高温胁迫对茄子幼苗抗氧化系统和叶绿素荧光参数的影响

张 雅，傅鸿妃

(浙江省杭州市农业科学研究院，浙江 杭州 310024)

茄子 (Solanum melongenaL.)是我国南北各地广泛种植的主要蔬菜作物之一。茄子属喜温作物，生长发育的最适温度22～30℃，当温度超过35℃，就会表现明显的高温伤害症状，如生长异常、花期缩短、花粉生活力下降及坐果率下降，进而导致产量和品质的降低［1］。因此，选育耐热品种在生产上具有重要意义。

通过常规育种手段选育耐热的茄子品种，周期较长。若能苗期实现不同育种材料的耐热性鉴定，则可大大缩短育种进程。目前，在茄子苗期耐热性鉴定方面的研究表明，茄子热害指数、恢复指数及叶片相对电解质渗透率等可作为茄子耐热性的鉴定指标［2－3］。

叶绿素荧光技术作为一种无损伤、快速检测光系统Ⅱ的技术，已应用于植物逆境抗性鉴定。王梅等［4］研究表明Fv/Fm可用于耐热性鉴定。基于以上研究，我们试图通过不同茄子品种在高温胁迫后不同的生理反应，明确耐热品种的耐热机制，进而寻找出耐热性的鉴定指标。

1 材料与方法

1.1 材料及处理

供试茄子品种为6-E417、组合2号 (杭茄1号)、06-E504和紫妃1号。各供试品种的种子经催芽后，播于盛有蛭石的塑料钵中 (8 cm×8 cm)，采用1/2 Hogland配方营养液浇灌。幼苗长至4～5片真叶时，各品种选取生长势一致的24株幼苗置于光照培养箱中预处理1 d，温度为28℃/20 ℃ (昼/夜)、光照强度 80 μmol·m－2·s－1、光周期12 h/12 h(昼/夜)。高温处理温度则采用前期预备试验得出的45℃/36℃，光照强度为80 μmol·m－2·s－1、光周期为 12 h/12 h。为了避免水分胁迫，高温处理期间保持蛭石湿润，培养箱内相对湿度保持在70%～80%。高温胁迫2 d后进行恢复。胁迫前、胁迫后2 d及恢复后2 d进行测定或取样。

1.2 热害症状统计及分析

按照贾开志等［5］的方法对茄子幼苗热害症状进行分级，并稍加调整。分级标准如下:0级无受害症状;1级植株稍有萎蔫，老叶边缘发黄或轻微失水;2级植株萎蔫，中下部叶片下垂、皱缩，老叶变黄;3级植株严重萎蔫，老叶脱落或干枯，上部叶片严重下垂，新叶失水、皱缩;4级植株叶片全部干枯或脱落。根据各处理植株的热害级数，计算热害指数。

1.3 电解质渗透率测定

参照Maribel等［6］的方法。用0.5 cm打孔器打孔并称取0.1 g叶片，放入10 mL双蒸水中，28℃摇床震荡2.5 h，测定此时双蒸水和叶片溶液的电导率，分别记为EC0和EC1，95℃ 水浴0.5 h，测定叶片溶液的电导率，记为EC2，相对电导率计算公式为:(EC1－EC0)/(EC2－EC0)。

1.4 抗氧化酶活性测定

酶液的提取参照朱祝军等［7］的方法。称取0.3 g叶片，加 2 mL 50 mmol·L－1磷酸缓冲液 (含0.2 mmol·L－1EDTA，pH值 7.8)和 2%不溶性PVP。冰浴中匀浆，离心20 min，上清液用作抗氧化酶活性的测定。所有操作在4℃下进行。

抗氧化酶活性测定MDA(丙二醛)含量测定参照 Cakmak等［8］的方法。SOD(超氧化物歧化酶)活性测定采用Giannopolitis等［9］的方法。

1.5 叶绿素荧光参数测定

采用FMS-2便携调制式荧光仪测定叶片叶绿素荧光参数。参照 Genty等［10］方法进行计算。于处理前、处理后2 d及恢复后2 d测定茄子叶片叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ和ETR值，测定前暗适应20 min，测定时先照射检测光 (<0.05 μmol·m－2·s－1)，再照射饱和脉冲光 (12 000 μmol·m－2·s－1)。每处理 3 次重复。

2 结果与分析

2.1 热害指数和叶片电解质渗透率

图1中a表明，高温胁迫后，06-E417和紫妃1号热害指数远低于06-E504和组合2号，表现出较强的耐热性。恢复2 d后，热害指数均有所降低，但幅度不大，06-E417和紫妃1号热害指数仍高于06-E504和组合2号。

电解质渗透率结果 (图1中b)表明，高温处理后各品种的电解质渗透率均有显著上升 (P<0.05)。06-E504和组合2号的上升幅度高于06-E417和紫妃1号;恢复2 d后，各品种电解质渗透率均下降，06-E417和紫妃1号电解质渗透率基本恢复到处理前水平，06-E504和组合2号高于处理前。在处理2 d及恢复2 d后，06-E504和组合2号的电解质渗透率均显著高于06-E417和紫妃1号。

热害指数和电解质渗透率的相关分析表明热害指数与电解质渗透率呈显著正相关 (r=0.795*)，说明植株外部观测到的热害症状与内部受到的伤害程度相一致。

图1 高温胁迫对不同品种茄子热害指数 (a)和相对电解质渗透率 (b)的影响

2.2 MDA含量和SOD活性

图2中a表明，高温处理后茄子叶片MDA含量均显著上升，06-E504和组合2号品种的上升幅度高于6-E417和紫妃1号。恢复2 d后叶片MDA含量明显下降，6-E417和紫妃1号MDA含量基本恢复至处理前水平，06-E504和组合2号显著高于处理前的MDA含量。

SOD是抗氧化系统中的关键酶，催化O2·－反应生成H2O2。高温处理后茄子SOD活性均显著下降，恢复2 d后均上升，6-E417和紫妃1号SOD活性比处理前分别提高了20.3%和20.7%，组合2号品种低于处理前，06-E504与处理前相当 (图2中b)。

2.3 叶绿素荧光参数

Fv/Fm表示光系统Ⅱ的原初光量子效率。从图3结果可以看出，高温处理后，各茄子品种叶片的Fv/Fm均呈现下降趋势，06-E504和组合2号下降幅度高于6-E417和紫妃1号，处理2 d后降低至0.74和0.77，而6-E417和紫妃1号仍高于0.80，说明06-E504和组合2号的光系统Ⅱ受到了严重的伤害。恢复2 d后，各品种的Fv/Fm均恢复到正常水平。

图2 高温胁迫对不同品种茄子MDA含量 (a)和SOD活性 (b)的影响

图3 高温胁迫对不同品种茄子Fv/Fm的影响

Fv/Fo表示光系统Ⅱ的潜在活性。高温胁迫后，茄子叶片的Fv/Fo均显著下降 (图 4)，06-E504和组合2号下降幅度高于6-E417和紫妃1号，恢复2 d后均恢复至处理前水平 (P<0.05)。

图4 高温胁迫对不同品种茄子Fv/Fo的影响

ΦPSⅡ表示 PSⅡ光合电子传递量子效率。在高温胁迫后显著降低，恢复2 d后 ΦPSⅡ仍维持在较低的水平，6-E417和紫妃1号显著高于06-E504和组合2号 (图5)。

图5 高温胁迫对不同品种茄子ΦPSⅡ的影响

qP表示反应中心开放的比例，其在高温处理后有显著降低，恢复2 d后继续下降 (图6)。06-E504和组合2号下降幅度高于6-E417和紫妃1号。恢复2 d后6-E417和紫妃1号qP显著高于06-E504和组合2号。

图6 高温胁迫对不同品种茄子qP的影响

PSⅡ的非循环电子传递速率ETR表示实际光强条件下的表观电子传递效率，其变化趋势与qP变化趋势相同 (图7)。

图7 高温胁迫对不同品种茄子ETR的影响

Fv′/Fm′表示天线色素光能转化效率，高温胁迫后各品种茄子叶片的Fv′/F′m均显著降低，6-E417和紫妃1号下降幅度低于06-E504和组合2号，恢复2 d后均恢复至处理前水平 (图8)。

图8 高温胁迫对不同品种茄子 F′v/F′m的影响

NPQ(非光化学猝灭系数)表示PSⅡ天线色素吸收的光能以热的形式耗散的那部分光能。高温胁迫后各品种的NPQ均显著升高，恢复处理2 d后基本恢复到正常水平，各品种间差异不显著(图 9)。

综上所述，在高温胁迫下，紫妃1号和材料06-E417表现出很强的耐热性，杭茄1号耐热性中等，06-E504耐热性最差。

3 小结和讨论

图9 高温胁迫对不同品种茄子NPQ的影响

高温胁迫可影响植物的正常生长发育，使其经济性状发生变化，因此通过表观性状的观测可进行耐热性鉴定。罗少波［11］认为，高温下大白菜结球性是大白菜耐热性的重要指标。刘进生等［12］将产量作为鉴定番茄耐热性的关键因子。这些性状能直接反映植物对高温的耐性，可以筛选出具有较高商品价值的耐热品种。但这些指标鉴定往往需要较长的周期。采用苗期鉴定能大大缩短筛选周期，简便易行。冉茂林等［13］的结果表明，萝卜苗期耐热性鉴定与收获期的有效根率具有良好一致性。在本试验中，苗期热害指数能较明显地鉴别出不同品种茄子的耐热性，此与前人研究结果相类似［3，5］。

高温胁迫造成植物叶片膜脂过氧化伤害和膜透性增加。电解质渗透率可表示质膜透性变化，是反映植物的高温伤害及对高温适应的最常用指标［14］。本试验及前人研究都表明，相对电解质渗透率变化能较好地区分不同品种对高温胁迫的耐性［5，13］。高温胁迫下膜透性的增加可能源于膜脂过氧化伤害。MDA含量反映了膜脂过氧化伤害的程度。在本试验中，耐热性较好的茄子品种，高温胁迫后MDA含量上升较慢，表明膜脂过氧化程度较低。MDA含量的变化与相对电解质渗透率变化呈现良好的相关性，可作为鉴定耐热性的指标。王志和等［15］的研究也证实了这一点。

SOD是植物抗氧化系统中第一个起重要作用的关键酶，其功能是催化O2·－生成 H2O2。高温胁迫造成了各品种茄子SOD活性显著下降，耐热品种表现出较高的SOD活性，在恢复后SOD活性上升也较快，有利于过剩活性氧的清除。这些结论与前人的结论相似［16－17］。

叶绿素荧光动力学及其参数是以植物体内叶绿素荧光为探针的一种快速、灵敏、无损伤地探测逆境对光合作用影响和生理状态的理想方法［18］。近年来，研究认为高温胁迫破坏植物的光系统，表现在光系统Ⅱ原处光量子产率Fv/Fm和PSⅡ的潜在活性Fv/Fo的降低［19］。在本试验中，高温胁迫后茄子的Fv/Fm和Fv/Fo显著降低，耐热品种显著高于不耐热品种。这与王梅等人的结论一致［4］。高丽红等［20］在菜豆上也得到相似结论。本文结果还表明，叶绿素荧光参数对环境的敏感性较强，恢复2 d后Fv/Fm和Fv/Fo即恢复正常，此时不耐热品种电解质渗透率仍维持在较高水平。

耐热品种在胁迫环境下具有较高的光化学活性，还表现为其具有较高的PSⅡ光合电子传递量子效率。高温胁迫使茄子各品种 ΦPSⅡ降低，耐热品种其ΦPSⅡ降低幅度小于不耐热品种，因此在处理及恢复后，耐热品种ΦPSⅡ显著高于不耐热品种。此与前人结论一致［20］。

高温胁迫后茄qP和F′v/F′m均显著降低，耐热品种降低幅度低于不耐热品种。这说明，高温胁迫后，耐热茄子仍保持较高的反应中心开放比例和较高的天线色素光能转化效率，因此其具有较高的PSⅡ光合电子传递量子效率。高温处理后茄子电子传递速率显著降低，处理2 d及恢复2 d后，耐热品种均高于不耐热品种，这与高丽红等人结论相同［20］。非光化学猝灭系数在高温胁迫后的大幅度上升，表明茄子通过增加热耗散以减轻过量光能造成的伤害，这也是茄子对高温胁迫的一种适应机制。孙艳等［21］在黄瓜上得到了相似的结论。

高温胁迫造成了植物光系统Ⅱ的伤害和膜脂过氧化伤害，并最终影响植物的生长和发育。热害指数、电解质渗透率、MDA含量、Fv/Fm和Fv/Fo从不同角度反映了高温对茄子的伤害，且能反映伤害程度，因此可以作为鉴定茄子耐热性的指标。

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