一种显著增强高温胁迫下茄子抗逆性的方法与流程

本发明属于一种增强植物抗逆性的方法，具体涉及一种显著增强高温胁迫下茄子抗逆性的方法。

背景技术：

随着人类工业活动的不断扩大，人类赖以生存的生态环境受到了重大的破坏，在全球气候变暖，温室效应不断加剧的背景下，极端天气日益突出，特别是夏季高温天气逐渐增多。科学研究已经证实，暂时或持续性的高温会导致植物在形态解剖、生理和生化方面发生一系列的变化，从而影响植物的生长、发育，并可能导致植物经济产量大幅度下降，因温度升高引起的热胁迫是世界很多地区农业生产中的一个重要问题。热胁迫对植物的不利影响可以通过利用各种基因手段改善作物的遗传方式或者在栽培过程中利用一些遮盖物、喷施外源生长调节剂等方法而得到缓解。

茄子(Solanum melongena L.)是茄科(Solanum)蔬菜的代表，含有丰富的营养物质，能延缓衰老，对胃癌和心血管疾病防治也具有一定的药用价值，是人们最喜爱的蔬菜之一。但茄子属喜温性蔬菜，植株生长最适温度为白天28-32℃，晚上18-25℃，温度超过35℃易导致生长缓慢、花芽分化不良、果皮粗糙等严重影响茄子产量和品质。在夏季茄子生产中，易出现高温天气，产生高温危害。

有研究表明，外源物质处理能有效缓解高温对茄子的伤害。陈贵林等利用钙和钙调素拮抗剂浸种，能提高高温胁迫下茄子抗氧化酶活性，减缓膜损伤。吴等利用外源24-表油菜素内酯喷施茄子幼苗，然后将其置于高温胁迫下，得出24-表油菜素内酯显著缓解了高温对光合作用抑制，促进幼苗生长，提高抗氧化剂含量，降低体内活性氧水平，从而增强植株抗逆性。

然而，上述外源物质作用于茄子的效果均有限，不能有效增强茄子幼苗对高温胁迫下的抗逆性能力，有些甚至起到加重高温伤害的作用。因此，急需开发一种对茄子有较好抵抗逆境能力的外源物质，能够显著增强茄子高温胁迫下抗逆性的方法。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种能够显著增强茄子高温胁迫下抗逆性的方法，能够减缓夏季高温对茄子带来的危害。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，一种显著增强高温胁迫下茄子抗逆性的方法，包括如下步骤：

(1)挑选饱满的茄子种子，用Na₃PO₄溶液消毒后浸种催芽，待种子露白后进行播种；

(2)待茄子幼苗长出三叶一心时，选用50～200μmol·L^-1的褪黑素溶液喷布叶片，隔2～3天喷施一次，每次喷施的用量为每株茄子幼苗喷施3～5mL，共喷3～4次即可。

有研究表明，高温胁迫破坏了叶绿素合成和降解的动态平衡，导致叶绿素a和叶绿素b含量降低，从而影响光合作用。叶绿体类囊体膜垛叠程度可以用叶绿素a/b表示，同一植物叶绿素a/b的值降低，叶绿体垛叠程度越低，对逆境的适应能力越差。类胡萝卜素具有保护叶绿素免受光氧化的功能。

光合作用是植物物质转化和能量代谢的关键。光合作用对高温胁迫十分敏感，在其它胁迫症状出现前，光合作用就已受到抑制。一般认为，高温下光合作用降低有气孔因素也有非气孔因素，非气孔因素主要是由于光合相关酶活性降低及光合器官损伤。

植物在遭遇高温胁迫时，体内会产生大量的O^2-、H₂O₂、-OH等活性氧，引起膜质过氧化。丙二醛(MDA)是膜质过氧化的主要产物，是衡量膜脂过氧化的标志之一，其值越高表明膜脂过氧化程度越高，膜损伤越严重。

植物在正常生理状况下，体内活性氧代谢水平处于相对稳定的状态。当受到逆境胁迫时，抗氧化酶活性受到抑制，活性氧堆积，使胞内大分子氧化，导致细胞膜受到破坏。过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)是酶促防御系统的3个重要的保护酶，能有效清除自由基，维持活性氧代谢平衡。褪黑素是一种自由基清除剂同时具有极强的抗氧化能力，可以直接作用于自由基，也可以通过提高抗氧化酶活性来保持细胞内自由基产生和清除平衡，防止细胞膜破坏。

发明人通过研究发现，采用本发明中的方法施用褪黑素，能显著增强茄子在高温胁迫下的抗逆境能力。本发明确定了一种对茄子喷施褪黑素用于增强其高温胁迫下抗逆性的方法，如实施例记载所示，喷施本发明的褪黑素浓度，能够延缓高温对茄子叶绿素的破坏，增强光合作用，提高茄子体内抗氧化酶POD、CAT、SOD活性，降低MDA含量，维持细胞活性氧代谢平衡，提高茄子幼苗对高温的抵抗能力。而在本发明的浓度范围之外，褪黑素浓度过高，反而会加重高温对茄子的伤害。

优选的，所述步骤(2)中，褪黑素溶液的浓度为150μmol·L^-1。

优选的，所述步骤(2)中，隔2天喷施一次。

优选的，所述步骤(2)中，褪黑素的用量为每株茄子幼苗每次喷施5mL。

优选的，所述步骤(2)中，共喷3次。

优选的，所述步骤(1)中，选用质量浓度为10％的Na₃PO₄溶液进行消毒。

本发明的有益效果在于：提供了一种能够显著增强高温胁迫下茄子抗逆性的方法，揭示了外源褪黑素在茄子幼苗抵御高温逆境方面的生理作用机制，公布了一种外源褪黑素的喷施方法，为茄子越夏栽培提供了理论依据。

附图说明

图1为MT浓度对茄子幼苗净光合速率的影响；

图2为MT浓度对茄子幼苗气孔导度的影响；

图3为MT浓度对茄子幼苗蒸腾速率的影响；

图4为MT浓度对茄子幼苗胞间CO₂浓度的影响；

图5为MT浓度对茄子幼苗中MDA含量的影响；

图6为MT浓度对茄子幼苗中POD活性的影响；

图7为MT浓度对茄子幼苗中SOD活性的影响；

图8为MT浓度对茄子幼苗中CAT活性的影响；

其中，MT代表褪黑素，MDA代表丙二醛，POD代表过氧化物酶，SOD代表超氧化物歧化酶，CAT代表过氧化氢酶；图中的不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

试验于2015年5月～8月在四川农业大学园艺学院试验地内进行。

(一)实验方法：

挑选饱满的茄子种子，用质量浓度为10％的Na₃PO₄溶液消毒后浸种催芽，种子露白后播种于装有蔬菜专用基质的营养钵(10cm×10cm)中，每钵1株。待茄子幼苗长出三叶一心时，选择大小一致的壮苗按表1中所述的方式进行处理。待最后一次喷施过后2天，将幼苗置于相对湿度75％、温度为(40±1)℃的光照培养箱中进行高温胁迫，处理24h后转入常温下恢复2h，每个处理重复3次。

表1

注：CK代表以清水处理作为对照。

(二)检测方法：

2.1光合速率的测定：

选取各处理植株的第2-3片功能叶，用LI-6400XT便携式光合仪测定其净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO₂浓度(Ci)，测定时设置内源光强为1000μmol·m^-2·s^-1，CO₂浓度为400μL·L^-1，温度为25℃。

2.2叶绿素含量的测定：

将各处理测完光合速率的叶片剪碎混匀，用乙醇和丙酮(v/v＝1:1)的混合液浸泡法测定光合色素含量。

2.3抗氧化酶活性及丙二醛(MDA)含量的测定：

选取各处理植株的幼嫩叶片，剪碎后混匀，测定其抗氧化酶活性和丙二醛含量。过氧化物酶(POD)活性用愈创木酚法，过氧化氢酶(CAT)活性用紫外吸收法，均采用张以顺的方法进行测定；超氧化物歧化酶(SOD)活性用NBT光还原法，丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸法，均采用王学奎的方法进行测定。

(三)检测结果

3.1 MT对高温胁迫下茄子幼苗光合色素含量的影响

外源褪黑素(MT)浓度对高温胁迫下茄子幼苗光合色素含量的影响如表2所示：

表2

注：同列数据后不同字母表示差异显著(P＜0.05)。

由表2可以看出，喷施外源褪黑素能有效减缓高温胁迫下茄子光合色素的降解速率。叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量都随MT浓度的增加呈先增加后降低的趋势，在MT浓度为150μmol·L^-1时效果最为显著，三种叶绿素含量分别比对照高88.06％、30.86％、18.86％。叶绿素a/b表现为类囊体膜垛叠程度，表中MT处理的茄子幼苗叶片叶绿素a/b都高于对照，在MT浓度为150μmol·L^-1时达到峰值，其后降低，与叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素结果一致，但MT浓度为50μmol·L^-1、100μmol·L^-1时，与对照差异不显著。

3.2 MT对高温胁迫下茄子幼苗光合作用的影响

外源褪黑素(MT)对高温胁迫下茄子幼苗光合作用的影响如图1-图4所示。

从图1-图4可以看出，高温胁迫下，喷施外源褪黑素能提高茄子幼苗的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)。其中，Pn和Tr在MT浓度为150μmol·L^-1时达到最大值，分别比对照高90.2％和134.85％。Gs随着MT浓度增加而不断升高，在喷施浓度为200μmol·L^-1时达到最大值，为对照的223.67％，但其与喷施150μmol·L^-1褪黑素之间差异不显著。本试验中，胞间CO₂浓度(Ci)与Pn和Tr的趋势刚好相反，Ci随MT浓度增加而先降低后升高，最低时比对照低25.39％。

3.3 MT对高温胁迫下茄子幼苗MDA含量的影响

研究了外源褪黑素(MT)对高温胁迫下茄子幼苗丙二醛(MDA)含量的影响，结果如图5所示，研究结果表明：与对照相比，喷施外源褪黑素能显著(P＜0.05)降低高温胁迫下茄子幼苗中MDA含量。在MT浓度为50μmol·L^-1、100μmol·L^-1、150μmol·L^-1、200μmol·L^-1时，分别比对照降低了9.83％、12.59％、24.07％、16.69％。在浓度为150μmol·L^-1时，MDA含量最低。

3.4 MT对高温胁迫下茄子抗氧化酶活性的影响

研究了外源褪黑素(MT)对高温胁迫下茄子抗氧化酶活性的影响，所得结果如图6-8所示：

从结果可以看出，MDA与抗氧化酶活性呈负相关。与对照相比，随MT浓度增高，茄子幼苗叶片中POD活性呈上升趋势，但增幅逐渐变缓。在MT浓度为200μmol·L^-1时POD活性达到最大值，约为对照的2倍，但与喷施150μmol·L^-1的MT之间的差异不显著。SOD活性在施用0～150μmol·L^-1褪黑素时，随MT浓度的增加而升高，最高时为对照的172.68％。超过150μmol·L^-1，SOD活性降低，但仍显著高于对照，为对照的140.07％。喷施MT也能显著提高高温胁迫下茄子幼苗叶片CAT活性，与SOD活性相似，CAT活性在喷施150μmol·L^-1的MT时最高达41.8U/g，比对照高79.05％。当MT浓度为100μmol·L^-1、150μmol·L^-1、200μmol·L^-1时，茄子幼苗叶片中CAT活性差异不显著。