而提高茄子幼苗對(duì)低溫脅迫的耐性[26]。

為了探究施加MT能否提高馬鈴薯耐低溫脅迫的能力，本試驗(yàn)以云南主栽馬鈴薯品種合作88為材料，采用模擬低溫脅迫的方法，研究外源MT對(duì)馬鈴薯幼苗生長(zhǎng)和抗氧化系統(tǒng)的影響，為云南馬鈴薯栽培提供理論參考，同時(shí)探索出外源MT誘導(dǎo)馬鈴薯幼苗耐低溫的最佳濃度，為外源添加MT緩解馬鈴薯低溫脅迫提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試材及處理

1.1.1 試驗(yàn)材料 云南主栽馬鈴薯品種合作88。

1.1.2 試驗(yàn)地概括 本試驗(yàn)于云南省昆明市北郊(25°08′N，102°45′E)云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山大棚進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，該試驗(yàn)地海拔1 966 m。

1.1.3 馬鈴薯培育 本試驗(yàn)于2020年8—12月進(jìn)行。首先，將已催芽的馬鈴薯切塊(0.1%高錳酸鉀消毒)，保證每個(gè)切塊有至少一個(gè)芽眼并控制其質(zhì)量約為50 g；其次，將馬鈴薯播種于6.0 cm×7.0 cm×8.8 cm(底部直徑×高度×頂部直徑)的塑料營(yíng)養(yǎng)缽中，以蛭石和泥炭土(1∶1)混合物為基質(zhì)；最后，將播種的馬鈴薯置于托盤內(nèi)，放于大棚進(jìn)行培養(yǎng)，其間在托盤中加入適量的1/5霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液，馬鈴薯出苗后保持托盤內(nèi)均有適量營(yíng)養(yǎng)液。

1.1.4 試驗(yàn)處理 選擇生長(zhǎng)相對(duì)一致的株高為(15±1)cm的馬鈴薯幼苗，在托盤中分別加入0，50，100，150 μmol/L的MT溶液，后將其移至低溫光照培養(yǎng)箱進(jìn)行冷馴化(4 ℃白天/4 ℃晚上，光照12 h)14 d，然后在-2 ℃進(jìn)行低溫脅迫12 h，其間維持托盤內(nèi)有適量的MT溶液。低溫脅迫后的馬鈴薯葉片進(jìn)行混合取樣，同時(shí)以常溫培養(yǎng)的馬鈴薯幼苗作為對(duì)照，進(jìn)行生理生化指標(biāo)的測(cè)定。MT購(gòu)買于北京索萊寶生物科技有限公司，MT溶液的配制方法如下：分別稱取0.011 6，0.023 2，0.034 8 g用少量90%乙醇溶解所稱取的褪黑素，加入1/5霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液定容到1 L，即可配置成50，100，150 μmol/L的褪黑素溶液。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 本試驗(yàn)測(cè)定的生長(zhǎng)指標(biāo)包括：存活率、株高和莖粗，其中馬鈴薯幼苗的存活率=(所有葉片和莖稈凍死的幼苗數(shù)/供試幼苗總數(shù))×100%；株高采用直尺測(cè)定，莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)定。

1.2.2 生理生化指標(biāo)測(cè)定 本試驗(yàn)測(cè)定的生理生化指標(biāo)包括：丙二醛(MDA)、過氧化氫(H2O2)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、抗壞血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)，上述指標(biāo)均使用蘇州格銳思生物技術(shù)有限公司的試劑盒測(cè)定，其中MDA含量采用硫代巴比妥酸比色法；Pro采用酸性茚三酮比色法；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法；SOD活性采用WST-8顯色法。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗生長(zhǎng)的影響

2.1.1 對(duì)馬鈴薯幼苗形態(tài)及存活率的影響 圖1是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗表型的影響，從圖1可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，馬鈴薯的生長(zhǎng)受到明顯的抑制，受損程度輕的幼苗葉片呈水漬狀，受損程度較高的幼苗葉片及莖稈萎蔫，甚至死亡。外源MT可不同程度的影響馬鈴薯幼苗在低溫脅迫下的生長(zhǎng)狀態(tài)。

圖1 外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗表型的影響Fig.1 Effect of exogenous melatonin on potato phenotype under low temperature stress

圖2是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗存活率的影響。從圖2可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，馬鈴薯的存活率下降了50百分點(diǎn)，50，150 μmol/L MT處理使馬鈴薯幼苗較單獨(dú)低溫脅迫提高了38.89，27.78百分點(diǎn)，表明外源MT在一定程度上可以提高馬鈴薯幼苗在低溫脅迫下的存活率。

WT.常溫對(duì)照；LT.低溫對(duì)照；LT+50MT.低溫脅迫下添加50 μmol/L褪黑素；LT+100MT.低溫脅迫下添加100 μmol/L褪黑素；LT+150MT.低溫脅迫下添加150 μmol/L褪黑素。不同字母表示不同處理具有顯著差異(P<0.05)。圖3—14同。

2.1.2 對(duì)馬鈴薯幼苗株高及莖粗的影響 圖3是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗株高的影響，從圖3可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，與WT相比，馬鈴薯幼苗的株高顯著降低，其降低了40.25%。與單獨(dú)的低溫脅迫相比，50，100，150 μmol/L MT處理使馬鈴薯幼苗的株高分別提高了2.92%，16.97%，5.62%。表明在低溫脅迫下，馬鈴薯幼苗株高降低，外源MT的施加可提高馬鈴薯幼苗的株高。

圖3 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗株高的影響Fig.3 Effects of exogenous melatonin on plant height of potato under low temperature stress

圖4是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗莖粗的影響，從圖4可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，與WT相比，馬鈴薯幼苗的莖粗降低了6.57%。50，100，150 μmol/L MT處理使馬鈴薯幼苗的莖粗分別提高了1.86%，2.82%，13.20%。表明在低溫脅迫下，馬鈴薯幼苗的莖粗減少，外源MT的施加可以增加幼苗莖粗。

圖4 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗莖粗的影響Fig.4 Effects of exogenous melatonin on stem diameter of potato under low temperature stress

2.2 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗膜脂過氧化的影響

圖5是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片H2O2含量的影響，從圖5可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，與WT相比，馬鈴薯幼苗葉片中的H2O2含量提高，其提高了13.63%。與單獨(dú)的低溫脅迫相比，100 μmol/L MT處理使馬鈴薯幼苗葉片H2O2的含量降低了0.48%。圖6是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片MDA含量的影響，從圖6可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，與WT相比，馬鈴薯幼苗葉片中的MDA含量顯著提高，其提高了81.59%。與單獨(dú)的低溫脅迫相比，100，150 μmol/L MT處理使馬鈴薯幼苗葉片MDA含量分別降低了19.35%，9.45%。表明低溫脅迫提高了H2O2的產(chǎn)生速率，使得膜脂過氧化反應(yīng)發(fā)生，進(jìn)而造成MDA的積累，外源MT的施加，可以在一定程度上緩解馬鈴薯幼苗由低溫脅迫造成的膜脂過氧化傷害。

圖5 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片H2O2含量的影響Fig.5 Effects of exogenous melatonin on H2O2 content in leaves of potato under low temperature stress

圖6 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片MDA含量的影響Fig.6 Effects of exogenous melatonin on MDA content in leaves of potato under low temperature stress

2.3 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

圖7是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片可溶性糖含量的影響。從圖7可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，與WT相比，馬鈴薯幼苗葉片中的可溶性糖含量顯著增加，其增加了50.00%。與單獨(dú)的低溫脅迫相比，50 μmol/L MT處理使馬鈴薯幼苗葉片可溶性糖含量提高了12.66%。表明在低溫脅迫下，馬鈴薯幼苗會(huì)通過增加可溶性糖的積累來抵抗低溫脅迫，50 μmol/L MT的施加可進(jìn)一步增加可溶性糖的積累，從而減輕低溫脅迫對(duì)馬鈴薯幼苗的傷害。

圖7 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片可溶性糖含量的影響Fig.7 Effects of exogenous melatonin on SS content in leaves of potato under low temperature stress

圖8是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響，從圖8可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，與WT相比，馬鈴薯幼苗葉片中的可溶性蛋白含量增加，其增加了10.55%。與單獨(dú)的低溫脅迫相比，50 μmol/L MT處理使馬鈴薯幼苗葉片可溶性蛋白含量提高了13.80%。表明在低溫脅迫下，馬鈴薯幼苗會(huì)通過增加可溶性蛋白積累來抵抗低溫脅迫，50 μmol/L 外源MT的施加可進(jìn)一步增加可溶性蛋白的積累，從而減輕低溫脅迫對(duì)馬鈴薯幼苗的傷害。

圖8 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響Fig.8 Effects of exogenous melatonin on SP content in leaves of potato under low temperature stress

圖9是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片脯氨酸含量的影響，從圖9可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，與WT相比，馬鈴薯幼苗葉片中的脯氨酸含量顯著增加，其增加了95.57%。與單獨(dú)的低溫脅迫相比，50，150 μmol/L MT處理使馬鈴薯幼苗葉片脯氨酸含量分別提高了1.96%，38.70%。表明在低溫脅迫下，馬鈴薯幼苗會(huì)通過增加脯氨酸的積累來抵抗低溫脅迫，外源MT的施加可進(jìn)一步增加脯氨酸的積累，從而減輕低溫脅迫對(duì)馬鈴薯幼苗的傷害。

圖9 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片脯氨酸含量的影響Fig.9 Effects of exogenous melatonin on Pro content in leaves of potato under low temperature stress

2.4 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗抗氧化酶的影響

圖10是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片SOD活性的影響，從圖10可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，與WT相比，馬鈴薯幼苗葉片的SOD活性顯著提高，增加了82.39%。與單獨(dú)的低溫脅迫相比，150 μmol/L MT處理使馬鈴薯幼苗葉片SOD活性提高了52.61%。表明在低溫脅迫下，馬鈴薯幼苗會(huì)通過提高SOD的活性來抵抗低溫脅迫，150 μmol/L MT可顯著提高馬鈴薯幼苗SOD的活性，從而減輕低溫脅迫對(duì)馬鈴薯幼苗的傷害。

圖10 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片SOD活性的影響Fig.10 Effect of exogenous melatonin on SOD activity in leaves of potato under low temperature stress

圖11是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片POD活性的影響，從圖11可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，與WT相比，馬鈴薯幼苗葉片的POD活性顯著提高，其增加了99.75%。與單獨(dú)的低溫脅迫相比，50，100，150 μmol/L MT處理使馬鈴薯幼苗葉片POD活性分別提高了29.24%，55.44%，25.25%。表明在低溫脅迫下，馬鈴薯幼苗會(huì)通過提高POD的活性來抵抗低溫脅迫，施加外源MT可提高馬鈴薯幼苗POD的活性，從而減輕低溫脅迫對(duì)馬鈴薯幼苗的傷害。

圖11 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片POD活性的影響Fig.11 Effect of exogenous melatonin on POD activity in leaves of potato under low temperature stress

圖12是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片CAT活性的影響，從圖12可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，與WT相比，馬鈴薯幼苗葉片的CAT活性顯著降低，其降低了61.56%。與單獨(dú)的低溫脅迫相比，50，100，150 μmol/L MT處理使馬鈴薯幼苗葉片CAT活性顯著提高，其分別提高了351.62%，213.56%，300.94%。表明在低溫脅迫下，馬鈴薯幼苗CAT活性降低，外源MT的施加可顯著提高馬鈴薯幼苗CAT的活性，減輕低溫脅迫對(duì)馬鈴薯幼苗的傷害。

圖12 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片CAT活性的影響Fig.12 Effect of exogenous melatonin on CAT activity in leaves of potato under low temperature stress

2.5 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗抗氧化劑的影響

圖13是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片AsA含量的影響，從圖13可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，與WT相比，馬鈴薯幼苗葉片AsA含量提高，其增加了14.12%。與單獨(dú)的低溫脅迫相比，150 μmol/L MT處理使馬鈴薯幼苗葉片AsA含量分別提高了3.48%。表明在低溫脅迫下，馬鈴薯幼苗會(huì)通過增加AsA的積累來對(duì)抗低溫脅迫，150 μmol/L MT可以增加AsA的積累，從而進(jìn)一步減輕低溫脅迫對(duì)馬鈴薯幼苗的傷害。

圖13 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片AsA含量的影響Fig.13 Effects of exogenous melatonin on AsA content in leaves of potato under low temperature stress

圖14是外源MT對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片GSH含量的影響，從圖14可以看出，經(jīng)冷馴化及低溫脅迫后，與WT相比，馬鈴薯幼苗葉片GSH含量提高，其增加了7.48%。與單獨(dú)的低溫脅迫相比，100，150 μmol/L MT處理使馬鈴薯幼苗葉片GSH含量分別提高了13.61%，3.97%。表明在低溫脅迫下，馬鈴薯幼苗會(huì)通過增加GSH 的積累來對(duì)抗低溫脅迫，100，150 μmol/L MT可以提高GSH的積累，從而進(jìn)一步減輕低溫脅迫對(duì)馬鈴薯幼苗的傷害。

圖14 外源褪黑素對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片GSH含量的影響Fig.14 Effects of exogenous melatonin on GSH content in leaves of potato under low temperature stress

3 討論與結(jié)論

低溫脅迫會(huì)抑制植物的生長(zhǎng)，本試驗(yàn)中，與WT相比，低溫脅迫抑制馬鈴薯幼苗的生長(zhǎng)在株高上表現(xiàn)最為明顯，符合植物抵抗低溫脅迫的應(yīng)答[27]。MDA的含量被用來衡量膜脂過氧化程度，本試驗(yàn)結(jié)果表明，在低溫脅迫下馬鈴薯幼苗的MDA和H2O2含量升高，說明低溫脅迫下馬鈴薯幼苗的細(xì)胞膜系統(tǒng)被破壞，使膜脂過氧化反應(yīng)的發(fā)生。施加100 μmol/L MT，H2O2含量低于單獨(dú)的低溫脅迫，說明外源MT降低膜脂過氧化程度，進(jìn)而對(duì)低溫脅迫下馬鈴薯幼苗的細(xì)胞膜起到保護(hù)作用。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量可作為植物耐低溫脅迫的指標(biāo)，一般認(rèn)為可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸的含量與植物的抗寒性呈正相關(guān)。在低溫脅迫下，植物通過積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢(shì)，以維持正常的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和各種酶類物質(zhì)的正常功能，在本試驗(yàn)中，低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片中的SS、SP和Pro的含量增加，50 μmol/L MT處理使可溶性糖和可溶性蛋白的含量顯著提高，150 μmol/L MT處理使脯氨酸的含量顯著提高，表明適宜濃度的MT可以促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，通過調(diào)節(jié)SS、SP、Pro的含量來降低細(xì)胞滲透勢(shì)，以緩解低溫脅迫對(duì)馬鈴薯幼苗的傷害。低溫脅迫下，植物通過提高抗氧化酶的活性來清除植物體內(nèi)活性氧自由基，從而緩解活性氧對(duì)細(xì)胞膜的傷害，緩解低溫脅迫對(duì)植物的傷害，在本試驗(yàn)中，低溫脅迫下馬鈴薯幼苗的SOD和POD的活性提高，CAT活性下降，表明馬鈴薯幼苗主要通過SOD和POD來降低活性氧的積累，150 μmol/L MT處理顯著提高SOD的活性，100 μmol/L MT處理顯著提高POD的活性，50，100，150 μmol/L MT處理顯著提高CAT的活性，表明外源MT的施加可以提高低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片抗氧化酶的活性，促進(jìn)自由基的清除，從而緩解低溫脅迫對(duì)馬鈴薯的傷害。在本試驗(yàn)中，低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片的MDA和H2O2含量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)(SS、SP和Pro)的積累、抗氧化酶(SOD、POD、CAT)的活性以及因外源施加MT的改變與低溫脅迫下外源MT 對(duì)黑麥草[28]、大白菜[29]、茄子[30]、油菜[31]、煙草[32]、草莓[33]、番茄[24]等植物的MDA和H2O2含量的作用相似。

AsA和GSH是重要的抗氧化劑，其對(duì)維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，生物膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性及防御膜膜脂過氧化起重要作用[34]。在本試驗(yàn)中，在低溫脅迫下馬鈴薯幼苗葉片中的AsA和GSH含量提高，外源MT的施加可以提高低溫脅迫下馬鈴薯幼苗的抗氧化劑含量，這與低溫脅迫對(duì)草莓葉片抗氧化劑含量的變化一致[35]。

本試驗(yàn)結(jié)果顯示：50 μmol/L MT可能通過提高低溫脅迫下馬鈴薯幼苗的株高和莖粗、增加SS、SP、Pro的積累、提高POD和CAT的活性來緩解低溫脅迫對(duì)植株的傷害，從而提高馬鈴薯幼苗的存活率；100 μmol/L MT 處理使馬鈴薯幼苗的存活率下降；150 μmol/L MT可能通過提高馬鈴薯幼苗的株高和莖粗、增加Pro、AsA和GSH的積累、提高SOD、POD和CAT活性來緩解低溫脅迫對(duì)植株的傷害，從而提高馬鈴薯幼苗的存活率。由此可見，50，150 μmol/L MT均能提高馬鈴薯幼苗抵抗低溫脅迫的能力，但是基于幼苗存活率和成本因素等的考慮，50 μmol/L MT是較優(yōu)的選擇。

綜上，低溫脅迫抑制馬鈴薯幼苗的株高，降低幼苗存活率，但對(duì)幼苗的莖粗影響不顯著；造成葉片H2O2和MDA 的含量升高進(jìn)而對(duì)幼苗的膜系統(tǒng)造成損傷；提高葉片SS、SP、Pro、AsA、GSH的含量和SOD、POD的活性來應(yīng)對(duì)低溫脅迫。施加外源MT后可以不同程度的提高幼苗的存活率和株高、降低葉片的MDA和H2O2含量、進(jìn)一步促進(jìn)SS、SP、Pro、AsA、GSH的積累和增強(qiáng)SOD、POD、CAT的活性，從而維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和各種酶類物質(zhì)的正常功能，緩解低溫脅迫對(duì)馬鈴薯幼苗的傷害，進(jìn)而提高馬鈴薯幼苗的抗低溫脅迫的能力，其中50 μmol/L MT是較優(yōu)的選擇。