热胁迫下添加脯氨酸对菜心生长和生理生化特性的影响

庄泽鑫 周玲艳 潘伟明

摘 要：本实验以菜心品种4号和31号为材料，测定了高温胁迫以及高温胁迫下添加外源脯氨酸对植株生长情况如株高、根长、鲜重、干重以及生理生化特性如叶绿素含量、丙二醛含量（MDA）过氧化氢酶（ CAT） 和过氧化物酶（ POD） 和超氧化物歧化酶（SOD）活性等各项指标。结果表明：热胁迫下，菜心品种31号的生长状态较好，叶绿素和脯氨酸含量相对较高，抗氧化酶POD、CAT酶活性較高，MDA活性、电导率相对较低;当添加外源脯氨酸时，可提高菜心的生长指标、叶绿素和脯氨酸含量以及POD、CAT、SOD酶活性，降低MDA活性和电导率，提升和降低的比例对于4号菜心品种而言更为明显，说明脯氨酸含量可以作为菜心耐热性的筛选指标。

关键词：菜心 热胁迫 脯氨酸;生长;生理生化

中图分类号：S-3       文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201030004

菜心又称菜苔，十字花科、芸苔属，一、二年生的草本植物。适合播种于南方温暖地区，是我国南方特产蔬菜之一[1]。菜心喜凉爽温和气候，生长发育的适宜温度为15～25℃，30℃以上高温下菜心的生长将受到较大的影响，会导致菜心纤细，产量低，质量差[2]。南方6—8月份高温，严重影响菜心的生长，筛选和选育耐热菜心品种非常必要，以满足南方菜心的周年生产需求。

在旱、盐碱、热、冷、冻等逆境条件下，植物体内脯氨酸的含量显著增加[3-5]。在作物、蔬菜、花卉等多种植物中研究发现，植物体内脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性，抗逆性强的品种往往积累较多的脯氨酸[6-10]。廖飞雄等[11]发现，通过在培养基中加入外源脯氨酸可降低热胁迫下的愈伤组织细胞的相对电解质渗出，减轻褐变，促进鲜重的增加。本研究通过分析不同菜心品种高温胁迫下脯氨酸含量以及电导率、叶绿素含量、丙二醛含量、抗氧化酶活性的变化，旨在为菜心耐热品种的选育及抗逆栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为4号和31号菜心品种，购买于广东农科院种子门市部。

1.2 方法

1.2.1 菜心种子的发芽和处理

取健康、饱满的菜心种子，以质量分数2.0%的次氯酸消毒15min后，再用无菌去离子水洗3～4次，每次约30s。然后以无菌去离子水浸泡6h后，将适量的种子均匀的接于培养基中，将4号（A）和31号（B）菜心种子各分4组（A1、A2、A3、A4;B1、B2、B3、B4），具体情况见表1。其中，每组3瓶，总共24瓶。分别置于25℃和35℃的温度培养箱中进行光照培养，每天光照12h，光照强度3000Lux。

1.2.2 菜心幼苗生长指标测定

菜心幼苗株高的测量采用百分尺从菜心的根部到叶尖。根长的测量是从根尖到根部。以滤纸吸干菜心幼苗表面水分，用电子天平称量鲜重。将菜心幼苗102℃杀青10 min后，置于70℃下烘干至恒重，用电子天平称量幼苗的干重。每组浓度处理的菜心幼苗随机抽取10株，计算平均值。

1.2.3 菜心幼苗生理生化指标测定

叶绿素含量、游离脯氨酸含量、细胞膜透性、SOD、POD、CAT活性和MDA含量参照李合生等[12]方法。

1.2.4 游离脯氨酸含量的测定

参照张殿忠等[13]方法。

1.3 数据统计及分析

采用excel软件计算，再对数据进行作图。

2 结果分析

2.1 高温胁迫对2个菜心品种生长和叶绿素含量的影响  逆境胁迫往往影响植物的生长发育，本研究将菜心种子接种于1/2MS培养基中，培养温度分别为25℃和35℃，培养时间为5d，观察和分析高温胁迫下2个菜心品种31号和4号的生长情况。结果表明，在正常培养温度（25℃）下，2个菜心品种的生长情况和生长发育相关指标相差不大，而在 35℃高温培养下，菜心品种4号的生长情况明显差于31号;且31号菜心品种与正常温度（25℃）培养相比，差异较小，而4号菜心与正常温度（25℃）培养相比，株高、根长、鲜重、干重、叶绿素含量降低了54.2%、57.1%、62.5%、57.1%、46.7%（表2）。

2.2 高温胁迫下2个菜心品种游离脯氨酸含量的变化

将常温（25℃）发芽5d后的2个菜心品种放置于35℃培养箱中培养12h后，测定其游离Pro的含量。结果显示，正常培养温度（25℃）下，菜心品种31号的游离脯氨酸含量高于4号品种（21.5%）;且高温胁迫下，2个菜心品种的游离脯氨酸含量均有不同程度的增加，相比较对照（25℃），菜心品种31号的脯氨酸含量提升了26%，而4号品种只提升了11.8%（表3）。

2.3 高温胁迫下外源脯氨酸对2个菜心品种生长的影响  将菜心种子分别接种于1/2MS培养基（对照组）和添加1mg·L-1脯氨酸的1/2MS培养基（实验组）中发芽，培养条件均为35℃，培养时间为5d，然后测定2个菜心品种的各项生长指标和脯氨酸含量。结果表明，在较长时期的高温胁迫下，添加脯氨酸培养基中生长的2个菜心品种的生长指标均高于对照组（表4），其中，31号的株高、根长、鲜重、干重、叶绿素含量分别增加了15.4%、2.0%、17.2%、20%、17.6%，4号的分别增加了170%、167%、152%、133%、137%，且实验组在高温胁迫下能够正常生长并保持一定的活力，而对照组则表现为部分枯萎。

2.4 高温胁迫下外源脯氨酸对2个菜心品种脯氨酸含量的影响  将菜心种子分别接种于1/2MS培养基（对照组）和添加1mg·L-1脯氨酸的1/2MS培养基（实验组）中，25℃下发芽5d后，置于35℃培养箱中培养12h，测定其游离Pro的含量。结果表明，培养基中添加外源脯氨酸的情况下，31号和4号菜心品种的游离脯氨酸含量增高，分别提高了56%和66.5%（表5），从而提高了菜心的耐热性。

2.5 热胁迫下添加外源脯氨酸对2个菜心品种膜保护酶活性的影响  将菜心种子分别接种于1/2MS培养基（对照组）和添加1 mg·L-1脯氨酸的1/2MS培养基（实验组）中发芽，培养条件均为35℃，培养时间为5d，然后测定2个菜心品种的膜保护酶活性。计算处理测定值（添加脯氨酸）与对照测定值（不添加脯氨酸）的相对值，当相对值大于1 时代表处理测定值高于对照测定值，相对值小于1 时代表处理测定值低于对照测定值，相对值等于1时代表处理测定值等于对照测定值。图1结果表明，35℃高温胁迫下，不添加外源脯氨酸时，31号菜心的POD、CAT活性远远高于4号菜心（比值远远大于1），SOD酶活性相差不是很大，但MDA、电导率远远低于4号菜心（比值远远小于1），说明4号菜心耐热性差，热胁迫下，所受伤害大;当添加外源脯氨酸时，2个菜心品种的抗氧化酶活性及电导率差距大大缩小（比值接近1）。图2结果表明，当添加外源脯氨酸时，2个品种的POD、CAT、SOD酶活性增加（比值均大于1），而MDA活性和电导率下降（比值均大于1），其中，4号菜心品种的POD、CAT、SOD酶分别是对照（没有添加脯氨酸）的1.33、1.13、1.23倍，MDA和电导率分别0.7、0.62，31号菜心品种的POD、CAT、SOD酶分别是对照（没有添加脯氨酸）的2.36、2.0、1.23倍，MDA和电导率分别0.51、0.28，4号菜心的升降幅度大于31号菜心。

3 讨论

生物量是反映作物长势的重要农艺性状和形成作物产量的基础[14]，李荣华研究发现，耐热性强的菜心品种高温胁迫下的生物量减少显著低于耐热性弱的菜心品种，并认为生物量可以作为评价菜心耐热性强弱的关键指标[15]。本研究发现，高温胁迫下，耐热性较好的菜心品种31号的株高、根长、鲜重、干重均显著优于菜心品种4号。

叶绿素是进行光合作用的主要色素。有研究表明，高温胁迫下植物叶绿素含量下降，但耐热性好的植物品种的叶绿素含量往往保持较高的水平[16-17]。本研究发现，耐热性较好的菜心品种31号的叶绿素含量高于菜心品种4号，这可能也是31号菜心品种鲜重、干重较优的原因。

逆境胁迫下植物将产生渗透调节物质，以提高对逆境的耐性。游离脯氨酸是重要的渗透调节物质[18]，具有提高细胞液浓度、维渗透压、保护膜系统组分的作用[19]。脯氨酸含量一定程度上可以反映植物的耐热性。毛静等[20]发现高温胁迫下鸢尾叶片脯氨酸含量不同程度的积累增加，且耐热性较强的鸢尾品种无论常温或高温胁迫下的脯氨酸含量均高于耐热性较弱的品种。靳路真等[18]在研究高溫胁迫对不同耐性大豆品种生理生化的影响时也有同样的结论。本研究发现，高温胁迫下，耐热性较好的菜心品种31号的脯氨酸含量高于菜心品种4号，这与廖飞雄和潘瑞炽[11]的研究结果一致。

高温胁迫下，往往导致大量 MDA 的产生，其含量多少可以直接反应细胞膜受伤害程度。抗氧化酶SOD、POD、CAT是植物细胞内活性氧清除系统，具有保护细胞功能的作用[21]。靳路真等[12]发现高温胁迫下，耐热性品种SOD、POD 酶活性水平高于热敏感品种。庞强强等[22]研究表明，随着高温胁迫时间的延长，菜心叶片中电导率、MDA 含量均呈上升的趋势，其中耐热性强的菜心品种增幅较小，耐热性差的菜心增幅较大，可能与耐热性强的菜心叶片保护酶SOD、CAT和POD 活性显著高于不耐热品种有关。王宏辉等[23]在研究高温胁迫对4个红掌盆栽品种生理特性的影响时发现，随着高温胁迫时间延长，4个品种的叶片相对电导率和MDA 呈上升趋势，SOD、CAT、POD呈现先上升后下降的趋势，这可能是由于高温胁迫超过了植物能承受的极限，破坏酶活性中心，导致酶活性下降。廖飞雄和潘瑞炽[11]发现，在培养基中添加脯氨酸后，菜心愈伤组织细胞的膜保护酶POD 、CAT 和 SOD 活性有不同程度的提高。本研究发现热胁迫下，31号菜心的POD、CAT活性远远高于4号菜心，电导率远远低于4号菜心。当添加外源脯氨酸时，两个菜心品种的抗氧化酶活性增加，MDA和电导率下降，且4号菜心的升降变化率大于31号菜心。

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（责任编辑 周康）