張 雅，傅鴻妃

(浙江省杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310024)

茄子 (Solanum melongenaL.)是我國南北各地廣泛種植的主要蔬菜作物之一。茄子屬喜溫作物，生長發(fā)育的最適溫度22～30℃，當(dāng)溫度超過35℃，就會(huì)表現(xiàn)明顯的高溫傷害癥狀，如生長異常、花期縮短、花粉生活力下降及坐果率下降，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)的降低［1］。因此，選育耐熱品種在生產(chǎn)上具有重要意義。

通過常規(guī)育種手段選育耐熱的茄子品種，周期較長。若能苗期實(shí)現(xiàn)不同育種材料的耐熱性鑒定，則可大大縮短育種進(jìn)程。目前，在茄子苗期耐熱性鑒定方面的研究表明，茄子熱害指數(shù)、恢復(fù)指數(shù)及葉片相對(duì)電解質(zhì)滲透率等可作為茄子耐熱性的鑒定指標(biāo)［2－3］。

葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)作為一種無損傷、快速檢測光系統(tǒng)Ⅱ的技術(shù)，已應(yīng)用于植物逆境抗性鑒定。王梅等［4］研究表明Fv/Fm可用于耐熱性鑒定。基于以上研究，我們試圖通過不同茄子品種在高溫脅迫后不同的生理反應(yīng)，明確耐熱品種的耐熱機(jī)制，進(jìn)而尋找出耐熱性的鑒定指標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

供試茄子品種為6-E417、組合2號(hào) (杭茄1號(hào))、06-E504和紫妃1號(hào)。各供試品種的種子經(jīng)催芽后，播于盛有蛭石的塑料缽中 (8 cm×8 cm)，采用1/2 Hogland配方營養(yǎng)液澆灌。幼苗長至4～5片真葉時(shí)，各品種選取生長勢一致的24株幼苗置于光照培養(yǎng)箱中預(yù)處理1 d，溫度為28℃/20 ℃ (晝/夜)、光照強(qiáng)度 80 μmol·m－2·s－1、光周期12 h/12 h(晝/夜)。高溫處理溫度則采用前期預(yù)備試驗(yàn)得出的45℃/36℃，光照強(qiáng)度為80 μmol·m－2·s－1、光周期為 12 h/12 h。為了避免水分脅迫，高溫處理期間保持蛭石濕潤，培養(yǎng)箱內(nèi)相對(duì)濕度保持在70%～80%。高溫脅迫2 d后進(jìn)行恢復(fù)。脅迫前、脅迫后2 d及恢復(fù)后2 d進(jìn)行測定或取樣。

1.2 熱害癥狀統(tǒng)計(jì)及分析

按照賈開志等［5］的方法對(duì)茄子幼苗熱害癥狀進(jìn)行分級(jí)，并稍加調(diào)整。分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下:0級(jí)無受害癥狀;1級(jí)植株稍有萎蔫，老葉邊緣發(fā)黃或輕微失水;2級(jí)植株萎蔫，中下部葉片下垂、皺縮，老葉變黃;3級(jí)植株嚴(yán)重萎蔫，老葉脫落或干枯，上部葉片嚴(yán)重下垂，新葉失水、皺縮;4級(jí)植株葉片全部干枯或脫落。根據(jù)各處理植株的熱害級(jí)數(shù)，計(jì)算熱害指數(shù)。

1.3 電解質(zhì)滲透率測定

參照Maribel等［6］的方法。用0.5 cm打孔器打孔并稱取0.1 g葉片，放入10 mL雙蒸水中，28℃搖床震蕩2.5 h，測定此時(shí)雙蒸水和葉片溶液的電導(dǎo)率，分別記為EC0和EC1，95℃ 水浴0.5 h，測定葉片溶液的電導(dǎo)率，記為EC2，相對(duì)電導(dǎo)率計(jì)算公式為:(EC1－EC0)/(EC2－EC0)。

1.4 抗氧化酶活性測定

酶液的提取參照朱祝軍等［7］的方法。稱取0.3 g葉片，加 2 mL 50 mmol·L－1磷酸緩沖液 (含0.2 mmol·L－1EDTA，pH值 7.8)和 2%不溶性PVP。冰浴中勻漿，離心20 min，上清液用作抗氧化酶活性的測定。所有操作在4℃下進(jìn)行。

抗氧化酶活性測定MDA(丙二醛)含量測定參照 Cakmak等［8］的方法。SOD(超氧化物歧化酶)活性測定采用Giannopolitis等［9］的方法。

1.5 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定

采用FMS-2便攜調(diào)制式熒光儀測定葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)。參照 Genty等［10］方法進(jìn)行計(jì)算。于處理前、處理后2 d及恢復(fù)后2 d測定茄子葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ和ETR值，測定前暗適應(yīng)20 min，測定時(shí)先照射檢測光 (<0.05 μmol·m－2·s－1)，再照射飽和脈沖光 (12 000 μmol·m－2·s－1)。每處理 3 次重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱害指數(shù)和葉片電解質(zhì)滲透率

圖1中a表明，高溫脅迫后，06-E417和紫妃1號(hào)熱害指數(shù)遠(yuǎn)低于06-E504和組合2號(hào)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐熱性?；謴?fù)2 d后，熱害指數(shù)均有所降低，但幅度不大，06-E417和紫妃1號(hào)熱害指數(shù)仍高于06-E504和組合2號(hào)。

電解質(zhì)滲透率結(jié)果 (圖1中b)表明，高溫處理后各品種的電解質(zhì)滲透率均有顯著上升 (P<0.05)。06-E504和組合2號(hào)的上升幅度高于06-E417和紫妃1號(hào);恢復(fù)2 d后，各品種電解質(zhì)滲透率均下降，06-E417和紫妃1號(hào)電解質(zhì)滲透率基本恢復(fù)到處理前水平，06-E504和組合2號(hào)高于處理前。在處理2 d及恢復(fù)2 d后，06-E504和組合2號(hào)的電解質(zhì)滲透率均顯著高于06-E417和紫妃1號(hào)。

熱害指數(shù)和電解質(zhì)滲透率的相關(guān)分析表明熱害指數(shù)與電解質(zhì)滲透率呈顯著正相關(guān) (r=0.795*)，說明植株外部觀測到的熱害癥狀與內(nèi)部受到的傷害程度相一致。

圖1 高溫脅迫對(duì)不同品種茄子熱害指數(shù) (a)和相對(duì)電解質(zhì)滲透率 (b)的影響

2.2 MDA含量和SOD活性

圖2中a表明，高溫處理后茄子葉片MDA含量均顯著上升，06-E504和組合2號(hào)品種的上升幅度高于6-E417和紫妃1號(hào)?；謴?fù)2 d后葉片MDA含量明顯下降，6-E417和紫妃1號(hào)MDA含量基本恢復(fù)至處理前水平，06-E504和組合2號(hào)顯著高于處理前的MDA含量。

SOD是抗氧化系統(tǒng)中的關(guān)鍵酶，催化O2·－反應(yīng)生成H2O2。高溫處理后茄子SOD活性均顯著下降，恢復(fù)2 d后均上升，6-E417和紫妃1號(hào)SOD活性比處理前分別提高了20.3%和20.7%，組合2號(hào)品種低于處理前，06-E504與處理前相當(dāng) (圖2中b)。

2.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)

Fv/Fm表示光系統(tǒng)Ⅱ的原初光量子效率。從圖3結(jié)果可以看出，高溫處理后，各茄子品種葉片的Fv/Fm均呈現(xiàn)下降趨勢，06-E504和組合2號(hào)下降幅度高于6-E417和紫妃1號(hào)，處理2 d后降低至0.74和0.77，而6-E417和紫妃1號(hào)仍高于0.80，說明06-E504和組合2號(hào)的光系統(tǒng)Ⅱ受到了嚴(yán)重的傷害?；謴?fù)2 d后，各品種的Fv/Fm均恢復(fù)到正常水平。

圖2 高溫脅迫對(duì)不同品種茄子MDA含量 (a)和SOD活性 (b)的影響

圖3 高溫脅迫對(duì)不同品種茄子Fv/Fm的影響

Fv/Fo表示光系統(tǒng)Ⅱ的潛在活性。高溫脅迫后，茄子葉片的Fv/Fo均顯著下降 (圖 4)，06-E504和組合2號(hào)下降幅度高于6-E417和紫妃1號(hào)，恢復(fù)2 d后均恢復(fù)至處理前水平 (P<0.05)。

圖4 高溫脅迫對(duì)不同品種茄子Fv/Fo的影響

ΦPSⅡ表示 PSⅡ光合電子傳遞量子效率。在高溫脅迫后顯著降低，恢復(fù)2 d后 ΦPSⅡ仍維持在較低的水平，6-E417和紫妃1號(hào)顯著高于06-E504和組合2號(hào) (圖5)。

圖5 高溫脅迫對(duì)不同品種茄子ΦPSⅡ的影響

qP表示反應(yīng)中心開放的比例，其在高溫處理后有顯著降低，恢復(fù)2 d后繼續(xù)下降 (圖6)。06-E504和組合2號(hào)下降幅度高于6-E417和紫妃1號(hào)。恢復(fù)2 d后6-E417和紫妃1號(hào)qP顯著高于06-E504和組合2號(hào)。

圖6 高溫脅迫對(duì)不同品種茄子qP的影響

PSⅡ的非循環(huán)電子傳遞速率ETR表示實(shí)際光強(qiáng)條件下的表觀電子傳遞效率，其變化趨勢與qP變化趨勢相同 (圖7)。

圖7 高溫脅迫對(duì)不同品種茄子ETR的影響

Fv′/Fm′表示天線色素光能轉(zhuǎn)化效率，高溫脅迫后各品種茄子葉片的Fv′/F′m均顯著降低，6-E417和紫妃1號(hào)下降幅度低于06-E504和組合2號(hào)，恢復(fù)2 d后均恢復(fù)至處理前水平 (圖8)。

圖8 高溫脅迫對(duì)不同品種茄子 F′v/F′m的影響

NPQ(非光化學(xué)猝滅系數(shù))表示PSⅡ天線色素吸收的光能以熱的形式耗散的那部分光能。高溫脅迫后各品種的NPQ均顯著升高，恢復(fù)處理2 d后基本恢復(fù)到正常水平，各品種間差異不顯著(圖 9)。

綜上所述，在高溫脅迫下，紫妃1號(hào)和材料06-E417表現(xiàn)出很強(qiáng)的耐熱性，杭茄1號(hào)耐熱性中等，06-E504耐熱性最差。

3 小結(jié)和討論

圖9 高溫脅迫對(duì)不同品種茄子NPQ的影響

高溫脅迫可影響植物的正常生長發(fā)育，使其經(jīng)濟(jì)性狀發(fā)生變化，因此通過表觀性狀的觀測可進(jìn)行耐熱性鑒定。羅少波［11］認(rèn)為，高溫下大白菜結(jié)球性是大白菜耐熱性的重要指標(biāo)。劉進(jìn)生等［12］將產(chǎn)量作為鑒定番茄耐熱性的關(guān)鍵因子。這些性狀能直接反映植物對(duì)高溫的耐性，可以篩選出具有較高商品價(jià)值的耐熱品種。但這些指標(biāo)鑒定往往需要較長的周期。采用苗期鑒定能大大縮短篩選周期，簡便易行。冉茂林等［13］的結(jié)果表明，蘿卜苗期耐熱性鑒定與收獲期的有效根率具有良好一致性。在本試驗(yàn)中，苗期熱害指數(shù)能較明顯地鑒別出不同品種茄子的耐熱性，此與前人研究結(jié)果相類似［3，5］。

高溫脅迫造成植物葉片膜脂過氧化傷害和膜透性增加。電解質(zhì)滲透率可表示質(zhì)膜透性變化，是反映植物的高溫傷害及對(duì)高溫適應(yīng)的最常用指標(biāo)［14］。本試驗(yàn)及前人研究都表明，相對(duì)電解質(zhì)滲透率變化能較好地區(qū)分不同品種對(duì)高溫脅迫的耐性［5，13］。高溫脅迫下膜透性的增加可能源于膜脂過氧化傷害。MDA含量反映了膜脂過氧化傷害的程度。在本試驗(yàn)中，耐熱性較好的茄子品種，高溫脅迫后MDA含量上升較慢，表明膜脂過氧化程度較低。MDA含量的變化與相對(duì)電解質(zhì)滲透率變化呈現(xiàn)良好的相關(guān)性，可作為鑒定耐熱性的指標(biāo)。王志和等［15］的研究也證實(shí)了這一點(diǎn)。

SOD是植物抗氧化系統(tǒng)中第一個(gè)起重要作用的關(guān)鍵酶，其功能是催化O2·－生成 H2O2。高溫脅迫造成了各品種茄子SOD活性顯著下降，耐熱品種表現(xiàn)出較高的SOD活性，在恢復(fù)后SOD活性上升也較快，有利于過?；钚匝醯那宄＿@些結(jié)論與前人的結(jié)論相似［16－17］。

葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)及其參數(shù)是以植物體內(nèi)葉綠素?zé)晒鉃樘结樀囊环N快速、靈敏、無損傷地探測逆境對(duì)光合作用影響和生理狀態(tài)的理想方法［18］。近年來，研究認(rèn)為高溫脅迫破壞植物的光系統(tǒng)，表現(xiàn)在光系統(tǒng)Ⅱ原處光量子產(chǎn)率Fv/Fm和PSⅡ的潛在活性Fv/Fo的降低［19］。在本試驗(yàn)中，高溫脅迫后茄子的Fv/Fm和Fv/Fo顯著降低，耐熱品種顯著高于不耐熱品種。這與王梅等人的結(jié)論一致［4］。高麗紅等［20］在菜豆上也得到相似結(jié)論。本文結(jié)果還表明，葉綠素?zé)晒鈪?shù)對(duì)環(huán)境的敏感性較強(qiáng)，恢復(fù)2 d后Fv/Fm和Fv/Fo即恢復(fù)正常，此時(shí)不耐熱品種電解質(zhì)滲透率仍維持在較高水平。

耐熱品種在脅迫環(huán)境下具有較高的光化學(xué)活性，還表現(xiàn)為其具有較高的PSⅡ光合電子傳遞量子效率。高溫脅迫使茄子各品種 ΦPSⅡ降低，耐熱品種其ΦPSⅡ降低幅度小于不耐熱品種，因此在處理及恢復(fù)后，耐熱品種ΦPSⅡ顯著高于不耐熱品種。此與前人結(jié)論一致［20］。

高溫脅迫后茄qP和F′v/F′m均顯著降低，耐熱品種降低幅度低于不耐熱品種。這說明，高溫脅迫后，耐熱茄子仍保持較高的反應(yīng)中心開放比例和較高的天線色素光能轉(zhuǎn)化效率，因此其具有較高的PSⅡ光合電子傳遞量子效率。高溫處理后茄子電子傳遞速率顯著降低，處理2 d及恢復(fù)2 d后，耐熱品種均高于不耐熱品種，這與高麗紅等人結(jié)論相同［20］。非光化學(xué)猝滅系數(shù)在高溫脅迫后的大幅度上升，表明茄子通過增加熱耗散以減輕過量光能造成的傷害，這也是茄子對(duì)高溫脅迫的一種適應(yīng)機(jī)制。孫艷等［21］在黃瓜上得到了相似的結(jié)論。

高溫脅迫造成了植物光系統(tǒng)Ⅱ的傷害和膜脂過氧化傷害，并最終影響植物的生長和發(fā)育。熱害指數(shù)、電解質(zhì)滲透率、MDA含量、Fv/Fm和Fv/Fo從不同角度反映了高溫對(duì)茄子的傷害，且能反映傷害程度，因此可以作為鑒定茄子耐熱性的指標(biāo)。

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