脯氨酸对高温胁迫下菜薹耐热性的影响

曹 毅 李春梅 邓 燏 刘永聪

菜薹（Brassica campestrisL. ssp.chinensisvar.utilisTsen et Lee）为十字花科芸薹属（Brassica）白菜亚种的一个变种，一年生或二年生草本，以柔嫩肉质的花薹为食用器官。菜薹生长周期短、经济效益高，是目前广东省栽培面积最大、具有优势和标志性的蔬菜种类。菜薹生长适宜温度为 15～25 ℃，30 ℃以上生长比较困难，且菜薹细小、质劣，所以南方 7～9月种植菜薹存在明显的不适应性（张振贤 等，2003）。前人研究表明几乎所有的逆境如干旱、高温、低温、冰冻、盐渍、低pH、营养不良、病害、大气污染等都会造成植物体内脯氨酸（Pro）的积累，部分试验已证实Pro积累与植物的胁迫耐受力呈正相关（许祥明 等，2000；Hong et al.，2000；Sivakumar et al.，2000；Adams & Valdes，2002；Matysik et al.，2002；全先庆 等，2007），而关于 Pro对高温胁迫下菜薹耐热性的研究尚未见报道。本试验在研究了高温胁迫对不同菜薹品种产生不同影响的基础上（曹毅 等，2010），以相对耐热的50天油青菜心为试材，研究不同浓度 Pro预处理对高温胁迫下菜薹幼苗热害指数、电解质渗透率、抗氧化酶活性，以及田间自然高温下Pro处理对菜薹生长、生物量与品质的影响，以期探讨Pro对高温胁迫下菜薹耐热性的影响，为进一步研究菜薹抗热栽培技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2009、2010年7～9月在佛山科学技术学院教学试验基地进行。采用生产上应用品种：特抗热50天油青菜心（种子纯度≥98%，叶色油绿、薹整齐、粗壮、质优、耐热和抗病，市售）；Pro为生化试剂（上海求德生物化工，纯度≥99%，市售）。

1.2 试验设计

1.2.1 菜薹幼苗耐热性试验 菜薹浸种催芽后播于盛有混合基质（菜园土∶草菇泥=1V∶1V）的营养钵中，待幼苗长到二叶一心时，7月16日定植于6 cm×6 cm营养钵中，缓苗后移入人工智能气候培养箱进行培养，预培养2 d后（温度白天28 ℃/夜间20 ℃，昼/夜各12 h，相对湿度白天75%，夜间85%，光照强度5×104lx），采用Pro叶面喷施，浓度设50、100、150、200、250 mg·L-15个梯度，CK为清水，每处理30株，3次重复，喷施时间为每天18：00时，喷施量3 mL·株-1，连续喷施3 d后，进行高温胁迫处理，高温（42±1）℃下设培养0、4、8、12 h，相对湿度75%，光照强度5×104lx，取幼苗生长点下第2片展开真叶进行各项指标的测定。植株受热害分级参照康俊根等（2002）的方法，并加以改进。分级标准：正常为 0级；叶片绿色轻度反卷萎蔫为1级；叶片微黄中度萎蔫为2级；叶片发黄重度萎蔫为3级；植株茎萎缩，叶大部枯黄萎蔫为4级；死亡干枯为5级。

电解质渗透率采用罗少波（1996）的方法。

S0为蒸馏水空白电导值，S1为初始电导值，S2为热处理后电导值。

新鲜叶片剪碎混匀后，称取0.2 g，加pH 7.8的磷酸缓冲液1.5 mL于冰浴中研磨提取，4 ℃下冷冻离心15 min待测，超氧化物歧化酶（SOD）活性用氮蓝四唑NBT法测定，过氧化物酶（POD）活性用紫外吸收法测定（李合生，2003）。

1.2.2 菜薹田间耐热性试验 幼苗长到二叶一心（7月16日）时定植于露地，株距13.3 cm，行距16.7 cm，按照常规管理，待菜薹生长到四叶一心（7月26日）、初蕾（8月2日）时各采用Pro叶面喷施一次，浓度同1.2.1，CK为清水，喷施时间为每天18：00时，喷施量5 mL·株-1，小区面积12 m2，种植500株，3次重复，处理后调查7 d的昼夜温度变化（表1）。8月10日对菜薹生长、生物量与品质指标进行测定，主要测定株高、茎粗、叶数、叶面积、薹鲜质量、根鲜质量，可溶性糖、可溶性蛋白和VC含量，采用5点取样，每点6株，共30株，3次重复。其中，叶面积用便携式活体叶面积测定仪（哈尔滨光学仪器厂）在生长盛期测定，从齐口花向下留15 cm称取薹质量，可溶性糖含量（取8月10日收薹叶测得，下同）用蒽酮法测定，VC含量用2, 6-二氯靛酚滴定法测定，可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝G-250快速测定法测定（王忠，2001）。

表1 Pro喷施后田间昼夜温度变化情况 ℃

1.3 数据统计

试验数据均采用DPS处理，用Duncan’s新复极差法进行分析。

2 结果与分析

2.1 脯氨酸对高温胁迫下菜薹幼苗耐热性的影响

2.1.1 对幼苗热害指数和电解质渗透率的影响 从表2中可以看出，随着高温胁迫时间的延长，CK热害指数和电解质渗透率不断增高。对热害指数，胁迫0 h，各处理差异均不显著；胁迫4 h，150、200 mg·L-1Pro处理显著低于 CK，降幅分别为 8.9%、8.3%；胁迫 8 h，150、200、100 mg·L-1Pro处理比CK降低显著，降幅分别为13.7%、13.4%和11.9%；胁迫12 h，200、150 mg·L-1Pro处理比CK降低显著，降幅分别为15.0%、12.9%，250、100 mg·L-1处理的降幅分别为10.3%、10.0%。对电解质渗透率，胁迫0、4 h，Pro各处理差异均不显著；胁迫8 h，200、150、100 mg·L-1处理显著低于CK，降幅分别为16.7%、13.7%和13.4%；胁迫12 h，200、150、250、100 mg·L-1处理显著低于其他处理，与CK比降幅分别为20.3%、15.8%、15.6%和15.2%。

对菜薹热害指数（Y）和电解质渗透率（X）进行二次多项式回归分析，胁迫8 h，Y1=5.434+0.179X1+0.008X12，相关系数R=0.973，F=26.642，显著水平p=0.012，剩余标准差S=0.093，调整后的相关系数Ra=0.955；胁迫 12 h，Y2=1.953+0.151X2+0.003X22，相关系数R=0.982，F=39.691，显著水平p=0.069，剩余标准差S=0.081，调整后的相关系数Ra=0.969。表明高温胁迫8、12 h热害指数和电解质渗透率呈正相关关系，植株外部观测到的热害症状与内部受到的伤害程度是一致的。

表2 脯氨酸对高温胁迫下菜薹热害指数和电解质渗透率的影响

2.1.2 对幼苗SOD和POD活性的影响 从表3中可以看出，对SOD活性，胁迫0、4 h，Pro各处理差异均不显著；胁迫8 h，150、200 mg·L-1Pro处理显著高于其他处理，与CK比增幅分别为33.7%、30.9%，50、100、250 mg·L-1处理的增幅分别为11.0%、14.6%和10.3%；胁迫12 h，200、150 mg·L-1处理增加显著，与CK比增幅分别为26.8%、26.1%，其次为250、100、50 mg·L-1处理，增幅分别为15.6%、13.9%和13.3%。

对POD活性，胁迫0 h，Pro各处理差异不显著；胁迫4 h和8 h，200、250 mg·L-1Pro处理显著高于CK，增幅分别为11.4%、9.8%和22.8%、22.4%，其次为150、100、50 mg·L-1处理，增幅分别为7.0%、8.1%、7.9%和19.7%、17.8%、16.4%；胁迫12 h，150、200 mg·L-1处理的增加显著，与CK比增幅分别为25.1%、24.8%，其次是Pro浓度为100、250、50 mg·L-1的处理，POD活性增幅分别为20.1%、15.9%和15.1%。

表3 脯氨酸对高温胁迫下菜薹幼苗SOD和POD活性的影响

2.2 脯氨酸对高温胁迫下菜薹田间耐热性的影响

2.2.1 对菜薹生长的影响 从表4中可以看出，Pro各处理对菜薹株高无显著影响；对茎粗，200、150、250 mg·L-1Pro处理显著高于CK，增幅分别达到10.2%、7.8%、7.8%，其次是100 mg·L-1处理；对叶数，200、250、150 mg·L-1处理显著高于其他处理，比CK分别增加13.4%、12.2%、12.2%；对叶面积，200、150 mg·L-1处理显著高于其他处理，比CK分别增加20.8%和19.4%，其次是250、100 mg·L-1处理，增幅分别达到17.4%和16.9%。

2.2.2 对菜薹生物量与品质的影响 对薹鲜质量，Pro浓度为200、150 mg·L-1处理显著高于CK，增幅分别达到 14.5%和 14.1%；对根鲜质量，200、150 mg·L-1处理显著高于 CK，增幅分别达到19.1%和18.3%；对可溶性糖含量，200 mg·L-1Pro处理显著高于其他处理，比CK增加11.8%，其次是 150、100、250 mg·L-1处理，增幅分别达到 9.8%、8.5%、8.5%；对可溶性蛋白含量，200 mg·L-1处理显著高于CK，增幅达到16.7%，其次是150、100、250 mg·L-1处理，增幅分别达到12.5%、8.3%、8.3%，差异均达显著水平；对VC含量而言，200、150 mg·L-1处理显著高于其他处理，均比CK增加22.6%，其次是250、100、50 mg·L-1处理，增幅分别达到16.1%、16.1%、12.9%（表4）。

表4 脯氨酸对高温胁迫下菜薹生长、生物量与品质的影响

3 结论与讨论

温度是影响菜薹生长发育的重要条件，是由其起源环境及生物学特性所决定，在我国南方高温季节种植菜薹，选育耐热型的新品种、选用抗热栽培新技术显得更为重要。本试验通过苗期及田间耐热性研究，结果表明：①随着高温胁迫时间的延长，热害指数、电解质渗透率不断增高，说明高温是造成菜薹叶片损伤、质膜透性发生改变的主要原因，且热害指数和电解质渗透率呈正相关关系，说明植株外部观测到的热害症状与内部受到的伤害程度是一致的，这与贾开志和陈贵林（2005）、冉茂林等（2006）在茄子、萝卜上的研究结果一致，而采用Pro处理后，尤其是150～200 mg·L-1处理，尽管高温胁迫8～12 h，但热害指数、电解质渗透率降幅明显，从而证实了Pro对维持膜结构稳定有一定的作用；②高温胁迫8～12 h，150～200 mg·L-1Pro处理的SOD活性、POD活性增幅明显，说明Pro能缓解高温胁迫对菜薹叶片质膜的过氧化伤害，其可能机理是SOD、POD具有抵御多种理化因子胁迫、减少活性氧积累、维护膜结构完整等重要作用，其中POD专门清除MDA，SOD清除，减少了OH-生成，植物体内保护性酶活性的大小在一定程度上决定着植物的耐热性。廖飞雄和潘瑞炽（2001）、何晓明等（2002）试验也有类似结果；③使用150～200 mg·L-1Pro叶面喷施，可明显促进叶片生长，增加叶面积，提高薹鲜质量和根鲜质量，以及提高可溶性糖、可溶性蛋白和 VC含量。在逆境胁迫下，植物细胞中积累的可溶性糖参与渗透保护、渗透调节、碳的贮藏以及活性氧的清除，可溶性蛋白作为一种渗透调节，VC保护细胞不受氧化伤害等，对缓解高温胁迫下植株的伤害等都起着重要的作用。这与刘书仁等（2010）在黄瓜上的试验结果一致。

本试验主要研究了菜薹苗期及田间高温胁迫下耐热性的不同表现，探讨了采用 Pro不同浓度处理能增强菜薹的抗氧化能力和维持渗透调节能力，从而缓解高温胁迫对菜薹的伤害，为进一步研究菜薹抗热栽培技术奠定基础。综合试验各项指标，推荐Pro使用浓度为150～200 mg·L-1，喷施量为3～5 mL·株-1，并以苗期、初蕾期叶面喷施为好。另外，由于外界条件的复杂和试验材料的差异，以及研究范围的局限，Pro对高温胁迫下菜薹其他生理指标、菜薹其他品种的影响尚有待进一步试验探讨。

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