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吴晓花, 周雯, 汪宝根, 鲁忠富, 徐沛, 吴新义, 李国景. 高温胁迫下6份瓠瓜材料的耐热性分析[J]. 浙江农业科学, 2017,(7):1169-1172 172  
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高温胁迫下6份瓠瓜材料的耐热性分析
吴晓花1,2, 周雯1,2,3, 汪宝根1,2, 鲁忠富1,2, 徐沛1,2, 吴新义1,2, 李国景1,2,*
1.浙江省农业科学院 蔬菜研究所,浙江 杭州 310021
2.浙江省植物有害生物防控实验室—省部共建国家重点实验室培育基地
3.浙江师范大学 化学与生命科学学院,浙江 金华 321000
通讯作者：李国景(1966—),男,浙江东阳人,研究员,博士,研究方向为蔬菜育种与栽培技术研究,E-mail:ligj@mail.zaas.ac.cn。

作者简介:吴晓花(1975—),女,浙江东阳人,副研究员,本科,研究方向为蔬菜新品种选育与栽培技术研究,E-mail:wuxiaohua2001@126.com。

基金项目: 浙江省重大科技专项(2016C02051); 公益性行业(农业)科研专项(201403032)
摘要

瓠瓜是我国南方地区夏季重要的瓜类蔬菜作物,耐热性是当前瓠瓜育种的主要目标之一。本研究通过观察6份瓠瓜种质在高温和常温条件下的植株外部形态,并测定其愈创木酚过氧化物酶(G-POD),叶片质膜透性和叶绿素荧光,发现采用外部形态指标和生理生化指标可以正确评价瓠瓜的耐热性。研究认为,浙蒲8号的耐高温能力最强,JI7182的耐高温能力最差,其余4份材料居中。本研究为瓠瓜种质的耐热性鉴定和品种选育提供理论依据。

关键词: 瓠瓜; 高温胁迫; 耐热性
中图分类号:S652.9 文献标志码:A 文章编号:0528-9017(2017)07-1169-04 doi: 10.16178/j.issn.0528-9017.20170723

瓠瓜(Lagenariasiceraria), 又名瓠子、长瓜、葫芦和夜开花等, 隶属葫芦科葫芦属, 是人类最早驯化的作物之一。瓠瓜用途广泛, 其幼嫩果实主要做菜用, 成熟果实可做容器、乐器和工艺品等[1]。瓠瓜原产非洲, 后来在亚洲和非洲可能得到过独立的驯化[2]。此外, 瓠瓜也常被用作黄瓜、西瓜的嫁接砧木以增强其耐低温、抗病的能力[3]。

高温已成为影响瓠瓜生产的主要灾害之一, 影响到坐瓜, 增加畸形果率, 使产量降低, 因此近年来瓠瓜耐热性研究逐步受到重视, 而建立评价不同材料的耐热性是耐热品种选育的基础。许多学者从植物生理、生化及形态等几个方面对植物的耐热性进行研究。在白菜和黄瓜上发现, 耐热品种的POD活性在经过高温处理后变化值较小, 但高温胁迫会使叶绿素含量明显降低[4]; 在辣椒上, 不同品种耐热性的强弱与质膜透性呈负相关[5]。瓠瓜耐热性研究鲜见报道。本研究通过分析不同瓠瓜材料在高温和常温条件下其外部形态和生化指标变化, 评价其耐热性强弱, 以期为瓠瓜品种选育和改良提供参考。

1 材料与方法
1.1 试验材料

供试材料包括浙蒲8号、JG636、浙蒲2号、JI7182、GJ610和杭州长瓜共6个品种, 以编号1~6表示。材料系浙江省农业科学院蔬菜研究所选育保存。

1.2 高温胁迫处理方法

选取籽粒饱满、无病虫为害的种子直播于营养钵内, 每钵留苗1株, 每份材料选取生长健壮、苗龄一致的植株用于试验, 其他管理按照常规育苗管理。选取2叶1心期的幼苗进行高温胁迫处理, 每品种设4个重复, 每重复处理3株苗。

高温处理方法。使用人工气候室模拟高温环境, 昼/夜温度为45/32 ℃, 光周期为12 h/12 h, 处理时间为4 d, 处理后常温恢复2~4 h后取样。对照材料置于玻璃温室内生长, 中午加盖遮阳网, 确保白天最高温度在35 ℃以下, 夜间最低温度维持在25 ℃左右。所有高温处理和未处理的对照材料, 测定株高、鲜重、叶绿素荧光、叶片质膜透性和G-POD活性。

1.3 测定方法

观察所有材料的植株长势、叶片大小及是否出现明显热害现象, 并对其株高和鲜重进行测量。

叶绿素荧光的测定方法参照胡文海等[6]的方法。用英国Hansatech公司生产的FMS2型便携式荧光测定仪测定光系统II(PSII)最大光化学效率Fv/Fm, 测定前对所有高温处理材料及对照材料进行暗适应20 min, 测定时先照射检测光(< 0.05 μ mol· m-2· s-1), 再照射饱和脉冲光(12 000 μ mol· m-2· s-1), 测定其Fv/Fm。

叶片质膜透性的测定参照杨根平等[7]的方法。每份材料取15个直径0.5 cm的叶圆片, 浸于试管中抽真空10 min, 28 ℃保温30 min, 其间摇动几次, 测定电导值E0, 此值作为背景值; 然后准确保温30 min(28 ℃), 测定电导率(Ep)。最后将试管置于沸水中15 min, 冷却至室温, 再测1次总电导率(Et)。

细胞质膜相对透性=(Ep-E0)/(Et-E0)× 100。

愈创木酚过氧化物酶(G-POD)测定参考Lee[8]的方法, 分2步进行。1)酶的提取。称取0.2 g样品在液氮中磨碎后, 加入1.5 mL提取缓冲液(0.1 mmol· L-1 BS, 0.5 mmol· L-1 EDTA, 1 mmol· L-1 AsA, pH 7.5), 倒入2 mL离心管中, 12 000 g离心20 min, 取上清液备用。2)POD的测定。2 mL反应液(150 mmol· L-1 PBS, 16 mmol· L-1愈创木酚, 2 mmol· L-1 H2O2, pH值 6.1)中加入0.05 mL酶提取液。记录470 nm吸光度的动力学变化, 摩尔消光系数为26.6 mmol· L-1· cm-1。吸光度表现为上升趋势。

2 结果与分析
2.1 植株形态

从植株形态上看, 所有材料在高温处理后, 植株均表现为生长延缓, 叶片变小, 但未出现明显叶片发黄和死苗现象。相比对照, 所有材料的鲜重、株高均显著下降, 浙蒲8号在鲜重和株高指标上受到的抑制程度较小(图1~4)。从高温处理和对照的鲜重比来看, GJ610的比值最小, 说明该材料受到高温抑制最大。但在株高比值上, JI7182受高温处理的影响最大。综合鲜重和株高分析发现, 在高温处理下, 浙蒲8号(编号1)表现较好, 其次是JG636(编号2)、浙蒲2号(编号3)、杭州长瓜(编号6), JI7182(编号4)和GJ610(编号5)的表现最差。

图1 高温处理和对照材料的单株鲜重图中数值为平均数± 标准差。* 表示在0.05水平上差异显著, * * 表示在0.01水平上差异显著。图2~10同

图2 高温处理和对照材料的单株鲜重比

图3 高温处理和对照材料的株高

图4 高温处理和对照材料的株高比

2.2 叶绿素荧光

从图5可以看出, 6份材料在高温处理和常温生长条件下, 叶绿素荧光含量虽有轻微升降, 但均未达到显著水平; 从比值上看, 高温处理和对照材料的叶绿素荧光的比值均在1.0左右, 说明高温处理对PSII最大光化学效率Fv/Fm无显著影响(图6), 这也说明利用叶绿素荧光可能无法评价高温处理对瓠瓜的影响作用。

图5 高温处理和对照材料的叶绿素荧光

图6 高温处理和对照材料的叶绿素荧光比

2.3 高温对叶片质膜透性的影响

质膜透性增加, 说明植株受到严重伤害。从图7~8可以看出, 高温处理的6份材料的质膜透性均呈上升趋势, 除GJ610外, 其余5份材料的质膜透性均表现显著或极显著上升; 结合高温处理材料和对照材料的细胞质膜透性比值分析, 叶片质膜透性的上升程度依次为JI7182、GJ610、杭州长瓜、JG636、浙蒲2号、浙蒲8号。

图7 高温处理和对照材料的细胞质膜透性

图8 高温处理和对照材料的细胞质膜透性比

2.4 高温对叶片抗氧化酶活性的影响

图9表明, 高温处理能显著提高这6个品种的G-POD活性。通过图10的高温处理材料和对照材料的G-POD测定比值分析发现, JI7182处理后G-POD的活性比对照增加快, 其次是浙蒲2号、JG636、GJ610、杭州长瓜、浙蒲8号。

图9 高温处理和对照材料的G-POD测定值

图10 高温处理和对照材料的G-POD测定比

3 讨论

为了客观、准确的鉴定瓠瓜耐热性, 本研究分析了6份瓠瓜材料在高温胁迫和常温对照条件下, 其植株外部形态, 包括株高和鲜重, 叶绿素荧光值、质膜透性及POD活性的变化情况, 发现除叶绿素荧光值外, 株高、鲜重、质膜透性及POD活性的变化规律基本一致, 说明这些指标可用于瓠瓜的耐热性鉴定。在高温胁迫下, 瓠瓜的株高、鲜重降低, 细胞质膜透性增加, POD活性上升。

在本研究中, 6份材料在经过高温处理后, 虽然鲜重和株高与对照相比均显著降低, 但所有材料均未出现死苗或其他明显的热害症状, 其原因可能是因为这6个品种的耐热性本身相对较强, 又或者是热处理时间较短, 且在热处理期间保证充足的供水。质膜是植物细胞与外界环境的一道分界线, 在极端条件下, 植物的质膜会受到不同程度的损伤, 表现为细胞膜透性增大, 细胞内部电解质外渗, 外液电导率增大的现象, 因此电导率值越大就意味着质膜受损越严重[9]。在本研究中JI7182(编号4)的电导率值最大, 说明其质膜受损最严重, 高温的耐受性最差, 浙蒲8号(编号1)的电导率值最小, 意味着对高温的耐受性最好。植物的抗氧化作用包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸(AsA)等, 其中POD是一种植物细胞内的保护酶, 与植物抵御不良环境如高温有关, 该酶的主要作用为清除H2O2和其他过氧化物[10], 不同作物在遭受高温时POD活性的变化不同, 如白菜和黄瓜在高温下其POD活性均下降[11, 12], 但藓类植物在高温下其POD活性上升[13]。在本研究中, 所有瓠瓜材料在高温下其POD活性上升, 但材料间的上升幅度不一样, 耐热型材料的POD上升较慢。结合形态指标和生理生化指标, 本研究中浙蒲8号的株高、鲜重受抑制最轻, 质膜透性增加最少, POD活性上升最少, 说明这份材料的耐热性最好, JI7182的株高、鲜重受抑制最重, 质膜透性增加最多, POD活性最高, 说明该材料的耐热性最差, 其他4份材料的耐热能力居中。本研究的结果表明, 采用形态指标和生理生化指标结合的方法, 可以较准确、客观的评价瓠瓜的耐热性, 这为下一步瓠瓜种质的规模性耐热鉴定奠定了基础, 也为瓠瓜的耐热性育种提供了理论依据。

The authors have declared that no competing interests exist.

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