李書涵，韓瑩琰，郝敬虹，秦曉曉，劉超杰，范雙喜

(北京農(nóng)學院 植物科學技術學院，北京 102206)

生菜是世界廣泛種植的蔬菜種類之一，性喜冷涼，在20～25 ℃時生長健壯[1,2]。高溫脅迫是指環(huán)境溫度高于植物適宜生長溫度10～15 ℃時，制約植物生長發(fā)育的現(xiàn)象[3]，生產(chǎn)中，高溫脅迫是影響生菜生長的主要環(huán)境因素之一[1,2]，嚴重影響其生長發(fā)育及產(chǎn)量[4]。全球變暖使高溫脅迫變得越來越強烈和頻繁[5]。

高溫脅迫下植物細胞產(chǎn)生大量剩余自由基，致膜脂過氧化，產(chǎn)生丙二醛，對植物造成傷害[4]。植物本身具備耐熱性機制來減輕這種傷害，抗氧化酶系統(tǒng)是植物的耐熱性機制之一[6]，通過調控自由基清除來實現(xiàn)植物在高溫下的存活[7]?？寡趸赶到y(tǒng)主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)及抗壞血酸過氧化物酶(APX)。已有研究證實，抗氧化酶的活性上升可提高植物對高溫、干旱等逆境的耐受能力[8]。

多胺是生物代謝過程中產(chǎn)生的一類低分子量脂肪族含氮堿[9]，可以直接或間接地作為自由基清除劑清除植物組織中的自由基[10]。亞精胺(Spd)是植物中的一種常見的多胺，通過影響一系列生理生化作用參與調控各種非生物脅迫。在以往的研究中，外源亞精胺在緩解生姜幼苗[11]、黃瓜幼苗[9]和豇豆幼苗[12]的高溫脅迫傷害中均取得了理想的效果，但在生菜中的作用效果及機制并不明確。

本試驗模擬高溫處理，并對生菜葉片噴施外源Spd，旨在研究外源Spd調控生菜的抗氧化酶系統(tǒng)和丙二醛(MDA)減輕生菜逆境傷害的生理生化機制，為外源亞精胺應用到高溫環(huán)境下生菜生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2019年4月至2019年8月在北京農(nóng)學院植物科學技術學院進行，生菜品種為不耐熱生菜品種‘北散生3號’。選取飽滿、大小均勻的生菜種子200粒，在晝夜溫度為20 ℃/15 ℃，相對濕度為70%～75%的光照培養(yǎng)箱中進行浸種催芽，48 h后取出播種于穴盤中，在北京農(nóng)學院日光溫室中繼續(xù)進行培育。生菜幼苗培育至2葉1心時，單株種植于口徑10 cm、裝滿育苗基質的塑料盆中，每2 d澆1次水。在(25±1) ℃下培養(yǎng)至4葉1心時，挑選長勢一致的植株進行后續(xù)試驗處理，每個處理15盆，每盆定植1株，每個處理重復3次。

1.2 方 法

利用可調控溫度和濕度的兩間小型智能溫室，分別模擬正常和高溫生長環(huán)境。正常生長環(huán)境溫室晝夜溫度設置為20 ℃/15 ℃、光周期為12 h/12 h，光照強度控制為200 μmol·m-2·s-1，相對濕度為70%～75%；模擬高溫生長環(huán)境的溫室晝夜溫度設置為30 ℃/25 ℃、光周期為12 h/12 h，光照強度控制為200 μmol·m-2·s-1，相對濕度為70%～75%。

設置4個處理:(1)CK: 正常環(huán)境中栽培，葉面噴施蒸餾水；(2)Spd: 正常環(huán)境中栽培，葉面噴施1 mmol·L-1Spd；(3)H: 高溫環(huán)境中栽培，葉面噴施蒸餾水；(4) H+Spd: 高溫環(huán)境中栽培，葉面噴施1 mmol·L-1Spd。

處理中外源Spd的濃度參照李承潔[13]等的研究設定。處理中蒸餾水和1 mmol·L-1Spd的噴施量以生菜葉面、葉背濕潤且液體不滴落為準。試驗處理共進行8 d，試劑噴施次數(shù)共計8次，每天10:00使用小型噴霧器在葉面和葉背均勻噴施去離子水和1 mmol·L-1Spd。處理第0、2、4、6和8天傍晚19:00采集主要功能葉測定指標。

測定株高、全株鮮質量、全株干質量、地上部鮮質量、地上部干質量，并取全株鮮質量及全株干質量計算植株含水量。

葉片中葉綠素含量測定采用乙醇、丙酮混液浸提法[14]，丙二醛含量測定使用硫代巴比妥酸法[15]，過氧化氫酶活性測定使用過氧化氫紫外分光光度法[16]，過氧化物酶活性測定用愈創(chuàng)木酚法[16]，超氧化物歧化酶活性測定用氮藍四唑(NBT) 光化學還原法[16]，抗壞血酸過氧化物酶活性測定使用分光光度法[17]。

數(shù)據(jù)使用SPSS Stastics 18(IBM，美國)進行差異顯著性分析(LSD，P<0.05)。圖表均使用Excel 2010(Microsoft，美國)制作完成。

2 結果與分析

2.1 外源亞精胺對高溫脅迫下生菜生長的影響

如表1所示，Spd處理的生菜幼苗株高、全株鮮質量、全株干質量、地上部鮮質量、地上部干質量均與對照無顯著差異，植株含水量與對照有差異，但不顯著。高溫處理下，脅迫時長至8d時，生菜幼苗的全株鮮質量、全株干質量、地上部鮮質量、植株含水量顯著減少，但地上部干質量、株高與對照差異不顯著。在高溫脅迫下噴施外源Spd，生菜幼苗的全株鮮質量、地上部鮮質量均顯著提高，較未噴施Spd相比，分別提高了29.5%和29.0%。但高溫脅迫下噴施外源Spd對于生菜植株的全株干質量、地上部干質量、株高、植株含水量的提升效果不顯著。以上結果可知，外源噴施Spd能顯著提升生菜幼苗的全株鮮質量、地上部鮮質量，但對其全株干質量、地上部干質量、株高及植株含水量無顯著提升效果。

2.2 外源亞精胺對高溫脅迫下生菜葉片色素含量的影響

如表2所示，與CK相比，Spd處理中生菜葉片的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量均未發(fā)生顯著變化。高溫脅迫至8 d時，生菜葉片的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量均顯著高于對照株，分別較對照提升了84.6%、79.5%和82.4%。在高溫脅迫下噴施Spd，生菜葉片的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量均與高溫脅迫組無顯著差異。結果說明，在8 d的處理周期內(nèi)，外源Spd對高溫脅迫誘導的葉綠素a含量、葉綠素b含量及葉綠素總量的上升現(xiàn)象無顯著改善。

表1 外源Spd對高溫脅迫下生菜生長的影響

表2 外源Spd對高溫脅迫下生菜葉綠素含量的影響

2.3 外源亞精胺對高溫脅迫下生菜丙二醛含量的影響

如圖1所示，Spd處理的生菜葉片中丙二醛含量與對照無顯著差異，高溫脅迫至4 d時，生菜葉片中丙二醛含量顯著增加，且隨著脅迫時間的延長，丙二醛含量不斷積累，到達8 d時較對照增加19.25%。在高溫脅迫下噴施外源Spd對植物葉片中丙二醛含量的影響隨脅迫時間的延長呈現(xiàn)不同的變化，從6 d開始，葉片中丙二醛含量較高溫脅迫組顯著減少，與高溫脅迫相比，6 d和8 d的丙二醛含量分別下降了11.72%和6.25%。以上結果說明，在高溫脅迫下噴施Spd顯著降低了生菜葉片中的MDA水平。

圖1 外源亞精胺對高溫脅迫下生菜幼苗的丙二醛含量的影響

2.4 外源亞精胺對高溫脅迫下生菜葉片抗氧化酶活性的影響

如圖2所示，Spd處理的生菜幼苗SOD活性顯著高于對照，CAT活性與對照無顯著差異，POD、APX活性顯著低于對照。高溫處理下，隨著高溫脅迫時間的延長，SOD、CAT活性呈先增后降趨勢，POD活性呈遞增趨勢，APX活性呈先增后降再增趨勢。高溫脅迫至8 d時，SOD、CAT活性顯著低于對照，APX活性與對照差異不顯著，POD活性顯著高于對照。在高溫脅迫下噴施外源Spd顯著提升了生菜葉片SOD活性、CAT活性和APX活性，與未噴施外源Spd相比，噴施外源Spd使生菜葉片中SOD活性、CAT活性和APX活性分別最大提升了28.6%、19.0%和42.4%，提升了SOD、CAT、APX對活性氧的清除能力。同時，噴施外源Spd還顯著降低了POD 活性，與高溫處理相比POD活性降低了21.0%。以上結果可知，高溫脅迫下，噴施外源Spd提升了SOD、CAT、APX活性，降低了POD活性。

3 討 論

高溫脅迫是植物主要非生物脅迫之一，嚴重影響著作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量[3]。蔬菜作物在芽苗期、營養(yǎng)生長期等時間遇高溫，其地下與地上部分的生長發(fā)育均會受到不同程度的影響[2，4]。白菜在營養(yǎng)生長期遇高溫脅迫生長緩慢、葉片變黃[4]。在高溫脅迫下，生姜葉片呈現(xiàn)出明顯的水分虧缺狀及葉綠素降解[11]，豇豆幼苗生長受到明顯的抑制，鮮質量、干質量等生理指標顯著降低[12]。本試驗中，高溫環(huán)境使生菜幼苗植株長勢明顯減弱，且葉片較為褶皺，舒展度較差，生菜鮮質量、干質量、地上部鮮質量均顯著低于對照組植株。而高溫脅迫下外源噴施Spd有效恢復了生菜植株長勢，其鮮質量、地上部鮮質量均被顯著提高。外源噴施Spd能夠顯著提升生菜的生長品質，緩解高溫脅迫對生菜苗期生長造成的傷害。

圖2 外源亞精胺對高溫脅迫下生菜幼苗的抗氧化酶活性的影響

高溫脅迫下葉綠素的含量與以往研究中顯著下降的趨勢不同，本試驗中高溫脅迫下生菜幼苗葉片中葉綠素含量顯著上升。通常認為高溫脅迫下植物葉片中葉綠素含量下降與葉綠體結構被破壞，光合色素被降解有關[7,11,18]。而有研究表明中度和重度干旱的夏蠟梅幼苗由于相對含水量的迅速下降會導致葉綠素濃度上升，在脅迫中期出現(xiàn)葉綠素含量顯著上升的現(xiàn)象[18]。本試驗表明，脅迫至8 d時，植株含水量顯著降低，高溫脅迫間接誘導生菜植株中的水分虧缺，由此引發(fā)葉片含水量的迅速下降，最終導致葉綠素含量的顯著升高。

當植物遭受環(huán)境脅迫時，植物細胞產(chǎn)生自由基與清除自由基的對立統(tǒng)一平衡會遭到破壞，自由基累積從而導致膜脂過氧化，最終使膜差別透性遭到破壞，抑制植物生長發(fā)育[19]。丙二醛是自由基作用于脂質發(fā)生過氧化反應的終產(chǎn)物，會引起蛋白質、核酸等生命大分子的交聯(lián)聚合，且具有細胞毒性[20]。本試驗中高溫脅迫使生菜葉片中丙二醛含量顯著增加，對植物產(chǎn)生毒害。試驗結果表明在外源噴施Spd后的第6天起，生菜葉片中的丙二醛含量開始逐漸大幅度減少，說明外源噴施Spd能夠抑制膜脂過氧化，減少丙二醛的生成，從而緩解高溫對植物體的傷害。

植物體中，抗壞血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)對防御膜脂過氧化起重要作用。他們和抗壞血酸過氧化物酶(APX)等抗氧化酶構成了能有效清除自由基的循環(huán)系統(tǒng)即ASA-GSH循環(huán)[9]。APX是植物AsA-GSH氧化還原途徑中的重要酶組分，APX利用H2O2和AsA生成脫氫抗壞血酸和H2O[24]。本研究中，在高溫處理的同時對葉面噴施1 mmol·L-1外源Spd會顯著提高APX活性，從而提升生菜植株對H2O2的清除能力，來減少植株在高溫環(huán)境下受到的傷害。

綜上所述，本研究表明在高溫環(huán)境中對生菜噴施外源亞精胺，可通過調控過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、抗壞血酸過氧化物酶的活性升高及調控過氧化物酶的活性降低來削弱膜脂過氧化，減少高溫脅迫對生菜造成的傷害，進而提高其耐熱性。