田守波,陳春宏,張兆輝*

(1 上海市農(nóng)業(yè)科學院設施園藝研究所,上海市設施園藝技術(shù)重點試驗室,上海201403;2上海市農(nóng)業(yè)科學院莊行綜合試驗站,上海201415)

瓠瓜(Lagenariasiceraria)俗稱蒲瓜、葫蘆、夜開花等,是葫蘆科葫蘆屬的一種瓜類蔬菜,在全國各地均有栽培,是重要的蔬菜作物之一[1-3]。 溫度是影響蔬菜作物生長發(fā)育的重要因素,也是制約瓠瓜生產(chǎn)的重要因子,當溫度高于瓠瓜生長所需的適宜溫度時,瓠瓜就會發(fā)生熱害脅迫[4-5]。 目前,國內(nèi)外關(guān)于蔬菜作物熱害方面的研究比較多,研究主要集中在高溫脅迫引起的膜系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護酶系統(tǒng)等方面[6]。 張冉等[6]研究了高溫對茄子幼苗的影響,指出可溶性糖含量與熱害指數(shù)、相對電導率之間的相關(guān)關(guān)系,認為這三個指標可以用來評價茄子的耐熱性。 孫勝楠等[7]研究了高溫脅迫對設施黃瓜的影響,結(jié)果表明,黃瓜的SOD、POD 等酶活性均先升高后降低,說明高溫強光下可通過增強抗氧化酶活性緩解高溫強光傷害;姜燕等[8]研究了不同的辣椒品種對高溫的響應,結(jié)果表明,SOD 活性、脯氨酸、MDA 含量可以作為辣椒耐熱性的評價指標;鄧朝艷等[9]研究指出,耐熱轉(zhuǎn)錄因子CaMBF1c對辣椒耐熱性起正調(diào)控作用;吳曉花等[5]研究了不同瓠瓜材料的耐熱性,認為生理生化指標可以用來評價瓠瓜的耐熱性。

本研究以23 份瓠瓜自交系為試驗對象,研究不同瓠瓜自交系對高溫脅迫的生理生化響應及耐熱性評價,有利于采取相應的栽培措施來減輕高溫對植物體的傷害,可為耐熱瓠瓜的新種質(zhì)創(chuàng)制及新品種選育提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗采用23 份穩(wěn)定的瓠瓜多代自交系,其編號分別為B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6、B-7、B-8、B-9、B-10、B-11、B-12、B-13、B-14、B-15、B-16、B-17、B-18、B-19、B-20、B-21、B-22、B-23,瓠瓜的引種來源見表1。

表1 瓠瓜材料及其來源Table 1 The materials and sources of bottle gourds

1.2 高溫脅迫處理

試驗于2018 年10 月15 日進行,選取飽滿、色澤一致的種子按常規(guī)方法浸種、催芽,用50 孔穴盤育苗。 當瓠瓜生長至三葉一心時,選取生長健壯、苗齡一致的瓠瓜幼苗進行高溫脅迫處理,處理采取隨機區(qū)組設計,每個處理10 株,設3 次重復。

高溫處理:使用人工氣候室(740FHLED)模擬高溫脅迫環(huán)境,晝∕夜溫度為42 ℃∕30 ℃,濕度60%—65%,光周期為12 h∕12 h,光照強度為8 000 lx,處理時間為5 d,處理后常溫恢復4 h[5]取瓠瓜幼苗葉片測定相關(guān)指標。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 熱害指數(shù)的測定

分級標準參照詹旺等[10]、康俊根等[11]的方法統(tǒng)計,根據(jù)受害級別計算熱害指數(shù)。 公式:熱害指數(shù)=∑(各級株數(shù)×級值)/(調(diào)查總株數(shù)×最高級代表值)。

受害級別:0 級-生長正常且未受傷害;1 級-僅少數(shù)葉片邊緣出現(xiàn)輕度褶皺萎縮;2 級-半數(shù)以下葉片出現(xiàn)萎焉死亡;3 級-半數(shù)以上葉片出現(xiàn)萎焉死亡;4 級-整個植株全部死亡。

瓠瓜耐熱性的判定標準為:DI≤50%,耐熱;50% ＜DI＜70%,中等耐熱;DI≥70%,不耐熱。

1.3.2 瓠瓜幼苗生理生化指標的測定

(1)SOD 活性的測定:參照李合生[12]的方法,稍做調(diào)整;(2)POD 活性的測定:參照張志良等[13]的方法;(3)可溶性糖含量的測定:參照李合生[12]的方法;(4)脯氨酸含量的測定:參照王學奎[14]的方法;(5)谷胱甘肽的測定:參照高俊鳳[15]的方法。

1.4 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)用Excel 2007 軟件作圖和計算,用SAS 8.1 軟件的ANOVA 過程進行方差分析(新復極差法,為0.05 顯著水平)及CORR 過程進行直線相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 瓠瓜的耐熱性差異

熱害指數(shù)可作為鑒定植物耐熱性強弱的靈敏指標,其熱害指數(shù)越大耐熱性也越差[16]。 由表2 可以看出,高溫脅迫下不同基因型瓠瓜的抗熱性存在明顯差異,其中B-1、B-2、B-6、B-7、B-13、B-14、B-16、B-19、B-22的熱害指數(shù)均超過了0.70,表現(xiàn)為不耐熱,為熱敏感類型;B-8、B-11、B-15、B-17、B-18、B-21、B-23 的熱害指數(shù)在0.50—0.70,表現(xiàn)為中耐熱,為中間類型;B-3、B-4、B-5、B-9、B-10、B-12、B-20 的熱害指數(shù)均低于0.50,表現(xiàn)為耐熱,為耐熱類型。

表2 不同基因型瓠瓜的熱害指數(shù)Table 2 The heat injury index of different-genotype bottle gourds

2.2 高溫脅迫對瓠瓜滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

2.2.1 對瓠瓜可溶性糖含量的影響

高溫脅迫下,不同瓠瓜幼苗葉片中可溶性糖的含量存在顯著差異(表3),結(jié)果表明:B-3、B-4、B-9、B-10、B-11、B-12、B-18、B-20、B-23 的可溶性糖含量最高,均超過了0.90%,顯著高于B-1、B-2、B-6、B-7、B-13、B-14、B-16、B-19、B-22;B-5、B-8、B-15、B-17、B-21 的可溶性糖含量次之,處于0.9%—0.79%,也顯著高于B-1、B-2、B-6、B-7、B-13、B-14、B-16、B-19、B-22;B-1、B-2、B-6、B-7、B-13、B-14、B-16、B-19、B-22 的可溶性糖含量最低,均低于0.79%。

表3 高溫脅迫對瓠瓜滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響Table 3 Effects of high temperature stress on osmotic regulatory material of bottle gourds

2.2.2 對瓠瓜游離脯氨酸含量的影響

高溫脅迫下,不同瓠瓜幼苗葉片中游離脯氨酸的含量存在顯著差異(表3),結(jié)果表明:B-3、B-4、B-9、B-10、B-11、B-12、B-18、B-20、B-23 的游離脯氨酸的含量最高,均超過了25.0 μg∕g,顯著高于B-1、B-2、B-6、B-7、B-13;B-5、B-8、B-14、B-15、B-16、B-17、B-19、B-21、B-22 的可溶性糖含量次之,處于21.0—25.0 μg∕g;B-1、B-2、B-6、B-7、B-13 的游離脯氨酸含量最低,均低于21.0 μg∕g。

2.3 高溫脅迫對瓠瓜幼苗抗氧化酶活性及GSH 含量的影響

2.3.1 對瓠瓜SOD 活性的影響

高溫脅迫下,不同瓠瓜幼苗葉片中SOD 活性存在明顯差異(表4),其中B-3、B-4、B-5、B-8、B-9、B-10、B-11、B-12、B-15、B-17、B-18、B-20、B-21、B-23 的SOD 活性顯著高于其他瓠瓜品系,均超過390.0 U∕g;B-1、B-2、B-6、B-7、B-13、B-14、B-16、B-19、B-22 的SOD 活性顯著低于其他瓠瓜品系,均低于360 U∕g。

表4 高溫脅迫對瓠瓜抗氧化酶活性及谷胱甘肽的影響Table 4 Effects of high temperature stress on antioxidant enzymes activity and GSH of bottle gourds

2.3.2 對瓠瓜POD 活性的影響

高溫脅迫下,不同瓠瓜幼苗葉片中POD 活性存在明顯差異(表4),其中B-3、B-4、B-5、B-9、B-10、B-12、B-18、B-20、B-21、B-23 的POD 活性顯著高于其他瓠瓜品系,均超過150.0 U∕(g·min);B-1、B-2、B-6、B-7、B-8、B-11、B-13、B-14、B-15、B-16、B-17、B-19、B-22 的POD 活性顯著低于其他瓠瓜品系,均低于145.0 U∕(g·min)。

2.3.3 對瓠瓜GSH 含量的影響

高溫脅迫下,不同瓠瓜幼苗葉片中GSH 含量存在明顯差異(表4),其中B-3、B-4、B-5、B-9、B-10、B-11、B-12、B-15、B-18、B-20、B-21、B-23 的GSH 含量較高,均超過了2.9 mmol∕L,顯著高于其他瓠瓜品系;B-1、B-2、B-6、B-7、B-8、B-13、B-14、B-16、B-17、B-22 的GSH 含量均較低,均低于2.4 mmol∕L,顯著低于其他瓠瓜品系。

2.4 瓠瓜耐熱性指標的相關(guān)關(guān)系分析

從表5 可以看出,瓠瓜的耐熱性指標之間存在顯著相關(guān)性,其中瓠瓜的熱害指數(shù)與可溶性糖含量、游離脯氨酸含量、SOD 活性、POD 活性、GSH 之間存在極顯著負相關(guān),可溶性糖含量、游離脯氨酸含量、SOD活性、POD 活性、GSH 之間則呈極顯著正相關(guān)。

表5 高溫脅迫下不同瓠瓜生理生化指標之間的相關(guān)性Table 5 Correlations between physiological and biochemical indicators of different gourd bottlesunder high temperature stress

2.5 瓠瓜耐熱性的聚類分析

采用SAS 8.0 軟件,對與瓠瓜耐熱性相關(guān)的熱害指數(shù)、可溶性糖含量、游離脯氨酸含量、SOD 活性、POD 活性及GSH 活性等指標進行聚類分析(圖1),在D=0.35 處可將23 個不同瓠瓜品系分為三大類群,第一類群為B-1、B-2、B-6、B-7、B-13、B-14、B-16、B-19、B-22,第二類群為B-3、B-4、B-5、B-9、B-10、B-12、B-18、B-20、B-23,第三類群為B-8、B-11、B-15、B-17、B-21。 結(jié)合表2、表3 對不同瓠瓜品系的耐熱性進行綜合評價,第一類群的9 個瓠瓜品系受熱害最重,熱害指數(shù)也最高,表現(xiàn)為不耐熱;第二類9 個品系受熱害最輕,熱害指數(shù)也最低,表現(xiàn)為耐熱;第三類5 個品系受熱害稍重,熱害指數(shù)也較低,為中等耐熱。

3 討論

3.1 高溫脅迫對瓠瓜耐熱性差異及生理生化指標的影響

溫度過高會對植物細胞內(nèi)的脂類產(chǎn)生影響,導致細胞膜系統(tǒng)損傷,進而導致了植物生理生化變化,最后導致植株死亡。 大量研究表明,與蔬菜作物耐熱性相關(guān)的酶、熱害指數(shù)等可以作為耐熱性評價的重要指標,通過苗期的耐熱性評價在一定程度上有利于蔬菜耐熱新品系選育[4,16-17]。

蘇小俊等[18]研究表明過氧化物酶活性與大白菜品種的耐熱性呈正相關(guān)關(guān)系,耐熱品種的過氧化物酶活性與熱敏品種間差異極顯著,且熱害指數(shù)與大白菜品種的耐熱性呈負相關(guān)。 孟煥文等[19]研究表明可溶性蛋白含量、SOD 活性均能反映出黃瓜品種間耐熱性差異,亦可作為黃瓜耐熱性鑒定指標。 馬寧等[20]研究表明高溫脅迫南瓜幼苗葉片中POD 活性、CAT 活性、SOD 活性、脯氨酸含量等均產(chǎn)生了顯著影響。 本研究結(jié)果表明,不同瓠瓜幼苗葉片中可溶性糖含量、游離脯氨酸含量、SOD 活性、POD 活性及GSH 活性均存在顯著差異,并且耐熱性強的瓠瓜品系的5 個生理生化指標的含量或活性也較高。 而且熱害指數(shù)與可溶性糖含量、游離脯氨酸含量、SOD 活性、POD 活性、GSH 之間存在極顯著負相關(guān),這與聚類分析結(jié)果相一致。

吳曉花等[5]研究表明采用外部形態(tài)指標和生理生化指標可以正確評價瓠瓜的耐熱性。 趙東風等[21]用耐熱指數(shù)、丙二醛含量、脯氨酸含量、根系活力等指標評價了辣椒的耐熱性。 宋波等[22]研究了熱處理下普通白菜葉片中保護酶活性及脯氨酸含量,并可以通過這些指標顯著區(qū)分普通白菜的耐熱性。 余炳偉等[23]研究表明隨高溫脅迫提高了黃瓜幼苗體內(nèi)的抗氧化酶活性、谷胱甘肽(GSH)的含量,并通過這些指標篩選出了黃瓜耐熱性強的材料。 本研究表明不同瓠瓜品系的耐熱性存在顯著差異,并且與對瓠瓜生理生化指標的聚類分析結(jié)果相一致,因此可以用熱害指數(shù)、可溶性糖含量、游離脯氨酸含量、SOD 活性、POD活性及GSH 活性等作為瓠瓜耐熱性的評價的指標。

3.2 高溫脅迫下不同瓠瓜品系耐熱性的聚類分析

本研究通過對不同瓠瓜品系生理生化指標的聚類,可以將23 個瓠瓜多代自交系分為三大類群,其中以第二類B-3、B-4、B-5、B-9、B-10、B-12、B-18、B-20、B-23 等9 個品系受熱害最輕,熱害指數(shù)也最低,耐熱性最強。

綜上所述,通過對23 份瓠瓜多代自交系的耐熱性進行綜合分析,篩選出了耐熱性強的瓠瓜多代自交系,為瓠瓜耐熱新品系的選育奠定了基礎。 但對于如何選育耐熱強、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的越夏瓠瓜新品系仍有待于繼續(xù)開展相關(guān)的研究工作。

4 結(jié)論

在高溫脅迫下,瓠瓜幼苗受到一定程度的傷害,但由于不同瓠瓜自交系的基因型存在差異,因此其受到的傷害也各不相同,其耐熱性也存在較大差異。 瓠瓜受到高溫脅迫時,其植株體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)、抗氧化酶系統(tǒng)均在一定程度上起到了保護作用,這說明高溫脅迫促使瓠瓜幼苗產(chǎn)生應答響應機制,而且不同基因型瓠瓜對高溫脅迫的應答響應差異較大。