王博伟 陈艳丽 朱国鹏 杨雨 刘金伟 周铎航

（海南大学园艺学院，海南省热带园艺作物品质调控重点实验室，海南海口 570228）

叶用莴苣（Lactuca sativaL.）也称生菜，原产于地中海沿岸，喜凉不耐热（火国涛 等，2020），最适生长温度11～18 ℃。海南省位于热带地区，最高气温可达40 ℃以上，高温环境易造成叶用莴苣抽薹，导致商品性降低（Mulabagal et al.，2010）。高温胁迫严重影响植物细胞膜抗氧化酶系统和渗透调节体系的正常运转，细胞内活性氧（ROS）产生与清除平衡被打破（Kanazawa et al.，2000），产生过量自由基、膜脂过氧化，细胞膜透性改变，致使细胞内电解质外渗，从而对植株造成伤害（王涛 等，2013）。

褪黑素属于吲哚类小分子物质，即使不与受体结合也同样具有生理活性。褪黑素在植物体内广泛存在，微摩尔浓度的褪黑素能促进植物生长发育，与IAA 作用相似（Hernández-Ruiz et al.，2004）。褪黑素还能影响参与抗逆反应的相关基因表达，对提高作物产量和抗逆性具有重要意义（Arnao &Hernández-Ruiz，2014）。作为一种新型有效的抗氧化剂，褪黑素能直接降低机体中活性氧和活性氮（RNS）的含量（徐向东 等，2010a；Tan et al.，2013），提高植株对胁迫的抗性。研究表明，外源施加适宜浓度褪黑素可缓解黄瓜硝酸盐胁迫伤害（王伟香 等，2016）；促进缺钙环境中番茄对钙的有效利用，减少缺钙胁迫对细胞膜的伤害（李晓彤等，2019）。在高温胁迫下，外源褪黑素预处理可减轻甘蓝幼苗受到的伤害，并产生一定的高温耐受性（曾庆栋 等，2017）。外源喷施50～100 μmol·L-1褪黑素能增加黄瓜抗坏血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）的含量，抑制活性氧的生成，从而保证细胞膜的稳定性，提高黄瓜抗高温能力（徐向东 等，2010b）。因此，叶面喷施适宜浓度的褪黑素对作物生长生理以及提高产量和品质具有重要意义。

目前，关于褪黑素缓解植物盐渍（Liang et al.，2015；Li et al.，2019；Zhan et al.，2019；Bahcesular et al.，2020）、干 旱（Wang et al.，2017；Li et al.，2018a）、低 温（Li et al.，2018b；Wang et al.，2020）、高温（Jia et al.，2020）、重金属（Ahammed et al.，2020）等胁迫的研究较多，但对高温季节水培叶用莴苣生长生理的影响鲜见报道。本试验采用叶面喷施的方式进行褪黑素预处理，研究褪黑素对高温季节水培叶用莴苣生长、生理指标的影响，筛选适宜的褪黑素喷施浓度，以期为海南及热带地区高温季节水培叶用莴苣高效生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试叶用莴苣品种为辛普森精英散叶生菜，购自圣尼斯种子（中国）有限公司；褪黑素购自Solarbio 公司；营养液采用1/2 浓度的日本园试配方营养液。

1.2 试验方法

试验于2020 年10—12 月在海南大学园艺学院设施蔬菜生理实验室进行。叶用莴苣种子用0.2%KNO3溶液常温浸种8 h（陈艳丽 等，2014），置于光照培养箱中17 ℃条件下催芽，种子露白后播于水培育苗盘。幼苗三叶一心时，选择生长势一致的健壮幼苗定植于营养液槽中，使用充氧泵进行人工充氧，每隔3 d测1次营养液pH值并调节至6.0左右。

缓苗后叶面喷施褪黑素，设置4 个浓度水平，分别为25、50、75、100 μmol·L-1，以清水为对照；每天下午18：00 均匀喷施褪黑素或清水，以幼苗叶片全部湿润为宜，连续处理15 d；每处理3 次重复，每重复20 株。处理期间环境条件为：温度25℃/15 ℃（昼/夜，下同），相对湿度80%，光照强度300 μmol·m-2·s-1，光周期12 h。褪黑素预处理后进行高温胁迫，参考海口市8—10 月气象资料，设置高温条件为35 ℃/25 ℃。于高温胁迫0、4 d时，每处理随机选取5 株，切取离根尖约1 cm 处根样测定根系活力，然后分别采集生长点下第3 片叶测定生理指标。高温胁迫4 d 时，每处理随机选取5 株，测定植株生长指标和叶色值。

1.3 测定指标及方法

叶片数指植株展开叶片的数量；最大叶长和最大叶宽使用直尺测量，叶长为叶基部至顶端的长度，叶宽为叶片最宽处的宽度；地上部和地下部鲜质量使用电子天平称量。叶色值采用SPAD-502仪器测定；相对电导率、根系活力、过氧化氢酶（CAT）活性、过氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量的测定均参照刘娅（2018）的方法；游离脯氨酸（Pro）含量采用酸性茚三酮比色法测定（李合生，2000）；可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝法测定（李合生，2000）；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定（王学奎，2006）。

1.4 数据处理

使 用Microsoft Excel 2019、SPSS Statistics 25（Duncan 法）软件对试验数据进行统计分析、差异显著性检验，利用GraphPad Prism 8 软件制图。

2 结果与分析

2.1 褪黑素对高温胁迫下叶用莴苣生长指标的影响

高温水培环境下，不同浓度褪黑素预处理对叶用莴苣生长指标的影响较大（表1）。随着褪黑素浓度的增加，叶片数差异不显著，而最大叶长、最大叶宽、地上部和地下部鲜质量整体上表现为先显著上升后显著下降的变化趋势。褪黑素浓度为25、50、75、100 μmol·L-1处理的地上部鲜质量均显著高于对照，分别为对照的1.46、2.18、2.12、1.73倍，其中50 μmol·L-1处理褪黑素处理效果最优，且该浓度处理下最大叶长、最大叶宽和地下部鲜质量亦效果最佳，均显著高于对照，分别比对照提高23.07%、30.28%和88.16%。

表1 不同浓度褪黑素预处理对高温胁迫下叶用莴苣生长指标的影响

2.2 褪黑素对高温胁迫下叶用莴苣叶片中抗氧化酶活性的影响

由表2 可知，高温胁迫前（0 d）与胁迫后（4 d）各处理的叶用莴苣叶片抗氧化酶活性大多随褪黑素浓度的增加呈现先上升后下降的变化趋势；与胁迫前相比，高温胁迫后各处理的CAT、POD、SOD 活性均有不同程度地增加。其中，50 μmol·L-1褪黑素处理的CAT、POD、SOD 活性最高，均显著高于对照，胁迫前分别是对照的1.31、1.94、1.17倍，胁迫后分别是对照的1.39、1.27、1.18 倍。

2.3 褪黑素对高温胁迫下叶用莴苣叶片相对电导率和MDA 含量的影响

由图1 可知，高温胁迫前（0 d）各处理叶用莴苣叶片的相对电导率均显著低于对照，而MDA含量除100 μmol·L-1褪黑素处理外其他处理均与对照差异不显著。高温胁迫后（4 d），各处理的相对电导率和MDA 含量较胁迫前都有不同程度的提高；两者的变化趋势大致相同，均随褪黑素浓度的增加表现为先下降后上升的趋势，但各处理均显著低于对照，且50 μmol·L-1褪黑素处理的相对电导率和MDA 含量均显著低于其他处理。

图1 不同浓度褪黑素预处理对高温胁迫下叶用莴苣叶片相对电导率和MDA 含量的影响

2.4 褪黑素对高温胁迫下叶用莴苣叶片中渗透调节物质的影响

由表3 可知，高温胁迫前（0 d），随着褪黑素浓度的增加各处理叶用莴苣叶片可溶性蛋白质含量呈先上升后下降的变化趋势，50、75、100 μmol·L-1处理均显著高于对照，分别比对照提高39.53%、30.01%、22.41%；而可溶性糖含量和Pro 含量未见明显规律。与胁迫前相比，高温胁迫后（4 d）各处理的叶片渗透调节物质含量均有一定程度的增加，且随着褪黑素浓度的增加叶片可溶性蛋白质、可溶性糖、Pro 含量均表现为先上升后下降的变化趋势，其中50 μmol·L-1处理的可溶性蛋白质、可溶性糖、Pro 含量最高，均显著高于对照，分别为对照的1.19、1.50、2.61 倍。

表3 不同浓度褪黑素预处理对高温胁迫下叶用莴苣叶片中渗透调节物质的影响

2.5 褪黑素对高温胁迫下叶用莴苣根系活力和叶色值的影响

由图2 可知，高温胁迫前（0 d），随着褪黑素浓度的增加叶用莴苣根系活力呈先下降后上升的变化趋势，且各处理的根系活力均低于对照，褪黑素浓度为50 μmol·L-1时根系活力最低，显著低于对照。高温胁迫后（4 d），各处理的根系活力均显著高于对照，25、50、75、100 μmol·L-1褪黑素处理的根系活力分别是对照的2.04、2.56、2.32、1.71倍；并且随褪黑素浓度的增加表现出先上升后下降的变化趋势，其中50 μmol·L-1处理的根系活力显著高于其他处理，效果最优。理的叶色值最高，显著高于其他处理；其次为50 μmol·L-1处理。

图2 不同浓度褪黑素预处理对高温胁迫下叶用莴苣根系活力的影响

3 讨论

由图3 可知，褪黑素各浓度处理的叶用莴苣叶色值均显著高于对照，随着褪黑素浓度的增加表现为先上升后下降的变化趋势，其中75 μmol·L-1处理。

图3 不同浓度褪黑素预处理对高温胁迫下叶用莴苣叶色值的影响

高温胁迫下，细胞膜抗氧化酶活性的变化反映了植物的耐热胁迫能力。徐向东等（2010a）和吴雪霞等（2019）研究发现，外源褪黑素能显著提高高温胁迫下黄瓜、茄子幼苗的CAT、POD、SOD活性以及ROS 清除能力。本试验中，随着叶面喷施褪黑素浓度的增加，高温胁迫下叶用莴苣叶片中的抗氧化酶活性呈先上升后下降的变化趋势，其中50 μmol·L-1褪黑素处理效果最显著，抗氧化酶活性大幅度提高，表明褪黑素可通过增强叶用莴苣叶片中的抗氧化酶活性来缓解高温胁迫下ROS 诱导的细胞损伤，其可能的原因是由于褪黑素促进了植物体内相关保护酶的基因表达来提高酶活性，从而提高抗氧化能力。

细胞膜的稳定性反映了植物的耐高温能力。MDA 含量可衡量细胞膜质过氧化的程度（Ding et al.，2017），而MDA 作为细胞膜脂过氧化反应产物又会对生物膜造成严重伤害。本试验结果表明，高温胁迫后各处理叶用莴苣叶片的相对电导率和MDA 含量均上升，其中50 μmol·L-1外源褪黑素处理的相对电导率和MDA 含量均显著低于其他处理，说明施用适宜浓度的褪黑素能显著降低高温胁迫下叶用莴苣叶片MDA 含量，有效减轻高温对细胞膜的损害，这与陈碧华等（2006）在甘蓝幼苗上的研究结果一致。

渗透调节是一种植物抵御外界胁迫伤害，保障植株正常生长的生理机能。可溶性蛋白质、可溶性糖和Pro 是植物体内重要的渗透调节物质，可使植株受逆境胁迫时维持正常的细胞势。本试验结果表明，高温胁迫导致叶用莴苣叶片可溶性蛋白质、可溶性糖、Pro 含量升高，50 μmol·L-1外源褪黑素处理的叶片渗透调节物质含量最高，说明施用褪黑素可以通过促进叶用莴苣对可溶性蛋白质、可溶性糖和Pro 的合成来维持细胞内渗透势，稳定细胞内环境以缓解胁迫带来的伤害，这与吴雪霞等（2019）在茄子幼苗上的研究结果一致。

高温胁迫下，植物的光合作用能力下降，叶绿素的降解速度加快，合成速度降低，同时高温胁迫也会导致植株根系活力的降低。余雪娜等（2016）、曾庆栋等（2017）在茄子、甘蓝幼苗上的研究表明，外源褪黑素能增强高温胁迫下植株叶片光合色素的稳定性，这与本试验结果一致。此外，高温胁迫导致叶用莴苣根系活力降低，而外源施用褪黑素能显著缓解根系活力的降低，说明褪黑素能在一定程度上缓解高温对叶用莴苣根系造成的伤害，维持根系正常生理代谢的活力。

高温胁迫下，植株生长受到不同程度的影响，表现为形态结构的改变（张永平 等，2012），生物量的变化是植物对胁迫的综合反应，也是评估抗逆性的重要指标（刘领 等，2019）。本试验中，叶面喷施褪黑素显著提高了叶用莴苣地上部和地下部鲜质量，其中50、75 μmol·L-1处理的最大叶长、最大叶宽、地上部和地下部鲜质量均显著高于对照，以50 μmol·L-1处理的效果更优。表明微摩尔浓度的褪黑素即可在一定程度上减轻不良环境对叶用莴苣的伤害，从而促进叶用莴苣在高温胁迫下的生长发育。

4 结论

高温水培环境下，叶面喷施褪黑素可以提高叶用莴苣叶片中抗氧化酶活性和渗透调节物质含量，有效减轻高温对细胞质膜的伤害，增强叶用莴苣对高温胁迫的耐受性，维持植株的正常生长，进而提高产量。在本试验条件下，褪黑素浓度为50 μmol·L-1的处理效果最好，可用于海南高温季节水培叶用莴苣生产。