夜间低温胁迫对番茄抗氧化酶活性的影响

赵 悦，赵艳艳*，黄 霞，罗周塔叶，马云婷

(1.青海大学农牧学院,青海 西宁 810016； 2.青海省农业技术推广总站，青海 西宁 810000)

番茄(LycopersiconesculentumMill.)，茄科,番茄属，分布于热带及亚热带地区，在全世界范围内都有种植。在我国番茄是一种重要的果蔬，在全国范围内都有种植，作为一种喜温植物，番茄正常的生长温度为15～33 ℃,对温度较为敏感，当温度低于10 ℃时，则会导致番茄生长发育受到限制，低至5 ℃，番茄植株就停止生长[4-6]。因此在气温较低的地区，番茄种植比较局限，而培育耐低温品种就成为了国内外育种专家的主要目标之一[5-6]。当植物经过低温胁迫后，其生理生化特性发生一些变化，膜脂通透性改变、酶活性增加等。陈胜萍等[7]研究了低温胁迫对不同番茄品种生长和生理生化指标的影响，结果表明低温胁迫下番茄苗期SOD活性下降，而MDA、脯氨酸含量和POD活性随温度的降低呈上升趋势。张燕等[8]试验表明，低温条件下，烟草幼苗中SOD、POD活性呈下降趋势。朱文哲等[9]得出在5 ℃环境下，番茄幼苗SOD、CAT活性先上升后下降，POD活性上升，APX的活性呈现下降趋势。青海西宁地区设施蔬菜越冬茬生产中极端低温是其面对的最主要问题，本试验以保罗塔和太空黄钻番茄幼苗为试验材料，经过连续夜间0 ℃低温处理，研究幼苗叶片抗氧化酶活性及脂膜氧化程度，比较两个番茄品种的抗寒性，为本地越冬茬番茄品种的选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为番茄品种保罗塔(Lzmir)，种子来源于寿光先正达有限公司；番茄品种太空黄钻(Space Yellow Diamond)，种子为天水神州绿鹏农业科技有限公司和甘肃省航天育种工程技术研究中心共同培育。

1.2 试验设计

试验共设4个处理，分为保罗塔对照(CK1)、保罗塔处理(T1)、太空黄钻对照(CK2)、太空黄钻处理(T2)，番茄幼苗生长到4叶1心时，将T1和T2置于人工气候箱中，温度为0 ℃/(25±5)℃(夜间/白天)进行低温处理，另一部分置于室温下，温度为夜间(15±5)℃，共处理10 d，以2 d为梯度进行采样，共取样6次，早8:00将处理放置室温，然后进行缓苗，中午12:00进行取样，采生长部位相同的成熟叶片。试验重复3次。称出各样品质量，用锡纸包好，迅速放入液氮中冷冻，然后转移到-80 ℃超低温冰箱保存，用于测定生理生化指标。

1.3 试验方法

超氧化物歧化酶(SOD)采用氮蓝四唑(NBT)法测定[10]；过氧化物酶(POD)采用愈创木酚法测定[11]；过氧化氢酶(CAT)采用紫外吸收法测定[10]；抗坏血酸过氧化物酶(APX)采用Nakano等[12]的方法，并加以改进；游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮方法来测定[13]；丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸法测定[14]。

图1为柔爆索分离装置截面图。从图1可以看出：柔爆索位于分离装置截面的中间，柔爆索爆炸后，分离板和保护罩受爆轰气体高压作用发生膨胀变形，导致分离板碎裂，实现结构分离，而这时保护罩起到保护箭体内部设施完好的作用。在这个过程中，分离碎片能否可靠地飞离箭体，关系到火箭主体后续飞行的安全性。因此，研究柔爆索爆炸做功的分离碎片的飞散特性尤为重要。

1.4 数据分析

数据处理及折线图制作采用Excel 2010、SPSS 26软件进行处理，运用隶属函数法进行综合评价，运用的隶属函数公式为：

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中:Xi为指标测定值，Xmin、Xmax为所测番茄品种该指标的最小值和最大值，如果为负相关则用反隶属函数进行转换，计算公式为：

R(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

最后将各项函数值进行累加，求出平均数值，平均数值越大，耐寒性越好[15]。

2 结果与分析

2.1 夜间低温胁迫对两个番茄品种叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

由图1可知，太空黄钻(T2)的SOD活性随胁迫时间逐渐增加，第4天达到峰值，随后出现小幅度下降后再次升高；保罗塔(T1)的 SOD活性高于CK1。胁迫第4天，保罗塔(T1)SOD活性比CK1增加9.8%；太空黄钻(T2)比CK2增加27.2%；两个番茄品种的SOD活性值大小为：太空黄钻(T2)>保罗塔(T1)，品种间差异显著。从SOD增加幅度判断两个品种抗寒性为：太空黄钻(T2)>保罗塔(T1)。

图1 夜间低温胁迫对番茄叶片SOD活性的影响Fig.1 Effects of low temperature stress at night on SOD activity in Lycopersicon esculentum Mill.leaves

2.2 夜间低温胁迫对两个番茄品种叶片过氧化物酶(POD)活性的影响

由图2可知，保罗塔(T1)的POD活性均高于对照CK1，且变化较大；总体上太空黄钻(T2)的POD活性逐渐增加且高于CK2，但在第4天的时候出现小的下降波动。保罗塔(T1)在第10天酶活性较CK1增加115%，而太空黄钻(T2)在第4天较CK2增加最多，为147.5%。两个品种在夜间低温胁迫后POD活性均高于CK，而太空黄钻(T2)上升的速率要大于保罗塔(T1)，品种间差异显著。

图2 夜间低温胁迫对番茄叶片POD活性的影响Fig.2 Effects of low temperature stress at night on POD activity in Lycopersicon esculentum Mill.leaves

2.3 夜间低温胁迫对两个番茄品种叶片过氧化氢酶(CAT)活性的影响

由图3可知，低温处理4 d后，保罗塔(T1)的CAT活性显著上升，太空黄钻(T2)的CAT活性比CK2高，但一直保持一个较平稳的状态，酶活性升高幅度较小，第6天，保罗塔(T1)和太空黄钻(T2)均高于对照，分别增加18%和32%。保罗塔(T1)与太空黄钻(T2)之间差异不显著。保罗塔(T1)的CAT活性在2～4 d内升幅大于太空黄钻(T2)，在6 d之后开始下降，8 d后低于太空黄钻(T2)。

图3 夜间低温胁迫对番茄叶片CAT活性的影响Fig.3 Effects of low temperature stress at night on CAT activity in Lycopersicon esculentum Mill.leaves

2.4 夜间低温胁迫对两个番茄品种叶片抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的影响

由图4可知，经过低温处理后，两个品种的APX都呈现先上升后下降的趋势。保罗塔(T1)在第4天时APX活性较CK1增加160%；太空黄钻(T2)的ATP活性高于CK2，在第2天出现最高峰，比 CK2增加339%；但保罗塔(T1)的APX活力低于太空黄钻(T2)。保罗塔(T1)与太空黄钻(T2)之间APX活性差异显著。

图4 夜间低温胁迫对番茄叶片APX活性的影响Fig.4 Effects of low temperature stress at night on APX activity in Lycopersicon esculentum Mill.leaves

2.5 低温胁迫对两个番茄品种叶片游离脯氨酸含量的影响

由图5可知，低温胁迫第4天时，保罗塔(T1)游离脯氨酸含量比CK1增加48.8%，之后游离脯氨酸含量低于CK1；太空黄钻(T2)游离脯氨酸含量在第4天达到峰值，较CK2增加27.8%，之后逐渐下降；保罗塔(T1)与太空黄钻(T2)之间差异显著。

图5 夜间低温胁迫对番茄叶片游离脯氨酸含量的影响Fig.5 Effects of low temperature stress at night on the free proline content in Lycopersicon esculentum Mill.leaves

2.6 低温胁迫对两个番茄品种叶片丙二醛(MDA)含量的影响

由图6可知，低温胁迫第2天，太空黄钻(T2)，MDA含量较CK2增加7.9%，之后缓慢增加与对照CK2没有差异；保罗塔(T1)的MDA含量在胁迫前8天与对照CK1差异显著，在第10天比CK1增加64.0%；对比保罗塔(T1)和太空黄钻(T2)，随着低温胁迫时间的延长，两个品种MDA含量都呈现上升的趋势，但保罗塔(T1)中MDA含量始终高于太空黄钻(T2)。

图6 夜间低温胁迫对番茄叶片丙二醛(MDA)的影响Fig.6 Effects of low temperature stress at night on the malondialdehyde (MDA) content in Lycopersicon esculentum Mill.leaves

2.7 隶数函数法综合评价两个番茄品种的抗寒性

运用Excel 2010,根据隶属函数公式得出两个品种各个指标的隶属度，最后得出两个品种的平均隶属度，平均隶属度越大，说明抗寒性越强。根据两个品种的平均隶属度，比较抗寒性：太空黄钻>保罗塔(表1)。

表1 两个番茄品种各生理生化指标抗寒隶属函数值及综合评价Tab.1 Cold resistance subordinate function values and comprehensive evaluation of physiological and biochemical indexes of the two varieties

2.8 抗寒性各指标的相关性分析

由表2可知，在低温胁迫下，番茄叶片的游离脯氨酸与SOD、CAT、APX、POD活性呈负相关，与MDA含量呈显著负相关。SOD与CAT、POD活性呈正相关，与APX活性和MDA含量呈负相关。CAT与APX活性呈极显著正相关，与POD呈正相关，与MDA含量呈负相关。APX与POD活性呈极显著正相关，与MDA含量呈负相关。POD与MDA含量呈极显著正相关。

表2 番茄生理指标相关性分析Tab.2 Correlation analysis of physiological indexes of Lycopersicon esculentum Mill.

3 讨论与结论

低温胁迫对番茄生理生化指标有不同程度的影响。本研究发现，经过夜间0 ℃处理的两个番茄品种，都具有一定的抗寒性，其中太空黄钻的各个指标都优于保罗塔。低温胁迫下，植物增加体内的抗氧化酶活性来清除因低温造成的活性氧自由基，防止膜质过氧化，保护细胞内膜系统，因此抗氧化酶活性可以作为衡量植物抗逆性的一个重要指标[16]。本研究中，SOD、CAT、APX活性呈先上升后下降的趋势。经过一段时间的低温处理，抗氧化酶活性增加，并达到一定的峰值，表明植株增强了对低温环境的适应性，有助于番茄幼苗防御低温下氧自由基的伤害。但峰值过后开始下降，可能是达到了低温胁迫时间的临界值，植物体内清除活性氧和自由基的功能下降或消失,该研究结果与陈瑶瑶等[17]对其他植物的研究结果一致。保罗塔的下降趋势大于太空黄钻，说明保罗塔的保护酶活性随着胁迫的进行较早的遭到了破坏，而太空黄钻具有较高的酶活性表明其对低温胁迫有较强的抗逆性，但当低温胁迫时间过长，这种防御能力降低或消失，因此出现下降趋势。CAT可以清除体内经过低温处理后SOD产生的H2O2，所以其峰值要比SOD活性峰值出现的较晚，CAT可以帮助维持植物体内细胞稳定，是生物防御体系的关键酶之一[18]。在低温胁迫下，太空黄钻通过一系列的生理生化调节，可以更好地抵御低温条件的侵袭，具有较好的抗寒性。POD活性随着低温胁迫时间延长呈稳定上升的趋势，植物遭受到冷刺激后酶活性增加，增强了对低温胁迫的适应性，与温日宇等[19]的研究结果大致相符。

当细胞内外出现一定的渗透差，细胞中游离脯氨酸含量积累，它可以平衡细胞内与外界环境之间的因渗透压导致的失衡，有利于植物更好的适应低温[20]。本研究表明，低温胁迫后，两个番茄品种中游离脯氨酸含量明显增加,与王小媚等[21]的结论一致。植物器官在受到逆境胁迫时，发生膜脂过氧化作用，会生成丙二醛(MDA)[22]，所以植物抗寒性与丙二醛(MDA)含量之间存在负相关关系[23]。研究发现，太空黄钻MDA含量增幅低，说明太空黄钻在低温胁迫下可以有效地防止膜脂过氧化，维持自身渗透压平衡，具有更好的抗寒性。该试验与前人在辣椒[24]、番茄[20]、黄瓜[23]中研究得出抗寒性越强的品种，MDA含量增长越缓慢的结果一致。通过隶属函数综合评价，两个番茄品种中太空黄钻的抗寒性更好。