高温胁迫下2,4-表油菜素内酯对西葫芦幼苗生理及光合特性的影响

王 震，朱 磊，宋金亮，王林忠，孙守如

(河南农业大学园艺学院，河南 郑州 450002)

高温胁迫下2,4-表油菜素内酯对西葫芦幼苗生理及光合特性的影响

王 震，朱 磊，宋金亮，王林忠，孙守如

(河南农业大学园艺学院，河南 郑州 450002)

研究了高温胁迫下不同质量浓度的2,4-表油菜素内酯(EBR)处理对西葫芦幼苗生长、叶片抗氧化酶活性和光合作用的影响。结果表明,0.5～1.0 mg·L-1EBR处理能有效缓解西葫芦幼苗在高温胁迫下受到的伤害，显著提高叶绿素含量，提高叶片抗氧化酶活性、脯氨酸和可溶性蛋白含量、净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)；降低了丙二醛(MDA)含量，蒸腾速率(Tr)，但是对胞间 CO2浓度(Ci)影响不大。0.5 mg·L-1的外源EBR有利于西葫芦幼苗在高温胁迫下抗氧化酶活性的维持和对光能的捕获与转换，并促进其生长。

2,4-表油菜素内酯；西葫芦；高温胁迫；生理特性；光合作用

西葫芦(CucurbitapepoL.)，又名美洲南瓜，为葫芦科南瓜属1 a生草本植物。与其他瓜类作物相比，西葫芦不耐高温，当环境温度高于32 ℃花器发育不良，40 ℃以上即停止生长[1]。在西葫芦露地春茬的中后期、夏秋茬和秋冬茬的前期，常常发生高温障碍，严重影响西葫芦正常的生长发育。因此，研究西葫芦耐热性的生理生化特性及其调控措施，对于减轻西葫芦高温障碍、提高产量有重要意义。油菜素内酯(Brassinolide，BR)是一类新型的植物生长调节物质，被称为第6大类植物激素。BR对高温、涝害、高盐、病害等都具有抗性，可改变植物的生理生化水平以保护植物免受逆境胁迫[2-3]。人工合成的高活性油菜素内酯类似物大多为表油菜素内酯(2,4-epibras-sinolide，EBR)，现已在生产上广泛应用[4]。苏南等[5]研究表明，表油菜素内酯增加高温胁迫下甘蓝幼苗超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物歧化酶(CAT)、过氧化氢酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性，减缓了高温胁迫下丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)的积累，增强了甘蓝抗氧化能力，提高了渗透物质脯氨酸(Pro)和可溶性蛋白含量，有效缓解了甘蓝幼苗的高温胁迫。吴雪霞等[6]研究表明0.05 mg·L-1外源EBR能明显减轻叶片氧化损伤, 增强茄子的耐盐能力，促进盐胁迫下茄子种子正常萌发和幼苗生长。张永平等[7]认为EBR有利于提高甜瓜幼苗在高温胁迫下抗氧化酶活性，增强对光能的捕获与转换能力。李胜[8]研究表明外源BR能促进高温胁迫下西葫芦幼苗抗氧化酶活性和Pro、MDA含量, 降低CAT含量。本试验以珍玉10号西葫芦为材料，研究幼苗经过不同质量浓度EBR处理对高温胁迫下西葫芦的耐热性相关生理指标的变化影响，旨在为EBR提高西葫芦耐热性方面的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1试验材料

供试材料为珍玉10号西葫芦，由河南豫艺种业科技发展有限公司提供。EBR购于上海源叶生物有限公司，先用少量乙醇溶解，再用蒸馏水配制100 mg·L-1的母液，4℃保存。日本园试配方营养液参照日本园试营养液配方配置[9]。

1.2试验处理

试验在河南农业大学园艺学院实验基地进行，挑选籽粒饱满的西葫芦种子浸种催芽，出芽后播种于塑料营养钵(10 cm×10 cm)中，育苗基质为混合基质(m)泥炭：(m)蛭石：(m)珍珠岩=2∶1∶1，种子萌发后每隔3 d浇1/8质量浓度日本园试营养液1次，当幼苗长至3叶1心时，选取生长一致的植株作如下处理。首先，分别用质量浓度为0、0.05、0.1、0.5、1.0 mg·L-1的EBR溶液喷施幼苗，连续喷施4 d。将处理的幼苗移至人工气候箱(宁波莱福仪器PQX-330A-12H)内进行高温胁迫处理，处理时间为24 h，温度为昼(43±1)℃/夜(30±1)℃[10]，高温胁迫条件参照李胜[8]、刘建辉等[10]的研究方法。每处理10珠，3次重复。对照处理(CK)为不进行高温处理和不喷施EBR的幼苗。高温处理与对照处理除温度不同外，光照、湿度等其他因素均保持一致。高温胁迫24 h后取植株第2片真叶进行各项指标的测定。

1.3测定指标与方法

叶绿素(Chl)含量采用浸提法[11]；利用LI-6400光合仪(美国LI-COR公司生产)对叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)进行测定[12]。

可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250法测定； Pro含量测定采用茚三酮比色法； SOD活性采用NBT光还原法测定；POD活性采用愈创木酚法测定；CAT采用高锰酸钾滴定法测定；MDA含量用硫代巴比妥酸法测定[13]。

1.4统计与分析

利用SPSS20.0软件进行单因素方差分析及Duncan’s 差异显著性测验。采用Prism 5.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1高温胁迫下EBR对西葫芦光合色素含量的影响

由表1可知，在高温胁迫条件下,与未喷施EBR的幼苗相比，不同质量浓度的EBR处理均能提高幼苗光合色素含量，以0.50 mg·L-1EBR处理效果最好(仅0.10 mg·L-1EBR处理的叶绿素b含量高于0.50 mg·L-1EBR处理)，其叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量、类胡萝卜素含量分别提高了68.86%、50.29%、65.07%和57.46%，其中叶绿素总含量高于CK，叶绿素a、b和类胡萝卜素含量显著高于CK。

表1 高温胁迫下EBR 对西葫芦幼苗叶片光和色素含量的影响

注：同列数据中不同小写字母表示差异达到0.05 显著水平。下同。

Note:The different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level. The same as below.

2.2高温胁迫下EBR对西葫芦相关光合指标参数的影响

由表2知，高温胁迫处理时，西葫芦幼苗叶片Pn和Gs均显著低于对照(CK)。与未用EBR处理相比，不同浓度的EBR处理提高了幼苗Pn和Gs，Pn和Gs在0.5～1.0mg·L-1EBR处理时差异显著，其中以 0.5mg·L-1EBR上升幅度最大，分别增加了34.46%和16.13%。而Ci和Tr变化趋势与Pn和Gs正好相反，高温胁迫时，除0.5mg·L-1EBR处理低于对照CK，其余EBR处理的Ci均高于CK，Tr高于CK。与未用EBR处理相比，不同质量浓度的EBR处理均降低幼苗的Ci和Tr。不同处理间Tr存在差异，而Ci差异不显著。

表2 高温胁迫下EBR对西葫芦幼苗叶片相关光合参数的影响Table 2 Effects of EBR on activities of photosynthesis in Zucchini Seedlings under high temperature

2.3高温胁迫下EBR对西葫芦幼苗叶片渗透调节物质含量的影响

由图1可知，高温胁迫时，幼苗Pro含量显著高于对照(CK)。与未用EBR处理相比，不同质量浓度的EBR处理提高了幼苗Pro含量，0.1～1.0 mg·L-1EBR处理差异显著，其中0.5 mg·L-1EBR处理的最高，提高了45.06%。高温胁迫处理时，可溶性蛋白高于对照(CK)。其中以0.1、0.5mg·L-1处理的可溶性含量最高，与未用EBR处理相比，分别提高了25.08%和27.11%。

图1 高温胁迫下EBR对西葫芦幼苗叶片可溶性蛋白、脯氨酸的影响Fig.1 Effects of EBR on activities of soluble protein，proline in Zucchini seedlings under high temperature stress

2.4高温胁迫下EBR对西葫芦抗氧化代谢的影响

由表3可知，与对照相比，高温胁迫下幼苗的SOD、POD、CAT 3种保护性酶活性显著增强。采用不同浓度的EBR处理后，幼苗的3种酶活性比未处理的幼苗有所升高，且变化趋势基本一致。0.05～1.0 mg·L-1的EBR处理均能显著提高幼苗的SOD、POD和CAT的酶活性，其中以0.5 mg·L-1处理活性最高，分别比不用EBR处理的幼苗增加8.49%、117.72%和110.94%。但进一步提高EBR的质量浓度(1.00 mg·L-1)，3种保护性酶的活性均有所下降。高温胁迫造成了幼苗细胞膜的损伤，造成了MDA的积累，0.05～1.0 mg·L-1的EBR处理能减缓MDA的累积，其中0.5 mg·L-1EBR处理效果最好，幼苗的MDA的含量较未处理的幼苗下降44.62%，而质量浓度为1.00 mg·L-1时，幼苗的MDA积累较0.5 mg·L-1EBR的处理有所上升。

表3 高温胁迫下EBR对西葫芦幼苗叶片SOD、POD、CAT活性和MDA含量的影响Table 3 Effects of EBR on activities of SOD,POD,CAT and MDA in Zucchini seedlings under high temperature stress

3 结论与讨论

高温胁迫下，影响植物生物膜的稳定性，导致活性氧代谢失衡，细胞内活性氧大量积累而使细胞受到了氧胁迫。同时，高温胁迫下光合作用普遍受到抑制。BR能通过提高细胞保护酶活性和光合作用、促进脯氨酸积累及改善细胞膜透性等方面来提高植物的抗逆性(抗旱性、抗冷抗旱性、抗热性、抗盐性)[14]。在农业生产上，已经发现施用外源EBR可以提高作物的产量以及在弱光和高温等逆境条件下促进植株生长[15]。本试验表明，高温胁迫后西葫芦幼苗叶绿素含量、光合参数、渗透调节物质含量、抗氧化酶活性均显著低于对照，EBR可以有效缓解高温胁迫对西葫芦幼苗生长的抑制作用，这与前人的研究结果一致[16-17]，EBR质量浓度为0.05～1.0 mg·L-1的缓解效果最好，其中以0.5 mg·L-1EBR处理生物量增加最大。高温胁迫后，各EBR处理下的西葫芦幼苗叶片SOD、POD、CAT活性增加，说明西葫芦幼苗可通过自身的调节机制维持较高的抗氧化酶活性，以适应环境胁迫。与未用EBR处理相比，0.5 mg·L-1EBR处理显著提高了西葫芦幼苗抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性，有利于及时清除自由基，减少膜质过氧化产物MDA的生成，保护膜的结构和功能的完整。与对照(CK)相比，高温胁迫后，西葫芦幼苗可溶性蛋白含量和Pro含量显著升高，与未用EBR处理相比， 0.5mg·L-1EBR处理差异显著。EBR高温胁迫下促进Pro积累有显著作用，Pro的增加有助于细胞或组织持水，增强了植物对逆境环境下的抵抗力。可溶性蛋白含量增加的原因可能是由于高温胁迫下EBR能促进西葫芦幼苗合成更多的热激蛋白， 产生的热激蛋白可保护机体蛋白质免遭损伤或修复已受损的蛋白质，使植物耐热性增强，但也不排除是不溶性蛋白变成可溶性蛋白的可能，还有待于进一步研究。

叶绿素含量是影响光合作用光能吸收的重要因子，在高温胁迫条件下，与未喷施EBR的处理相比，0.05～1.0 mg·L-1EBR处理均能显著提高西葫芦幼苗叶绿素含量，与未喷施EBR的处理相比，0.5 mg·L-1EBR处理的叶绿素含量显著提高，这与陆兵等[18]研究结果不同。光合作用是植物对于高温胁迫最为敏感的生理反应之一，往往在其他的高温诱导伤害症状出现之前就已因高温受到抑制[19]。高温抑制植物的光合作用，导致光合速率下降可能是气孔因素，也可能是非气孔因素引起的[20]。本研究表明，高温胁迫后，Pn和Gs下降，Ci值升高，与未用EBR处理相比，不同浓度的EBR处理提高了幼苗Pn和Gs，Pn和Gs在0.5～1.0 mg·L-1EBR处理差异显著，各EBR处理下的Pn、Gs含量升高说明Pn的下降是由于非气孔因素阻碍了CO2的利用，与张永平[7]研究结果一致。而Tr的升高说明在高温胁迫过程中，植株可以通过改变蒸腾速率来调节体温和矿物质的运转，从而减轻高温的伤害。据此推断，高质量浓度EBR处理能有效缓解高温胁迫对西葫芦幼苗生长的抑制作用，EBR可能通过促进光合机构对CO2的利用能力及提高高温胁迫后西葫芦幼苗叶片的叶绿素含量来提高光合作用。

综上所述，EBR缓解西葫芦幼苗高温胁迫具有剂量效应，以0.5 mg·L-1EBR的效果较好，可以提高抗氧化酶的活性和净光合速率, 从而增强植株的耐热性，增加西葫芦幼苗生物量。

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(责任编辑：李 莹)

Effectsof2,4-Epibrassinolideonphysiologicalcharacteristicsandphotosyn-thesisofzucchiniseedlings(CucurbitapepoL.)underhightemperaturestress

WANG Zhen，ZHU Lei，SONG Jinliang，WANG Linzhong，SUN Shouru

(College of Horticulture，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China)

Under high temperature stress,the effect of 2,4-epibrassionolide(EBR)on the growth,activities of antioxidant enzymes and photosynthesis in squash seeding leaves were investigated.The results showed that the treatment of 0.5～1.0 mg·L-1EBR could alleviate high temperature damage effectively.At these concentrations,the seedling growth, chlorophyll content,activities of antioxidant enzymes, contents of proline and soluble protein, net photo-synthetic rate (Pn) and stomatal conductance (Gs) in leaves were significantly increased, while malondialdehyde (MDA) content, intercellular carbon dioxide concentration (Ci) and transpiration rate (Tr) in leaves was decreased. The above results indicated that there was dosage effect of EBR on the alleviation of high temperature in Squash seedlings, and the better alleviating effect on high temperature damage was 0.5 mg·L-1EBR.EBRwas favorable for the seedlings to increase the growth, maintain antioxidant enzyme activity, capture and converse solar energy, and thus improving squash growth.

2,4-epibrassinolide; squash; high temperature stress; physiological characteristics; photosynthesis

S642.6

：A

2015-10-30

国家自然科学基金项目(31301768)

王 震(1991-)，男，河南郑州人，硕士研究生，主要从事蔬菜育种研究。

孙守如(1963-)，男，河南封丘人，教授，硕士研究生导师。

1000-2340(2016)02-0198-05