全 文 ：高温胁迫下番茄幼苗对冷激的响应*
李胜利**摇 夏亚真摇 刘摇 金摇 师晓丹摇 孙治强
(河南农业大学园艺学院, 郑州 450002)
摘摇 要摇 高温逆境是影响夏秋季蔬菜设施集约化育苗质量的主要因素之一,利用温度逆境诱
导植物产生交叉适应是植物获得抗逆性的一种有效手段.为探索冷激强度对番茄幼苗高温胁
迫的缓解效应,试验采用人工气候箱模拟夏季设施中的高温胁迫,研究了不同冷激温度(5、
10、15 益)和冷激持续时间(10、20、30 min)对番茄幼苗生长、生物膜保护系统的影响,并研究
了单次适宜冷激处理对番茄小分子热激蛋白 LeHSP23. 8 和 CaHSP18 基因表达的影响. 结果
表明: 在高温胁迫前对番茄幼苗进行冷激处理可以抑制其下胚轴的伸长和株高的生长.冷激
缓解番茄幼苗高温胁迫的效应在不同冷激温度下表现出不同的变化趋势;5 益冷激处理抑制
了番茄幼苗抗氧化酶活性的升高,使细胞膜透性增大,对幼苗产生伤害;10 益冷激处理对番
茄幼苗高温胁迫的缓解效应随冷激时间的延长呈降低趋势;而 15 益冷激处理缓解番茄幼苗
高温胁迫的效应随冷激时间的延长呈增加趋势.适宜冷激温度和冷激持续时间能够诱导番茄
幼苗对高温逆境的交叉适应性,在高温胁迫前将番茄幼苗进行温度为 10 益、持续 10 min的冷
激处理效果最佳,与对照相比,显著提高了高温胁迫下番茄幼苗植株单株干质量和壮苗指数,
降低了番茄幼苗叶片相对电导率和丙二醛含量,促进了脯氨酸和可溶性蛋白的积累,提高了
番茄幼苗叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT) 3 种抗氧化酶
活性,并诱导了小分子热激蛋白基因 LeHSP23. 8 和 CaHSP18 在常温条件下的上调表达.
关键词摇 冷激摇 高温胁迫摇 番茄幼苗摇 生物膜保护系统摇 小分子热激蛋白
*河南省蔬菜产业技术体系项目(S2010鄄03鄄03)和国家大宗蔬菜产业技术体系专项(CARS鄄25鄄C06)资助.
**通讯作者. E鄄mail: lslhc@ yeah. net
2013鄄12鄄12 收稿,2014鄄07鄄24 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)10-2927-08摇 中图分类号摇 S641. 2摇 文献标识码摇 A
Effects of cold鄄shock on tomato seedlings under high temperature stress. LI Sheng鄄li, XIA
Ya鄄zhen, LIU Jin, SHI Xiao鄄dan, SUN Zhi鄄qiang (College of Horticulture, Henan Agricultural
University, Zhengzhou 450002, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(10): 2927-2934.
Abstract: High temperature stress (HTS) is one of the major limiting factors that affect the quality
of intensively cultured seedlings in protected facilitates during hot season. Increasing the cross
adaptive response of plant induced by temperature stress is an effective way to improve plant stress
resistance. In order to explore the alleviating effect of cold鄄shock intensity on tomato seedlings
under HTS, tomato seedlings were subjected to cold鄄shock treatments every day with 5 益, 10 益,
and 15 益 for 10 min, 20 min, and 30 min, respectively, in an artificial climate chamber. The
effect of single appropriate cold鄄shock on the gene expression of small heat shock proteins LeHSP
23. 8 and CaHSP18 was investigated. The results showed that hypocotyl elongation and plant height
of tomato seedlings were restrained by cold鄄shock treatment before HTS was met. The alleviating
effect of tomato seedlings under HTS by cold鄄shock varied greatly with levels and durations of tem鄄
perature. The membrane lipids in the leaf of tomato seedlings were subjected to peroxidation injury
in the cold鄄shock treatment at 5 益, in which the penetration of cell membrane was increased and
the activities of antioxidant enzyme was inhibited. The alleviating effect to HTS by cold鄄shock was
decreased with the increasing cold鄄shock duration at 10 益, however, a reverse change was found at
15 益 . The results indicated that cross adaptive response of tomato seedling could be induced with a
moderate cold鄄shock temperature for a proper duration before HTS was met. The optimum cold鄄
shock treatment was at 10 益 for 10 min per day, under which, the dry mass, healthy index, activi鄄
ties of protective enzymes (including SOD, POD and CAT) in leaves of tomato seedlings were sig鄄
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 10 月摇 第 25 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2014, 25(10): 2927-2934
nificantly increased, the contents of proline and soluble protein were enhanced, relative conductivi鄄
ty and malondialdehyde concentration were significantly decreased, and the expression levels of Le鄄
HSP23. 8 and CaHSP18 were increased compared with that under normal temperature condition.
Key words: cold鄄shock; high temperature stress; tomato seedlings; biomembrane protection sys鄄
tem; small heat shock protein.
摇 摇 由于温度不断上升造成的高温胁迫已成为世界
许多地区农业生产的一个主要问题,短暂或持续的
高温引起了植株一系列的生理变化,如光合暗呼吸、
膜稳定性、线粒体呼吸等,这些都影响了植株的生长
发育,致使经济产量急剧下降[1-2] .因高温激发了过
量的呼吸和光合电子传递,导致对植株有毒害作用
的活性氧如超氧化氢和过氧化氢的产生[3] . 通过一
些措施来诱导植株对热胁迫的忍受能力受到了极大
的关注,主要方法有基因工程[4-5]、育种[6-7]、外源生
长调节物质[8-9]、渗透调节物质[10]和钙离子[11-13]
等.基因工程和育种需要耗费大量的时间,外源物质
使用效果受不同作物、不同基因型的影响而得出各
异的结论.利用温度逆境锻炼诱导植物交叉适应性
是植物获得抗逆性的另一有效手段,如 Fu 等[14]发
现,对黑麦进行低温锻炼后,其耐热性明显提高;马
德华等[15-16]研究表明,高温锻炼和低温锻炼均可提
高黄瓜幼苗的耐高温能力;张俊环等[17-18]在葡萄上
的研究表明,8 益低温锻炼能够诱导葡萄幼苗对高
温逆境的交叉适应性,保护叶绿体、线粒体等膜结构
免受高温胁迫伤害,低温锻炼可增强葡萄叶片中
sHSPl7. 6 基因在高温胁迫条件下的表达水平.
番茄作为一种喜温性作物,在夏秋季设施育苗
中,由于透明材料的覆盖,40 益以上高温经常出现,
高温胁迫常常造成幼苗徒长、花芽分化不良等问题,
最终影响产量和品质,高温逆境已成为夏秋季蔬菜
集约化育苗生产中的重要限制因子[19-21] .冷激在番
茄集约化育苗中已被验证是一种有效的措施,但适
宜的冷激强度在不同的研究中则有不同的结论,如
Huang和 Chin[22]研究表明,5 益冷水刺激可增强番
茄幼苗抗高温胁迫的能力;但 Allen 和 Ort[23]认为,
当番茄植株遭受 10 益以下低温时,光合器官功能失
调.另外,冷水刺激这种低温诱导措施受基质湿度的
影响,频繁的冷水灌溉容易增加湿度,在高温高湿的
设施环境中应用受到限制. 为了探明番茄集约化育
苗时适宜的冷激强度,本试验采用直接冷激这种不
增加空气和基质湿度的低温诱导措施,研究不同冷
激温度和冷激时间对番茄幼苗生长、叶片生物膜保
护系统的影响,通过单次适宜冷激探讨小分子热激
蛋白基因 LeHSP23. 8 和 CaHSP18 表达对适宜冷激
强度的反应,从生理生化和分子生物学角度阐释冷
激对缓解幼苗高温胁迫效应的机理,为番茄夏季集
约化育苗环境调控提供理论支撑.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验材料和培养条件
试验于 2012 年 12 月—2013 年 2 月在河南农业
大学园艺学院蔬菜栽培实验室内进行,供试番茄
(Solanum lycopersicon)品种为“粉都 77冶,由河南豫
艺种业提供.种子经浸种消毒、催芽后,播于装有复
合基质的 72 孔穴盘中,在适温人工气候室内育苗,
昼温(28依1) 益,夜温(22依1) 益,光周期 12 h / 12 h,
光照强度 800 滋mol·m-2·s-1,相对湿度 70% .当幼
苗子叶展平真叶露出时,选择生长基本一致的幼苗
移入模拟外界夏季晴天自然条件温度变化规律的人
工气 候 箱 中. 该 人 工 气 候 箱 的 光 强 为 800
滋mol·m-2·s-1,相对湿度为 70% ,光周期 12 h / 12
h;8:00—12:00 温度为 28 ~ 32 益,12:00—16:00 温
度为(38依1) 益(4 h的高温胁迫),16:00—20:00 温
度为 28 ~ 32 益,20:00—次日 8:00 温度为 25 益 .
1郾 2摇 冷激处理
试验共设 10 个处理:幼苗子叶展平后开始进行
冷激处理,在每天 10:00 进行冷激锻炼(高温胁迫前
2 h),分别将番茄幼苗移入 5、10、15 益的人工气候
箱中,冷激持续时间分别设为 10、20、30 min,然后将
幼苗再移回原模拟夏季温度变化的人工气候箱中,
对照幼苗一直在模拟夏季温度变化的人工气候箱中
生长(表 1).每个处理 30 株,重复 3 次,采用随机区
组排列,在冷激锻炼处理第 21 天(4 片真叶时)、高
温胁迫 4 h后开始取样,测定各项生理指标.
在冷激强度生理试验筛选的基础上,选择在适
温人工气候箱中生长一致的 120 棵番茄幼苗(3 ~ 4
片真叶),放入模拟夏季温度变化的人工气候箱中
适应 2 d后,第 3 天 8:00(高温胁迫前 4 h)将番茄幼
苗放入 10 益的人工气候箱中,冷激处理 10 min 后
移回原模拟夏季温度变化的人工气候箱中,对照为
在模拟夏季温度变化的人工气候箱中生长的番茄幼
8292 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
表 1摇 试验设计
Table 1摇 Experimental design
处理
Treatment
冷激温度
Temperature of
cold鄄shock (益)
冷激持续时间
Duration of
cold鄄shock (min)
T1 5 10
T2 5 20
T3 5 30
T4 10 10
T5 10 20
T6 10 30
T7 15 10
T8 15 20
T9 15 30
CK 0 0
苗,分别在冷激后 0、2、4、8、12、24 h 取样,每次取样
重复 3 次,取样后放入液氮迅速冷冻,用于 RNA 的
提取.
1郾 3摇 测定项目及方法
1郾 3郾 1 生长指标的测定 摇 每个处理随机取 8 株,用
自来水冲洗干净后擦干,用于生长指标的测定,重复
3 次.株高和下胚轴长用直尺测量:从茎基部到生长
点的长度作为株高,茎基部到子叶基部的长度作为
下胚轴长;茎粗采用游标卡尺测量,测量部位为子叶
基部;单株干质量采用烘干法测量,105 益 杀青
15 min,75 益烘干至恒量,称干质量;壮苗指数采用
以下公式计算:
SI= 覬H 伊W
式中: SI 为壮苗指数; 覬 为茎粗 ( cm);H 为株高
(cm);W为单株干质量(mg).
1郾 3郾 2 生理指标的测定摇 取番茄幼苗的第 2 和第 3
片真叶,用于生理指标测定. 参考王学奎[24]提出的
方法:采用电导仪法测定相对电导率;采用考马斯亮
蓝 G鄄250 染色法测定可溶性蛋白质含量;采用磺基
水杨酸法测定脯氨酸含量;采用硫代巴比妥酸法测
定丙二醛含量.保护酶活性的测定参考李合生[25]提
出的方法,略有改动:分别取鲜样 0. 5 ~ 1 g,液氮速
冻后放置-70 益冰箱保存,测定时分别用相应的磷
酸缓冲液研磨匀浆.超氧化物歧化酶(SOD)活性采用
氮蓝四唑法测定,SOD 活性以抑制 NBT 光化还原的
一半为一个酶活性单位;过氧化物酶(POD)活性采用
愈创木酚法测定,以每分钟内 A470变化 0. 01 为一个
活性单位;过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外分光光度
法测定,以每分钟内 A240变化为一个活性单位.
1郾 3郾 3 实时荧光 PCR 分析 摇 采用 Trizol 小量 RNA
试剂盒(TaKaRa)提取总 RNA;反转录合成第一链
cDNA使用能够去除基因组 DNA污染的试剂盒 Pri鄄
meScriptTM RT reagent Kit with gDNA Eraser ( Taka鄄
ra);利用 genscritp 网站设计番茄 CaHSP18 基因(登
录号: AY284925 ) 和 LeHSP23. 8 基因 (登录号:
AB017134)引物序列,其序列分别为 P1:5忆鄄ACATCT鄄
TCGACCCAGTCTCC鄄3忆,P2:5忆鄄CAGAGGTTTCACGAG鄄
CAGAG鄄3忆; P3:5忆鄄TTCTCCATTCGTAGCTGCA鄄3忆, P4:
5忆鄄ACATCCCATCCTCTTCTTGC鄄3忆; 内 参 使 用 番 茄
EF1鄄琢基因(Genbank no. X53043. 1),P5:5忆鄄TACTG鄄
GTGGTTTTGAAGCTG鄄3忆; P6: 5忆鄄AACTTCCTTCAC鄄
GATTTCATCATA鄄3忆[26] .用 Bio鄄Rad 的 iQrM5 多重实
时荧光定量 PCR仪,以各取样时间点的 cNDA 为模
板,反应体系为 20 滋L,包括 8. 5 滋L的 SYBR GreenII
混合液(Takara公司生产),9. 5 滋L cDNA和 1 滋L的
F / R引物.荧光定量 PCR条件设置为:95 益 30 s;95
益 5 s,59 益 35 s,40 个循环 (荧光的采集在 59
益),反应完成后分析荧光值变化曲线和溶解曲线,
查看每个基因的扩增情况,导出相应的阈值循环数
(cycle at threshold,Ct),在 Excel 中进行统计分析.
采用 2鄄吟吟CT计算各取样时间点基因的相对表达,
重复 3 次.
1郾 4摇 数据处理
采用 DPS 7. 5 和 Microsoft Excel 2003 统计分析
软件对数据进行差异显著性检验 ( LSD 法, 琢 =
0郾 05),采用 SigmaPlot 10. 0 软件进行绘图,数据均
采用平均值依标准误表示.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 冷激对高温胁迫下番茄幼苗生长指标的影响
由表 2 可以看出,冷激抑制了番茄幼苗下胚轴
的伸长,降低了幼苗株高的生长,除了 T7(冷激温度
15 益,持续 10 min),所有冷激处理番茄幼苗的株高
和下胚轴均低于 CK.冷激强度对幼苗的形态指标有
较大影响,随着冷激温度的降低和冷激持续时间的
延长,幼苗的株高、茎粗、下胚轴长度基本呈下降趋
势.适宜的冷激温度与持续时间有利于番茄幼苗干
物质积累与壮苗指数的提高,5 益冷激条件下的 3
个时间处理,番茄幼苗营养生长受抑制较大,幼苗的
茎粗、干质量和壮苗指数均低于 CK. T4处理(冷激
温度 10 益,持续时间 10 min)番茄幼苗的茎粗与单
株干质量为 2. 82 mm和 109. 24 mg,比 CK分别提高
了 24. 2%和 48. 0% ,与 CK 差异达到显著水平,反
映幼苗综合素质的壮苗指数达到 3. 81,在所有处理
中最高.
929210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李胜利等: 高温胁迫下番茄幼苗对冷激的响应摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 冷激对高温胁迫下番茄幼苗生长指标的影响
Table 2摇 Effects of cold鄄shock on the growth of tomato seedlings under high temperature stress
处理
Treatment
株高
Plant height
(cm)
茎粗
Stem diameter
(mm)
下胚轴长
Hypocotyl length
(cm)
单株干质量
Dry mass
(mg)
壮苗指数
Healthy index
T1 5. 68依0. 17e 2. 11依0. 54bc 3. 92依0. 05b 51. 40依1. 81de 1. 92依0. 094c
T2 5. 55依0. 67e 1. 64依0. 21f 3. 81依0. 06bc 35. 21依8. 13e 1. 03依0. 12d
T3 6. 7 5依0. 20cd 1. 83依0. 54def 3. 20依0. 13d 67. 59依11. 90cd 1. 84依0. 09c
T4 8. 12依0. 32a 2. 82依0. 29a 3. 88依0. 09b 109. 24依8. 89a 3. 81依0. 17a
T5 8. 09依0. 12ab 2. 03依0. 54bc 3. 79依0. 17bc 95. 68依10. 77ab 2. 65依0. 32b
T6 6. 98依0. 13cd 1. 79依0. 90ef 3. 67依0. 09bc 69. 62依3. 58c 1. 78依0. 07c
T7 8. 50依0. 18a 2. 83依0. 44a 4. 43依0. 04a 84. 24依5. 21c 2. 80依0. 05c
T8 7. 30依0. 15bc 2. 06依0. 65bc 3. 62依0. 04e 70. 23依1. 97c 1. 98依0. 07c
T9 6. 34依0. 35de 2. 00依0. 60cde 3. 89依0. 05b 93. 82依4. 47ab 3. 00依0. 25b
CK 8. 51依0. 54a 2. 27依0. 65b 4. 19依0. 06a 73. 82依4. 14c 1. 98依0. 09c
同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0. 05) Different small letters in the same column meant significant difference at 0. 05 level among treat鄄
ments.
2郾 2摇 冷激对高温胁迫下番茄幼苗脯氨酸和可溶性
蛋白含量的影响
植物中游离脯氨酸具有调节渗透及保护细胞膜
结构稳定的作用,其含量高低与植物的抗逆性有极
大的相关性[27] . 从图 1 可以看出,所有冷激处理的
番茄幼苗叶片脯氨酸含量均高于 CK,这说明高温前
对番茄幼苗进行冷激处理可以诱导番茄幼苗的抗高
温能力.脯氨酸含量与冷激温度和冷激持续时间有
很大关系,在 5 益冷激条件下,随着冷激时间的延
长,脯氨酸含量呈降低趋势,而在 10 益和 15 益冷激
处理中,脯氨酸含量则随着冷激时间的延长呈先增
加后降低趋势. 其中冷激处理 T5(冷激温度 10 益,
持续时间 20 min)和 T4(冷激温度 10 益,持续时间
10 min)番茄幼苗脯氨酸含量与 CK 相比差异达到
了极显著水平,脯氨酸含量分别提高了 42. 7%和
39. 4% .
高温胁迫下可溶性蛋白含量与作物的耐热性密
切相关[28] ,由图1可以看出,冷激处理不同程度增
图 1摇 冷激对高温胁迫下番茄幼苗叶片脯氨酸、可溶性蛋白、丙二醛含量和相对电导率的影响
Fig. 1摇 Effects of cold鄄shock on proline, soluble protein, malondialdehyde contents and relative conductivity in leaves of tomato seed鄄
lings under high temperature stress.
不同小写字母表示处理间差异显著(P<0. 05) Different small letters meant significant difference at 0. 05 level among treatments. 下同 The same
below.
0392 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
加了番茄幼苗叶片可溶性蛋白含量,冷激强度对番
茄幼苗可溶性蛋白含量有较大影响.在 5 益的冷激
处理中,随着冷激时间的延长,其可溶性蛋白含量呈
增加趋势,而在 10 益和 15 益冷激处理中,可溶性蛋
白含量随着冷激时间的延长呈降低趋势. 10 益冷激
处理番茄幼苗可溶性蛋白含量均高于同时间 5 益和
15 益 处理,其中 T4 (冷激温度 10 益,持续时间
10 min)处理番茄幼苗可溶性蛋白含量在所有处理
中最高,比 CK提高了 42. 2% ,差异达到显著水平.
2郾 3摇 冷激对高温胁迫下番茄幼苗膜透性和丙二醛
含量的影响
由图 1 可以看出,冷激温度和持续时间对番茄
幼苗叶片相对电导率和丙二醛含量有较大影响. 在
试验的温度范围内,5 益处理的相对电导率和丙二
醛含量高于 10 益和 15 益处理,5 益冷激条件下持
续 10、20、30 min 的 3 个处理番茄幼苗相对电导率
和丙二醛含量均高于 CK;而 10 益和 15 益冷激处理
的番茄幼苗相对电导率和丙二醛含量均低于 CK,与
15 益处理不同的是,在 10 益处理中,随着冷激持续
时间的延长其丙二醛含量逐渐升高,其中 T4(冷激
温度 10 益,持续时间 10 min)与 T7(冷激温度15 益,
持续时间 30 min)2 个处理番茄幼苗丙二醛含量最
低,比 CK 分别降低了 16. 9%和 19. 7% ,差异达显
著水平.这说明适宜的冷激温度与冷激持续时间可
以明显减少高温胁迫下幼苗叶片膜脂过氧化反应的
发生,有效缓解高温胁迫引起的叶片相对电导率的
升高,但过低的冷激温度或过长的冷激持续时间也
会造成番茄幼苗叶片内的电解质外渗,从而使相对
电导率增加.
2郾 4摇 冷激对高温胁迫下番茄幼苗叶片保护酶活性
的影响
SOD、POD、CAT是清除自由基重要的抗氧化酶
类,在植物抗氧化系统中发挥着重要作用[29] . 由图
2 可以看出,冷激强度对高温胁迫下番茄幼苗叶片
SOD、CAT和 POD活性的影响有较大差异. 5 益冷激
温度下番茄幼苗叶片 3 种酶的活性均低于 CK,而
10 益、15 益冷激温度下,适宜的冷激持续时间则有
利于番茄幼苗叶片 3 种酶活性的升高. 不同冷激温
度下,冷激持续时间对 3 种酶的活性存在不同的累
积效应,在 10 益的处理中,随冷激持续时间的延长,
其 SOD、CAT和 POD活性均呈降低趋势,而在 15 益
的处理中,3 种酶的活性则呈现相反的趋势,其中
SOD、CAT和 POD活性的最高值均出现在 T4(冷激
温度 10 益,持续时间 10 min)处理中,分别比 CK提
高了 15. 2% 、14. 2%和 23. 4% ,与 CK 差异达到显
著水平.
2郾 5摇 单次冷激对 CaHSP18 和 LeHSP23. 8 基因表达
的影响
在冷激强度生理试验筛选的基础上,选择 T4
(冷激温度 10 益,持续时间 10 min)处理作为较适
冷激强度,对番茄幼苗进行单次冷激试验.从图 3 可
以看出,番茄幼苗中 CaHSP18 和 LeHSP23. 8 基因在
冷激锻炼后相对表达量变化趋势一致.在 T4处理后
0 h,番茄生长适温条件下 (0 ~ 4 h, 28 ~ 32 益)
CaHSP18 和 LeHSP23. 8 基因的表达量显著上调,在
2 h和 4 h表达量逐渐趋于回落,而在 0 ~ 4 h,CK处
理中的 CaHSP18 和 LeHSP23. 8 基因表达量几乎没
有变化.在 8 h时,番茄幼苗处于高温胁迫环境(4 ~
8 h,38 益)中,T4处理和 CK 处理的 CaHSP18、LeH鄄
SP23. 8 基因表达均表现为显著上调,但 T4处理的基
因表达量显著低于 CK 处理. 说明这两个小分子热
激蛋白基因虽然能被 T4处理的冷激强度诱导表达,
但表达量显著低于未冷激处理.冷激后 12 h 和 24 h
均处于番茄生长适温条件下(8 ~ 24 h,28 ~ 32 益),
T4处理和 CK 处理的 CaHSP18、LeHSP23. 8 基因表
达量均呈现上调,而冷激处理的基因表达量均高于
图 2摇 冷激对高温胁迫下番茄幼苗叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性的影响
Fig. 2摇 Effects of cold鄄shock on SOD, CAT and POD activities in leaves of tomato seedlings under high temperature stress.
139210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李胜利等: 高温胁迫下番茄幼苗对冷激的响应摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 3摇 单次冷激对高温胁迫下番茄幼苗 CaHSP18 和LeHSP
23. 8 基因表达的影响
Fig. 3摇 Effects of one cold鄄shock on the expression of CaHSP18
and LeHSP23. 8 in tomato seedlings under high temperature
stress.
CK处理,且在 24 h时差异达到显著水平.
3摇 讨摇 摇 论
高温胁迫下,冷激处理对番茄幼苗的直接效应
表现为株高的降低,这种矮化效应随着冷激强度的
提高而增强,这与 Huang 等[22]的研究结果相一致.
关于冷激诱导幼苗矮化效应的机理则有不同的观
点,Huang等[22]认为,冷激诱导番茄幼苗矮化效应
的主要原因是冷水刺激了乙烯的产生;但 Sun 等[30]
的研究认为,冷激诱发的矮化效应与 GA3含量变化
有关.植株株高的伸长取决于细胞的延伸生长和分
裂,其中细胞延伸生长对株高起着决定性作用[31],
持续膨压提供了细胞延伸生长所需的动力[32],多种
植物激素在细胞的延伸生长中起着重要的作用. 本
试验中的冷激处理作为一种不同于冷水刺激的诱导
方式,从激素水平探明其矮化效应的机理还需要进
一步研究.
植物在高温逆境下的伤害与脂质透性的增加是
高温伤害的本质之一,高温胁迫加剧膜脂过氧化作
用,导致膜蛋白变性和生物膜结构发生变化,造成植
物体内正常的生理功能被破坏,许多生理生化代谢
不能正常进行.植物自身的抗氧化防御酶促系统主
要由 SOD、POD、CAT和抗坏血酸过氧化物酶(APX)
等构成,它们能有效减少活性氧积累,维护膜结构完
整.正常条件下,植物抗氧化系统处于相对较低的水
平,当植物接受适度的逆境诱导过程后,作为植物对
外界逆境因子的适应性反应才表现出上升的态
势[33] .本试验中,高温胁迫之前的冷激处理作为一
种逆境诱导,提前启动了番茄幼苗的抗氧化系统,这
与张俊环[17]在葡萄幼苗上进行的温度逆境交叉锻
炼改善其抗逆性的研究结果相一致. 冷激处理对番
茄幼苗的诱导效应取决于冷激温度,番茄作为一种
喜温性的作物,适宜的冷激温度为 10 益,而 5 益的
冷激处理则成了一种低温胁迫,降低了抗氧化酶的
活性,增加了细胞膜的透性,这与 Huang 等[22]和
Sun等[30]的观点不同,后者认为 5 益冷水刺激可以
显著提高番茄幼苗的抗高温能力. 这可能与两者冷
激处理方法不同有关,本试验是将番茄幼苗直接放
在 5 益的人工气候室中进行冷激, Huang 等[22]和
Sun等[30]是用 5 益的冷水进行冷激处理,同样是
5 益,冷水处理较为缓和.
小分子热激蛋白 ( small heat shock protein,
sHSP)是热激蛋白家族的异类分子质量在 15 ~
30 KD的热激蛋白,它们在植物的耐热性中起着重
要作用[34] .许多研究表明,sHSP 是植物对逆境因素
产生的与植物抗性有关的应激蛋白[18] .试验结果表
明,10 益持续 10 min 的冷激强度锻炼能够诱导
CaHSP18 和 LeHSP23. 8 基因在常温下表达,这与前
人的研究结果相一致[34-35] . 冷激诱导 CaHSP18 和
LeHSP23. 8 基因上调表达具有时效性,冷激之后 4 h
这种效应逐渐回落,但冷激处理后 24 h(次日 8:00,
开始光照,温度由 25 益上升至 28 ~ 32 益),CaH鄄
SP18 和 LeHSP23. 8 基因表达量又显著高于对照,关
于冷激处理诱导基因周期表达的现象未见报道,其
原因是否因为冷激处理使其对温度逆境反应具有
“记忆冶功能,还需要进一步验证.
综上所述,冷激处理是缓解番茄幼苗高温胁迫
的一种有效方法,对于番茄幼苗每天进行 10 益持续
10 min的冷激处理可以显著提高幼苗的健壮程度,
但在集约化育苗中如何选择经济可行的冷激措施,
还需要进一步研究与之相配套的工程技术.
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作者简介 摇 李胜利,男,1975 年生,博士,副教授. 主要从事
设施园艺及集约化生产研究. E鄄mail: lslhc@ yeah. net
责任编辑摇 张凤丽
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