高溫脅迫對(duì)辣椒果實(shí)活性氧代謝的影響

梁寶萍，段 瑩，姜 俊，姬宇飛，陳 杰，董帥廳，楊瑞晗

(駐馬店市蔬菜遺傳育種工程技術(shù)研究中心 駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 河南 駐馬店 463000)

辣椒(CapsicumannuumL.)屬于茄科辣椒屬，別名番椒、海椒、秦椒，辣椒維生素C含量居各蔬菜之首[1～2]，深受人民的喜愛，是我國種植面積和生產(chǎn)產(chǎn)量規(guī)模相當(dāng)大的蔬菜作物之一，僅次于大白菜。其生長時(shí)期最佳溫度為22-30℃，一旦高于35℃，在每個(gè)生長發(fā)育階段都出現(xiàn)問題，如苗期生長發(fā)育受到限制，坐果期落花落果，收獲期商品果色澤變淡，產(chǎn)量及品質(zhì)亦下降[3]。國內(nèi)外研究者從不同角度集中研究了高溫脅迫下苗期生長發(fā)育生理生化性質(zhì)和耐熱性體系鑒定[4～8]。在高溫脅迫下，辣椒果實(shí)出現(xiàn)退綠變硬，表面失水變薄等不可逆的高溫傷害。但是高溫脅迫對(duì)辣椒果實(shí)的影響尚未見報(bào)道。因此，通過對(duì)“駐椒22”商品果成熟期進(jìn)行高溫脅迫，研究辣椒果實(shí)中滲透物質(zhì)含量、氧化系統(tǒng)酶活性變化，掌握高溫對(duì)成熟期果實(shí)的生理影響機(jī)制，為研究預(yù)防辣椒果實(shí)灼傷以及果實(shí)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供依據(jù)，為研究抵御高溫傷害的外源物質(zhì)奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試?yán)苯菲贩N是 “駐椒22”,是駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的牛角型辣椒品種。

1.2 試驗(yàn)處理

隨機(jī)選擇辣椒果實(shí)大小均勻、成熟度一致，且無損傷的植株20株，將植株隨機(jī)分為對(duì)照組和高溫處理組2組，每組10株，在植物生長氣候室進(jìn)行培養(yǎng)。對(duì)照組溫度設(shè)置為(27±1)℃進(jìn)行培養(yǎng)，高溫處理組全天溫度設(shè)置為(40±1)℃進(jìn)行培養(yǎng)，其他條件均保持一致。分別于處理0、3、6、12、24、48h后取樣，測(cè)定其滲透物質(zhì)含量、氧化系統(tǒng)酶活性，重復(fù)3次。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與測(cè)定方法

參照曹健康的方法測(cè)定過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)[9]，參照高俊鳳的方法測(cè)定丙二醛(MDA)含量[10]；參照張蜀秋的方法測(cè)定過氧化氫(H2O2)、過氧化氫酶(CAT)[11]，參照吳雪霞的方法測(cè)定抗壞血酸過氧化物酶(APX)的活性、脯氨酸(PRO)、可溶性蛋白含量，負(fù)超氧陰離子(O2·-)產(chǎn)生速率[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用EXCEL2007畫圖，統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 18對(duì)平均數(shù)進(jìn)行單因素多重比較。

2 結(jié)果與分析

圖1 高溫逆境對(duì)辣椒果實(shí)O2.-產(chǎn)生速率的H2O2、MDA含量及影響

2.1 高溫逆境對(duì)辣椒果實(shí)O2.-產(chǎn)生速率、MDA含量、H2O2含量的影響

在圖1中顯示，0～48 h內(nèi)，對(duì)照辣椒果實(shí)中MDA含量基本保持不變，而高溫處理材料隨著處理時(shí)間的延長，MDA含量呈上升趨勢(shì)，其果實(shí)的MDA含量均高于對(duì)照；高溫脅迫的辣椒材料果實(shí)中O2.-產(chǎn)生速率呈上升的趨勢(shì)，對(duì)照變化幅度較?。桓邷孛{迫的辣椒果實(shí)中H2O2含量呈上升趨勢(shì)，均高于對(duì)照，對(duì)照變化幅度小。MDA含O2.-量、H2O2含量、O2.-產(chǎn)生速率分別比對(duì)照增加了8倍 、3.9倍、4倍。

2.2 高溫脅迫對(duì)辣椒果實(shí)抗氧化酶活性的影響

在圖2中顯示，0～48 h之內(nèi)，高溫處理的辣椒果實(shí)中SOD、POD、CAT、APX的活性呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)，且都在處理24 h時(shí)達(dá)到峰值。對(duì)照辣椒果實(shí)中4種酶含量沒有明顯變化。在24 h時(shí)，SOD、POD、CAT、APX的活性高溫處理比對(duì)照增加了2倍、3.8倍、2.4倍、1.6倍。

圖2 高溫逆境對(duì)辣椒果實(shí)SOD、POD、CAT、APX活性的影響

2.3 高溫脅迫對(duì)辣椒果實(shí)可溶性蛋白和脯氨酸含量的影響

在圖3中顯示，0～48 h之內(nèi)，高溫處理下辣椒果實(shí)中可溶性蛋白含量和脯氨酸含量均呈上升趨勢(shì)，在48 h含量達(dá)到最高，對(duì)照含量變化不明顯。在48 h時(shí)，高溫處理含量分別是對(duì)照的2倍和3倍。

圖3 高溫脅迫對(duì)辣椒果實(shí)可溶性蛋白含量和脯氨酸含量的影響

3 討論

植物抗氧化系統(tǒng)受高溫脅迫被激活，生產(chǎn)的活性氧對(duì)植物的傷害從而避免或減輕[13]。作為活性氧成員的超氧陰離子自由基(O2-)啟動(dòng)了膜脂過氧化[14]。高溫脅迫時(shí)，植物本身產(chǎn)生的過氧化物直接損傷細(xì)胞膜，引起膜脂過氧化，膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物是丙二醛(MDA)，其含量高低代表膜脂被過氧化的程度。本研究結(jié)果表明，高溫處理后辣椒果實(shí)中O2.-生產(chǎn)速率、H2O2含量MDA含量均顯著增加，這與萬繼鋒等在柑橘果實(shí)中的研究結(jié)果相似[15]，金春燕[16]等在番茄果實(shí)的研究表明，高溫處理會(huì)使果實(shí)內(nèi)MDA和O2.-生產(chǎn)速率增加顯著。說明高溫逆境時(shí)，細(xì)胞膜受到損傷，致使辣椒果實(shí)受到了損害。

高溫逆境時(shí)，為了維持植物體內(nèi)氧化還原平衡，超氧化物歧化酶(SOD)清除最先產(chǎn)生的O2.-[17]，植物組織中過量的的H2O2和O2.-由過氧化氫酶(POD)清除[18]，氧化產(chǎn)生過量的H2O2，也由重要的抗氧化酶CAT、APX來清除[19]。筆者試驗(yàn)中，辣椒果實(shí)受到高溫處理時(shí)，SOD、POD、CAT、APX的活性呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)，這與萬繼鋒在柑橘果實(shí)高溫脅迫的結(jié)果相似，馬寶鵬等在高溫脅迫對(duì)辣椒幼苗生長生理響應(yīng)的研究中結(jié)果相似[20]，但不同辣椒品種出現(xiàn)的峰值時(shí)間不同。大白菜在高溫處理后發(fā)現(xiàn)[21]，SOD活性先上升后下降，POD活性下降，不同耐熱品種對(duì)高溫的反應(yīng)基本相同，究其原因可能與高溫逆境損傷了酶的亞鐵原卟啉基和受到膜脂過氧化的最終產(chǎn)物MDA的毒害有關(guān)[22]。這說明高溫脅迫在一定時(shí)間范圍內(nèi)，辣椒果實(shí)能通過自身的防御系統(tǒng)，快速啟動(dòng)抗氧化系統(tǒng)，適應(yīng)高溫環(huán)境免受其傷害，但超過自身適應(yīng)范圍，酶促反應(yīng)系統(tǒng)中酶活性會(huì)降低，隨脅迫時(shí)間的延長，SOD、POD、CAT、APX活性下降，而O2.-、MDA、H2O2持續(xù)上升，也就是說明 SOD、POD、CAT、APX清除O2.-、MDA、H2O2的能力不足，使果實(shí)已經(jīng)受到了損害。作為重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的可溶性蛋白和脯氨酸的主要成員，當(dāng)植物處于逆境時(shí)，為了抵御逆境、降低細(xì)胞滲透勢(shì)，植物能產(chǎn)生這些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來提高對(duì)逆境的抵抗力，進(jìn)而維持膜結(jié)構(gòu)了溫度，提高了細(xì)胞持水能力，保護(hù)了原生質(zhì)膜結(jié)構(gòu)。本研究中隨著溫度的升高，可溶性蛋白和脯氨酸含量持續(xù)上升，對(duì)照變化幅度小，與吳雪霞等在茄子果皮上的研究和劉凱歌等在甜椒幼苗上的研究者結(jié)果類似[23～24]。這可能是高溫脅迫時(shí)，防止抗氧化酶變性，抵御高溫逆境，可溶性蛋白和脯氨酸含量持續(xù)上升，使辣椒果實(shí)緩解高溫傷害。

綜上所述，高溫脅迫的過程中，O2.-生產(chǎn)速率、MDA含量、H2O2含量持續(xù)上升，可溶性蛋白和脯氨酸持續(xù)上升，保持葉片水分，抗氧化酶SOD、POD、CAT、APX的活性先升后降，使辣椒果實(shí)超過防御能力時(shí)，代謝功能失去了平衡受到損傷。然而，辣椒果實(shí)抗高溫的關(guān)鍵是取決于果實(shí)抵御高溫脅迫時(shí)的抗氧化性。進(jìn)一步研究外源調(diào)節(jié)物調(diào)節(jié)植物抗氧化系統(tǒng)，來提高果實(shí)耐熱性是下一步解決的問題。