高温胁迫下外源褪黑素对胶州大白菜幼苗生理特性的影响

摘    要：为研究高温胁迫下施加外源褪黑素对大白菜幼苗生理特性的影响，以胶州大白菜商品种秋季王为试材，在高温胁迫下用0、10、50、100、200、500 μmol·L-1外源褪黑素喷施胶州大白菜幼苗叶片，测定并分析胁迫处理期间不同浓度褪黑素喷施的胶州大白菜幼苗的生长指标、叶绿素含量、渗透调节物质含量、活性氧水平和抗氧化酶活性的变化。结果表明，与对照相比，大白菜幼苗叶面喷施一定浓度的褪黑素保持了高温胁迫下胶州大白菜幼苗的正常生长，减少了叶绿素的流失和相对含水量的下降，促进了可溶性蛋白质含量的积累，提高了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性，显著降低了除胁迫第1天外的丙二醛（MDA）含量和相对电导率，增强了胶州大白菜抵御高温胁迫伤害的能力。50、100、200 μmol·L-1 褪黑素处理均能提高胶州大白菜幼苗耐热性，尤以100 μmol·L-1 褪黑素处理效应最佳。

关键词：胶州大白菜；幼苗；褪黑素；高温胁迫；生理特性

中图分类号：S634.1 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）11-050-07

Effects of exogenous melatonin on growth and physiological characteristics of chinese cabbage seedlings under high temperature stress

ZHOU Haiyue， LIU Weixin， CHEN Xi， NI Runmao， ZHAO Zitong

（College of Horticulture， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， Shandong， China）

Abstract： This paper aims to study the effect of exogenous melatonin （MT） application on the physiological characteristics of Chinese cabbage seedlings under high temperature stress. The commercial variety named  Jiaozhou Chinese cabbage Autumn King was used as the test material，  10， 50， 100， 200， 500 μmol·L-1 exogenous MT sprayed the leaves of Jiaozhou Chinese cabbage seedlings under high temperature stress， and the growth indexes， chlorophyll content， osmomodulator content， reactive oxygen species level and antioxidant enzyme activities of Jiaozhou Chinese cabbage seedlings were determined and analyzed during stress treatment. The results showed that foliar spraying MT maintained the normal growth of Jiaozhou Chinese cabbage seedlings under high temperature stress， reduced the loss of chlorophyll and the decrease of relative water content， promoted the accumulation of soluble protein content， increased the activities of superoxide dismutase （SOD）， catalase （CAT） and ascorbyl peroxidase （APX）， significantly decreased the content of malondialdehyde （MDA）and relative conductivity， except the first day， and enhanced the ability of Jiaozhou Chinese cabbage seedlings to resist high temperature stress. 50、100、200 μmol·L-1 MT treatment could improve the heat tolerance of Jiaozhou Chinese cabbage seedlings. In conclusion， 100 μmol·L-1 MT treatment had the best effect on alleviating high temperature stress of Jiaozhou Chinese cabbage seedlings.

Key words： Jiaozhou Chinese cabbage; Seedlings; Melatonin; High temperature stress; Physiological characteristics

大白菜（Brassica campestris L. ssp. pekinensis）喜低温冷凉环境，幼苗期适宜温度为20～25 ℃，因此多在秋季气温偏凉时种植。胶州大白菜原产于山东省青岛市胶州市，具有味美鲜甜、营养丰富的特点，是全国农产品地理标志产品，更是青岛特产，栽培面积约4000 hm2。然而在实际生产中，秋后内陆极端高温会使胶州大白菜出现出苗受阻，叶片萎蔫、发黄甚至枯萎的现象，制约胶州大白菜生长，严重影响其产量及商品性。

褪黑素（melatonin，MT）被认为是潜在参与调控种子萌发的一种植物激素[1]。近些年研究发现MT广泛存在于高等植物体内，目前在葱科、凤梨科、天南星科、十字花科等100多种植物中均已发现MT的存在[2]，褪黑素对植物的各种生理活动起重要作用，尤其是可以缓解各种逆境对植物的损伤[3]。喷施MT能显著提高小白菜抗氧化物酶的活性[4]，间接增加抗氧化物质的含量，提高西瓜嫁接苗的低温抗性[5]；MT还能高效清除自由基从而增强黄瓜的耐冷性[6]和耐热性[7-8]，提高玉米抗盐胁迫能力[9]，缓解干旱胁迫对小麦幼苗的细胞膜造成的损害[10]。但目前关于MT缓解大白菜幼苗高温胁迫下的生理机制尚不清晰。

笔者利用不同浓度外源MT处理胶州大白菜幼苗，并与胁迫对照相比，研究高温胁迫下胶州大白菜的各项生理指标变化，揭示外源MT缓解胶州大白菜高温胁迫的作用机制，为胶州大白菜抵抗高温逆境方面的研究和实际生产中的应用提供新的思路和方法。

1 材料与方法

1.1 材料

供试的胶州大白菜商品种为秋季王，购于胶州市东茂蔬菜研究所。褪黑素购于麦克林公司（上海）。

1.2 方法

1.2.1 试验方法 试验于2022年9－12月在青岛农业大学科技楼进行。大白菜种子消毒后进行催芽，萌发的种子直接播种到50孔穴盘进行培苗，待幼苗长到2叶1心时选取长势一致的幼苗移栽到直径10 cm的圆形花盆中，基质加水混匀至成团不滴水的状态装盆，每盆1棵，放入实验室恒温培养箱进行后续的胁迫处理。每个处理20盆幼苗。光周期12 h（昼）/12 h（夜）、昼夜温度（28±1）℃/（17±1）℃。待植株子叶展平生长到5周龄后选择整齐一致的壮苗，进行喷施外源MT处理，设置6个处理浓度，分别为0（CK）、10、50、100、200和500 μmol·L-1，于夜间避光喷施，以叶片滴水为度，喷布幼苗叶片，一共喷施3次，每次间隔24 h，最后一次喷施MT 1 d后将幼苗进行高温处理，培养箱参数设定为：光周期12 h（昼）/12 h（夜），光照度1000 μmol·m-2·s-1，相对湿度75%，昼夜温度（39±1）℃/（27 ±1）℃。

1.2.2 生长指标的测定 高温胁迫11 d后进行生长指标的测定，用直尺测定幼苗的株高、叶长、根长，用游标卡尺测定茎粗。将幼苗清理干净后称鲜质量，烘干至恒质量后分别测定地上部和地下部干质量。

1.2.3 生理指标的测定 分别在胁迫的第1、3、5、7、9、11天，选取各处理长势均匀一致的植株，取其第4片真叶用于各生理指标的测定。参考高俊凤[11]的方法测定相对含水量、相对电导率和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性，采用氮蓝四唑法（NBT）测定超氧化物歧化酶（SOD）活性，采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性，采用高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶（CAT）活性，采用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白质含量。参考Heath[12]的方法测定叶绿素总含量和叶绿素a含量；采用TAD法测定丙二醛（MDA）含量[13]。上述指标均重复测定3次，以平均值作为各处理的实测值。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel整理所得数据并绘制表格和柱形图，采用IBM SPSS Statistics 26进行方差分析和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度外源MT处理对胶州大白菜形态指标的影响

2.1.1 不同浓度外源MT处理对胶州大白菜生长发育特性的影响 由图1可以看出，高温胁迫处理前3 d大白菜叶片几乎无变化，在高温胁迫第5天时CK和500 μmol·L-1MT处理组叶片出现萎蔫现象；胁迫第7天时CK和500 μmol·L-1MT处理组叶片大部分萎蔫，10 μmol·L-1MT处理组部分叶片萎蔫；胁迫第9天时200 μmol·L-1MT处理组叶片出现萎蔫；胁迫第11天时CK和500 μmol·L-1MT处理组出现植株死亡情况，10 μmol·L-1MT处理组叶片出现发黄、失绿、大面积萎蔫的现象，且无法恢复，50和200 μmol·L-1MT处理组有部分叶片萎蔫，100 μmol·L-1MT处理组表现正常。由表1可以看出，喷施MT能显著提高高温胁迫下大白菜的各项生长指标（除地下部干质量和500 μmol·L-1MT处理的茎粗），且随喷施浓度的增加总体上呈先上升再下降的趋势，其中喷施100 μmol·L-1MT处理的株高、叶长、根长、茎粗、鲜质量、总干质量、地上部干质量和地下部干质量最高，分别比CK显著增加36.17%、46.31%、151.42%、73.31%、115.14%、78.87%、77.41%、192.62%。

2.1.2 高温胁迫下MT处理对苗期胶州大白菜叶片叶绿素含量的影响 由图2可以看出，除第1天和第7天500 μmol·L-1 MT处理外，高温胁迫下所有喷施MT处理的总叶绿素和叶绿素a含量均高于CK。CK和500 μmol·L-1 MT处理的总叶绿素和叶绿素a含量在11 d内持续下降，而10、50、100、200 μmol·L-1 MT处理的总叶绿素和叶绿素a含量随胁迫时间增加呈先上升后下降的变化趋势，各处理的总叶绿素和叶绿素a含量在第5天达到最高，其中50、100、200 μmol·L-1 MT处理的总叶绿素和叶绿素a含量（第1天除外）在高温胁迫时均高于CK，胁迫第11天时分别比CK显著增加56.63%、63.02%、27.67%和69.04%、87.66%、57.12%。

2.2 外源MT对高温胁迫下大白菜幼苗生理特性的影响

2.2.1 外源MT对高温胁迫下大白菜幼苗渗透调节系统的影响 由图3-A可以看出，随胁迫时间增加，叶片可溶性蛋白质含量呈先上升后下降的变化趋势，第5天时所有处理的可溶性蛋白质含量均达到最高，喷施外源MT的各处理降幅整体均小于CK，其中100 μmol·L-1 MT处理的可溶性蛋白质含量（除第1天外）均高于其他处理，在高温第5天和第11天时100 μmol·L-1 MT处理分别比CK显著提高62.52%和119.34%。