書書書高溫脅迫下番茄幼苗對冷激的響應*李勝利夏亞真 劉 金 師曉丹 孫治強( 河南農(nóng)業(yè)大學園藝學院 ， 鄭州 450002)摘 要 高溫逆境是影響夏秋季蔬菜設施集約化育苗質(zhì)量的主要因素之一 ， 利用溫度逆境誘導植物產(chǎn)生交叉適應是植物獲得抗逆性的一種有效手段 為探索冷激強度對番茄幼苗高溫脅迫的緩解效應 ， 試驗采用人工氣候箱模擬夏季設施中的高溫脅迫 ， 研究了不同冷激溫度 ( 5、10、15 ) 和冷激持續(xù)時間 ( 10、20、30 min) 對番茄幼苗生長 、生物膜保護系統(tǒng)的影響 ， 并研究了單次適宜冷激處理對番茄小分子熱激蛋白 LeHSP23 8 和 CaHSP18 基因表達的影響 結(jié)果表明 : 在高溫脅迫前對番茄幼苗進行冷激處理可以抑制其下胚軸的伸長和株高的生長 冷激緩解番茄幼苗高溫脅迫的效應在不同冷激溫度下表現(xiàn)出不同的變化趨勢 ; 5 冷激處理抑制了番茄幼苗抗氧化酶活性的升高 ， 使細胞膜透性增大 ， 對幼苗產(chǎn)生傷害 ; 10 冷激處理對番茄幼苗高溫脅迫的緩解效應隨冷激時間的延長呈降低趨勢 ; 而 15 冷激處理緩解番茄幼苗高溫脅迫的效應隨冷激時間的延長呈增加趨勢 適宜冷激溫度和冷激持續(xù)時間能夠誘導番茄幼苗對高溫逆境的交叉適應性 ， 在高溫脅迫前將番茄幼苗進行溫度為 10 、持續(xù) 10 min 的冷激處理效果最佳 ， 與對照相比 ， 顯著提高了高溫脅迫下番茄幼苗植株單株干質(zhì)量和壯苗指數(shù) ，降低了番茄幼苗葉片相對電導率和丙二醛含量 ， 促進了脯氨酸和可溶性蛋白的積累 ， 提高了番茄幼苗葉片超氧化物歧化酶 ( SOD) 、過氧化物酶 ( POD) 、過氧化氫酶 ( CAT) 3 種抗氧化酶活性 ， 并誘導了小分子熱激蛋白基因 LeHSP238 和 CaHSP18 在常溫條件下的上調(diào)表達 關鍵詞 冷激 高溫脅迫 番茄幼苗 生物膜保護系統(tǒng) 小分子熱激蛋白* 河南省蔬菜產(chǎn)業(yè)技術體系項目 ( S2010-03-03) 和國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術體系專項 ( CAS-25-C06) 資助 通訊作者 E-mail: lslhc yeah net2013-12-12 收稿 ， 2014-07-24 接受 文章編號 10019332( 2014) 10292708中圖分類號 S6412 文獻標識碼 AEffects of cold-shock on tomato seedlings under high temperature stress LI Sheng-li， XIAYa-zhen， LIU Jin， SHI Xiao-dan， SUN Zhi-qiang ( College of Horticulture， Henan AgriculturalUniversity， Zhengzhou 450002， China) -Chin J Appl Ecol ， 2014， 25( 10) : 29272934Abstract: High temperature stress ( HTS) is one of the major limiting factors that affect the qualityof intensively cultured seedlings in protected facilitates during hot season Increasing the crossadaptive response of plant induced by temperature stress is an effective way to improve plant stressresistance In order to explore the alleviating effect of cold-shock intensity on tomato seedlingsunder HTS， tomato seedlings were subjected to cold-shock treatments every day with 5 ， 10 ，and 15 for 10 min， 20 min， and 30 min， respectively， in an artificial climate chamber Theeffect of single appropriate cold-shock on the gene expression of small heat shock proteins LeH-SP238 and CaHSP18 was investigated The results showed that hypocotyl elongation and plantheight of tomato seedlings were restrained by cold-shock treatment before HTS was met The allevia-ting effect of tomato seedlings under HTS by cold-shock varied greatly with levels and durations oftemperature The membrane lipids in the leaf of tomato seedlings were subjected to peroxidation in-jury in the cold-shock treatment at 5 ， in which the penetration of cell membrane was increasedand the activities of antioxidant enzyme was inhibited The alleviating effect to HTS by cold-shockwas decreased with the increasing cold-shock duration at 10 ， however， a reverse change wasfound at 15 The results indicated that cross adaptive response of tomato seedling could be in-duced with a moderate cold-shock temperature for a proper duration before HTS was met The opti-mum cold-shock treatment was at 10 for 10 min per day， under which， the dry mass， healthy in-dex， activities of protective enzymes ( including SOD， POD and CAT) in leaves of tomato seedlings were應 用 生 態(tài) 學 報 2014 年 10 月 第 25 卷 第 10 期Chinese Journal of Applied Ecology， Oct 2014， 25( 10) : 29272934DOI:10.13287/j.1001-9332.20140801.014significantly increased， the contents of proline and soluble protein were enhanced， relative conductivityand malondialdehyde concentration were significantly decreased， and the expression levels of LeHSP238 and CaHSP18 were increased compared with that under normal temperature conditionKey words: cold-shock; high temperature stress; tomato seedlings; biomembrane protection sys-tem; small heat shock protein由于溫度不斷上升造成的高溫脅迫已成為世界許多地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個主要問題 ， 短暫或持續(xù)的高溫引起了植株一系列的生理變化 ， 如光合暗呼吸 、膜穩(wěn)定性 、線粒體呼吸等 ， 這些都影響了植株的生長發(fā)育 ， 致使經(jīng)濟產(chǎn)量急劇下降 12 因高溫激發(fā)了過量的呼吸和光合電子傳遞 ， 導致對植株有毒害作用的活性氧如超氧化氫和過氧化氫的產(chǎn)生 3 通過一些措施來誘導植株對熱脅迫的忍受能力受到了極大的關注 ， 主要方法有基因工程 45、育種 67、外源生長調(diào)節(jié)物質(zhì) 89、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì) 10和鈣離子 1113等 基因工程和育種需要耗費大量的時間 ， 外源物質(zhì)使用效果受不同作物 、不同基因型的影響而得出各異的結(jié)論 利用溫度逆境鍛煉誘導植物交叉適應性是植物獲得抗逆性的另一有效手段 ， 如 Fu 等 14發(fā)現(xiàn) ， 對黑麥進行低溫鍛煉后 ， 其耐熱性明顯提高 ; 馬德華等 1516研究表明 ， 高溫鍛煉和低溫鍛煉均可提高黃瓜幼苗的耐高溫能力 ; 張俊環(huán)等 1718在葡萄上的研究表明 ， 8 低溫鍛煉能夠誘導葡萄幼苗對高溫逆境的交叉適應性 ， 保護葉綠體 、線粒體等膜結(jié)構免受高溫脅迫傷害 ， 低溫鍛煉可增強葡萄葉片中sHSPl76 基因在高溫脅迫條件下的表達水平 番茄作為一種喜溫性作物 ， 在夏秋季設施育苗中 ， 由于透明材料的覆蓋 ， 40 以上高溫經(jīng)常出現(xiàn) ，高溫脅迫常常造成幼苗徒長 、花芽分化不良等問題 ，最終影響產(chǎn)量和品質(zhì) ， 高溫逆境已成為夏秋季蔬菜集約化育苗生產(chǎn)中的重要限制因子 1921 冷激在番茄集約化育苗中已被驗證是一種有效的措施 ， 但適宜的冷激強度在不同的研究中則有不同的結(jié)論 ， 如Huang 和 Chin 22研究表明 ， 5 冷水刺激可增強番茄幼苗抗高溫脅迫的能力 ; 但 Allen 和 Ort 23認為 ，當番茄植株遭受 10 以下低溫時 ， 光合器官功能失調(diào) 另外 ， 冷水刺激這種低溫誘導措施受基質(zhì)濕度的影響 ， 頻繁的冷水灌溉容易增加濕度 ， 在高溫高濕的設施環(huán)境中應用受到限制 為了探明番茄集約化育苗時適宜的冷激強度 ， 本試驗采用直接冷激這種不增加空氣和基質(zhì)濕度的低溫誘導措施 ， 研究不同冷激溫度和冷激時間對番茄幼苗生長 、葉片生物膜保護系統(tǒng)的影響 ， 通過單次適宜冷激探討小分子熱激蛋白基因 LeHSP23 8 和 CaHSP18 表達對適宜冷激強度的反應 ， 從生理生化和分子生物學角度闡釋冷激對緩解幼苗高溫脅迫效應的機理 ， 為番茄夏季集約化育苗環(huán)境調(diào)控提供理論支撐 1 材料與方法1. 1 試驗材料和培養(yǎng)條件試驗于 2012 年 12 月 2013 年 2 月在河南農(nóng)業(yè)大學園藝學院蔬菜栽培實驗室內(nèi)進行 ， 供試番茄( Solanum lycopersicon) 品種為 “粉都 77”， 由河南豫藝種業(yè)提供 種子經(jīng)浸種消毒 、催芽后 ， 播于裝有復合基質(zhì)的 72 孔穴盤中 ， 在適溫人工氣候室內(nèi)育苗 ，晝溫 ( 28±1) ， 夜溫 ( 22±1) ， 光周期 12 h/12 h，光照強度 800 mol·m2·s1， 相對濕度 70% 當幼苗子葉展平真葉露出時 ， 選擇生長基本一致的幼苗移入模擬外界夏季晴天自然條件溫度變化規(guī)律的人工 氣 候 箱 中 該人工氣候箱的光強為 800mol·m2·s1， 相對濕度為 70%， 光周期 12 h/12h; 8: 0012: 00 溫度為 28 32 ， 12: 0016: 00 溫度為 ( 38±1) ( 4 h 的高溫脅迫 ) ， 16: 0020: 00 溫度為 28 32 ， 20: 00次日 8: 00 溫度為 25 1. 2 冷激處理試驗共設 10 個處理 : 幼苗子葉展平后開始進行冷激處理 ， 在每天 10: 00 進行冷激鍛煉 ( 高溫脅迫前2 h) ， 分別將番茄幼苗移入 5、10、15 的人工氣候箱中 ， 冷激持續(xù)時間分別設為 10、20、30 min， 然后將幼苗再移回原模擬夏季溫度變化的人工氣候箱中 ，對照幼苗一直在模擬夏季溫度變化的人工氣候箱中生長 ( 表 1) 每個處理 30 株 ， 重復 3 次 ， 采用隨機區(qū)組排列 ， 在冷激鍛煉處理第 21 天 ( 4 片真葉時 ) 、高溫脅迫 4 h 后開始取樣 ， 測定各項生理指標 在冷激強度生理試驗篩選的基礎上 ， 選擇在適溫人工氣候箱中生長一致的 120 棵番茄幼苗 ( 3 4片真葉 ) ， 放入模擬夏季溫度變化的人工氣候箱中適應 2 d 后 ， 第 3 天 8: 00( 高溫脅迫前 4 h) 將番茄幼苗放入 10 的人工氣候箱中 ， 冷激處理 10 min 后移回原模擬夏季溫度變化的人工氣候箱中 ， 對照為在模擬夏季溫度變化的人工氣候箱中生長的番茄幼8292 應 用 生 態(tài) 學 報 25 卷表 1 試驗設計Table 1 Experimental design處理Treatment冷激溫度Temperature ofcold-shock ( )冷激持續(xù)時間Duration ofcold-shock ( min)T15 10T25 20T35 30T410 10T510 20T610 30T715 10T815 20T915 30CK 0 0苗 ， 分別在冷激后 0、2、4、8、12、24 h 取樣 ， 每次取樣重復 3 次 ， 取樣后放入液氮迅速冷凍 ， 用于 NA 的提取 1. 3 測定項目及方法1. 3. 1 生長指標的測定 每個處理隨機取 8 株 ， 用自來水沖洗干凈后擦干 ， 用于生長指標的測定 ， 重復3 次 株高和下胚軸長用直尺測量 : 從莖基部到生長點的長度作為株高 ， 莖基部到子葉基部的長度作為下胚軸長 ; 莖粗采用游標卡尺測量 ， 測量部位為子葉基部 ; 單株干質(zhì)量采用烘干法測量 ， 105 殺青 15 min， 75 烘干至恒量 ， 稱干質(zhì)量 ; 壯苗指數(shù)采用以下公式計算 :SI=H×W式中 : SI 為壯苗指數(shù) ; 為莖粗 ( cm) ; H 為株高( cm) ; W 為單株干質(zhì)量 ( mg) 1. 3. 2 生理指標的測定 取番茄幼苗的第 2 和第 3片真葉 ， 用于生理指標測定 參考王學奎 24提出的方法 : 采用電導儀法測定相對電導率 ; 采用考馬斯亮藍 G-250 染色法測定可溶性蛋白質(zhì)含量 ; 采用磺基水楊酸法測定脯氨酸含量 ; 采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量 保護酶活性的測定參考李合生 25提出的方法 ， 略有改動 : 分別取鮮樣 0 5 1 g， 液氮速凍后放置70 冰箱保存 ， 測定時分別用相應的磷酸緩沖液研磨勻漿 超氧化物歧化酶 ( SOD) 活性采用氮藍四唑法測定 ， SOD 活性以抑制 NBT 光化還原的一半為一個酶活性單位 ; 過氧化物酶 ( POD) 活性采用愈創(chuàng)木酚法測定 ， 以每分鐘內(nèi) A470變化 0 01 為一個活性單位 ; 過氧化氫酶 ( CAT) 活性采用紫外分光光度法測定 ， 以每分鐘內(nèi) A240變化為一個活性單位 1. 3. 3 實時熒光 PC 分析 采用 Trizol 小量 NA試劑盒 ( TaKaa) 提取總 NA; 反轉(zhuǎn)錄合成第一鏈cDNA 使用能夠去除基因組 DNA 污染的試劑盒 Pri-meScriptTMT reagent Kit with gDNA Eraser( Taka-ra) ; 利用 genscritp 網(wǎng)站設計番茄 CaHSP18 基因 ( 登錄號 : AY284925) 和 LeHSP23 8 基 因 ( 登 錄 號 :AB017134) 引 物 序 列 ， 其 序 列 分 別 為 P1: 5'-ACATCTTCGACCCAGTCTCC-3'， P2: 5'-CAGAG-GTTTCACGAGCAGAG-3' P3: 5'-TTCTCCATTCG-TAGCTGCA-3'， P4: 5'-ACATCCCATCCTCTTCTTGC-3' 內(nèi)參使用番茄 EF1- 基因 ( Genbank no X530431) ， P5: 5'-TACTGGTGGTTTTGAAGCTG-3' P6: 5'-AACTTCCTTCACGATTTCATCATA-3' 26 用 Bio-ad的 iQrM5 多重實時熒光定量 PC 儀 ， 以各取樣時間點的 cNDA 為模板 ， 反應體系為 20 L， 包括 8 5 L的 SYB GreenII 混合液 ( Takara 公司生產(chǎn) ) ， 9 5 LcDNA 和 1 L 的 F/ 引物 熒光定量 PC 條件設置為 : 95 30 s; 95 5 s， 59 35 s， 40 個循環(huán) ( 熒光的采集在 59 ) ， 反應完成后分析熒光值變化曲線和溶解曲線 ， 查看每個基因的擴增情況 ， 導出相應的閾值循環(huán)數(shù) ( cycle at threshold， Ct) ， 在 Excel 中進行統(tǒng)計分析 采用 2-CT 計算各取樣時間點基因的相對表達 ， 重復 3 次 1. 4 數(shù)據(jù)處理采用 DPS 75 和 Microsoft Excel 2003 統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗 ( LSD 法 ， =0. 05) ， 采用 SigmaPlot 10 0 軟件進行繪圖 ， 數(shù)據(jù)均采用平均值 ±標準誤表示 2 結(jié)果與分析2. 1 冷激對高溫脅迫下番茄幼苗生長指標的影響由表 2 可以看出 ， 冷激抑制了番茄幼苗下胚軸的伸長 ， 降低了幼苗株高的生長 ， 除了 T7( 冷激溫度15 ， 持續(xù) 10 min) ， 所有冷激處理番茄幼苗的株高和下胚軸均低于 CK 冷激強度對幼苗的形態(tài)指標有較大影響 ， 隨著冷激溫度的降低和冷激持續(xù)時間的延長 ， 幼苗的株高 、莖粗 、下胚軸長度基本呈下降趨勢 適宜的冷激溫度與持續(xù)時間有利于番茄幼苗干物質(zhì)積累與壯苗指數(shù)的提高 ， 5 冷激條件下的 3個時間處理 ， 番茄幼苗營養(yǎng)生長受抑制較大 ， 幼苗的莖粗 、干質(zhì)量和壯苗指數(shù)均低于 CK T4處理 ( 冷激溫度 10 ， 持續(xù)時間 10 min) 番茄幼苗的莖粗與單株干質(zhì)量為 282 mm 和 10924 mg， 比 CK 分別提高了 24 2% 和 48 0%， 與 CK 差異達到顯著水平 ， 反映幼苗綜合素質(zhì)的壯苗指數(shù)達到 3 81， 在所有處理中最高 929210 期 李勝利等 : 高溫脅迫下番茄幼苗對冷激的響應表 2 冷激對高溫脅迫下番茄幼苗生長指標的影響Table 2 Effects of cold-shock on the growth of tomato seedlings under high temperature stress處理Treatment株高Plant height( cm)莖粗Stem diameter( mm)下胚軸長Hypocotyl length( cm)單株干質(zhì)量Dry mass( mg)壯苗指數(shù)Healthy indexT1568±017e 211±054bc 392±005b 5140±181de 192±0094cT2555±067e 164±021f 381±006bc 3521±813e 103±012dT367 5±020cd 183±054def 320±013d 6759±1190cd 184±009cT4812±032a 282±029a 388±009b 10924±889a 381±017aT5809±012ab 203±054bc 379±017bc 9568±1077ab 265±032bT6698±013cd 179±090ef 367±009bc 6962±358c 178±007cT7850±018a 283±044a 443±004a 8424±521c 280±005cT8730±015bc 206±065bc 362±004e 7023±197c 198±007cT9634±035de 200±060cde 389±005b 9382±447ab 300±025bCK 851±054a 227±065b 419±006a 7382±414c 198±009c同列不同小寫字母表示處理間差異顯著 ( P005) Different small letters in the same column meant significant difference at 0 05 level among treat-ments2. 2 冷激對高溫脅迫下番茄幼苗脯氨酸和可溶性蛋白含量的影響植物中游離脯氨酸具有調(diào)節(jié)滲透及保護細胞膜結(jié)構穩(wěn)定的作用 ， 其含量高低與植物的抗逆性有極大的相關性 27 從圖 1 可以看出 ， 所有冷激處理的番茄幼苗葉片脯氨酸含量均高于 CK， 這說明高溫前對番茄幼苗進行冷激處理可以誘導番茄幼苗的抗高溫能力 脯氨酸含量與冷激溫度和冷激持續(xù)時間有很大關系 ， 在 5 冷激條件下 ， 隨著冷激時間的延長 ， 脯氨酸含量呈降低趨勢 ， 而在 10 和 15 冷激處理中 ， 脯氨酸含量則隨著冷激時間的延長呈先增加后降低趨勢 其中冷激處理 T5( 冷激溫度 10 ，持續(xù)時間 20 min) 和 T4( 冷激溫度 10 ， 持續(xù)時間10 min) 番茄幼苗脯氨酸含量與 CK 相比差異達到了極顯著水平 ， 脯氨酸含量分別提高了 42 7% 和394%高溫脅迫下可溶性蛋白含量與作物的耐熱性密切相關 28， 由圖 1可以看出 ， 冷激處理不同程度增圖 1 冷激對高溫脅迫下番茄幼苗葉片脯氨酸 、可溶性蛋白 、丙二醛含量和相對電導率的影響Fig1 Effects of cold-shock on proline， soluble protein， malondialdehyde contents and relative conductivity in leaves of tomato seed-lings under high temperature stress不同小寫字母表示處理間差異顯著 ( P0 05) Different small letters meant significant difference at 0 05 level among treatments 下同 The samebelow0392 應 用 生 態(tài) 學 報 25 卷加了番茄幼苗葉片可溶性蛋白含量 ， 冷激強度對番茄幼苗可溶性蛋白含量有較大影響 在 5 的冷激處理中 ， 隨著冷激時間的延長 ， 其可溶性蛋白含量呈增加趨勢 ， 而在 10 和 15 冷激處理中 ， 可溶性蛋白含量隨著冷激時間的延長呈降低趨勢 10 冷激處理番茄幼苗可溶性蛋白含量均高于同時間 5 和 15處理 ， 其中 T4( 冷激溫度 10 ， 持續(xù)時間 10 min) 處理番茄幼苗可溶性蛋白含量在所有處理中最高 ， 比 CK提高了 422%， 差異達到顯著水平 2. 3 冷激對高溫脅迫下番茄幼苗膜透性和丙二醛含量的影響由圖 1 可以看出 ， 冷激溫度和持續(xù)時間對番茄幼苗葉片相對電導率和丙二醛含量有較大影響 在試驗的溫度范圍內(nèi) ， 5 處理的相對電導率和丙二醛含量高于 10 和 15 處理 ， 5 冷激條件下持續(xù) 10、20、30 min 的 3 個處理番茄幼苗相對電導率和丙二醛含量均高于 CK; 而 10 和 15 冷激處理的番茄幼苗相對電導率和丙二醛含量均低于 CK， 與15 處理不同的是 ， 在 10 處理中 ， 隨著冷激持續(xù)時間的延長其丙二醛含量逐漸升高 ， 其中 T4( 冷激溫度 10 ， 持 續(xù) 時 間 10 min) 與 T7( 冷 激 溫度 15 ， 持續(xù)時間 30 min) 2 個處理番茄幼苗丙二醛含量最低 ， 比 CK 分別降低了 16 9% 和 19 7%，差異達顯著水平 這說明適宜的冷激溫度與冷激持續(xù)時間可以明顯減少高溫脅迫下幼苗葉片膜脂過氧化反應的發(fā)生 ， 有效緩解高溫脅迫引起的葉片相對電導率的升高 ， 但過低的冷激溫度或過長的冷激持續(xù)時間也會造成番茄幼苗葉片內(nèi)的電解質(zhì)外滲 ， 從而使相對電導率增加 2. 4 冷激對高溫脅迫下番茄幼苗葉片保護酶活性的影響SOD、POD、CAT 是清除自由基重要的抗氧化酶類 ， 在植物抗氧化系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用 29 由圖2 可以看出 ， 冷激強度對高溫脅迫下番茄幼苗葉片SOD、CAT 和 POD 活性的影響有較大差異 5 冷激溫度下番茄幼苗葉片 3 種酶的活性均低于 CK， 而10 、15 冷激溫度下 ， 適宜的冷激持續(xù)時間則有利于番茄幼苗葉片 3 種酶活性的升高 不同冷激溫度下 ， 冷激持續(xù)時間對 3 種酶的活性存在不同的累積效應 ， 在 10 的處理中 ， 隨冷激持續(xù)時間的延長 ，其 SOD、CAT 和 POD 活性均呈降低趨勢 ， 而在 15 的處理中 ， 3 種酶的活性則呈現(xiàn)相反的趨勢 ， 其中SOD、CAT 和 POD 活性的最高值均出現(xiàn)在 T4( 冷激溫度 10 ， 持續(xù)時間 10 min) 處理中 ， 分別比 CK 提高了 152%、14 2% 和 23 4%， 與 CK 差異達到顯著水平 2. 5 單次冷激對 CaHSP18 和 LeHSP23 8 基因表達的影響在冷激強度生理試驗篩選的基礎上 ， 選擇 T4( 冷激溫度 10 ， 持續(xù)時間 10 min) 處理作為較適冷激強度 ， 對番茄幼苗進行單次冷激試驗 從圖 3 可以看出 ， 番茄幼苗中 CaHSP18 和 LeHSP238 基因在冷激鍛煉后相對表達量變化趨勢一致 在 T4處理后0 h， 番 茄 生 長 適 溫 條 件 下 ( 0 4 h， 28 32) CaHSP18 和 LeHSP23 8 基因的表達量顯著上調(diào) ， 在 2 h 和 4 h 表達量逐漸趨于回落 ， 而在 0 4 h，CK 處理中的 CaHSP18 和 LeHSP238 基因表達量幾乎沒有變化 在 8 h 時 ， 番茄幼苗處于高溫脅迫環(huán)境( 4 8 h， 38 ) 中 ， T4處理和 CK 處理的 CaHSP18、LeHSP238 基因表達均表現(xiàn)為顯著上調(diào) ， 但 T4處理的基因表達量顯著低于 CK 處理 說明這兩個小分子熱激蛋白基因雖然能被 T4處理的冷激強度誘導表達 ， 但表達量顯著低于未冷激處理 冷激后 12 h 和 24h 均處于番茄生長適溫條件下 ( 8 24 h， 28 32 ) ， T4處理 和 CK 處 理 的 CaHSP18、LeHSP23 8 基 因 表達量均呈現(xiàn)上調(diào) ， 而冷激處理的基因表達量均高于圖 2 冷激對高溫脅迫下番茄幼苗葉片超氧化物歧化酶 ( SOD) 、過氧化氫酶 ( CAT) 和過氧化物酶 ( POD) 活性的影響Fig2 Effects of cold-shock on SOD， CAT and POD activities in leaves of tomato seedlings under high temperature stress139210 期 李勝利等 : 高溫脅迫下番茄幼苗對冷激的響應圖 3 單次冷激對高溫脅迫下番茄幼苗 CaHSP18和 LeHSP238 基因表達的影響Fig3 Effects of one cold-shock on the expression of CaHSP18and LeHSP23 8 in tomato seedlings under high temperaturestressCK 處理 ， 且在 24 h 時差異達到顯著水平 3 討 論高溫脅迫下 ， 冷激處理對番茄幼苗的直接效應表現(xiàn)為株高的降低 ， 這種矮化效應隨著冷激強度的提高而增強 ， 這與 Huang 等 22的研究結(jié)果相一致 關于冷激誘導幼苗矮化效應的機理則有不同的觀點 ， Huang 等 22認為 ， 冷激誘導番茄幼苗矮化效應的主要原因是冷水刺激了乙烯的產(chǎn)生 ; 但 Sun 等 30的研究認為 ， 冷激誘發(fā)的矮化效應與 GA3含量變化有關 植株高的伸長取決于細胞的延伸生長和分裂 ， 其中細胞延伸生長對株高起著決定性作用 31，持續(xù)膨壓提供了細胞延伸生長所需的動力 32， 多種植物激素在細胞的延伸生長中起著重要的作用 本試驗中的冷激處理作為一種不同于冷水刺激的誘導方式 ， 從激素水平探明其矮化效應的機理還需要進一步研究 植物在高溫逆境下的傷害與脂質(zhì)透性的增加是高溫傷害的本質(zhì)之一 ， 高溫脅迫加劇膜脂過氧化作用 ， 導致膜蛋白變性和生物膜結(jié)構發(fā)生變化 ， 造成植物體內(nèi)正常的生理功能被破壞 ， 許多生理生化代謝不能正常進行 植物自身的抗氧化防御酶促系統(tǒng)主要由 SOD、POD、CAT 和抗壞血酸過氧化物酶( APX) 等構成 ， 它們能有效減少活性氧積累 ， 維護膜結(jié)構完整 正常條件下 ， 植物抗氧化系統(tǒng)處于相對較低的水平 ， 當植物接受適度的逆境誘導過程后 ， 作為植物對外界逆境因子的適應性反應才表現(xiàn)出上升的態(tài)勢 33 本試驗中 ， 高溫脅迫之前的冷激處理作為一種逆境誘導 ， 提前啟動了番茄幼苗的抗氧化系統(tǒng) ， 這與張俊環(huán) 17在葡萄幼苗上進行的溫度逆境交叉鍛煉改善其抗逆性的研究結(jié)果相一致 冷激處理對番茄幼苗的誘導效應取決于冷激溫度 ， 番茄作為一種喜溫性的作物 ， 適宜的冷激溫度為 10 ， 而 5的冷激處理則成了一種低溫脅迫 ， 降低了抗氧化酶的活性 ， 增加了細胞膜的透性 ， 這與 Huang 等 22和 Sun 等 30的觀點不同 ， 后者認為 5 冷水刺激可以顯著提高番茄幼苗的抗高溫能力 這可能與兩者冷激處理方法不同有關 ， 本試驗是將番茄幼苗直接放在 5 的人工氣候室中進行冷激 ， Huang 等 22和Sun 等 30是用 5 的冷水進行冷激處理 ， 同樣是 5 ， 冷水處理較為緩和 小分 子 熱 激 蛋 白 ( small heat shock protein，sHSP) 是熱激蛋白家族的異類分子質(zhì)量在 1530 KD 的熱激蛋白 ， 它們在植物的耐熱性中起著重要作用 34 許多研究表明 ， sHSP 是植物對逆境因素產(chǎn)生的與植物抗性有關的應激蛋白 18 試驗結(jié)果表明 ， 10 持續(xù) 10 min 的冷激強度鍛煉能夠誘導CaHSP18 和 LeHSP238 基因在常溫下表達 ， 這與前人的研究結(jié)果相一致 3435 冷激誘導 CaHSP18 和LeHSP238 基因上調(diào)表達具有時效性 ， 冷激之后 4 h這種效應逐漸回落 ， 但冷激處理后 24 h( 次日 8: 00，開始光照 ， 溫度由 25 上升至 28 32 ) ， CaH-SP18 和 LeHSP238 基因表達量又顯著高于對照 ， 關于冷激處理誘導基因周期表達的現(xiàn)象未見報道 ， 其原因是否因為冷激處理使其對溫度逆境反應具有“記憶 ”功能 ， 還需要進一步驗證 綜上所述 ， 冷激處理是緩解番茄幼苗高溫脅迫的一種有效方法 ， 對于番茄幼苗每天進行 10 持續(xù)10 min 的冷激處理可以顯著提高幼苗的健壯程度 ，但在集約化育苗中如何選擇經(jīng)濟可行的冷激措施 ，還需要進一步研究與之相配套的工程技術 參考文獻 1 Almeselmani M， Deshmukh PS， Sairam K， et al Pro-tective role of antioxidant enzymes under high tempera-ture stress Plant Science， 2006， 171: 382388 2 Wahid A， Gelani S， Ashraf M Heat tolerance inplants: An overview Environmental and Experimental2392 應 用 生 態(tài) 學 報 25 卷Botany， 2007， 61: 199223 3 Loreto F， Velikova V Isoprene produced by leaves pro-tects the photosynthetic apparatus against ozone damage，quenches ozone products， and reduces lipid peroxidationof cellular membranes Plant Physiology， 2001， 127:17811787 4 McKersie BD， Senaratna T， Walker MA， et al 13-De-terioration of membranes during aging in plants: Evi-dence for free radical mediation/ / Nooden LD， LeoopoldAC， eds Senescence and Aging in Plants San Diego:Academic Press， 1988: 441464 5 Xu X-Y ( 許向陽 ) ， Wang D-M ( 王冬梅 ) ， Kang L-G( 康立功 ) ， et al Selection of SS and APD markersrelated to tomato heat tolerance Acta Horticulturae Sini-ca ( 園藝學報 ) ， 2008， 35( 1) : 4752 ( in Chinese) 6 Sun AQ， Yi SY， Yang JY， et al Identification andcharacterization of a heat-inducible ftsH gene from toma-to ( Lycopersicon esculentum Mill ) Plant Science，2006， 170: 551562 7 Nautiyal PC， Shono M， Egawa Y Enhanced thermotol-erance of the vegetative part of MT-sHSP transgenictomato line Scientia Horticulturae， 2005， 105: 393409 8 Wan Z-L ( 萬正林 ) ， Luo Q-X ( 羅慶熙 ) The mecha-nism of SA， ABA and B in inducing heat resistance onplants Southwest China J