低温对野生番茄和栽培番茄叶片抗氧化代谢和碳同化的影响

韩娅楠，米国全，史艳艳，王裔娜，程志芳，韩永平，王晋华

(河南省农业科学院 园艺研究所，河南 郑州 450002)

番茄(LycopersiconesculentumMill.)是一种喜温、喜光蔬菜，冬春季保护地生产中经常出现因气候变化、设施覆盖材料保温性差、透光性能较差等引起的棚温过低、光照强度不足而影响植株正常生长发育的现象[1-2]。低温是影响植物生长发育、花芽分化、开花结果甚至生存的重要环境因子之一[3-6]。栽培番茄在生长发育的整个过程中都有可能遭受低温伤害，而野生多毛番茄在一定的低温环境下仍能正常生长，已作为番茄抗冷育种的重要种质资源[7]。目前研究多为探讨低温对栽培种番茄幼苗、叶片花期及果实抗氧化酶活性、蔗糖代谢等生理生化指标及光合作用的研究[8-13]。但低温胁迫及恢复处理对栽培番茄和野生番茄这2种不同类型番茄叶片中糖代谢及碳同化的影响，还未见相关报道。为此，研究了栽培番茄和野生番茄低温环境下的生理机制差异，旨在为番茄抗冷育种提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

野生番茄(S.habrochaites)LA1777和栽培番茄(S.lycopersicum)LA2706引自美国番茄遗传资源中心。

1.2 试验设计

2016年7月18日，将LA1777和LA2706播种于河南省农业科学院园艺研究所植物生理生化实验室人工气候室中，采用营养钵育苗，育苗光周期为12 h，昼温25 ℃，夜温15 ℃。待幼苗长到六叶一心时(2016年8月24日)，移入智能培养箱中进行低温处理。低温处理时间2016年8月17-24日(7 d)，光周期12 h，昼温10 ℃，夜温4 ℃。低温处理后恢复期为4 d，光周期12 h，昼温25 ℃，夜温15 ℃。取样时间为处理0，1，3，5，7 d并恢复2，4 d。采取单株取样，设3次重复。

1.3 测试项目与方法

2 结果与分析

2.1 低温对野生番茄和栽培番茄叶片中含量的影响

2.2 低温对野生番茄和栽培番茄叶片中H2O2含量的影响

从图1-B可以看出，在低温处理前，LA1777叶片中H2O2含量较低，而LA2706叶片中H2O2含量则较高；随着低温处理时间的延长，LA2706叶片中H2O2含量呈现先降低，再升高的过程，在低温处理第7天达到最大值；而LA1777在低温处理1 d时，H2O2含量达到最大值，随后呈现先降低，再升高的过程，在第7天又出现一个峰值。在恢复期，2种番茄叶片中H2O2含量都呈下降趋势。在整个处理期间，LA2706叶片中H2O2含量整体比LA1777高1.2%～17.3%。

2.3 低温对野生番茄和栽培番茄叶片中MDA含量的影响

从图1-C可以看出，LA2706在正常温度下，比LA1777具有更高的MDA含量；低温处理1 d时，LA2706的MDA含量有所降低，而LA1777含量则有所升高；随着低温处理时间延长，LA2706叶片的MDA含量呈逐步上升趋势，在第7天达到最大值，而LA1777的MDA含量则呈先降低后升高的趋势，在第7天也达到最大值；在恢复期，2种类型番茄的MDA同时迅速下降。从整个处理过程来说，LA2706叶片中的MDA含量明显比LA1777高13.4%～36.9%。

h.冷处理后恢复常温。不同字母表示处理间在0.05水平上差异显著。图2同。h.Normal condition after treatment. Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. The same as Fig.2．

2.4 低温对野生番茄和栽培番茄叶片中SOD活性的影响

从图1-D中可以看出，低温对LA2706叶片中SOD活性影响较大。在正常温度情况下，LA2706叶片中的SOD活性明显高于LA1777，但在低温胁迫下，LA2706叶片中的SOD活性逐步下降，且下降明显，在第7天时降到最低值，SOD活性为处理前的55.3%；而LA1777叶片中的SOD活性虽然有所下降，但下降比较平稳，在第7天时SOD活性为处理前的28.2%；进入恢复期后，LA2706的SOD活性又呈明显上升趋势，而LA1777则上升不明显。

2.5 低温对野生番茄和栽培番茄叶片中AsA、DHA 含量的影响

从图1-E中可以看出，LA2706在低温处理开始，AsA就缓慢升高，到低温处理第5天，达到最大值；而LA1777在低温处理1 d后，AsA才开始缓慢升高，同样到第5天达到最大值。进入恢复期后，LA2706叶片中AsA含量先降低后升高，而LA1777则一直呈降低趋势。

从图1-F可以看出，在正常生长环境下，LA2706叶片中的DHA含量明显高于LA1777。在低温处理前3 d，LA2706叶片中DHA含量有所下降，而LA1777则有所增加，但变化幅度不明显，低温处理3 d后，2种类型番茄叶片中DHA含量迅速增加，到第7天时，达到最大值，且LA2706增加明显较LA1777高21.0%。进入恢复期后，LA2706先降低后增加，而LA1777一直处于下降趋势。从整个处理过程来说，LA2706叶片中的MDA含量明显比LA1777高13.3%～21.0%。

2.6 低温对野生番茄和栽培番茄叶片中APX活性的影响

从图1-G中可以看出，2种类型番茄在处理过程中都出现了双峰，峰值都在低温处理1，7 d时出现，且在这2个时间点上，LA1777叶片中的APX活性明显高于LA2706，尤其是第7天，LA1777叶片中的APX活性是LA2706的4.0倍。在其他时间点上，2种类型番茄中的APX活性差异并不明显。

2.7 低温对野生番茄和栽培番茄叶片可溶性总糖含量的影响

从图2-A中可以看出，2种类型番茄在低温处理期间和恢复期内，叶片中可溶性总糖变化趋势一致。随着低温处理时间的延长，LA2706叶片中可溶性总糖含量比LA1777增幅更大，在0，1，3，5，7 d时，LA2706叶片中可溶性总糖含量分别比LA1777同期增加75.7%，47.7%，109.1%，177.0%，106.5%；在恢复期2，4 d，LA2706比LA1777同期增加229.4%，323.7%。这表明，低温胁迫可以导致低温敏感型番茄叶片中可溶性总糖含量升高。在恢复期，LA1777恢复2 d后，可溶性总糖含量即达到正常水平，而LA2706恢复4 d后还没有达到正常水平。

图2 低温对野生番茄和栽培番茄叶片碳同化代谢的影响Fig.2 Effects of low temperature treatment and recovery on carbon assimilation of tomato leaves in wild tomato and cultivated tomato leaves

2.8 低温对野生番茄和栽培番茄叶片酸性转化酶活性的影响

从图2-B可以看出，LA2706叶片中的酸性转化酶活性随着低温处理时间的延长，快速升高，到第7天达到峰值，为处理前的4.8倍，恢复2 d后又急速下降；而LA1777在低温处理1 d时，酸性转化酶活性上升明显，但随后的几天中酶活性增幅不明显，在恢复期酶活性又迅速下降。这表明，低温能显著影响低温敏感型番茄叶片中酸性转化酶活性。在恢复期，LA1777恢复2 d后，酸性转化酶活性即达到正常水平，而LA2706恢复4 d后还没有达到正常水平。

2.9 低温对野生番茄和栽培番茄叶片中性转化酶活性的影响

从图2-C可以看出，LA2706叶片中的中性转化酶活性随着低温处理时间的延长，快速升高，到第7天达到峰值，为处理前的10.2倍，恢复2 d后又急速下降；而LA1777在低温处理1 d时，中性转化酶活性上升明显，但随后的几天中酶活性增幅不明显，在恢复期酶活性又迅速下降。这表明，低温能显著影响低温敏感型番茄叶片中中性转化酶活性。在恢复期，LA1777恢复4 d后，中性转化酶活性即达到正常水平，而LA2706恢复4 d后还没有达到正常水平。

2.10 低温对野生番茄和栽培番茄叶片蔗糖磷酸合成酶活性的影响

从图2-D可以看出，在低温处理和恢复期间，2种类型番茄叶片中蔗糖磷酸酶合成酶活性变化趋势基本一致。在低温处理第1天，酶活性略有上升，低温处理第3天，酶活性明显升高，随后处于平稳上升阶段，第7天达到峰值时，LA1777和LA2706分别为处理前的1.6，1.7倍。进入恢复期后，酶活性呈急速下降趋势。在整个处理过程中，LA2706叶片中的蔗糖磷酸合成酶活性变化幅度比LA1777要明显。在恢复期，LA1777和LA2706恢复4 d后，蔗糖磷酸合成酶活性都达到正常水平。

3 结论与讨论

3.1 低温对野生番茄和栽培番茄抗氧化代谢的影响

3.2 低温对野生番茄和栽培番茄碳同化代谢的影响

碳水化合物是植物光合碳同化过程中形成的基础代谢物质，主要包括可溶性总糖、蔗糖、果糖和淀粉，其含量高低受酸性转化酶、中性转化酶、蔗糖磷酸合成酶等关键酶活性的调节，在维持植物生理活动和响应非生物胁迫中起重要的作用。在低温处理和恢复期间，可溶性总糖含量、酸性转化酶活性、中性转化酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性变化趋势在同一种番茄叶片中表现基本一致。在低温胁迫下，LA2706叶片中的可溶性总糖、酸性转化酶活性、中性转化酶活性、蔗糖磷酸合成酶活性呈上升趋势，且叶片中可溶性糖含量与蔗糖磷酸合成酶活性变化趋势基本一致，因此，推测蔗糖磷酸合成酶活性的升高，势必导致叶片中淀粉大量分解成蔗糖，又由于叶片中酸性转化酶和中性转化酶活性不断升高，导致蔗糖进一步分解成单糖，以满足细胞能量代谢的需要。低温胁迫下叶片光合作用差，更进一步加剧了番茄植株碳水化合物的消耗。进而造成植株出现早衰现象，叶片黄化，生长停滞。相比LA2706来说，LA1777叶片中可溶性总糖上升幅度较小，酸性转化酶活性、中性转化酶活性、蔗糖磷酸合成酶活性上升幅度较低，由此，淀粉分解速度较慢，蔗糖代谢降低，更有利于适应低温胁迫环境。进入恢复期后，2种类型番茄叶片中可溶性总糖含量、酸性转化酶活性、中性转化酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性都迅速降低，LA1777在4 d的恢复期间，糖及相关酶都能达到正常水平，而LA2706则只有蔗糖磷酸合成酶活性能达到正常水平，其他则需要更长的恢复时间。

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