高温胁迫下番茄幼苗对冷激的响应

书书书高温胁迫下番茄幼苗对冷激的响应*李胜利＊＊夏亚真 刘 金 师晓丹 孙治强 河南农业大学园艺学院 ， 郑州 450002摘 要 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 ℃ 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 ℃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 ℃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 ℃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 ℃、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 冷激 高温胁迫 番茄幼苗 生物膜保护系统 小分子热激蛋白* 河南省蔬菜产业技术体系项目 S2010-03-03 和国家大宗蔬菜产业技术体系专项 CAＲS-25-C06 资助 ．＊＊通讯作者 ． E-mail lslhc yeah． net2013-12-12 收稿 ， 2014-07-24 接受 ．文章编号 1001－9332 2014 10－2927－08中图分类号 S641．2 文献标识码 AEffects of cold-shock on tomato seedlings under high temperature stress． LI Sheng-li， XIAYa-zhen， LIU Jin， SHI Xiao-dan， SUN Zhi-qiang College of Horticulture， Henan AgriculturalUniversity， Zhengzhou 450002， China ． -Chin． J． Appl． Ecol． ， 2014， 25 10 2927－2934．Abstract High temperature stress HTS is one of the major limiting factors that affect the qualityof intensively cultured seedlings in protected facilitates during hot season． Increasing the crossadaptive response of plant induced by temperature stress is an effective way to improve plant stressresistance． In order to explore the alleviating effect of cold-shock intensity on tomato seedlingsunder HTS， tomato seedlings were subjected to cold-shock treatments every day with 5 ℃， 10 ℃，and 15 ℃ for 10 min， 20 min， and 30 min， respectively， in an artificial climate chamber． Theeffect of single appropriate cold-shock on the gene expression of small heat shock proteins LeH-SP23．8 and CaHSP18 was investigated． The results showed that hypocotyl elongation and plantheight of tomato seedlings were restrained by cold-shock treatment before HTS was met． The allevia-ting effect of tomato seedlings under HTS by cold-shock varied greatly with levels and durations oftemperature． The membrane lipids in the leaf of tomato seedlings were subjected to peroxidation in-jury in the cold-shock treatment at 5 ℃， in which the penetration of cell membrane was increasedand the activities of antioxidant enzyme was inhibited． The alleviating effect to HTS by cold-shockwas decreased with the increasing cold-shock duration at 10 ℃， however， a reverse change wasfound at 15 ℃． The results indicated that cross adaptive response of tomato seedling could be in-duced with a moderate cold-shock temperature for a proper duration before HTS was met． The opti-mum cold-shock treatment was at 10 ℃ for 10 min per day， under which， the dry mass， healthy in-dex， activities of protective enzymes including SOD， POD and CAT in leaves of tomato seedlings were应 用 生 态 学 报 2014 年 10 月 第 25 卷 第 10 期Chinese Journal of Applied Ecology， Oct． 2014， 25 10 2927－2934DOI10.13287/j.1001-9332.20140801.014significantly increased， the contents of proline and soluble protein were enhanced， relative conductivityand malondialdehyde concentration were significantly decreased， and the expression levels of LeHSP23．8 and CaHSP18 were increased compared with that under normal temperature condition．Key words cold-shock; high temperature stress; tomato seedlings; biomembrane protection sys-tem; small heat shock protein．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 ℃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 ℃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 ℃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 ℃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 材料与方法1. 1 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”， 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 281 ℃， 夜温 221 ℃， 光周期 12 h/12 h，光照强度 800 μmolm－2s－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 800μmolm－2s－1， 相对湿度为 70， 光周期 12 h/12h; 8 0012 00 温度为 28 ～32 ℃， 12 0016 00 温度为 381 ℃ 4 h 的高温胁迫 ， 16 0020 00 温度为 28 ～32 ℃， 20 00次日 8 00 温度为 25 ℃．1. 2 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 ℃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 ℃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 用 生 态 学 报 25 卷表 1 试验设计Table 1 Experimental design处理Treatment冷激温度Temperature ofcold-shock ℃冷激持续时间Duration ofcold-shock minT15 10T25 20T35 30T410 10T510 20T610 30T715 10T815 20T915 30CK 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. 3 测定项目及方法1. 3. 1 生长指标的测定 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 ℃ 杀青 15 min， 75 ℃烘干至恒量 ， 称干质量 ; 壮苗指数采用以下公式计算 SIHW式中 SI 为壮苗指数 ;  为茎粗 cm ; H 为株高 cm ; W 为单株干质量 mg ．1. 3. 2 生理指标的测定 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-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 ℃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. 3. 3 实时荧光 PCＲ 分析 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-meScriptTMＲT reagent Kit with gDNA Eraser Taka-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-ACATCTTCGACCCAGTCTCC-3， P2 5-CAGAG-GTTTCACGAGCAGAG-3; P3 5-TTCTCCATTCG-TAGCTGCA-3， P4 5-ACATCCCATCCTCTTCTTGC-3; 内参使用番茄 EF1-α 基因 Genbank no． X53043．1 ， P5 5-TACTGGTGGTTTTGAAGCTG-3; P6 5-AACTTCCTTCACGATTTCATCATA-3［ 26］． 用 Bio-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 μL， 包括 8． 5 μL的 SYBＲ GreenII 混合液 Takara 公司生产 ， 9． 5 μLcDNA 和 1 μL 的 F/Ｒ 引物 ． 荧光定量 PCＲ 条件设置为 95 ℃ 30 s; 95 ℃ 5 s， 59 ℃ 35 s， 40 个循环 荧光的采集在 59 ℃ ， 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-△△CT 计算各取样时间点基因的相对表达 ， 重复 3 次 ．1. 4 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 ， α0. 05 ， 采用 SigmaPlot 10． 0 软件进行绘图 ， 数据均采用平均值 标准误表示 ．2 结果与分析2. 1 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 ℃， 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 ℃ 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 ℃， 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 李胜利等 高温胁迫下番茄幼苗对冷激的响应表 2 冷激对高温胁迫下番茄幼苗生长指标的影响Table 2 Effects of cold-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 indexT15．680．17e 2．110．54bc 3．920．05b 51．401．81de 1．920．094cT25．550．67e 1．640．21f 3．810．06bc 35．218．13e 1．030．12dT36．7 50．20cd 1．830．54def 3．200．13d 67．5911．90cd 1．840．09cT48．120．32a 2．820．29a 3．880．09b 109．248．89a 3．810．17aT58．090．12ab 2．030．54bc 3．790．17bc 95．6810．77ab 2．650．32bT66．980．13cd 1．790．90ef 3．670．09bc 69．623．58c 1．780．07cT78．500．18a 2．830．44a 4．430．04a 84．245．21c 2．800．05cT87．300．15bc 2．060．65bc 3．620．04e 70．231．97c 1．980．07cT96．340．35de 2．000．60cde 3．890．05b 93．824．47ab 3．000．25bCK 8．510．54a 2．270．65b 4．190．06a 73．824．14c 1．980．09c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-ments．2. 2 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 ℃ 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 ℃和 15 ℃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 ℃，持续时间 20 min 和 T4 冷激温度 10 ℃， 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 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 Effects of cold-shock on proline， soluble protein， malondialdehyde contents and relative conductivity in leaves of tomato seed-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 samebelow．0392 应 用 生 态 学 报 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 ℃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 ℃和 15 ℃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 ℃冷激处理番茄幼苗可溶性蛋白含量均高于同时间 5 ℃和 15℃处理 ， 其中 T4 冷激温度 10 ℃， 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. 3 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 ℃ 处理的相对电导率和丙二醛含量高于 10 ℃和 15 ℃处理 ， 5 ℃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 ℃和 15 ℃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 ℃处理不同的是 ， 在 10 ℃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 ℃， 持 续 时 间 10 min 与 T7 冷 激 温度 15 ℃， 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. 4 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 ℃ 冷激温度下番茄幼苗叶片 3 种酶的活性均低于 CK， 而10 ℃、15 ℃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 ℃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 ℃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 ℃， 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. 5 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 ℃， 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℃ 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 ℃ 中 ， T4处理和 CK 处理的 CaHSP18、LeHSP23．8 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 24h 均处于番茄生长适温条件下 8 ～24 h， 28 ～32 ℃ ， 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 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 Effects of cold-shock on SOD， CAT and POD activities in leaves of tomato seedlings under high temperature stress．139210 期 李胜利等 高温胁迫下番茄幼苗对冷激的响应图 3 单次冷激对高温胁迫下番茄幼苗 CaHSP18和 LeHSP23．8 基因表达的影响Fig．3 Effects of one cold-shock on the expression of CaHSP18and LeHSP23． 8 in tomato seedlings under high temperaturestress．CK 处理 ， 且在 24 h 时差异达到显著水平 ．3 讨 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 ℃， 而 5℃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 ℃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 ℃的人工气候室中进行冷激 ， Huang 等［ 22］和Sun 等［ 30］是用 5 ℃ 的冷水进行冷激处理 ， 同样是 5 ℃， 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 ℃ 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 ℃ 上升至 28 ～ 32 ℃ ， CaH-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 ”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 ℃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 ．参考文献［ 1］ Almeselmani M， Deshmukh PS， Sairam ＲK， et al． Pro-tective role of antioxidant enzymes under high tempera-ture stress． Plant Science， 2006， 171 382－388［ 2］ Wahid A， Gelani S， Ashraf M． Heat tolerance inplants An overview． Environmental and Experimental2392 应 用 生 态 学 报 25 卷Botany， 2007， 61 199－223［ 3］ Loreto F， Velikova V． Isoprene produced by leaves pro-tects the photosynthetic apparatus against ozone damage，quenches ozone products， and reduces lipid peroxidationof cellular membranes． Plant Physiology， 2001， 1271781－1787［ 4］ McKersie BD， Senaratna T， Walker MA， et al． 13-De-terioration of membranes during aging in plants Evi-dence for free radical mediation/ / Nooden LD， LeoopoldAC， eds． Senescence and Aging in Plants． San DiegoAcademic Press， 1988 441－464［ 5］ Xu X-Y 许向阳 ， Wang D-M 王冬梅 ， Kang L-G 康立功 ， et al． Selection of SSＲ and ＲAPD markersrelated to tomato heat tolerance． Acta Horticulturae Sini-ca 园艺学报 ， 2008， 35 1 47－52 in Chinese［ 6］ Sun AQ， Yi SY， Yang JY， et al． Identification andcharacterization of a heat-inducible ftsH gene from toma-to Lycopersicon esculentum Mill． ． Plant Science，2006， 170 551－562［ 7］ Nautiyal PC， Shono M， Egawa Y． Enhanced thermotol-erance of the vegetative part of MT-sHSP transgenictomato line． Scientia Horticulturae， 2005， 105 393－409［ 8］ Wan Z-L 万正林 ， Luo Q-X 罗庆熙 ． The mecha-nism of SA， ABA and BＲ in inducing heat resistance onplants． Southwest China J