外源褪黑素对高温胁迫下茄子幼苗光合及抗氧化特性的影响

余雪娜，李婧娴，谢永东，唐懿*



外源褪黑素对高温胁迫下茄子幼苗光合及抗氧化特性的影响

余雪娜a，李婧娴b，谢永东a，唐懿a*

(四川农业大学a.果蔬研究所；b.园艺学院，四川成都 611130)

以紫红长茄为材料，采用营养钵种植法，设4种不同浓度的褪黑素(MT)溶液(50、100、150、200 μmol/L)，以清水处理为对照处理，喷施茄子幼苗叶片，再将茄子幼苗进行高温胁迫，通过测定茄子幼苗的光合参数以及POD、SOD等生理生化指标，研究外源褪黑素对高温胁迫下茄子幼苗的光合作用及抗氧化特性的影响。结果表明：喷施MT能有效提高高温胁迫下茄子幼苗叶片中光合色素含量及光合能力，当MT浓度为150 μmol/L时，茄子叶片的叶绿素含量和净光合速率均达到最大值，分别为3.69 mg/g和12.14 μmol/(m2·s)，与对照相比，差异显著；喷施各浓度的MT均能显著提高茄子幼苗抗氧化酶POD、SOD、CAT活性，当MT浓度为150 μmol/L时，SOD、CAT活性最高，分别为256.31、41.80 U/g，且与MT浓度为200 μmol/L时的SOD、CAT活性差异无统计学意义；喷施各浓度的MT均能显著降低MDA含量，当MT浓度为150 μmol/L时，MDA含量最低，为16.71 nmol/g。喷施外源MT能提高茄子对高温胁迫的抵抗力，且浓度为150 μmol/L时效果较好。

茄子；幼苗；褪黑素；高温胁迫；光合作用；抗氧化特性

茄子(L)是茄科(Solanum)蔬菜，营养丰富，能延缓衰老，对胃癌和心血管疾病防治有一定的作用[1]。茄子属喜温性蔬菜，植株生长最适温度为白天28~32 ℃，晚上18~25 ℃，超过35 ℃出现生长缓慢、花芽分化不良、果皮粗糙等情况，严重影响茄子产量和品质[2]。随着茄子需求量的增加，在夏季日光温室中种植茄子越来越多，若通风不及时，温度很容易高于35 ℃，产生茄子高温危害。为了缓解高温对茄子的危害，前人已作了一些研究[3–4]。

褪黑素(melatonin, MT)最早在动物的松果体中被发现，属吲哚类色胺[5]，是一种抗氧化作用极强的内源性自由基清除剂[6]。近年来，MT在缓解植物逆境胁迫上的应用越来越广泛，如MT能有效缓解高温[7]对植物的伤害，同时逆境胁迫下可以增加植物内源MT水平[8]，减少叶绿素降解，保持细胞膜完整性。目前，MT对逆境胁迫下茄子生理生化影响的研究鲜见报道。本研究以紫红长茄为试材，采用外源 MT喷施茄子幼苗叶片，测定高温胁迫下茄子幼苗的光合特性以及抗氧化酶活性等指标，研究外源MT在茄子幼苗抵御高温逆境方面的生理机制，旨在为设施内夏季栽培茄子提供参考依据。

1　材料与方法

1.1材料

供试茄子为紫红长茄，种子购自四川种都种业有限公司；褪黑素(MT)，购自SIGMA–ALDRICH公司。

1.2方法

试验于2015年5—8月在四川农业大学园艺学院果蔬研究所实验室进行。首先挑选饱满的茄子种子，用10% Na3PO4消毒后浸种催芽，种子露白后播于装有蔬菜专用基质的营养钵(10 cm×10 cm) 中，每钵1株。待茄子幼苗第3片真叶展开时，选择大小一致的壮苗，喷施浓度为0(CK)、50、100、150、200 μmol/L 的MT溶液，于19:00时喷，以叶片滴水为度，隔2 d喷1次，共喷3次，每个浓度的MT溶液喷施18钵，共90钵。待最后1次喷施后的第2天，将90钵茄子置于相对湿度75%、温度为(40±1) ℃的光照培养箱中进行高温胁迫24 h，转入常温，2 h后进行各指标的测定。

1.3测定项目及方法

1) 光合参数测定。选取植株的第2~3片功能叶，用LI–6400 XT 便携式光合仪测定净光合速率()、气孔导度()、蒸腾速率()、胞间CO2浓度()，测定时设置内源光强为1 000 μmol/(m2·s)，CO2浓度为400 μL/L，温度为25 ℃。

2) 光合色素含量测定。参照文献[9]的方法进行测定。

3) 抗氧化酶活性及丙二醛含量的测定。选取各处理植株的幼嫩叶片，剪碎后混匀。过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法，过氧化氢酶(CAT)活性的测定采用紫外吸收法，均参照张以顺[10]的方法进行；超氧化物歧化酶(SOD)活性用NBT光还原法，丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸法，均参照王学奎[11]的方法进行。

1.4数据分析

所测数据采用 Excel 2007 软件进行整理；运用SPSS 20.0 进行统计分析；采用 Duncan 新复极差法进行差异显著性比较。

2　结果与分析

2.1褪黑素对供试茄子幼苗光合色素含量的影响

由表1可以看出，喷施外源MT能显著提高高温胁迫下茄子幼苗叶片光合色素含量。叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量都随MT浓度的增加呈先增加后降低的趋势，在MT浓度为150 μmol/L时，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量达最高，分别为2.82 、0.87 、0.51 mg/g，均显著高于对照。叶绿素a与叶绿素b的比值也随MT浓度的增加呈先增加后降低的趋势，在MT浓度为150 μmol/L时，达到峰值，为3.21，与对照相比，差异达显著水平。

表1　不同浓度MT处理后茄子幼苗的光合色素含量

同列不同字母表示差异显著(＜0.05)。

2.2外源褪黑素对高温胁迫下茄子光合作用的影响

表2 显示，高温胁迫下喷施外源褪黑素能提高茄子幼苗的、和，其中，和在MT浓度为150 μmol/L达到最大值，分别为12.14和2.51 μmol/(m2·s)，与对照差异显著；随着MT浓度增加不断升高，当MT浓度为200 μmol/L，达到最大值，为对照的223.67%(＜0.05)，但与MT浓度为150 μmol/L时的差异不显著。

表2　不同浓度MT处理后茄子幼苗的光合参数

同列不同字母表示差异显著(＜0.05)。

2.3外源褪黑素对高温胁迫下茄子抗氧化酶活性的影响

由表3可知，喷施各浓度MT均显著降低了高温胁迫下茄子幼苗叶片中MDA含量，且随着MT浓度升高，茄子幼苗叶片MDA含量先降低后升高。当MT浓度为150 μmol/L时，MDA含量最低，仅为16.71 nmol/g；随MT浓度的增加，茄子幼苗叶片中POD活性呈上升趋势，当MT浓度为200 μmol/L时，POD活性达到最大值，为对照的201.71%(＜0.05)，但与喷施150 μmol/L MT时茄子幼苗叶片POD活性的差异没有统计学意义。SOD活性随着MT浓度的增加先升高后降低，当MT浓度为150 μmol/L时，SOD活性最大，为256.31 U/g，与对照差异显著；喷施MT也能显著提高高温胁迫下茄子幼苗叶片的CAT活性，当MT浓度为150 μmol/L时，CAT活性达最高，为41.8 U/g，比对照高79.09%(＜0.05)。

表3　不同浓度MT处理后茄子幼苗的MDA含量、POD、SOD、CAT活性

同列不同字母表示差异显著(＜0.05)。

3　结论与讨论

研究[12]表明，高温胁迫破坏了叶绿素合成和降解的动态平衡，导致叶绿素a和叶绿素b含量降低，从而影响光合作用。叶绿素a与叶绿素b比值表示叶绿体类囊体膜垛叠程度，同一植物叶绿素a与叶绿素b的比值降低，叶绿体垛叠程度越低，对逆境的适应能力越差[13]。本研究结果表明，高温胁迫下喷施MT能显著提高茄子幼苗叶片叶绿素含量，叶绿素a与叶绿素b的比值和类胡萝卜素都保持在相对较高的水平，这与徐向东等[14]研究外源MT处理高温胁迫下黄瓜幼苗叶片叶绿素含量变化趋势一致，表明喷施MT能增强高温胁迫茄子幼苗叶片光合色素的稳定性，提高光合速率。高温下植物光合作用的降低有气孔因素和非气孔因素[15]，非气孔因素主要是由于光合相关酶活性降低及光合器官损伤[16]。本试验结果表明，喷施低浓度的MT后，升高，表明植株通过提高蒸腾作用来降低叶表温度，保持体内较高的酶活性，从而间接提高光合速率。升高而胞间CO2浓度却降低，表明低浓度的MT通过增大气孔导度来减小气孔因素对光合作用的抑制，同时增强了CO2的固定和转化效率，降低非气孔因素影响，但喷施200 μmol/L MT茄子叶片中与对照差异不显著，可能是高浓度MT对光合机构有毒害作用，使CO2的固定和转化受到抑制。同时，植物在逆境下细胞内抗氧化酶活性受到抑制，导致活性氧积累，引起膜脂过氧化[17]。喷施MT提高了茄子幼苗POD、CAT、SOD活性，降低MDA含量，表明MT可以通过提高抗氧化酶活性来保持细胞内自由基产生和清除平衡，防止细胞膜遭到破坏[18]。

综上所述，适宜浓度的MT能提高高温胁迫下茄子幼苗叶片的光合色素含量，增强光合作用，提高抗氧化酶POD、CAT、SOD活性，降低MDA含量，维持细胞活性氧代谢平衡，提高茄子幼苗对高温的抵抗能力，且当MT浓度为150 μmol/L时的效果较好。

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Effects of exogenous melatonin on photosynthesis and antioxidant activity of eggplant seedlings under high temperature stress

Yu Xuenaa, Li Jingxianb, Xie Yongdonga, Tang Yia*

(a.Institute of Pomology & Olericulture, Sichuan Agricultural University; b.College of Horticulture, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China)

In this study, the eggplant(L) seedlings planted in the nutritive soil cup were placed in high temperature condition for 24 hours after the leaves were sprayed by four different concentrations of melatonin solution( by water as control), then the indexes of the photosynthetic parameters, the activities of SOD, POD and CAT and the content of MDA were measured to study the effect of exogenous melatonin (MT) on photosynthesis and antioxidant properties of eggplant seedlings under high temperature stress. The results showed that foliar application of MT could effectively increase photosynthetic capacity and antioxidant properties of eggplant seedlings under high temperature stress. Compared with the other MT concentration treatments and the control, 150 μmol/L had the greatest effect on the contents of chlorophyll (3.69 mg/g) and net photosynthetic rate (12.14 μmol/m2·s), the activities of SOD(256.31 U/g) and CAT(41.80 U/g), the content of MDA(16.71 nmol/g). The contents of chlorophyll and net photosynthetic rate of 150 μmol/L were significant higher than those of the control, and there were no significant difference on the activities of the SOD and CAT between the 50 μmol/L and the 200 μmol/L, while the content of MDA of MT treatments were significantly lower than those of the control.

eggplant; seedling; melatonin; high temperature stress; photosynthesis; antioxidation activity

S641.101；Q945.78

A

1007-1032(2016)05-0496-04

2016–01–25

2016–07–25

教育部博士学科点基金项目(20125103120006)；四川省教育厅科研项目(15ZA0011)

余雪娜(1993—)，女，四川资阳人，硕士研究生，主要从事蔬菜生物技术与遗传育种研究，yxn4842@sina.cn；*通信作者，唐懿，副研究员，主要从事蔬菜生物技术与遗传育种研究，95459425@qq.com

投稿网址：http://xb.ijournal.cn

责任编辑：尹小红

英文编辑：梁和