外源化学物质对低温胁迫下茄子细胞膜系统的影响

李宁 ，王萍 ，李烨 ，姚明华 ，王飞

（1.湖北省农业科学院经济作物研究所，武汉，430064；2.武汉市农业科学研究所；3.哈尔滨市农业科学院）

茄子（Solanum melongenaL.）属典型的喜温植物，低温冷害是南方早春及北方冬春季茄子生产的主要限制因子。冷害会破坏植物细胞的结构和功能，引起代谢失调，导致活性氧积累，当活性氧积累到一定程度，就会破坏细胞膜系统及活性分子。许多研究表明，向植物施加一些外源化学物质能够有效提高植物的抗冷性，缓解冷害对细胞膜系统的伤害。目前，国内关于外源化学物质对低温胁迫下植物细胞膜系统影响的研究多以番茄为研究对象，而在茄子方面的报道较少。为此，研究了不同浓度的ABA、SA和CaCl2对低温胁迫下茄子幼苗细胞膜系统的影响，为化学信号物质诱导对植物抗逆性的影响和防止茄子受到低温冷害提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与处理

以茄子品种黑冠180为试材，待幼苗具4～5片真叶时，挑选生长一致的植株，叶片喷施不同浓度的ABA、SA和CaCl2溶液，喷施时叶面和叶背均要喷到，以叶片均匀附着一层小液珠欲滴为准。ABA处理浓度设定为 5，10，15，20 mg·L-1；SA 处理浓度设定为 100，200，300，400 mg·L-1；CaCl2处理浓度设定为 600，800，1 000，1 200 mg·L-1，处理液中添加 2滴土温-40。幼苗在温室内培养1 d后置于光照培养箱（LRH-250-G）中进行低温胁迫处理，昼夜温度设定为（15±0.5）℃/（5±0.5）℃，光照时间 14 h，光照强度 60 μmol·m-2·s-1。处理 4 d 后进行冷害分级统计，以筛选最适合的外源喷施浓度。

根据筛选的最适浓度对茄子幼苗进行喷施处理，在温室内培养1 d后置于光照培养箱进行低温胁迫，胁迫条件同浓度筛选试验。在低温胁迫处理48 h后，取茄子幼苗心叶，混合后重复取样，测定细胞膜系统相关生理指标。试验设置3个重复，每个处理50株幼苗，以未进行低温处理（CK0）和低温处理喷施清水处理（CK1）的茄子幼苗为对照。

1.2 测定方法

冷害分级标准参照高青海等[1]的方法，0级，叶片正常，未受冷害；1级，仅少数叶片边缘有轻度的皱缩萎蔫；2级，半数以下的叶片萎蔫死亡；3级，半数以上的叶片萎蔫死亡；4级，植株全部死亡。冷害指数=∑（各级株数×级数）/总株数。

生理指标测定方法∶相对电导率的测定采用外渗电导法，原生质膜渗出物含量的测定采用紫外吸收法[2]；Ca2＋-ATP 酶活性的测定参照郝再彬等[3]的方法，Mg2＋-ATP酶活性的测定参照王晶英等[4]的方法；叶绿体膜和类囊体膜的提取参照中国科学院上海植物生理研究所[5]的方法。

2 结果与分析

2.1 不同浓度外源化学物质对茄子幼苗冷害程度的影响

由表1可见，喷施外源化学物质后，茄子幼苗受冷害的程度降低，受冷害的总株数、各级别受冷害株数均低于对照CK1，冷害指数均极显著低于对照CK1。外源喷施ABA浓度为10 mg·L-1、SA浓度为300 mg·L-1和 CaCl2浓度为 1 000 mg·L-1时，茄子幼苗冷害指数分别最低，可以认为上述浓度为3种外源化学物质提高茄子幼苗抗冷性的最适宜浓度。

2.2 不同外源化学物质对茄子幼苗相对电导率及原生质膜渗出物含量的影响

从表2可以看出，低温胁迫处理使茄子幼苗体内相对电导率及原生质膜渗出物的含量较常温对照CK0显著增加，其中，CK1处理的茄子幼苗体内相对电导率及原生质膜渗出物的含量最高，极显著高于各个处理；喷施ABA和SA后,进行低温胁迫的茄子幼苗体内相对电导率及原生质膜渗出物的含量相差不大，但高于CaCl2处理。说明喷施外源化学物质对茄子幼苗低温胁迫有一定的缓解作用，能够防止其内含物分解与原生质膜功能结构丧失。

2.3 不同外源化学物质对茄子幼苗叶绿体膜电位及其ATP酶活性的影响

表3结果显示，低温胁迫下茄子幼苗体内叶绿体膜电位降低，极显著低于常温对照处理（CK0），低温胁迫前喷施外源激素处理缓解了茄子幼苗体内叶绿体膜电位的降低程度，CaCl2处理对茄子幼苗体内叶绿体膜电位的降低程度缓解效果最显著，而ABA和SA处理之间的差异不显著。低温胁迫下各处理茄子幼苗内ATP酶活性的变化与叶绿体膜电位呈现了相似的趋势。低温胁迫可引起细胞膜透性及内外离子浓度平衡的改变，进而导致膜内外质子梯度发生改变。叶绿体膜电位及ATP酶活性的变化，均表明外源激素处理能在够一定程度上缓解低温胁迫下茄子幼苗叶绿体膜系统的伤害。

2.4 不同外源化学物质对茄子幼苗类囊体膜电位及ATP酶活性的影响

表4结果显示，低温胁迫下茄子幼苗体内类囊体膜电位降低，极显著低于常温对照处理（CK0），低温胁迫前喷施外源激素处理缓解了茄子幼苗体内类囊体膜电位的降低程度，但不同外源激素处理间的差异不显著。随低温胁迫处理，类囊体膜ATP酶活性的降低，CaCl2处理和SA处理间的差异不显著，但显著高于ABA处理，外源化学物质均对茄子幼苗体内类囊体膜相关ATP酶活性的降低具有缓解效果，说明外源激素处理能够在一定程度上缓解低温对茄子幼苗类囊体膜系统的伤害。

表1 喷施外源化学物质对茄子幼苗冷害程度的影响

表2 喷施外源化学物质对茄子幼苗相对电导率及原生质膜渗出物含量的影响

表3 喷施外源化学物质对茄子幼苗叶绿体膜电位及相关酶活性的影响

表4 喷施外源化学物质对茄子幼苗类囊体膜电位及相关酶活性的影响

3 结论与讨论

许多研究表明，外源化学物质诱导处理可提高植物抗冷能力，改变生物膜性质，或者起激素调控作用，或者对营养或某种代谢进行干预。本试验选用不同浓度的ABA、SA和CaCl2溶液对4叶期茄子幼苗进行喷施处理，诱导提高茄子自身的抗冷能力后，对茄子进行低温胁迫处理，以研究外源化学物质对低温胁迫下植物生物膜系统的缓解效应。喷施不同浓度的外源化学物质处理后，统计其冷害指数，以反映外源喷施化学物质对茄子冷害的缓解程度，并筛选出相对适合的喷施浓度。结果显示，外源喷施 10 mg·L-1ABA、300 mg·L-1SA 和1 000 mg·L-1CaCl2可使茄子幼苗冷害程度显著降低。

冷害对植物组织的伤害首先表现为对细胞膜系统的伤害，继而发生生理学代谢及生物化学的功能障碍。大量试验结果都证实了这种“膜相变的寒害”假说，生物膜是植物细胞及细胞器与环境的一个界面结构，各种逆境对细胞的影响首先作用于质膜。膜的透性增大以及膜结合酶结构改变，导致植物细胞生理代谢的变化和功能的紊乱；膜的孔隙变大、通透性增强导致离子大量外泄[6，7]。本试验对茄子幼苗喷施外源化学物质，可大大降低低温胁迫下茄子幼苗的相对电导率和原生质膜渗出物的含量，说明喷施外源化学物质可缓解低温对茄子细胞膜系统的伤害，进而缓解冷害，提高茄子的抗冷性。

一些研究指出，低温冷害主要是通过影响细胞膜系中的功能蛋白损伤细胞膜系统，如ATP酶活性等，然后才引起细胞生理和生化代谢过程的破坏[8]。简令成[8]研究认为，低温冷害影响膜系统ATP酶，使其活性降低或失活，从而降低细胞对物质的主动吸收和运输功能，物质被动运输和物质渗透增加，导致细胞膨压丧失、胞内溶质外渗。本试验结果还表明，喷施一定浓度的外源化学物质，均可减缓低温胁迫下叶绿体和类囊体膜电位及其ATP酶活性的下降程度，对细胞膜的伤害具有一定的缓解作用，进而提高植株的抗冷性。

[1]高青海，徐坤，高辉远，等.不同茄子砧木幼苗抗冷性的筛选[J].中国农业科学，2005，38（5）∶1 005-1 010.

[2]张宪政，谭桂茹，黄元极.植物生理学实验技术[M].辽宁∶辽宁科学技术出版社，1989.

[3]郝再彬，苍晶，徐仲.植物生理实验技术[M].哈尔滨∶哈尔滨出版社，2003.

[4]王晶英，敖红，张杰，等.植物生理生化实验技术与原理[M].哈尔滨∶东北林业大学出版社，2003.

[5]中国科学院上海植物生理研究所，上海市植物生理学会.现代植物生理学实验指南[M].北京∶科学出版社，1999.

[6]Lyons J M,Raison J K.Oxidative activity of mitochondria isolated from plant tissues sensitive and resistant to chilling injury[J].Plant Physiol,1970,45:386-389.

[7]刘良友，朱根海，刘祖祺.植物抗冻性测定技术的原理和比较[J].植物生理学通讯，1985，21（1）∶40～43.

[8]简令成.植物抗寒机理研究的新进展[J].植物学通报，1992，9（3）∶17-22.