高温胁迫对不同番茄品种叶片抗氧化系统的影响

2016-05-30徐佳宁刘钢张利云高建伟

山东农业科学 2016年10期

徐佳宁刘钢张利云高建伟

摘要：番茄是我国保护地内种植经济效益较高的蔬菜，约占整个保护地蔬菜种植面积的30%，在设施蔬菜栽培中占有重要地位。夏季高温会导致番茄果实商品性差、畸形果率高、坐果率低等问题，严重制约番茄的周年生产与供应。因此，了解番茄在高温胁迫条件下的抗氧化系统变化规律，对番茄的抗逆育种和增产增收都具有十分重要的意义。本研究以17种耐热性不同的番茄品种为试验材料，以25℃为对照条件，研究40℃高温条件下番茄幼苗叶片中抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX）活性、可溶性蛋白和丙二醛（MDA）含量的变化。结果表明：与对照相比，随着高温胁迫时间的延长，番茄叶片中抗氧化酶活性、可溶性蛋白和MDA含量多呈现先上升后下降的趋势；但不同番茄品种的峰值出现时间不同。这说明不同番茄品种的耐热性和对高温胁迫的响应机制存在差异。

关键词：番茄；高温胁迫；响应机制；抗氧化酶系统；丙二醛（MDA）；可溶性蛋白

中图分类号：S641.201文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）10-0027-05

番茄是茄科（Solanaceae）番茄属（Lycopersicon）一年生或多年生植物，在南纬45°至北纬 65°均有种植，遍及全球160余个国家或地区[1]。番茄的所有野生种均分布在南美西部的安第斯山脉狭长地带[2]。18世纪后番茄作为一种世界性蔬菜在各地广泛种植[1]。近年来，番茄作为一种保护地内种植经济效益较高的蔬菜，在设施蔬菜栽培中占有重要地位[3]。番茄含有糖、蛋白质、脂肪、有机酸、纤维素等多种营养物质[4]，以及丰富的维生素和微量元素，具有较高的营养价值。此外，番茄还具有一定的药用价值，如番茄中的番茄红素有抗氧化和抗肿瘤的作用[5，6]。

非生物胁迫是指由非生物因素引起的对植物正常生长发育造成逆境影响的总称。高温胁迫是设施蔬菜生产中经常出现的一种非生物胁迫，有研究表明，35℃高温条件可导致番茄产量降低32.62%，坐果率明显降低，平均单果重、糖酸比下降，空洞果比例明显增加；高温时间越长，果实产量越低、品质越差[7]。在25～29℃范围内，随着温度的升高，番茄果实心室隔壁中蔗糖积累逐渐增多，果肉和胶质胎座中蔗糖积累逐渐减少[8]。番茄果实的着色受温度的影响较大，番茄红素的合成在高温条件下受到抑制，因此持续高温处理的番茄呈现黄色[9]。在高温胁迫下，番茄叶片中的光合色素含量上升；随胁迫时间的延长，气孔导度和光合强度均呈先下降后升高再逐渐下降的趋势[10]。因此，温度在番茄生长发育过程中发挥着重要作用，适宜的温度是番茄正常生长发育的必要条件。

超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化物酶（POD）等能够有效清除植物细胞内的自由基，是酶促防御系统的重要组成成分，也是反映植物抗逆性的重要生理指标[11，12]。丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的终产物之一，其含量高低也可以作为考察细胞受胁迫程度的指标之一。在全球温室效应逐年加剧的情况下，对番茄耐热性的研究显得尤为重要。培育适合夏季种植的优质、高产、耐热越夏品种，对番茄的栽培推广有着重要意义。因此，本试验通过研究温度变化对番茄叶片中可溶性蛋白、MDA含量，以及SOD、CAT、APX、POD活性的影响，探讨高温胁迫对番茄体内保护酶系统的影响，为番茄响应高温胁迫机制的研究提供一定的理论基础。

1材料与方法

1.1试验材料

试验材料为济南市农业科学研究院从国家农作物种质资源库收集的 17 种番茄抗热种质资源（见表1）。

将幼苗栽培于营养钵中，基质为通用育苗基质，置于人工气候箱中培育。每个品种种植30株，温度25℃，光照12 h/d，光照强度22 000 lx。将 4～5周龄的长势良好的番茄幼苗置于40℃的人工气候箱中进行胁迫处理。处理时间为 0、1、3、6、12 h，取样均为生长一致的幼苗顶端相同节位新的叶片，每个处理取2株，重复3次。

1.2测定项目及方法

可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250法[13] 测定， MDA含量采用硫代巴比妥酸比色法[13]测定，SOD活性采用氮蓝四唑（NBT）光化还原法[13]测定，POD活性采用愈创木酚比色法[14]测定，CAT、APX活性均采用紫外吸收法[13]测定。

1.3数据处理

试验数据采用Microsoft Excel软件进行统计分析和作图。

2结果与分析

2.1高温胁迫对番茄叶片中MDA含量的影响

MDA是膜脂过氧化最重要的产物之一，其含量与细胞膜脂过氧化程度呈正相关。由图1可知，随着高温胁迫时间的延长，大多数供试品种番茄叶片中MDA 含量呈先增加后减少的趋势，且MDA 含量的峰值大多出现在胁迫3 h时。10号（申粉）的MDA含量则一直处于相对较低的水平。

2.2高温胁迫对番茄叶片中可溶性蛋白含量的影响

由图2可知，大多数参试品种番茄叶片的可溶性蛋白含量随胁迫时间的延长呈先上升后下降的趋势，其中2号（大黄一号）、4号（栗源）、5号（红抗）、7号（顺义大粉）、9号（矮粉）、16号（罗城二号）在高温处理1 h时出现峰值；1号（桔黄加辰）、3号（费洛雷德）、8号（早粉四号）、10号（申粉）、11号（6613T）、12号（武昌大红）、13号（罗城一号）、15号（VC11）、17号（BF兴101号）在处理6 h时出现峰值，其中6号（粉红甜肉）、7号（顺义大粉）、8号（早粉四号）、9号（矮粉）、16号（罗城二号）的蛋白含量峰值较高，在1.1 mg/gFW 左右。

2.3高温胁迫对番茄叶片中SOD活性的影响

SOD是生物体内重要的抗氧化酶，具有特殊的生理活性，能够催化超氧化物通过歧化反应转化为氧气和过氧化氢，是生物体内清除自由基的首要物质。对供试番茄叶片细胞内SOD活性的测定结果见图3。1号（桔黄加辰）、2号（大黄一号）、3号（费洛雷德）、4号（栗源）、5号（红抗）、10号（申粉）、14号（1117番茄）的SOD活性均在高温胁迫1 h时出现峰值；6号（粉红甜肉）、7号（顺义大粉）和9号（矮粉）、11号（6613T）的SOD活性在高温胁迫3 h时出现峰值；8号（早粉四号）、13号（罗城一号）、15号（VC11）、16号（罗城二号）、17号（BF兴101号）等的SOD活性在高温胁迫12 h时出现峰值。

2.4高温胁迫对番茄叶片中POD活性的影响

POD是植物体内负责清除H2O2的主要酶类之一，能够催化H2O2氧化为水，此外，它还能使脂质的过氧化物转变为正常的脂肪酸，可终止进一步的生物自由基链式反应，从而阻止脂质过氧化的积累而引起的细胞中毒。由图4可知，除1号（桔黄加辰）外，其他供试番茄品种的叶片POD活性均随胁迫时间的延长呈先上升后下降再上升的趋势，且大多数供试品种的POD活性在高温胁迫12 h时达到最大值。8号（早粉四号）、9号（矮粉）和10号（申粉）的POD活性在胁迫后变化较小；6号（粉红甜肉）的 POD 活性在胁迫1 h时达到最大值；1号（桔黄加辰）、5号（红抗）、13号（罗城一号）和15号（VC11）的POD活性在胁迫3 h时达到最大值。

2.5高温胁迫对番茄叶片中CAT活性的影响

CAT是植物体内清除H2O2的另一关键酶，主要存在于植物过氧化物酶体与乙醛酸循环体中。由图5可知，1号（桔黄加辰）、2号（大黄一号）、3号（费洛雷德）、4号（栗源）、11号（6613T）和16号（罗城二号）的 CAT 活性在高温胁迫1、6 h 时明显升高；6号（粉红甜肉）、7号（顺义大粉）、8号（早粉四号）、9号（矮粉）、10号（申粉）和14号（1117番茄）的CAT活性相对其他品种较低。

2.6高温胁迫对番茄叶片中APX活性的影响

APX是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一，尤其是叶绿体中清除 H2O2的关键酶，又是维生素C代谢的主要酶类。由图6可知，大多数番茄品种的APX活性随胁迫时间的延长先上升后下降，但3号（费洛雷德）、4号（栗源）、5号（红抗）、9号（矮粉）和11号（6613T）在处理12 h时APX活性明显上升。

3讨论与结论

本试验结果表明，高温胁迫对番茄叶片中的可溶性蛋白、MDA含量以及抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX）活性均有不同程度的影响。MDA含量可表示细胞膜系统结构和功能的受害程度[15]，在一定程度上反映膜脂过氧化的程度。植物体在遭遇胁迫时，活性氧积累对植物产生伤害的一个重要机制是直接或间接启动膜脂的过氧化作用，引起膜脂过氧化产物MDA的增加[13]。本研究中，大多数番茄品种叶片MDA 含量在高温胁迫0～3 h内上升，在胁迫3 h时出现峰值，在3～12 h内下降，表明高温胁迫3 h左右，番茄叶片中膜脂过氧化的程度较深。蛋白质是生命活动的物质基础，植物在逆境条件下通过增加可溶性蛋白的合成，直接参与其适应逆境的过程[16]。本研究中，随着高温胁迫时间的延长，番茄叶片可溶性蛋白含量先升后降，说明遭受高温胁迫后植物体内快速积累可溶性蛋白来抵御高温胁迫的伤害。

通常植物体内存在一套清除活性氧的保护酶系统，它能使植物体内活性氧的产生和清除处于动态平衡。SOD催化超氧阴离子发生歧化反应，生成过氧化氢和氧气，POD、APX、CAT 负责清除过氧化氢，四者相互合作共同去除活性氧，以提高植物对胁迫的适应性。本研究中，大部分番茄品种叶片的SOD活性在胁迫1 h时显著增加，APX 和 POD 的活性在胁迫6～12 h时出现显著升高，CAT活性在胁迫6 h时显著升高，这与SOD为活性氧清除系统第一道防线的说法一致。这说明随着高温胁迫的进程，主要参与响应的酶活性不同。此外，本研究还发现，8号（早粉四号）、9号（矮粉）和10号（申粉）的各项指标均处于相对较低的水平，说明这三个品种对于高温胁迫具有相对较好的适应性。

参考文献：

[1]沈德绪，徐正敏.番茄研究[M].北京：科学出版社，1957：1-102.

[2]Warnock S J. A review of taxonomy and phylogeny of the genus Lycopersicon [J]. HortScience， 1988， 23（4）：669-673.

[3]王全华，王秀峰. 番茄抗病基因工程育种研究进展[J]. 山东农业大学学报（自然科学版）， 2005， 34（4）： 600-604.

[4]蔡健，王薇，宋华.番茄的营养保健作用及保藏技术[J].食品研究与开发， 2005，26（3）： 137-138.

[5]王姗姗. 番茄的药用价值[J].山西医药杂志，2011，40（11）：1104-1106.

[6]姚尧，杜俊蓉，钱忠明. 番茄红素抗氧化及肿瘤预防作用的研究进展[J]. 国外医学·药学分册， 2005，32（5）： 308-311.

[7]张洁，李天来. 不同天数亚高温处理对番茄产量与品质的影响[J]. 安徽农业科学， 2007， 35（25）：7811-7812.

[8]白鹏威，邹志荣，杨振超，等. 不同温度和光照处理对番茄果实不同部位糖含量的影响[J].西北农业学报， 2010， 19（3）： 184-187.

[9]Dinar M，Rudich J，Zamski E.Effects of heat stress on carbon transport from tomato leaves[J].Annals of Botany，1983，51（1）：97-103.

[10]孟焕文，程智慧，吴洋，等. 温度胁迫对番茄转化酶表达和光合特性的影响[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2006， 34（12）：41-46，52.

[11]李晓清，胡学煜，左英强，等.热胁迫对植物生理影响的研究进展[J].西南林学院学报，2009，29（6）：72-76.