（蔬菜学专业论文）高温胁迫对黄瓜幼苗耐热性的研究.pdf

川 “ ! l i i i i ii i1 1 1i i i i l l , y 17 英文缩写符号及中英文对照表 英文缩写英文全称中文全称 - c ac a l c i u m 钙 c a tc a t a l a s e 过氧化氢酶 d d a y天 e l e l e c t r o l y t i cl e a k a g e电解质渗透率 n b tn i t r o t e t r a z o l i u mb l u ec h l o r i d e 氯化硝基氮蓝四唑 hh o u r 小时 h 2 0 zh y d r o g e np e r o x i d e 。 过氧化氢 ll i t r e 升 m d a m a l o n a l d e h y d e丙二醛 m g m i l l i g r a m毫克 m mm i l l i m e t e r 毫米 0 2 。s u p e r o x i d ea n i o n超氧阴离子 p o d p e r o x y d a s e过氧化物酶 s o d s u p e r o x i d ed i s m u t a s e超氧化物歧化酶 s a s a l i c y l i ca c i d 水杨酸 t r t r a n s p i r a t i o nr a t e蒸腾速率 i t m o l m i c r o m o l 微摩尔 o 一 5 3 8 l j 烈 1 ：； ! ； ! ； ! ； 一6 6 6 7 1 2 3 种子活力鉴定：7 1 2 4 花粉活力鉴定7 1 3 高温逆境对蔬菜作物生理特性的影响7 1 3 1 质膜透性与热稳定性7 1 3 2 渗透调节与蔬菜耐热性9 1 3 3 热激蛋白与蔬菜耐热性1 0 1 3 4 高温胁迫下蔬菜酶保护系统变化1 2 1 3 5 高温胁迫下蔬菜光合作用和呼吸作用变化1 4 1 3 6 高温胁迫下蔬菜激素含量变化1 5 1 3 7 外源抗高温物质的研究概况1 6 1 4 蔬菜耐热性遗传规律l8 1 5 蔬菜耐热性研究中存在的问题1 9 1 6 本研究的目的和意义1 9 2 材料与方法2 0 2 1 供试材料2 0 2 2 试验设计2 0 2 2 1 高温胁迫对黄瓜苗期耐热性的影响2 0 2 2 2 高温胁迫对耐热能力不同材料及杂交后代耐热性的影响2 0 2 2 3 水杨酸和钙对黄瓜苗期耐热性的影响2 0 2 3 测定项目与方法2 l 2 4 数据分析2 2 3 结果与分析2 3 3 1 高温胁迫对黄瓜苗期相关酶活性及渗透调节物质的影响2 3 3 1 1 高温胁迫对黄瓜苗期保护酶活性的影响2 3 3 1 2 高温胁迫对黄瓜苗期脯氨酸含量的影响2 5 3 1 3 高温胁迫对黄瓜苗期膜透性和丙二醛含量的影响2 5 3 2 高温胁迫对耐热能力不同黄瓜材料及其f l 代幼苗的影响。2 7 3 2 1 高温胁迫对不同黄瓜材料及其f l 代幼苗保护酶活性的影响2 9 3 2 1 1 高温胁迫对不同黄瓜材料及其f 1 代幼苗s o d 活性的影响2 9 3 2 1 2 高温胁迫下f i 代黄瓜幼苗s o d 酶活性的杂种优势分析3 0 3 2 1 3 高温胁迫对不同黄瓜材料及其f l 代p o d 酶活性的影响3 0 3 2 1 4 高温胁迫下f l 代黄瓜幼苗p o d 酶活性的杂种优势分析3 1 3 2 1 5 高温胁迫对不同黄瓜材料及其f 1 代c a t 酶活性的影响3 1 3 2 1 6 高温胁迫下f i 代黄瓜幼苗c a t 酶活性的杂种优势分析3 1 3 2 2 高温胁迫对不同黄瓜材料及其f l 代脯氨酸含量的影响3 3 3 2 2 1 高温胁迫对不同黄瓜材料及其f l 代脯氨酸含量的影响3 4 3 2 2 2 高温胁迫下f l 代黄瓜幼苗脯氨酸含量的杂种优势分析3 5 3 2 3 高温胁迫对不同黄瓜材料及其f l 代膜透性和丙二醛含量的影响3 5 3 2 3 1 高温胁迫对不同黄瓜材料及其f l 代膜透性的影响3 6 3 2 3 2 高温胁迫下f i 代黄瓜幼苗膜透性的杂种优势分析3 7 3 2 3 3 高温胁迫对不同黄瓜材料及其f l 代丙二醛含量的影响3 8 3 2 3 4 高温胁迫下f l 代黄瓜幼苗丙二醛含量的杂种优势分析3 9 3 3 不同浓度s a 和c a c l 2 对热胁迫下黄瓜幼苗保护酶活性的影响4 0 3 3 1 不同浓度s a 对热胁迫下黄瓜幼苗保护酶活性的影响4 0 3 3 1 1 不同浓度s a 对热胁迫下黄瓜幼苗s o d 活性的影响4 0 3 3 1 2 不同浓度s a 对热胁迫下黄瓜幼苗p o d 活性的影响4 1 3 3 1 3 不同浓度s a 对热胁迫下黄瓜幼苗c a t 活性的影响4 2 3 3 2 不同浓度e a c h 处理对对高温胁迫下黄瓜幼苗保护酶活性影响的分 析4 3 3 3 2 1 不同浓度c a c l 2 处理对对高温胁迫下黄瓜幼苗s o d 活性的影响4 3 3 3 2 2 不同浓度c a c l 2 处理对高温胁迫下黄瓜幼苗p o d 活性的影响4 4 3 3 2 3 不同浓度c a c h 处理对对高温胁迫下黄瓜幼苗c a t 活性的影响4 5 3 3 3s a 和c a c l 2 单一及复配诱导对热胁迫下黄瓜幼苗保护酶活性影响的 分析4 6 3 3 3 1s a 和c a c l 2 单一及复配诱导对热胁迫下黄瓜幼苗s o d 活性的影响 4 6 3 3 3 。2s a 和c a c l 2 单一及复配诱导对热胁迫下黄瓜幼苗p o d 活性的影响 z 1 8 3 3 3 3s a 和c a c h 单一及复配诱导对热胁迫下黄瓜幼苗c a t 活性的影响 z 1 8 3 3 4s a 和c a c l 2 单一及复配诱导对热胁迫下黄瓜幼苗丙二醛含量的影响 z 1 8 3 3 5 不同处理对热胁迫下黄瓜幼苗脯氨酸含量的影响5 0 4 讨论5l 4 1 高温胁迫对黄瓜相关酶活性的影响5 1 4 2 高温胁迫对黄瓜脯氨酸含量的影响5 2 4 3 高温胁迫对黄瓜膜透性和丙二醛含量的影响5 2 4 4s a 和c a c l 2 对黄瓜苗期耐热性的诱导。5 4 4 4 1 s a 对黄瓜苗期耐热性的诱导5 4 4 4 2c a c l 2 对黄瓜苗期耐热性的诱导5 4 4 4 3s a 和c a c l 2 复配对黄瓜苗期耐热性的诱导5 4 5 结论5 6 参考文献5 7 致谢。6 8 攻读硕士学位期间发表论文6 9 d h 一 山东农业大学硕士学位论文 中文摘要 黄瓜( c u c u m i ss a t i v u sl ) 是喜温蔬菜，不耐高温。高温胁迫是影响夏 季黄瓜生产的主要环境因子。本试验以耐热能力不同的四个黄瓜自交系及 其杂交一代幼苗为试材，研究了高温胁迫对黄瓜生理特性的影响、黄瓜耐 热性的遗传规律及外源物质对黄瓜耐热能力的影响。主要研究结果如下： 1 高温胁迫下，黄瓜幼苗保护酶( s o d 、p o d 、c a t ) 活性、脯氨酸 和丙二醛( m d a ) 含量、电导率均显著增加，这表明幼苗因高温而受到 伤害，幼苗对高温亦做出积极的响应来减少高温伤害。不同材料对高温胁 迫的反应不同，耐热能力强的2 号自交系在胁迫发生后s o d 、p o d 、c a t 活性迅速上升，连续升高3 天后才开始下降，且能保持较高水平，表明其 清除活性氧能力强，另外脯氨酸含量亦大幅度上升，有利于维持细胞的渗 透势，从而减轻高温伤害，这从其高温胁迫后较低的电导率及较低的丙二 醛含量就可看出。而热敏感的3 号自交系在高温胁迫后s o d 、p o d 、c a t 活性虽也迅速增加，但增加幅度不如2 号自交系，且连增2 天后就开始下 降，整个胁迫期其保护酶活性均低于耐热材料，表明其对高温适应能力差， 遇高温胁迫受伤害严重。 2 无论亲本是热敏材料还是耐热材料，杂交均可以提高f l 代体内的 s o d 、p o d 、c a t 酶活性，使其表现出优于亲本的对高温胁迫的耐受力。 但材料不同，后代的表现亦不一致。两亲本均为耐热材料，其后代在高温 胁迫下保护酶活性亦高。耐热亲本与热敏亲本杂交，后代在高温胁迫下保 护酶活性介于两亲本之间，偏向耐热亲本。而两个热敏亲本杂交，后代遇 高温胁迫时保护酶活性低。耐热材料的杂交一代在高温逆境下有较高的脯 氨酸含量，说明其对高温逆境有较强的适应能力，同时耐热材料和热敏材 料杂交，其后代具有较低的相对电导率和丙二醛含量，说明杂交可以提高 后代对高温逆境的适应性。两个耐热亲本的后代耐热能力强，耐热与热敏 亲本杂交，其后代耐热能力与耐热亲本相近，两个热敏材料杂交，其后代 耐热能力弱，在杂交育种过程中，要保证后代的耐热能力强，至少亲本之 一要耐热能力强。 3 5 0 9 m 0 1 l 、1 0 0 9 m o l l - 1 、2 0 0 a m o l l 以的s a 处理过的黄瓜幼苗的 保护酶活性明显高于对照水平，其中用1 0 0 p m o l l 。1 s a 的提高效果最明显。 高温胁迫对黄瓜幼苗耐热性的研究 5m m o l l 、1 0m m o l l 叫和1 5m m o l - l “的c a c h 处理过的黄瓜幼苗，在经 过三天的高温逆境胁迫以后，其s o d 、p o d 和c a t 的活性显著高于对照 水平，其中1 0m m o l l 以处理过的效果最明显。 4 1 0 0 1 m a o l l 叱s a 和10m m o l l 以c a c l 2 复配诱导可以使黄瓜幼苗在高 温逆境中保持着高于对照处理的保护酶活性、脯氨酸含量，以及低的相对 电导率和低的丙二醛含量，这就说明了此浓度的复配处理可以提高黄瓜幼 苗对高温逆境的抵抗能力，但是此浓度的复配处理效果却差于 1 0 0 k t m o l l 以s a 以及1 0m m o l - l dc a c l 2 的单一处理，这也就说明了此浓度的 s a 和c a c l 2 的单一处理黄瓜幼苗，对高温逆境的抵抗能力优于此浓度的 复配处理，即此浓度的复配处理存在拮抗情况。 关键词：黄瓜，高温胁迫，抗氧化系统，渗透调节，水杨酸，钙离子 2 山东农业大学硕士学位论文 a b s 。i r a c t c u c u m b e r ( c u c u m i ss a t i v u sl ) i sat h e r m o p h i l i cv e g e t a b l e ，a n dc a l l t g r o wn o r m a l l yu n d e rh i g ht e m p e r a t u r e h e a ts t r e s si st h em a i nr e s t r i c tf a c t o r t h a ti n h i b i t st h eg r o w t ho fc u c u m b e ri ns u m m e r i nt h i se x p e r i m e n t ，w es t u d i e d t h ep h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fc u c u m b e ru n d e rh e a ts t r e s s ，t h ei n h e r i t a n c e o fh e a tr e s i s t a n c ea n dt h ea f f e c t so fe x o g e n o u ss u b s t a n c e so nh e a tr e s i s t a n c e 、析t hf o u rd i f f e r e n th e a t - r e s i s t a n tc u c u m b e ri n b r e dl i n e sa n dt h e i rf i r s t g e n e r a t i o n sa st h et e s tm a t e r i a l s t h em a i n r e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： 1t h ea c t i v i t i e so fs o d ，p o da n dc a t , c o n t e n t so fp r a l i n ea n dm d a i n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yu n d e rh e a ts t r e s s t l l i si n d i c a t e dt h a tt h es e e d l i n g sw e r e i n j u r e du n d e rh i 曲t e m p e r a t u r ea n dap o s i t i v er e s p o n s ew a si n d u c e dt or e d u c e t h eh e a td a m a g e t h er e a c t i o n so ff o u rm a t e r i a l so nh e a ts t r e s sw e r ed i f f e r e n t n l ea c t i v i t i e so fs o d ，p o da n dc a ti n c r e a s e dr a p i d l yi ni n b r e dl i n e sn o 2 ( h e a t r e s i s t a n c e ) ，a n dd e c r e a s e d3d a y sl a t e r ，b u tm a i n t a i n e dh i g hl e v e l ，w h i c h s h o w e dt h a tt h ei n b r e dl i n e sh a dt h eh i g ha b i l i t yt os c a v e n g et h ea c t i v eo x y g e n t h ep r o l i n ec o n t e n ti n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yu n d e rh e a ts t r e s s ，w h i c hw a sg o o d t ot h em a i n t e n a n c eo fc e l lo s m o t i cp o t e n t i a la n dt or e d u c eh e a ti n j u r y 1 1 ：l i sc a n b es e e nf r o mt h el o w e re l e c c t r o l y t i cl e a k a g ea n dl o w e rm d ac o n t e n tu n d e r h e a ts t r e s s n ea c t i v i t i e so fs o d ，p o da n dc a ti n c r e a s e dr a p i d l yi ni n b r e d l i n e sn o 3 ( h e a t - s e n s i t i v e ) ，h o w e v e r , t h er a t ei sl o w e rt h a ni n b r e dl i n e sn o 2 ， a n dd e c r e a s e d2 d a y s l a t e r n l e p r o t e c t i v ee n z y m e s a c t i v i t i e sw e r e s i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a nt h eh e a t r e s i s t a n tm a t e r i a l su n d e rh e a ts t r e s s ，s h o w e d t h a th a dl o w e ra b i l i t yt oa d a p tt oh i g ht e m p e r a t u r e ，a n dw a ss e r i o u s l yi n j u r e d u n d e rh e a ts t r e s s 2w h e t h e rp a r e n t sw e r eh e a ts e n s i t i v eo rh e a tr e s i s t a n c em a t e r i a l s ，t h e a c t i v i t i e so fs o d ，p o da n dc a ti nt h ef lg e n e r a t i o nw e r ei n c r e a s e du n d e r h e a ts t r e s s ，a n ds h o w e db e t t e rp e r f o r m a n c et h a ni t sp a r e n t s t h ep e r f o r m a n c e s t oh e a ts t r e s so ff lg e n e r a t i o n sw e r ed i f f e r e n t 、衍md i f f e r e n tp a r e n tm a t e r i a l s t 1 1 eh y b r i dg e n e r a t i o nh a dh i g hp r o t e c t i v ee n z y m ea c t i v i t i e su n d e rh i g h t e m p e r a t u r es t r e s s w h e ni t sp a r e n t sw e r eh e a t - r e s i s t a n tm a t e r i a l s ，h a dm i d 3 高温胁迫对黄瓜幼苗耐热性的研究 p r o t e c t i v ee n z y m ea c t i v i t i e s ( t e n dt ot h eh e a t - r e s i s t a n c e ) w h e np a r e m sw e r e h e a tr e s i s t a n c ea n dh e a t - s e n s i t i v em a t e r i a l s ，a n dh a dl o w e rp r o t e c t i v ee n z y m e a c t i v i t i e sw h e nt h ep a r e n t sw e r eh e a t - s e n s i t i v em a t e r i a l s t h ep r o l i n ec o n t e n t o ff lg e n e r a t i o no fh e a t r e s i s t a n tm a t e r i a l si n c r e a s e du n d e rh e a ts t r e s s t h efi g e n e r a t i o n sh a dal o w e rr e l a t i v ec o n d u c t i v i t ya n dm d a c o n t e n tw h e ni t s p a r e m sw e r eh e a t r e s i s t a n t m a t e r i a l sa n dh e a t - s e n s i t i v em a t e r i a l ，w h i c h i n d i c a t e dt h a tt h ea d a p t a b i l i t yo fc u c u m b e rt oh e a ts t r e s sc o u l db ei n c r e a s e db y u s eo fh y b r i d h e a t - r e s i s t a n to f f s p r i n go ft w op a r e n t sh e a tc a p a c i t y ；h e a ta n d t h e r m a lh y b r i dp a r e m s ，t h e i ro f f s p r i n gh e a tr e s i s t a n c ea n dh e a tr e s i s t a n c e s i m i l a rt ot h ep a r e r s ；t w oh y b r i dt h e r m a lm a t e r i a l ，t h eh e a tc a p a c i t yo fw e a k o f f s p r i n g ，s o i nt h ep r o c e s so fc r o s sb r e e d i n g ，w em u s te n s u r et h a tf u t u r e g e n e r a t i o n so f t h eh e a tc a p a c i t y , a tl e a s to n eo ft h ep a r e m sa b i l i t yt oh e a t 3 t h ep r o t e c t i v ee n z y m ea c t i v i t i e so fc u c u m b e rs e e d l i n g su n d e r5 0 9 m o l l 1 ， 10 0 l t m o l l ，2 0 0 1 x m o l l s at r e a t m e n t sw e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nc k ， a n dt h eb e s tp e r f o r m a n c ew a so b s e r v e du n d e r10 0 9 m o l l s at r e a t m e n t a f t e r 3d a y so fh e a ts t r e s s ，t h ea c t i v i t i e so fs o d ，p o da n dc a to fc u c u m b e r s e e d l i n g s u n d e r5 m m o l l ，10 m m o l l 1a n d 15 m m o l l 1o fc a c l 2 t r e a t m e n t sw e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nc k ，a n dt h eb e s tp e r f o r m a n c ew a s f o u n du n d e r10m m o l l c a c l 2t r e a t m e n t 4 u n d e rh e a ts t r e s s ，p r o t e c t i v ee n z y m e sa c t i v i t i e s ，p r o l i n ec o n t e mo f c u c u m b e rs e e d l i n g st r e a t e dw i t hlo o g m o l l qs aa n dlo m m o l l 1c a c l 2w e r e s i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nc k , w h e r e a sr e l a t i v ec o n d u c t i v i t ya n dm d a c o m e n t w e r es i g n i f i c a n t l yl o w e r t h i si n d i c a t e dt h a tt h eh e a t - r e s i s t a n c eo fc u c u m b e r s e e d l i n g s w a si n c r e a s e db yt h ec o m p o u n dt r e a t m e n t h o w e v e r , t h e p e r f o r m a n c eo fc u c u m b e rs e e d l i n g su n d e rt h ec o m p o u n d t r e a t m e n tw a s 、v o r s e t h a nu n d e rs i n g l et r e a t m e n t so f10 01 t m o l l - 1s aa n d10m m o l l e a c h w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h e r ew e r ea n m g o m s me x i s t e db e t w e e ns aa n dc a c l 2 k e y w o r d s ：c u c u m b e r ；h i g ht e m p e r a t u r e ；a n t i o x i d a t i o ns y s t e m ；c a l c i u m ； a n t i o x i d a t i o ns y s t e m ；o s m o r e g u l a t i o n 4 山东农业大学硕士学位论文 1 引言 黄瓜别名胡瓜、王瓜、刺瓜，起源于亚热带，在我国已经有2 0 0 0 多 年的栽培历史，属于喜温性植物，温度超过3 5 c 时，黄瓜的生长就会受到 严重影响。近年来由于温室效应，全球气温明显升高，露地和设施栽培 中均存在高温热害，夏季设施中最高达5 0 c ，严重影响黄瓜的产量和品质。 因此，如何缓解高温对黄瓜的胁迫及克服高温胁迫障碍成为近年黄瓜抗逆 生理研究的重要内容。解除热胁迫的根本措施是培育耐热品种，而培育耐 热品种的首要问题是必须深入了解黄瓜在热胁迫条件下的生长生理生化 特性，摸清其在热胁迫下的生长发育特性，找出与耐热相关的性状和指标， 有针对性地进行耐热资源的筛选和培育。高温会使黄瓜幼苗的生理代谢紊 乱，生长受到抑制，水杨酸( s a ) 是植物体内自身合成的一种类似植物 激素的酚类化合物，它能够激活植物过敏反应和系统获得性抗性。有研 究证明，外源s a 可缓解高温胁迫对黄瓜幼苗生长所产生的抑制作用( 孙 艳，崔鸿文等，2 0 0 0 ) ，s a 还可显著提高马铃薯、芥菜幼苗、豌豆及高 羊茅幼苗的耐热性。c a 2 + 作为植物体必需的营养元素，更作为偶联胞外信 号与胞内生理生化反应的第二信使，能提高植物对渗透胁迫、盐胁迫等逆 境的抵抗能力( 陈立松，刘星辉，1 9 9 8 ) 。当植物受到逆境胁迫时，胞内 c a ，水平瞬间升高，并将胁迫信号转导到细胞内，启动基因表达，诱导和 激活一系列生理生化反应，提高植物对逆境的适应性。通过高温胁迫条件 下的材料筛选，可以选出耐热性更好的黄瓜材料，通过外物诱导，可以使 黄瓜在高温逆境下的生理生化特性得到改善，对于生产有重要意义。 1 1 高温胁迫的温度和类型 1 1 1 高温胁迫的温度 不同属、科的蔬菜作物对高温的忍耐性程度有很大差异，根据蔬菜作 物对温度适应性与其起源地的关系，把蔬菜作物分为三种类型( 1 ) 喜凉 性蔬菜，高温胁迫的温度界限是2 0 。例如耐寒性多年生宿根蔬菜，耐 寒蔬菜和半耐寒蔬菜，这类蔬菜在0 - 一2 0 c 的温度环境下生长发育，超过 2 0 ，同化机能减退( 2 ) 中温性蔬菜，高温胁迫的温度界限是3 0 ，在 1 0 - - - - 3 0 的温度环境下生长发育，超过3 5 就会受到伤害( 3 ) 耐热蔬菜， 高温胁迫对黄瓜幼苗耐热性的研究 高温胁迫的温度界限是4 5 ，温度超过4 5 时受到伤害，例如一些耐热 的瓜类。 1 1 2 高温胁迫类型 高温胁迫一般情况下分为两种类型，一种是长期处于稍高于生长适宜 温度下的高温胁迫，另一种是短时间处于较高温度条件下的高温胁迫。这 两种胁迫导致的伤害称为间接伤害和直接伤害，前者引起的伤害多为间接 伤害，导致蔬菜作物的代谢异常，其过程常常是缓慢的，因细胞失水而造 成一系列的代谢失调，致使生长不良，类似旱害。后者常常导致直接伤害， 使细胞质的结构发生变化，症状可以在部位之间蔓延，原因可能是蛋白质 变性、脂类液化等造成膜伤害。 1 2 蔬菜耐热性鉴定方法研究进展 1 2 1 外部形态鉴定 高温对植物的外部形态及生长发育的影响往往比较直观，易引起人们 的重视。高温使幼苗徒长，植株长势变弱。以外部形态在高温胁迫条件下 的反常变化或经济性状变化为依据来鉴定蔬菜耐热性，是一种比较直观现 实的方法，容易为科研工作者所接受，也是深入研究的基础。高温胁迫下， 植物的外部形态往往发生反常的变化，从而影响植物的正常生长发育，使 其经济性状发生变化。在高温胁迫中萝卜耐热品种的叶型为板叶，叶面积 大、叶厚、叶色深绿、功能叶多，表明萝卜叶的外部形态可能是衡量其品 种耐热性的重要指标( 韩笑冰等，1 9 9 7 ) 。萝卜高温胁迫下死株率与自由 水束缚水的比率呈极显著相关，相关系数达0 9 7 4 ( 陈火英等，1 9 9 2 ) 。高 温下番茄的坐果率作为番茄收获前预测品种耐热性的重要指标，产量成为 评价番茄耐热性的突出表现因素( 刘进生，1 9 9 4 ) 。高温下白菜结球性可 以作为大白菜耐热性的一个重要指标( 罗少波等，1 9 9 6 ) 。而吴国胜( 1 9 9 5 ) 认为上述方法在温带地区难以适用，提出苗期经3 2 、l o d 的高温胁迫， 叶片皱缩反卷是大白菜发生热害的代表症状，能够稳定准确地鉴别品种的 耐热性，并把代表症状划分为0 - - - 4 级。对甘蓝叶片的蜡粉密度及机构与 其耐热性的研究认为，甘蓝叶片的蜡粉密度及结构对其耐热性无影响 ( w e i k e r s o ，e t a l ，1 9 9 4 ) 。但随后的研究认为，甘蓝耐热性可能与蜡粉晶 粒的结构和数量有关，影响其结球能力( w e i k e r s o ，e t a l ，1 9 9 5 ) 6 山东农业大学硕士学位论文 1 2 2 电导法鉴定 s u l l i v a n l 9 7 7 年首次将电导法用于测定细胞膜热稳定性，此后该法被 普遍应用。大白菜经高温胁迫后，电导百分率、半致死温度和半致死时间 的变化可能更好地反映品种间的耐热性差异( 司家钢等，1 9 9 5 ) 。 1 2 3 种子活力鉴定 种子活力是种子一些性状的综合表现，与种子发芽或发芽后幼苗的各 个方面均有联系，可以表现为对不利条件的感受性。因此测定高温下不同 蔬菜或同一种蔬菜不同品种的种子活力，可以在一定程度上反映它们抗热 性的强弱。可用卷纸巾法、e p s 夹板法、玻璃板垂直发芽法等测定种子发 芽指数( g i ) 和幼苗生长势( s ) ，计算不同处理种子在高温下的活力指数v i ( v i = g i s ) ，指数越高，抗热性越强( 尚庆茂等，1 9 9 6 ) 。对芹菜、菜 豆、辣椒3 种蔬菜作物研究表明，在高温胁迫下，种子活力和种子a t p ( 三 磷酸腺苷) 水平下降，其下降率可望作为作物抗热性的鉴定指标( 余新文 等，1 9 9 4 ) 。 1 2 4 花粉活力鉴定 对于食用果荚、种子的蔬菜而言，高温下配子体能保持正常的授粉受 精能力，是确定其具有较强抗热性一个重要指标。常用方法是在植株开花 时，经高温胁迫后，染色观察畸形花粉粒比例或统计比较花粉粒在 b r e w b a k e r 或k w a c k 培养基上的萌发率，从而鉴定其耐热性。番茄在高温 胁迫下，不耐热品种有活力的花粉迅速减少，花粉萌发率大幅度降低，而 且品种间差异极显著( 尹贤贵等，2 0 0 1 ) ；辣椒不同耐热性品种在高温胁 迫下，花粉、花药发育过程出现异常、花粉生活力、体外萌发率下降，花 粉管生长延迟，正在生长的花粉管伸长停滞，这些影响不耐热品种比耐热 性品种表现更为明显( 韩笑冰等，1 9 9 6 ) 。短时( 1 0 m i n ) 高温处理，可使 辣椒、白菜、茄子、番茄、黄瓜、丝瓜、苦瓜等花粉的生活力明显下降( 王 少先，1 9 9 7 ；王少先等，1 9 9 9 ) 。菜豆在高温条件下花粉总粒数增加，但 不耐热品种较耐热品种增加更多的畸形花粉，用t t c 染色检验，这些花 粉已丧失活力( 沈征言，1 9 9 3 ) 。 1 3 高温逆境对蔬菜作物生理特性的影响 1 3 1 质膜透性与热稳定性 7 高温胁迫对黄瓜幼苗耐热性的研究 细胞膜系统是热损伤和抗热的中心，细胞膜的热稳定性反映了植物耐 热能力。细胞内膜系统的损伤是高温下植株外部形态表现异常的重要原因 之一。高温下细胞内膜系统的半透性逐步丧失，依赖于膜的信号传递系统 和代谢系统发生紊乱是高温引起细胞伤害的主要反应。各种生物膜对高温 的敏感性有所不同，类囊体膜比线粒体膜和原生质膜更易受到高温的伤害 ( s a n t a r i u sk a 等，1 9 8 0 ) ，液胞膜对高温的敏感性高于质膜( 刘箭等， 1 9 9 5 ) 。 首先高温下产生大量的自由基，使膜内类脂双分子层中的不饱和脂肪 酸链氧化分解，从而造成膜结构的破坏。膜脂过氧化的中间产物自由基和 最终产物丙二醛会对生物膜产生严重损伤，膜脂过氧化对生物膜的影响除 了引起膜中类脂的变化之外，还会使膜蛋白质发生聚合和交联，从而直接 影响膜的流动性和透性，对植物体产生伤害( 陈少裕等，1 9 8 9 ) 。其次高 温引起膜类脂液化，从而破坏了膜的结构和功能。有研究表明，高温逆境 中植物类囊体膜脂肪酸饱和度的提高可能会引起许多生理生化的变化，这 些变化的综合结果表现为植物耐热性的提高。p e a r c y ( 1 9 7 8 ) 观察到高温锻 炼会使植物细胞膜系统脂肪酸的饱和程度有所提高，并由此导致耐热性的 增强；而s a n t a r i u s 等( 1 9 7 9 ) 研究表明菠菜光合作用热稳定性的增加与类 囊体膜脂的饱和程度无关。再次是高温引起膜蛋白的变性、降解、合成或 装配受阻、组分发生变化及膜蛋白与膜类脂的物理性分离，从而导致膜蛋 白构象与膜结构的改变。h e c k a t h o r n sa 等( 1 9 9 8 ) 在高温胁迫后的小麦叶 片细胞间质中发现有核编码的叶绿体蛋白的积累，表明高温可能会引起叶 绿体蛋白运输和装配障碍，f e r g u s o nk l 等( 1 9 9 3 ) 观察到高温下小麦类囊 体膜蛋白质的降解过程，a i k _ h a t i b k 等( 1 9 9 0 ) 研究表明高温可引起菜豆类 囊体膜蛋白的结构发生可逆和不可逆的变化，t a k e u c h it s 等( 1 9 9 4 ) 发现 高温可引起大麦类囊体膜蛋白的组分发生变化( 当然，这既可能是高温伤 害的结果，也可能是植物对高温的主动适应) 。 高温胁迫伤害细胞膜，改变膜透性，胞质外渗量增加，组织浸出液中 电解质浓度随之增高，电导度升高。测定质膜透性的方法之一是将处理温 度或时间和细胞伤害率用l o g i s t i c 方程进行拟合，求出该方程出现拐点 时的时间值或温度值，并以此作为植物叶片组织的高温半致死时间或最高 山东农业大学硕士学位论文 半致死温度的估计值，从而反应植物材料的田间抗热性( 宋洪元等，1 9 9 8 ) 。 对6 个甘蓝材料的试验结果表明，利用电解质相对渗漏量( l ) 达5 0 分 在其中起着重要作用。高温胁迫下萝b 的死株率与自由水束缚水之比值 呈极显著正相关，二者相关系数达0 9 7 4 ( 陈火英等，1 9 9 2 ) 。对大白菜 的研究表明，耐热品种比不耐热品种叶细胞具有更高的膜伤害温度 ( l t 5 0 ) ，能鉴定甘蓝材料耐热性( 李成琼等，1 9 9 8 ) 。另一种方法是测定 电导百分率，以此反映品种抗热性。对黄瓜的研究表明，用电导百分率法 测定黄瓜不同品种的耐热性是有效的( 谷崇光等，1 9 9 1 ；罗少波等，1 9 9 6 ； 马德华等，1 9 9 9 ) 。利用分光光度法测定蔬菜组织浸出液在2 6 0 r i m 处的 光密度值( o d 2 6 0 值) ，以此测定电解质渗透率，计算不同处理的高温致 死时间，可作为蔬菜抗热性鉴定指标( 尚庆茂等，1 9 9 6 ) 。田间鉴定小白 菜茎间节长、单株重、商品产量等三个耐热性评价指标与电解质渗透率的 相关性达极显著水平( 周伟华等，1 9 9 9 ) 。罗少波( 1 9 9 6 ) 、陆世均等( 1 9 9 0 ) 对早熟大白菜耐热性鉴定技术研究的结果表明，电导百分率法的测定结果 与田间鉴定结果有大致对应关系，耐热性与植株电导率呈明显的负相关， 电导法是测定大白菜耐热性较可靠的方法。大量试验表明，高温下细胞膜 系统的稳定性与植物的抗热性呈正相关。 1 3 2 渗透调节与蔬菜耐热性 渗透调节是植物耐热和抵御高温逆境的重要生理机制，高温胁迫诱发 细胞脱水是高温伤害的重要原因( 刘祖棋等，1 9 9 5 ) 。耐热品种在高温逆 境下水分吸收和丧失能在较大范围内保持平衡，因而表现较强的抗热能 力。研究认为压力势高且相对含水量高的品种具有较好的抗热性，自由水 束缚水的比值的高低与高温胁迫下植物死亡率呈正相关。 高温胁迫下萝b 的死株率与自由水束缚水之比值呈极显著正相关， 二者相关系数达0 9 7 4 ( 陈火英等，1 9 9 2 ) 。对大白菜的研究表明，耐热品 种比不耐热品种叶细胞具有更高的含水量和束缚水、较大的气孔密度和蒸 腾速率( 叶陈亮等，1 9 9 6 ) 。脯氨酸是一种有助于作物抵御渗透胁迫的相 容渗透剂。在渗透胁迫条件下，植物会主动积累脯氨酸以降低水势，维持 体内的水分平衡，保证植物的正常生长。对不同品种辣椒的研究结果表明， 不同品种间的游离脯氨酸含量差异显著( 姚元干，1 9 9 8 ) 。耐热性较强的 9 高温胁迫对黄瓜幼苗耐热性的研究 大白菜比不耐热品种叶细胞具有较低的蛋白质降解速率，高温胁迫使耐热 品种脯氨酸含量迅速增多( 叶陈亮等，1 9 9 6 ) 。对黄瓜的研究也发现，高 温胁迫后脯氨酸含量增幅与品种耐热性呈正相关( 周莉娟，叶陈亮，1 9 9 9 ) 。 但姚元千等( 2 0 0 0 ) 认为单纯高温处理并不明显影响脯氨酸的相对含量，只 有高温和干旱共同作用才使脯氨酸含量显著增加。 1 3 3 热激蛋白与蔬菜耐热性 热激蛋白h s p ( s ) ( h e a ts h o c kp r o t e i n s ) 是生物体遭受高于其正常生长 温度8 1 2 ( 一般称为亚致死温度s u b - l e t h a lt e m p e r a t u r e ) 时，体内新合 成的或含量增加的一系列蛋白质。热激蛋白具有高度的保守性，它存在于 迄今为止研究过的所有生物中，如微生物、植物、动物。其种类很多，分 子量以几千道尔顿到几十万道尔顿。一般高等植物中以低分子量热激蛋白 为主，高分子量热激蛋白主要出现在哺乳类动物中。植物热激蛋白可存在 于细胞膜、细胞核、细胞质和各种细胞器中。一般7 0 k d 的