普通白菜耐热性鉴定相关生理指标的研究

宋 波，胡俏强，徐 海，樊小雪，陈龙正∗

，袁希汉1，2

（1.江苏省农业科学院蔬菜研究所，江苏 南京210014；2.江苏省高效园艺作物遗传改良重点实验室，江苏南京210014；3.南京市蔬菜科学研究所，江苏南京210042）

普通白菜（Brassica campestris ssp.chinensis Makino）原产于中国，性喜冷凉，生长期适温为15～20℃，而夏秋季气温高，普通白菜常表现出生长缓慢，死苗率高，病毒病严重，苦味、纤维含量明显增加，叶片易变黄、腐烂等［1］。因此，选育出耐热质优的不结球品种是当前生产的迫切需求。

植物的耐热性是植物适应高温条件的一种生理反应，它与植物抗氧化防御系统的活性具有密切关系［2］。叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）是细胞内清除活性氧系统中的重要酶，能有效地阻止O2－和H2O2在植物体内积累，使细胞内自由基维持在低水平上，防止细胞受自由基的毒害［3］。前人对普通白菜在热激下保护酶活性和脯氨酸含量已进行一些研究，研究表明：对普通白菜进行热激处理后，耐热品种叶片中POD、CAT、SOD活性的增幅大于不耐热品种［1］，叶片和根系的POD活性与苗期和成株期耐热性的相关性显著［4］；在脯氨酸研究方面，高温处理下的游离脯氨酸的相对或绝对含量与普通白菜的耐热性存在显著或极显著的相关性［5－6］。但这些研究仅基于不同的处理温度和处理时间，研究各生理指标的变化趋势，并未鉴定出不同耐热性材料差异的最佳处理温度和时间。本试验以3份不同耐热性的普通白菜材料为试料，在前期研究得出的苗期耐热性鉴定最佳温度处理下［7］，研究了POD、CAT、SOD三种保护酶活性和脯氨酸含量随处理时间的相对变化量，分析与普通白菜材料耐热性的关系，旨在找到鉴定耐热性的最佳处理时间，为普通白菜的品种或育种材料的耐热性筛选与评价，提供一套简单易行的生理指标耐热性鉴定方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

经苗期耐热性鉴定结果，选取差异明显的3份普通白菜为试验材料。其中耐热材料为GHQ；热敏材料为SYM；中等耐热材料为KRLLW［7］。以上材料均由江苏省农业科学院蔬菜研究所叶菜研究室提供。

1.2 试验方法

选择健康饱满的种子直播于穴盘内，待幼苗2叶1心时开始间苗，每孔留1株幼苗。待幼苗长至5叶1心时，每份材料每个重复各10株，共3次重复，完全随机排列，置于人工气候箱内进行高温处理，T＝37℃，12h（昼） ／27℃，12h（夜）；连续高温处理10d，分别于0d、2d、4d、6d、8d 和 10d 进行取样。

1.3 测定项目及方法

SOD的活性采用Giannopolitis等的方法测定［8］，CAT的活性采用Cakmak等方法测定［9］，POD的活性和游离脯氨酸含量测定采用王学奎的方法［10］。

2 结果与分析

2.1 高温处理对保护酶活性的影响

2.1.1 高温处理对SOD活性的影响 从图1可知，从总体变化趋势上可以看出，除GHQ仅在0～2天略微下降外，高温处理下SOD酶活性呈现先上升再下降的趋势，GHQ和SYM在第6天出现峰值，而后出现下降，在第10天出现最小值。KRLLW在第4天出现峰值，而后呈现下降的趋势，在第10天出现最小值。仅从变化趋势上难以区分各材料的耐热性差异。而从处理前的SOD酶活性上分析，3 个材料间差异不显著。因此从处理前的SOD酶活性上也无法进行耐热性鉴定。

表1 高温处理下普通白菜幼苗叶片SOD活性及相对变化量

从SOD活性相对变化量分析（表1），经过2天处理，SYM和KRLLW略有上升，3个材料差异不显著；经处理4天后，各材料SOD活性均上升，GHQ的SOD活性相对变化量最大，3个材料差异极显著；在第6天，KRLLW与SYM差异不显著；第8天不同材料间差异达到极显著水平；KRLLW其次，SYM最小，说明处理第8天的不同材料的SOD活性相对变化幅度与田间热害指数是一致的；第10天KRLLW与GHQ差异不显著。以上结果显示，在处理第4天和第8天，3个材料均差异极显著。处理4d（F值＝56.67）与处理8d（F值＝169.47）数据比较而言，处理8d效果最佳，可视为利用SOD活性变化指标进行普通白菜耐热性鉴定的最佳处理时间。

图2 高温处理下普通白菜幼苗叶片CAT活性变化

图3 高温处理下普通白菜幼苗叶片POD活性变化

2.1.2 高温处理对CAT活性的影响 如图2所示，不同高温处理时间下CAT活性变化比较复杂，从总体来看，GHQ呈先上升再下降的趋势，并且最大值高于处理前水平；而KRLLW和SYM表现为先下降后上升再下降的趋势，但最大值均未超过处理前的水平。可见，仅从CAT活性变化趋势上便可区分耐热材料与其它两个材料。

从表2可以看出，通过酶活性的相对变化量上可以明显看出不同材料间差异（表2），处理第2天KRLLW和SYM差异不显著；第4天GHQ与KRLLW材料间差异不显著，而SYM降幅大，均与GHQ与KRLLW差异极显著；第6天和第8天三材料间差异均达极显著水平，GHQ最高，SYM最低，这与苗期耐热鉴定结果完全一致。其中GHQ在处理8d时，CAT活性相对变化量达到169.42 U／g·min；第10天各材料比处理前降幅均较大，GHQ与KRLLW差异不显著，难以区分其耐热性。处理6 d（F值＝1048.10）与处理8 d（F值＝292.46）数据比较而言，处理6 d效果最佳，可视为利用CAT活性变化指标进行普通白菜耐热性鉴定的最佳处理时间。2.1.3 高温处理对POD活性的影响 如图3所示，高温处理下所有材料POD活性均呈现先降后升再下降的趋势，处理2 d后，GHQ和KRLLW达到最低值，而SYM第4天达到最低值，除SYM第8天达到最大外，在第6天其它材料达到最高值。从表3可知，处理前SYM的POD活性最高，但与GHQ差异不显著，所以从变化趋势和处理前的含量上无法判断其与耐热性的相关性。

表2 高温处理下普通白菜幼苗叶片CAT活性及相对变化量

表3 高温处理下普通白菜幼苗叶片POD活性及相对变化量

从表3可以看出，第2天所有材料POD活性相对变化量均为负值，GHQ和SYM差异性不显著；第4天所有材料间差异均达到极显著水平，但KRLLW活性相对变化量为6.72 U／g·min，大于GHQ活性相对变化量－8.34 U／g·min，这与苗期耐热鉴定结果不符，而第6天所有材料间差异均达到极显著水平，GHQ的POD活性相对变化量极显著高于其它材料，SYM最低。第8天GHQ与KRLLW材料间差异未达到显著水平。以上结果表明，高温处理第6天的POD活性相对变化量较其它处理天数准确，可视为利用POD活性变化指标进行普通白菜耐热性鉴定的最佳处理时间。

2.2 高温处理对脯氨酸含量的影响

如图4所示，高温处理前4 d各材料脯氨酸含量均呈现上升趋势，并最大值出现在第4天，而后均下降，GHQ和KRLLW材料下降较平缓，SYM下降显著。处理前GHQ的脯氨酸含量最小，仅有5.76μg／g－1；SYM最大，达到23.27μg／g－1。三材料间差异达显著水平。这说明未经高温处理的材料的脯氨酸含量能够初步鉴定材料耐热性。

图4 高温处理下普通白菜幼苗叶片Pro含量变化

从表4可知，高温处理第2～10d GHQ的脯氨酸相对变化量均极显著高于其它材料；而SYM的脯氨酸相对变化量均处于最低水平，分别在第4天和第10天时，与其它材料间差异均达到显著水平。处理4 d（F值＝1683.68）与处理10 d（F值＝1041.44）数据比较而言，处理4 d效果最佳，可视为利用脯氨酸相对变化量指标进行普通白菜耐热性鉴定的最佳处理时间。

表4 高温处理下普通白菜幼苗叶片Pro含量及相对变化量

3 讨论

在高温处理下，由于3份材料的酶活变化趋势基本相同，所以仅从酶活性绝对含量和变化趋势上难以准确判断其耐热性。因此，作者采用计算处理前后的酶活性相对变化量的方法，筛选出鉴定各材料的耐热性最佳处理温度和时间。结果显示高温处理第4天（SOD酶），第6天（POD酶）和第6天（CAT酶）活性在3份材料的酶活性相对变化量存在显著或极显著差异，耐热材料的三种酶活性的增幅明显高于热敏材料，故以此作为不同材料间耐热性差异鉴定的指标。前人研究认为耐热性强的材料POD、CAT、SOD活性高于耐热性弱的材料，且耐热品种叶片中POD、CAT、SOD活性的增幅大于不耐热品种［1，11，12］。在高温逆境下，普通白菜通过提高保护酶的活性降低体内活性氧的水平来减少对自身造成的伤害，以适应高温的胁迫。但也有相反的报道，有人研究普通白菜耐热品种的POD活性要低于不耐热品种［4］，这可能是受选择材料的影响所致。

前人研究得出高温使大白菜叶片中脯氨酸含量增多，耐热材料比不耐热材料积累的脯氨酸多［13］，本试验得出耐热材料脯氨酸相对变化量始终显著高于其它材料，这与前人研究结论基本相同。并在处理第4天游离脯氨酸在3份材料相对变化量存在显著或极显著差异，耐热材料的增幅显著高于热敏材料。故脯氨酸相对增幅可以作为普通白菜耐热性鉴定参考指标。

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