论文部分内容阅读
摘要[目的]为了研究甜瓜ABA与活性氧清除酶间是否存在关联。[方法]从20份薄皮甜瓜资源中筛选出耐冷性强的品种低温处理后检测ABA、MAD含量以及POD、SOD、APX、CAT活性。[结果]ABA含量降-升波动，但含量变化不显著。在低温胁迫最初几小时内，POD、SOD、APX活性上升，CAT下降。在低温处理24 h后，POD活性仍持续上升，而其他酶活性基本都呈下降趋势。[结论]甜瓜ABA对冷胁迫不敏感，与活性氧清除酶活性相关性也不十分密切。
关键词甜瓜；冷胁迫；脱落酸；活性氧清除酶
中图分类号S332.5文献标识码
A文章编号0517-6611（2014）36-12816-02
Abstract [Objective]The research aimed to study whether ABA was correlated with reactiveoxygenscavenging enzymes in melon. [Method] The chilling index of 20 thinskin melons was studied and the contents of ABA and MAD were manipulated， and the activities of POD， SOD， APX and CAT were tested. [Result] ABA content was increased after decreased periodically， but had no significant change .The activities of POD， SOD and APX were increased and CAT decreased in first hours under chilling stress. After 24 h chilling treatment， POD activity continued to increase， and other enzymes activities decreased. [Conclusion] ABA wasn’t sensitive to chilling stress and was less relevant with the activities of reactiveoxygenscavenging enzymes in melon.
Key words Melon； Chilling stress； ABA； Reactiveoxygen scavenging enzymes
甜瓜（Cucumis melo L.）是葫芦科甜瓜属植物，起源于印度和非洲，喜高温，不耐寒，当温度低于10 ℃时停止生长，当温度低于7.4 ℃时发生冷害。黑龙江地区春季天气多变，气温起伏不定，甜瓜常受低温冷害而影响其生长甚至死亡。植物遭遇低温后体内活性氧增加，膜脂过氧化，可溶性物质和电解质渗出，丙二醛（MAD）含量升高，导致细胞死亡。 脱落酸（ABA）是植物体内应答逆境胁迫的重要植物激素。在低温条件下，内源ABA含量会增加，并且能诱导增强超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）等活性氧清除酶活性[1-2]，减少低温胁迫导致大量活性氧的产生[3]。通过检测低温处理后甜瓜ABA含量及活性氧清除酶活性变化，笔者探究其应答低温胁迫的生理变化。研究表明，甜瓜抗寒规律为选育抗寒新品种具有重要的意义。
1材料与方法
1.1试验材料供试品种为哈尔滨市农业科学院西甜瓜育种研究室提供的20份甜瓜材料。
1.2试验方法
1.2.1耐冷性检测。
选择籽粒饱满的甜瓜种子，用55 ℃温水浸种15 min，30 ℃蒸馏水浸泡过夜，置于30 ℃恒温箱中催芽，种子萌发后播种于营养钵中。待甜瓜长出3叶1心时，选择长势一致、健壮的幼苗移入（7.0±0.5）℃人工气候箱中进行低温处理，每个处理10株，重复3次。逐日观察其冷害症状，按照如下标准进行冷害分级：0级，植株正常，未表现冻害；1级，个别叶片受害；2级，有半数叶片受害，受害叶片局部或大部皱缩，但心叶正常；3级，全部叶片受害，心叶失水明显，但植株尚能恢复生长；4级，全部叶片受害，叶片严重失水萎蔫，趋向死亡。
冷害指数=1×S1+2×S2+3×S3+4×S4低温胁迫的总株数
式中，数字1～4表示冷害的级别；S1～S4表示1～4级别对应冷害的株数。
1.2.2甜瓜低温处理后生理指标的检测。
选取耐冷性最强的甜瓜品种， （5.0±0.5）℃下进行低温处理，处理时间为0、4、8、12、24、48、60 h，光照时间为10 h/d，重复3次。ABA按照植物激素脱落酸ELISA检测试剂盒（RD公司）测定。SOD、POD、APX、CAT活性及MDA含量的检测参照张以顺或张志良等[4-5]方法。
2结果与分析
2.1耐冷性检测由表1可知，低温胁迫后20份甜瓜品种耐冷性有显著差别。多数品种在5 ℃处理2 d后出现冷害，3 d后冷害指数迅速增加。在处理的第6天，甜瓜M62号、M761、超甜3号表现为较强的耐冷能力，虽然叶片失水萎蔫，当温度升高到25 ℃以上时能够恢复生长。其他品种受冷害比较严重，大多数无法恢复生长。经综合考虑，选用M62号进行后续的生理试验。
2.2甜瓜低温处理后ABA及活性氧清除酶活性检测
由图1可知，经低温处理，甜瓜内源ABA含量出现一定的波动。在低温处理的4 h内，ABA含量呈现下降趋势，处理4～12 h ABA含量有所增加，在处理12～60 h时间内仍然呈现下降-上升趋势。 由图2可知，低温处理后甜瓜POD活性显著增加，处理60 h时POD活性增加了10多倍。SOD和APX在低温处理最初几小时内活性增强，而8 h后SOD、APX活性骤减。这或许与长时间低温胁迫破坏酶活性有关。CAT活性变化呈现下降-上升-下降波动。弓葵、腰果幼苗经低温胁迫后CAT活性都表现为先升后降[6-7]，而甜瓜CAT活性则呈显著下降趋势，其原因有待进一步深入研究。MAD是膜脂过氧化产物。由图3可知，MDA含量在受到低温胁迫的12 h内迅速增加，并且在24 h达到顶峰，而后变化比较平缓，说明低温处理后膜脂过氧化主要发生在12～24 h。
3讨论
ABA作为抗逆诱导因子在植物干旱、低温、高盐等逆境胁迫中起重要作用。在黄瓜、小麦、马尾松、芦笋、番茄中经低温胁迫受ABA含量均先呈现上升趋势[8-12]。小麦抗寒品种ABA含量随气温的降低高于抗寒弱的品种，番茄中较耐低温的品种经低温处理后ABA含量增加显著，并能保持较高的ABA水平。研究中，甜瓜受低温胁迫后内源ABA含量下调，并且在胁迫处理时间内ABA含量变化不显著。这可能与甜瓜对低温敏感有一定关联。
低温胁迫时，植物体内活性氧清除酶系统受到破坏，过多的活性氧（ROS）得不到清除而导致植物受到氧化胁迫，蛋白质、膜脂、DNA及其他细胞组分受到严重损伤。在低温胁迫过程中，细胞内超氧化物阴离子自由基O2·- 与H2O2 活性氧水平升高。而活性氧清除酶POD、SOD、CAT和APX等受ABA信号的诱导和调控[13]。甜瓜在受低温胁迫最初几小时内ABA含量下降，而SOD、POD活性则呈上升趋势，说明
在低温胁迫初期抗氧化酶活性受ABA调控的影响较小，酶活活性的升高可能受活性氧含量的直接调控诱导。SOD与POD酶活性增强对活性氧的清除虽起一定作用，但大量活性氧仍无法及时清除，最终导致膜脂被氧化生成MAD。膜脂的破坏、MAD的增加又会抑制 SOD、CAT、APX酶活性，因此清除酶活性随胁迫时间的增长而逐渐降低。
低温胁迫后活性氧代谢失调是导致甜瓜幼苗脱水、萎蔫甚至死亡的主要原因之一。增强活性氧的清除能力是提高甜瓜耐冷性重要途径，而活性氧清除酶活性及其调控方式则是活性氧代谢过程关键所在。研究中，ABA与活性氧清除酶活性联系不密切。甜瓜对低温敏感也许与此相关。这为深入研究甜瓜耐冷机制提供一定的借鉴。
参考文献
[1]
刁艳，于锡宏，蒋欣梅. 低温胁迫下外源物质对番茄幼苗膜脂过氧化作用的影响[J]. 东北农业大学学报，2008， 39（5）：44-47.
[2] 李延军，王丽丽，蒋欣梅，等. 外源水杨酸诱导对番茄幼苗抗冷性的影响[J].东北农业大学学报，2006，37（4）：463-467.
[3] ZHANG H，LIU Y P，WEN F，et al.A novel rice C2H2type zinc finger protein，ZFP36，is a key player involved in abscisic acidinduced antioxidant defence and oxidative stress tolerance in rice [J].Journal of Experimental Botany，2014，65（20）：5795-5809.
[4] 张以顺，黄霞，陈云凤.植物生理学实验教程[M].北京：高等教育出版社，2009：128-145.
[5] 张志良，翟伟菁，李小方.植物生理学实验指导[M].4版.北京：高等教育出版社，2009：100-229.
[6] 杨盛昌，谢潮添，张平，等.低温胁迫下弓葵幼苗膜脂过氧化及保护酶活性的变化[J].园艺学报，2003，3（1）：104-106.
[7] 梁李宏，梅新，林锋，等.低温胁迫对腰果幼苗叶片组织结构和生理指标的影响[J].生态环境学报，2009，18（1）：317-320.
[8] 杨佳明，司龙亭，闫世江，等. 黄瓜叶片内源激素含量与耐低温性的关系研究[J].安徽农业科学，2009，37（11）：4940-4953.
[9] 王兴，于晶，杨阳，等.低温条件下不同抗旱性小麦内源激素的变化[J].麦类作物学报，2009，29（5）：827-831.
[10] 杨章旗. 低温胁迫下内源脱落酸对马尾松优良种源抗寒性的调节作用[J]. 广西植物， 2011，31（4）：501-506.
[11] 苗金龙，乜兰春，石立哲，等.低温对芦笋萌芽及其激素含量的影响[J].园艺学报，2011，38（1）：165-170.
[12] 乔志霞.番茄内源激素含量与其耐温度胁迫的关系[D].北京：中国农业大学，2004： 30-31.
[13] 许树成，丁海东，鲁瑞，等.ABA在植物细胞抗氧化防护过程中的作用[J].中国农业大学学报，2008，1（2）：11-19.
关键词甜瓜；冷胁迫；脱落酸；活性氧清除酶
中图分类号S332.5文献标识码
A文章编号0517-6611（2014）36-12816-02
Abstract [Objective]The research aimed to study whether ABA was correlated with reactiveoxygenscavenging enzymes in melon. [Method] The chilling index of 20 thinskin melons was studied and the contents of ABA and MAD were manipulated， and the activities of POD， SOD， APX and CAT were tested. [Result] ABA content was increased after decreased periodically， but had no significant change .The activities of POD， SOD and APX were increased and CAT decreased in first hours under chilling stress. After 24 h chilling treatment， POD activity continued to increase， and other enzymes activities decreased. [Conclusion] ABA wasn’t sensitive to chilling stress and was less relevant with the activities of reactiveoxygenscavenging enzymes in melon.
Key words Melon； Chilling stress； ABA； Reactiveoxygen scavenging enzymes
甜瓜（Cucumis melo L.）是葫芦科甜瓜属植物，起源于印度和非洲，喜高温，不耐寒，当温度低于10 ℃时停止生长，当温度低于7.4 ℃时发生冷害。黑龙江地区春季天气多变，气温起伏不定，甜瓜常受低温冷害而影响其生长甚至死亡。植物遭遇低温后体内活性氧增加，膜脂过氧化，可溶性物质和电解质渗出，丙二醛（MAD）含量升高，导致细胞死亡。 脱落酸（ABA）是植物体内应答逆境胁迫的重要植物激素。在低温条件下，内源ABA含量会增加，并且能诱导增强超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）等活性氧清除酶活性[1-2]，减少低温胁迫导致大量活性氧的产生[3]。通过检测低温处理后甜瓜ABA含量及活性氧清除酶活性变化，笔者探究其应答低温胁迫的生理变化。研究表明，甜瓜抗寒规律为选育抗寒新品种具有重要的意义。
1材料与方法
1.1试验材料供试品种为哈尔滨市农业科学院西甜瓜育种研究室提供的20份甜瓜材料。
1.2试验方法
1.2.1耐冷性检测。
选择籽粒饱满的甜瓜种子，用55 ℃温水浸种15 min，30 ℃蒸馏水浸泡过夜，置于30 ℃恒温箱中催芽，种子萌发后播种于营养钵中。待甜瓜长出3叶1心时，选择长势一致、健壮的幼苗移入（7.0±0.5）℃人工气候箱中进行低温处理，每个处理10株，重复3次。逐日观察其冷害症状，按照如下标准进行冷害分级：0级，植株正常，未表现冻害；1级，个别叶片受害；2级，有半数叶片受害，受害叶片局部或大部皱缩，但心叶正常；3级，全部叶片受害，心叶失水明显，但植株尚能恢复生长；4级，全部叶片受害，叶片严重失水萎蔫，趋向死亡。
冷害指数=1×S1+2×S2+3×S3+4×S4低温胁迫的总株数
式中，数字1～4表示冷害的级别；S1～S4表示1～4级别对应冷害的株数。
1.2.2甜瓜低温处理后生理指标的检测。
选取耐冷性最强的甜瓜品种， （5.0±0.5）℃下进行低温处理，处理时间为0、4、8、12、24、48、60 h，光照时间为10 h/d，重复3次。ABA按照植物激素脱落酸ELISA检测试剂盒（RD公司）测定。SOD、POD、APX、CAT活性及MDA含量的检测参照张以顺或张志良等[4-5]方法。
2结果与分析
2.1耐冷性检测由表1可知，低温胁迫后20份甜瓜品种耐冷性有显著差别。多数品种在5 ℃处理2 d后出现冷害，3 d后冷害指数迅速增加。在处理的第6天，甜瓜M62号、M761、超甜3号表现为较强的耐冷能力，虽然叶片失水萎蔫，当温度升高到25 ℃以上时能够恢复生长。其他品种受冷害比较严重，大多数无法恢复生长。经综合考虑，选用M62号进行后续的生理试验。
2.2甜瓜低温处理后ABA及活性氧清除酶活性检测
由图1可知，经低温处理，甜瓜内源ABA含量出现一定的波动。在低温处理的4 h内，ABA含量呈现下降趋势，处理4～12 h ABA含量有所增加，在处理12～60 h时间内仍然呈现下降-上升趋势。 由图2可知，低温处理后甜瓜POD活性显著增加，处理60 h时POD活性增加了10多倍。SOD和APX在低温处理最初几小时内活性增强，而8 h后SOD、APX活性骤减。这或许与长时间低温胁迫破坏酶活性有关。CAT活性变化呈现下降-上升-下降波动。弓葵、腰果幼苗经低温胁迫后CAT活性都表现为先升后降[6-7]，而甜瓜CAT活性则呈显著下降趋势，其原因有待进一步深入研究。MAD是膜脂过氧化产物。由图3可知，MDA含量在受到低温胁迫的12 h内迅速增加，并且在24 h达到顶峰，而后变化比较平缓，说明低温处理后膜脂过氧化主要发生在12～24 h。
3讨论
ABA作为抗逆诱导因子在植物干旱、低温、高盐等逆境胁迫中起重要作用。在黄瓜、小麦、马尾松、芦笋、番茄中经低温胁迫受ABA含量均先呈现上升趋势[8-12]。小麦抗寒品种ABA含量随气温的降低高于抗寒弱的品种，番茄中较耐低温的品种经低温处理后ABA含量增加显著，并能保持较高的ABA水平。研究中，甜瓜受低温胁迫后内源ABA含量下调，并且在胁迫处理时间内ABA含量变化不显著。这可能与甜瓜对低温敏感有一定关联。
低温胁迫时，植物体内活性氧清除酶系统受到破坏，过多的活性氧（ROS）得不到清除而导致植物受到氧化胁迫，蛋白质、膜脂、DNA及其他细胞组分受到严重损伤。在低温胁迫过程中，细胞内超氧化物阴离子自由基O2·- 与H2O2 活性氧水平升高。而活性氧清除酶POD、SOD、CAT和APX等受ABA信号的诱导和调控[13]。甜瓜在受低温胁迫最初几小时内ABA含量下降，而SOD、POD活性则呈上升趋势，说明
在低温胁迫初期抗氧化酶活性受ABA调控的影响较小，酶活活性的升高可能受活性氧含量的直接调控诱导。SOD与POD酶活性增强对活性氧的清除虽起一定作用，但大量活性氧仍无法及时清除，最终导致膜脂被氧化生成MAD。膜脂的破坏、MAD的增加又会抑制 SOD、CAT、APX酶活性，因此清除酶活性随胁迫时间的增长而逐渐降低。
低温胁迫后活性氧代谢失调是导致甜瓜幼苗脱水、萎蔫甚至死亡的主要原因之一。增强活性氧的清除能力是提高甜瓜耐冷性重要途径，而活性氧清除酶活性及其调控方式则是活性氧代谢过程关键所在。研究中，ABA与活性氧清除酶活性联系不密切。甜瓜对低温敏感也许与此相关。这为深入研究甜瓜耐冷机制提供一定的借鉴。
参考文献
[1]
刁艳，于锡宏，蒋欣梅. 低温胁迫下外源物质对番茄幼苗膜脂过氧化作用的影响[J]. 东北农业大学学报，2008， 39（5）：44-47.
[2] 李延军，王丽丽，蒋欣梅，等. 外源水杨酸诱导对番茄幼苗抗冷性的影响[J].东北农业大学学报，2006，37（4）：463-467.
[3] ZHANG H，LIU Y P，WEN F，et al.A novel rice C2H2type zinc finger protein，ZFP36，is a key player involved in abscisic acidinduced antioxidant defence and oxidative stress tolerance in rice [J].Journal of Experimental Botany，2014，65（20）：5795-5809.
[4] 张以顺，黄霞，陈云凤.植物生理学实验教程[M].北京：高等教育出版社，2009：128-145.
[5] 张志良，翟伟菁，李小方.植物生理学实验指导[M].4版.北京：高等教育出版社，2009：100-229.
[6] 杨盛昌，谢潮添，张平，等.低温胁迫下弓葵幼苗膜脂过氧化及保护酶活性的变化[J].园艺学报，2003，3（1）：104-106.
[7] 梁李宏，梅新，林锋，等.低温胁迫对腰果幼苗叶片组织结构和生理指标的影响[J].生态环境学报，2009，18（1）：317-320.
[8] 杨佳明，司龙亭，闫世江，等. 黄瓜叶片内源激素含量与耐低温性的关系研究[J].安徽农业科学，2009，37（11）：4940-4953.
[9] 王兴，于晶，杨阳，等.低温条件下不同抗旱性小麦内源激素的变化[J].麦类作物学报，2009，29（5）：827-831.
[10] 杨章旗. 低温胁迫下内源脱落酸对马尾松优良种源抗寒性的调节作用[J]. 广西植物， 2011，31（4）：501-506.
[11] 苗金龙，乜兰春，石立哲，等.低温对芦笋萌芽及其激素含量的影响[J].园艺学报，2011，38（1）：165-170.
[12] 乔志霞.番茄内源激素含量与其耐温度胁迫的关系[D].北京：中国农业大学，2004： 30-31.
[13] 许树成，丁海东，鲁瑞，等.ABA在植物细胞抗氧化防护过程中的作用[J].中国农业大学学报，2008，1（2）：11-19.