不同耐热性萝卜幼苗对高温胁迫的生理响应

初敏,庄志群,王秀峰,2,王淑芬,杨凤娟,2*,魏珉,2,史庆华,2

1.山东农业大学园艺科学与工程学院,山东泰安271018 2.山东农业大学作物生物学国家重点实验室,山东泰安271018 3.山东省农业科学院蔬菜研究所,山东济南250100 4.山东省巨野县农业局植物保护站,山东巨野274900

不同耐热性萝卜幼苗对高温胁迫的生理响应

初敏1,庄志群4,王秀峰1,2,王淑芬3,杨凤娟1,2*,魏珉1,2,史庆华1,2

1.山东农业大学园艺科学与工程学院,山东泰安271018 2.山东农业大学作物生物学国家重点实验室,山东泰安271018 3.山东省农业科学院蔬菜研究所,山东济南250100 4.山东省巨野县农业局植物保护站,山东巨野274900

以两个耐热性不同的萝卜品种为试材，研究高温胁迫对萝卜幼苗叶片电解质渗漏率（EL）、丙二醛（MDA）含量、渗透调节物质及抗氧化酶活性等生理指标的影响。结果表明，高温胁迫后，两萝卜品种叶片EL和MDA含量均逐渐升高，但耐热品种夏米岛（XD）升高幅度低于感热品种乌兹别克冬萝卜（WD）；高温胁迫前，XD幼苗叶片可溶性糖与脯氨酸（Pro）含量均高于WD，而高温胁迫后，两品种可溶性糖和Pro含量均逐渐升高，但XD叶片中两者含量显著高于WD；高温胁迫下，XD通过大幅升高SOD活性来消除O2-的伤害，而WD通过大幅度升高POD和APX活性，以清除体内的H2O2，防止活性氧伤害，说明耐热性不同萝卜品种对高温胁迫造成的活性氧伤害的清除机理不同。恢复4 d后，XD叶片中EL和MDA含量基本恢复至处理前水平，WD显著高于处理前；两品种中可溶性糖和Pro含量差异不显著；抗氧化酶活性变化差异较大。可见，耐热品种XD本身含有较高的渗透调节物质可溶性糖和Pro，从而通过降低EL和MDA含量及提高SOD活性来减轻高温热害。

高温胁迫;萝卜;耐热性;生理响应

Keywords:High temperature stress;radish;tolerance;physiological response

近年来由于CO2等气体的大量排放，全球性温室效应加剧，严重影响了农作物的产量和品质[1]。另外，随生产发展和人民生活水平的提高，要求蔬菜周年供应，而高温是制约夏季蔬菜供应的重要原因之一。萝卜（Raphanus sativus L.）是一种重要的十字花科蔬菜，深受人们喜爱[2]。我国萝卜分布广、面积大、品种多，目前生产应用中仍缺少抗热、抗病、优质的夏季萝卜品种，大大限制了萝卜的种植范围和上市季节，在很大程度上制约着萝卜产量，从而不能满足广大消费者对萝卜的需求。因此，筛选耐热性不同的萝卜品种和提高萝卜耐热性是解决问题的关键。

高温使植物外部形态、组织和结构发生变化，在大白菜、甘蓝、水稻、玉米等作物上均有报道[3-6]。徐向东等[7]研究表明，黄瓜幼苗经高温胁迫后体内O2-·产生速率、过氧化氢（H2O2）含量、丙二醛（MDA）含量和相对电导率（REC）大幅度升高，对植株的正常生长产生了严重威胁。Malgorzata和Waldemar[8]研究得出，羽扇豆在受到高温胁迫后，其相关生理生化指标与黄瓜表现基本一致。冉茂林指出，热胁迫影响萝卜的生长发育，主要表现在叶面积下降，根腐病大量发生，个体变小、品质恶劣、产量下降等方面[9]。

目前，关于耐热性不同的萝卜品种对较长时间高温胁迫及恢复后的响应差异尚未见报道。本文以耐热性不同的两个萝卜品种为试材，研究高温胁迫对不同萝卜幼苗叶片可溶性糖、脯氨酸含量及抗氧化酶活性等生理指标的影响，为选育耐热品种，进一步探索不同耐热萝卜品种对高温胁迫的响应差异提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与处理

试验于2010年9～11月在山东农业大学玻璃温室内进行。供试萝卜品种分别为‘乌兹别克冬萝卜’（感热品种，文中简称WD）和‘夏米岛’（耐热品种，文中简称XD），以上两个耐热性不同的萝卜品种是根据12份萝卜品种（由山东省农业科学院蔬菜研究所提供）的电解质渗漏率和热害指数筛选出来的。

按常规方法浸种，挑选籽粒饱满、大小均一的种子播于装有基质（V草炭:V蛭石:V珍珠岩=2:1:1）的50孔穴盘中，每孔1株，每盘50株，每个处理4盘。待子叶展平后，用1/2的营养液代替自来水浇灌，待第一片真叶展平后，用全营养液浇灌。营养液中大量元素参照日本园试配方，微量元素参照Arnon配方[10]。

待萝卜幼苗长至3叶1心时，移至昼/夜温度25℃/15℃，光周期8 h/16 h的培养箱（宁波产GXZ型）中预处理2 d后，置于高温处理条件下，昼/夜温度40℃/30℃，光周期8 h/16 h，7 d后将幼苗置于正常温光条件下（温度25℃/15℃，最大光量子通量密度550～600µmol·m-2·S-1，光周期8 h/16 h）恢复4 d。分别于高温处理0 d、1 d、4 d、7 d后和恢复1 d、4 d后取幼苗上数第2～3片叶进行各项指标的测定，重复3次，求平均值。

1.2 测定项目与方法

电解质渗漏率[电解质渗漏率（%）=（初电导－空白电导）/(终电导－空白电导)×100）]和可溶性糖含量测定参照赵世杰等[11]的方法。脯氨酸（Pro）含量采用酸性茚三酮显色法[12]测定。MDA含量参照Cakmak和Marschner[13]的方法测定（注：式中W=FW*组织含水量）。

抗氧化酶活性的测定：酶液提取参照朱祝军等[14]的方法。超氧化物岐化酶（SOD）活性采用Prochazkova等[15]的方法测定；过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性采用Cakmak和Marschner[13]的方法测定；抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性采用Nakano等[16]的方法测定。

文中数据均为3次重复的平均值，采用Microsoft Excel和Sigma plot软件处理数据和作图。DPS软件对数据进行单因素方差分析，并运用Duncan检验法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 高温胁迫对萝卜幼苗叶片电解质渗漏率和MDA含量的影响

2.1.1 对电解质渗漏率的影响图1-A所示，胁迫前两萝卜品种幼苗的电解质渗漏率（EL）差异不显著。随胁迫时间延长，其EL逐渐增大；恢复过程中，不同耐性萝卜品种的反映不同，且在整个处理过程中，耐热品种夏米岛（XD）的EL均比感热品种乌兹别克冬萝卜（WD）的低。高温胁迫7 d后，XD的EL达最大值，比胁迫前高出69.52%；恢复后，XD的EL逐渐降低，恢复4 d后，其EL较胁迫前高0.60%，与胁迫前差异不显著。而WD的EL呈先升高后降低趋势，在恢复1 d后达最大值，比胁迫前高出135.50%；恢复4 d后的EL比胁迫前显著高出79.88%。

2.1.2 对MDA含量的影响由图1-B可知，高温胁迫下，随处理时间延长，两萝卜品种幼苗叶片中MDA含量均逐渐升高；恢复处理后，两萝卜品种的MDA含量均呈先升高后降低趋势。高温处理前，乌兹别克冬萝卜（WD）的MDA含量低于夏米岛（XD），但随处理时间延长，WD的MDA含量增幅显著高于XD；高温胁迫7 d后，WD的MDA含量较胁迫前增加69.80%，XD仅增加21.96%；恢复4 d后，WD的MDA含量显著高于胁迫前，而XD的MDA含量显著低于胁迫前。

图1 高温胁迫对萝卜幼苗叶片电解质渗漏率和MDA含量的影响Fig.1 Effects of high temperature stress on electrolyte leakage and MDAcontent in leaves of radish seedlings

2.2 高温胁迫对萝卜幼苗叶片渗透调节物质含量的影响

2.2.1 对可溶性糖含量的影响图2-A所示，高温胁迫前，夏米岛（XD）的可溶性糖含量显著高于乌兹别克冬萝卜（WD）。随高温胁迫时间延长，两萝卜品种中可溶性糖含量均呈上升趋势，高温胁迫4 d后，WD的可溶性糖含量达最大值，而XD的可溶性糖含量一直在上升。恢复处理1 d后，两品种的可溶性糖含量均有不同程度升高，但恢复处理4 d后，WD和XD的可溶糖含量分别比处理前增加2.13和0.80倍，但此时两品种含量差异不显著。

2.2.2 对脯氨酸含量的影响高温胁迫前，夏米岛（XD）的脯氨酸（Pro）含量亦稍高于乌兹别克冬萝卜（WD）（图2-B）；高温胁迫后，两萝卜品种Pro含量均比处理前增加，但耐热性不同的萝卜品种对高温的响应不同。随胁迫时间延长，WD的Pro含量呈直线上升趋势，而XD呈先升高后降低再升高趋势，均在高温处理7 d后达最大值，WD和XD分别比处理前增加3.46和2.89倍。恢复处理后，两品种Pro含量均呈先降低后升高趋势，恢复4 d后，两品种中Pro含量差异不显著。

2.3 高温胁迫对萝卜幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

2.3.1 对SOD活性的影响高温处理前，夏米岛（XD）的SOD活性稍低于乌兹别克冬萝卜（WD）（图3-A）；两萝卜品种在高温胁迫下SOD活性均呈先升高后降低趋势，两萝卜品种叶片中SOD活性均在高温处理4 d后达最大值；胁迫7 d后，XD叶片中SOD活性比处理前增加69.13%，而WD仅增加37.30%，均与胁迫前差异显著。恢复处理后，XD叶片中SOD活性仍呈升高趋势，而WD其活性呈下降趋势，说明恢复处理后XD能通过提高SOD活性来加快歧化O2-·以适应环境变化，从而恢复正常生长。

图2 高温胁迫对萝卜幼苗叶片可溶性糖和脯氨酸含量的影响Fig.2 Effects of high temperature stress on soluble sugar and proline contents in leaves of radish seedlings

2.3.2 对POD活性的影响高温胁迫条件下，两萝卜品种叶片POD活性均呈上升趋势（图3-B），胁迫7 d后，乌兹别克冬萝卜（WD）和夏米岛（XD）叶片中POD活性分别比胁迫前显著提高246.99和36.75倍。恢复处理1 d后，XD叶片中POD活性急剧下降，而WD叶片中POD活性下降幅度较小；恢复4 d后，两品种POD活性差异不显著。

图3 高温胁迫对萝卜幼苗叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶活性的影响Fig.3 Effects of high temperature stress on SOD、POD、CAT and APX activities in leaves of radish seedlings

2.3.3 对CAT活性的影响高温胁迫后，两萝卜品种叶片中CAT活性对高温的反应基本相同，均呈先升高后降低趋势（图3-C），在胁迫1 d后达最大值，胁迫7 d后，乌兹别克冬萝卜（WD）和夏米岛（XD）分别比胁迫前降低78.77%和37.27%。恢复处理后，两品种均呈上升趋势，恢复4 d后，两品种间CAT活性差异显著，但WD和XD分别比胁迫前升高28.45%和115.30%。

2.3.4 对APX活性的影响胁迫处理前，夏米岛（XD）幼苗叶片中APX活性显著高于乌兹别克冬萝卜（WD）（图3-D）。高温胁迫1 d后，WD叶片中APX活性大幅度上升，4 d后又迅速下降；而XD叶片中APX活性在高温胁迫1 d后，稍有降低，随后呈上升趋势。恢复处理后，两品种叶片中APX活性均呈先升高后降低趋势，恢复4 d后，两者的APX活性差异不显著，但XD的APX活性稍低于处理前，WD的显著高于处理前。

3 讨论

植物细胞膜对维持细胞的微环境和正常代谢起着重要作用。电解质渗漏率（EL）和MDA含量通常是植物膜系统稳定与否的重要指标，其大小与植物抗逆境能力密切相关[17-19]。因此可通过测定EL和MDA含量来表示膜脂过氧化程度和植物对逆境条件反映的强弱[2]。本试验结果表明，高温胁迫过程中，感热品种乌兹别克冬萝卜（WD）叶片中EL始终高于耐热品种夏米岛（XD），这与前人研究结果相一致[20-22]；而高温处理前，WD叶片中MDA含量低于XD，随胁迫时间延长，WD叶片中MDA含量增幅大于XD。恢复4 d后，XD叶片中EL基本恢复至处理前水平，而WD显著高于处理前；WD叶片中MDA含量较胁迫前高，而XD中MDA含量较胁迫前稍低（图1）。以上结果表明，耐热品种XD具有较强的维持膜系统相对稳定和膜结构完整的能力，膜脂过氧化程度轻，受胁迫后能恢复至处理前水平，而感热品种WD正好相反。

高温一般引起细胞膜透性增大，为防止电解质过多外渗，植株会主动积累渗透调节物质，提高细胞液的渗透压，增强细胞的吸水、保水能力。植物的渗透调节物质主要包括氨基酸、可溶性糖、可溶性蛋白和可溶性酚类等[23]。本试验结果表明，耐热品种XD较感热品种WD本身含有较多的渗透调节物质可溶性糖和Pro，故在高温胁迫过程中，虽其渗透调节物质含量的增幅较WD小，含量却比WD高，因此仍具备耐高温胁迫的渗透调节能力，这对选育耐热萝卜品种具有重要意义。

正常条件下，植物依靠自身的自由基清除系统保持细胞内活性氧平衡，而当植物受到环境胁迫时，活性氧平衡受到破坏，其清除系统尤其是抗氧化酶类则会表现出相应的应激反应[24,25]，缓解胁迫对植物膜系统造成的伤害。SOD、CAT、POD和APX等是植物酶促防御系统的重要保护酶[25]。本试验结果表明，耐热品种XD在处理前其叶片中APX活性显著高于感热品种WD，而SOD活性比WD叶片中略低，POD和CAT活性差异不显著。APX能直接清除H2O2以保护植物细胞膜结构，提高植物抗性。因此，在高温来临前，XD就能通过保持较高的APX活性来避免高温造成的伤害。在受到高温胁迫后，XD可通过大幅度升高叶片中SOD活性来清除O2-.的伤害；而感热品种WD受高温胁迫后，其叶片中POD和APX活性均大幅度升高，以清除体内的H2O2，防止活性氧伤害，说明耐热性不同的萝卜品种对高温胁迫造成的活性氧伤害清除机理不同。现有研究表明，高温胁迫下，耐热大白菜和冬油菜能保持较高的SOD、CAT、APX活性[26,27]，与本试验结果相一致。对POD活性在高温胁迫条件下的变化目前认识并不一致。有报道认为POD活性在高温胁迫下上升，有人认为它下降[28]。司家纲等[29]在大白菜上研究发现，38℃处理48 h后，不论抗热或感热品种POD活性均下降，抗热性强的品种下降幅度小，这与本次试验结果不相一致，这可能是因为作物类型及测试条件不同所致。

综上结果表明，高温处理后耐热萝卜品种XD一直保持较低的EL和MDA含量，恢复处理后，耐热品种基本能恢复至处理前水平；而处理前耐热品种XD本身含有较高的渗透调节物质可溶性糖和Pro，从而在高温胁迫下能通过降低EL和MDA含量的升高幅度，提高SOD活性来避免高温热害。

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Study on Physiological Response to High Temperature Stress in Different Heat Tolerance Radish Seedlings

CHU Min1,ZHUANG Zhi-qun4,WANG Xiu-feng1,2,WANG Shu-fen3,YANG Feng-juan1,2*,WEI Min1,2,SHI Qing-hua1,2
1.College of Horticulture Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Tai'an 271018,China 2.State Key Laboratory of Crop Biology,Shandong Agricultural University,Tai'an 271018,China 3.Vegetable Research Institute of Shandong Academy of Agricultural Sciences,Jinan 250100,China 4.Extention Station of Plant Protection,Juye Agricultural Bureau,Juye 274900,China

The effects of high temperature stress on the physiological indexes such as the electrol-yte leakage(EL),the content of MDA,osmotic adjustment materials and antioxidant enzyme activities in leaves of radish seedlings were investigated,taking two radish varieties of different heat tolerance as test materials.The results showed that after high temperature stress,EL and the content of MDA were up-regulated in both two radish cultivars,and the values in heat-tolerant cultivar Xiamidao(XD)were improved in a lower range than those of heat-sensitive cultivar Wuzibieke dong luo bo(WD). The contents of soluble sugar and proline were also increased and the change in XD was remarkably higher than WD under high temperature,while the contents of soluble sugar and proline in XD were higher than WD.The SOD activity in XD was improved in a high range to eliminate the hurt from O2-·,while in WD,the activities of POD and APX were all improved in a high range to clear away H2O2of itself and prevent active oxygen hurt.This showed that the elimination mechanisms of active oxygen hurt in different heat tolerance radish cultivars are different.After recovery treat for 4 d,EL and the content of MDA in XD mainly had come to primary levels,while in WD,they were significantly higher than those before the treat of high temperature stress.The contents of soluble sugar and proline exhibited no significant difference in both two radish cultivars.However,the activities of antioxidant enzyme had bigger difference.These results indicated that the heat-tolerant cultivar XD has strong ability to maintain the relative stability of membrane system and the membrane integrity,in addition, XD has a lower degree of membrane lipid peroxide.It is clear that the breed of XD,which is heat-resistant,contains higher osmotic adjustment materials,such as soluble sugar and proline.These results indicate that XD could mitigate the injuries caused by high temperature stress by reducing electrolyte leakage and MDAcontent and promoting the activity of SOD.

S631.1

A

1000-2324(2014)03-0334-06

2011-10-24

2012-03-22

山东省财政支持重大应用技术创新课题[鲁财农指(2009)45号]

初敏(1986-),女,在读硕士研究生,主要从事设施蔬菜与无土栽培方面的研究.E-mail:chumin033@163.com

*通讯作者:Author for correspondence.E-mail:beautyyfj@163.com