低温对结球白菜抗氧化系统的影响

周秋菊，彭剑涛*，赵大芹，李桂莲

(1.贵州大学生命科学学院，贵州 贵阳 550025;2.贵州省园艺研究所，贵州 贵阳 550006;3.贵州省农业科学院，贵州 贵阳 550006)

植物为抵抗低温环境，在生长习性、生理生化、遗传表达等方面会形成各种特殊的适应特性，包括活性氧清除能力的提高、渗透调节物质积累以及膜脂组分的改变，等等［1-2］。结球白菜(Brassica campestris L.ssp.pekinensis)是我国原产蔬菜，栽培历史悠久，品种资源丰富，在蔬菜生产中占有重要地位［3］。大白菜越冬和早春生产过程中经常遭遇低温危害，影响其生长、光合、碳氮代谢、酶活性以及干物质的积累。低温胁迫可导致植物细胞内活性氧伤害，进而引起膜脂过氧化以及正常代谢受阻。因而，植物的抗寒性与其抗氧化能力密切相关［1］。本文通过研究零上低温冷诱导和零下自然低温胁迫条件对不同抽薹特性结球白菜品种活性氧清除系统的影响，探讨抗氧化系统在结球白菜抗寒性获得中的作用，为抗逆生理育种以及冬、春蔬菜栽培提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点和材料

试验在贵州大学生命科学学院植物生理学实验室进行，供试品种为黔白5号、津青50和金黔小将。黔白5号是贵州省园艺研究所新育成的抗寒、耐抽薹品种，适合冬春、早春及春夏反季节栽培［4］。津青50和金黔小将分别为中等抽薹和易抽薹品种。试验材料均由贵州省园艺研究所提供。

1.2 试验处理

1.2.1 人工气候箱冷诱导处理 将种子播种到72穴育苗盘中，以泥炭、蛭石和珍珠岩的混合物为基质，在人工气候箱中于20±1℃下育苗。当幼苗长至6片真叶时，转到4±1℃冷诱导处理10天后取样进行生理指标测定。试验期间光周期为光照12h，光强15000Lx;黑暗12h。相对湿度约65%。处理设置3次重复。

1.2.2 自然低温胁迫(盆栽试验)2012年10月下旬将4片真叶的幼苗移栽到直径25cm的花盆中，土壤为菜园土，于室外盆栽场按常规栽培方式管理，随机区组设计，均设置3次重复。2013年1月上旬经历凝冻天气(最低温度-6℃)后取样测定生理指标。

1.3 生理指标测定

丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸显色法［5］，超氧化物歧化酶(SOD)活性测定采用氮蓝四唑(NBT)法［6］，过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚比色法［6］，过氧化氢酶(CAT)活性测定采用紫外分光光度法［7］，抗坏血酸(AsA)含量的测定采用二甲苯萃取比色法［8］。

1.4 数据分析

利用Microsoft Excel 2003进行数据处理和作图，利用dps v7.05软件对数据进行方差分析，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 低温对结球白菜MDA含量的影响

丙二醛是细胞膜脂过氧化产物，与逆境条件下细胞膜受伤害程度关系密切。由表1可见，无论是经零上低温冷诱导还是经过冰冻伤害，3个品种结球白菜叶片中的MDA含量均以最低。冷诱导处理后叶片MDA含量差异显著，最高的金黔小将比最低的黔白5号MDA含量高27.5%。经零下低温胁迫后，各品种叶片MDA含量均上升，其中津青50最高，金黔小将次之，但品种间差异不显著。结果表明，黔白5号在低温下膜系统损伤程度最低。

表1 结球白菜叶片丙二醛含量Tab.1 The MDA content of Chinese cabbage leaves

2.2 低温对结球白菜AsA含量的影响

抗坏血酸是植物体内活性氧非酶促清除系统的重要成员。由图1可见，经低温冷诱导后不同抽薹特性结球白菜品种叶片抗坏血酸的含量存在显著差异，其中黔白5号最高，金黔小将最低，高低相差2.13倍。经零下低温胁迫后，叶片AsA含量则是津青50的含量最高，黔白5号次之，金黔小将最低，且均低于冷诱导后叶片中的AsA含量。

图1 结球白菜叶片AsA含量Fig.1 The AsA content of Chinese cabbage leaves

2.3 低温对结球白菜SOD活性的影响

超氧化物歧化酶(SOD)是生物体内清除超氧自由基的关键保护酶。由图2可见，冷诱导后黔白5号叶片SOD活性最高，金黔小将最低，但品种间差异不显著。经冰冻胁迫后叶片SOD活性升高，其中黔白5号增幅最大，增加了85.2%。

2.4 低温对结球白菜POD活性的影响

过氧化物酶(POD)也是植物体内清除活性氧的重要抗氧化酶之一。由图3可见，冷诱导后3个品种结球白菜叶片POD活性以黔白5号最大，津青50最小，但津青50与金黔小将之间差异不显著。经零下低温胁迫后各品种POD活性均降低，其中津青50降幅最大，达到31.1%;其余2个品种POD活性下降不显著。

图2 结球白菜叶片SOD活性Fig.2 The SOD activity of Chinese cabbage leaves

图3 结球白菜叶片POD活性Fig.3 The POD activity of Chinese cabbage leaves

2.5 低温对结球白菜CAT活性的影响

过氧化氢酶(CAT)是植物体内清除H2O2的主要酶类之一。由表2可见，冷诱导处理的黔白5号叶片CAT活性最高，津青50最低，二者相差2.01倍。经零下低温胁迫后，3个品种结球白菜叶片CAT活性均显著增大，其中金黔小将最高，增幅为87.6%;津青50叶片CAT活性虽然仍是3个品种中最低的，但其上升幅度却最大，达到103.9%。

表2 结球白菜叶片CAT活性Tab.2 The CAT activity of Chinese cabbage leaves

3 讨论

正常情况下，植物细胞内自由基的产生与清除之间保持动态平衡，自由基维持较低水平，不会对细胞造成伤害。这种平衡在低温逆境条件下会被打破，导致植物体代谢过程产生的自由基积累过多，进而对植物膜系统有伤害作用［9］。植物体内的酶促与非酶促活性氧清除系统可减轻自由基造成的伤害减轻伤害，其中酶促系统主要包括SOD、POD和CAT等，非酶促系统的抗氧化剂则包括抗坏血酸和谷胱甘肽等［10］。相关分析表明，SOD、POD、CAT活性和抗坏血酸含量均能较好地反映植物抗逆能力［11］。

研究表明，1～5℃低温冷诱导可显著提高拟南芥抗冻性，使其冰冻致死温度降低到 -12℃［12］。本试验采用4℃低温对供试材料进行冷驯化，结果表明黔白5号抗坏血酸含量显著高于其他2个品种。抗坏血酸既可作为初级抗氧化物直接清除单线态氧、超氧自由基和羟基自由基，又可作为酶的底物在活性氧清除过程中扮演重要角色。较高的AsA含量意味着黔白5号在冰冻条件下自由基清除能力更高，恢复能力更强。冷诱导后黔白5号叶片SOD、POD和CAT活性在3个品种中最高，而膜脂过氧化产物MDA含量最低，这些结果均说明其活性氧清除能力最强，抗冻能力优于其他品种。

经零下低温胁迫后，结球白菜叶片AsA含量和POD活性均下降，SOD和 CAT活性则上升。AsA含量可能是由于低温下活性氧水平提高，抗坏血酸-谷胱甘肽系统还原消耗增加所致。过氧化物酶POD是一种以铁卟啉为辅基的酶类，其消除H2O2需要从抗坏血酸和谷胱甘肽等底物中获得电子后传递给过氧化氢［10］，因此在低温下其活性的降低与AsA含量下降是一致的。CAT则是直接清除过氧化氢，作用方式与POD不同，二者具有一定的互补作用。黔白5号叶片SOD活性在零下低温条件下显著提高，其他2个品种则变化不显著，表明黔白5号受低温胁迫后超氧自由基清除能力持续上升，有利于增强植株抗冻性。

综上所述，在低温胁迫下，黔白5号叶片抗坏血酸含量以及SOD、POD、CAT活性值均高于其他2个品种，膜脂过氧化产物MDA含量最低，表明其在低温胁迫下活性氧清除系统能力较强，能有效地清除氧自由基对植物造成的伤害，表现出较强的低温逆境抗性。试验结果也表明，结球白菜抗氧化系统与抽薹特性之间存在一定关系，耐抽薹品种活性氧清除能力强于中等抽薹和不耐抽薹品种，而后两者之间则互有高低。

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