摘要
【目的】 探讨外源肌醇对番茄幼苗生理生化指标的影响及其耐高温胁迫的分子机制，为提高番茄的抗热性提供理论依据。【方法】以番茄品种‘NRP20-7’为试验材料，常温25 ℃和高温42 ℃分别喷施水和肌醇，观察各处理的表型变化并进行高光谱成像分析，测定各处理组的生理指标，并通过qRT-PCR方法分析热胁迫响应基因，抗氧化及ABA相关基因的表达。【结果】20 mmol/L肌醇处理能够有效缓解高温对番茄幼苗的伤害，降低叶片的热损伤指数，提高最大光化学效率，并显著提高光合色素含量。高温下外源肌醇显著提高番茄幼苗中脯氨酸、可溶性糖含量和过氧化物酶活性，并显著降低丙二醛、过氧化氢和超氧阴离子含量。外源肌醇能够提高热胁迫响应基因、抗氧化相关基因、抗坏血酸合成基因表达，降低热休克蛋白基因表达。外源肌醇通过调控脱落酸合成与信号通路影响体内ABA的含量水平参与响应高温胁迫。【结论】外源肌醇通过调节植物体内渗透调节能力、抗氧化酶活性、相关基因表达水平及脱落酸合成与信号通路等复杂的生物学过程来增强番茄对高温胁迫的耐受性。
Abstract
[Objective] High temperature is one of the main factors restricting tomato growth and development as well as quality and yield. Studing the effect of exogenous myo-inositol on the physiological and biochemical indexes of tomato seedlings and the molecular mechanism of tolerance to high temperature stress will provide a theoretical basis for the improvement of heat resistance of tomato. [Methods] Tomato variety ‘NRP20-7’ was used as the test material, and water and myo-inositol were sprayed separately at normal temperature and high temperature, respectively. The phenotypic changes under treatments were analyzed by hyperspectral imaging, and the physiological indexes of each treatment group were analyzed. The expression of heat responsive genes, antioxidant, and ABA-related genes were analyzed by qRT-PCR. [Results] 20 mmol/L myo-inositol treatment could effectively alleviate the damage of high temperature stress on tomato seedlings, reduce the heat damage index of tomato leaves, increase the maximum photochemical efficiency (Fv/Fm), and significantly increased the content of photosynthetic pigments. Exogenous myo-inositol increased proline and soluble sugar contents and peroxidase activity, and decreased malondialdehyde, hydrogen peroxide, and superoxide anion contents in tomato seedlings at high temperature. Exogenous myo-inositol increased the expression of heat response genes, antioxidant-related genes, ascorbic acid synthesis genes, and decreased the expression of heat shock protein genes. In addition, exogenous myo-inositol responded to high temperature stress by regulating abscisic acid synthesis and signaling pathways to regulate the level of ABA in tomato seedlings. [Conclusion] Exogenous myo-inositol enhances tomato tolerance to high temperature stress by regulating complex biological processes in plants.
Keywords
番茄（Solanum lycopersicum L.）作为一种喜温性作物，当遭受高温时，其花粉管发育受损，花粉活力下降，枝条和根部养分吸收减少，光合作用减弱，产生大量活性氧（reactive oxygen species，ROS），从而导致植株生长受到抑制，落花落果，产量和品质严重下降[1-2]。据联合国粮农组织数据库（FAOSTAT）统计数据显示中国番茄2022年年产量约6 384万t，是全世界最大的番茄生产国；此外，中国天气网（https://www.tianqi.com/gaowen/）数据显示，2024年全国有13个省（区、市）夏季气温高达40℃及以上。频繁的高温天气会对中国番茄的生产和质量造成严重影响，因此开展外源物质提高番茄幼苗的耐高温性研究对番茄种植业持续高质量发展具有重要的指导意义。
肌醇（Myo-inositol）是一类以游离或结合形式存在于真核生物中的小分子多元醇，参与L-抗坏血酸（L-ascorbic acid，L-AsA）和细胞壁的合成，同时也是糖醛酸和肌醇衍生物产生的重要中间体[3-4]。肌醇和肌醇衍生物参与调控植物的生长发育和对胁迫的响应等多种生理生化过程[5-7]。植物中肌醇的含量受肌醇-1-磷酸合酶（myo-inositol-1-phosphate synthase，MIPS）、肌醇半乳糖苷合酶（galactinol synthase，GolS）和肌醇加氧酶（myo-inositol oxygenase，MIOX）等不同酶的调控。过表达肌醇加氧酶基因MIOX4能够提高拟南芥的光响应和抗坏血酸（ascorbic acid，AsA）合成能力，从而增强其对高温胁迫的耐受性[8]。高温和氧化应激会诱导鹰嘴豆（Cicer arietinum L.）中半乳糖苷合酶基因CaGols1上调，限制ROS过度积累和脂质过氧化从而缓解胁迫所导致的生长抑制情况[9]。温度胁迫下水稻中肌醇磷酸合酶TaMIPS基因表达上调能激活乙烯/茉莉酸（ET/JA）依赖性防御途径，从而增强水稻耐寒、耐热性[6]。
此外，有研究报道外源肌醇能够有效提高植物对非生物胁迫的抗逆性。外施肌醇能够通过增强藜麦（Chenopodium quinoa L.）中抗氧化基因表达和膜稳定性缓解盐胁迫[10]。研究发现，内源肌醇能通过调控苹果（Malus domestica Mill.）中的水杨酸（SA）和ET途径减少植株抗氧化系统受损，进而延迟苹果叶片衰老[11]。适当浓度的肌醇处理能够调节低温下长春花（Catharanthus roseus L.）的代谢产物，提高幼苗生理抗性，从而减少低温对长春花生长和产量的影响[12]。外源应用肌醇也可以提高植物的抗氧化防御系统活性，通过介导Na+和K+稳态以及渗透平衡，提高湖北海棠（Malus hupehensis Rehd）的耐盐性[13]。Yan等也发现外源肌醇能够增加油菜（Brassica napus L.）籽内Ca2+通量，并抑制钙调磷酸酶BnCBL1-2基因的表达，从而改善植物的耐冷性[14]。
番茄是一种易受高温胁迫的重要蔬菜作物。目前，研究发现，肌醇能够提高许多植物植株的抗逆性，但关于外源肌醇是否能提高番茄幼苗的耐高温性的研究鲜见报道。因此，本试验通过对番茄幼苗叶面喷施20 mmol/L肌醇，并进行高温（42℃）处理，以期从生理、分子和激素代谢水平上探讨外源肌醇对番茄幼苗耐高温胁迫的调控机制。
1 材料和方法
1.1 试验材料
供试番茄材料为高代自交系番茄（Solanum lycopersicum L.）‘NRP21-7-2’，种子由上海市农业科学院园艺研究所提供。
1.2 材料培养与处理
选择大小均匀饱满程度一致的番茄种子，经过浸种催芽后播种在上海市农业科学院园艺所的塑料花盆（5 cm×5 cm×5 cm）中，每盆1株幼苗，并置于人工气候室进行育苗。人工气候室育苗期间，昼/夜温度为（25~28）℃/（18~20）℃，光/暗时间为14 h/10 h，光照强度为250 μmol/（m2·s），相对湿度为60%~70%，并进行常规水肥管理。待幼苗长至四叶一心时，选择大小长势一致的幼苗，连续3 d同一时间分别喷施含有0.05% Tween-20相同体积的水和20 mmol/L肌醇；根据中国天气网夏季高温天气数据，将喷施水和肌醇3 d的幼苗分别置于昼/夜42℃/28℃（14 h/10 h）、25℃/20℃（14 h/10 h）的培养箱中进行处理，组成水高温（HW）、水常温（CW）、肌醇高温（HI）、肌醇常温（CI）4组处理。分别于处理后0，1，2，6，12，24 h共6个时间点采取番茄幼苗相同部位的叶片作为RNA样品，取处理后0，48 h相同部位叶片作为生理指标样品，液氮冻存后放置于-80℃保存，每个处理3个重复。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 热损伤指数（thermal damage index，ITD）
将20 mmol/L肌醇处理的番茄幼苗和对照材料高温42℃热处理2 d后，观察统计幼苗受害（叶片颜色、形态、萎蔫）程度，对不同热损伤症状参考Hong等[15]的方法进行评级。每15株幼苗作为1组进行处理，每个处理重复3次。
(1)
1.3.2 相对含水量（relative water content，Crw）
取1.2节处理后番茄幼苗相同部位的叶片，记鲜重为mF；在常温下将叶片用蒸馏水浸泡12 h后测定饱和重量，记为mS；之后将叶片置于72℃烘箱干燥48 h后获得干重，记为mD [16]。
(2)
1.3.3 叶绿素荧光参数
分别选取经过1.2节处理0 d和2 d的番茄幼苗相同部位叶片，暗处理20 min，使用叶绿素荧光成像系统（WALZ，IMAG-MAX/L，德国）进行光合系统分析，避开叶片叶脉，随机选取3个点，测量叶片初始荧光（PSⅡ完全开放时的荧光产量，Fo）和最大荧光（PSⅡ完全关闭时的荧光产量，Fm），每种处理重复5次。并据此计算PSⅡ的最大光能转换效率（Fv/Fm）。
(3)
1.3.4 光合色素含量
从1.2节处理0 d和2 d的植株中各选择5个植株，每个植株上随机选取3片大小一致的叶片。避开主动脉将叶片剪为1 cm×1 cm大小的碎片，浸没于95%乙醇中，4℃黑暗条件下放置24 h后获得提取液。利用UV-VIS分光光度计分别测定470，649，665 nm下提取液的吸光值A470、A649、A665。光合色素叶绿素a（Ca）、叶绿素b（Cb）、类胡萝卜素（Cc）和总光合色素含量的计算公式分别为:
(4)
(5)
(6)
(7)
1.3.5 高光谱数据和植被指数
在暗室环境中，使用高光谱成像仪（Resonon Pika L）测定经过1.2节处理0 d和2 d的番茄幼苗，从而获得高光谱影像（测定时需单株摆放，避免叶片遮挡影响试验结果）。设置仪器波长范围为400~1 000 nm，光谱分辨率为2.1 nm。利用高光谱图像处理软件ENVI，使用决策树分类方法，从高光谱图像中提取每个番茄幼苗的区域，将其与背景分离，计算只含有番茄幼苗图像区域中像素的平均光谱反射数据作为光谱反射数据。为排除设备在起始和结束波长处存在噪声的影响，选取410~850 nm范围内的光谱反射率进行分析。
每个番茄幼苗的光谱反射率用以计算与植物生理密切相关的4个植被指数（VI），如表1所示。 NDVI用于描述绿色植被的长势，与植物的生理参数如叶面积指数和生物量呈正相关[21]。SIPI对植物叶片中类胡萝卜素与叶绿素的比率敏感，其数值上升表示类胡萝卜素含量增加[18]。CRI和ARI均为色素相关的植被指数，分别对类胡萝卜素和花青素的含量敏感，其数值与其对应的色素浓度呈正相关[22]。
表1植被指数
Table1Vegetation index used in this study
注：R为特定波长处的光谱反射率值。
Note: R is the spectral reflectance value at the specific wavelength.
1.3.6 生理生化指标
取经1.2节处理0 h和48 h的番茄幼苗叶片进行生理指标测定。采用苏州科铭生物技术有限公司的试剂盒，通过酶标仪对样品中脯氨酸（proline，Pro）、可溶性糖（poluble sugar，SS）渗透性物质含量和过氧化氢酶（catalase，CAT）、过氧化物酶（peroxidase，POD）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）等过氧化物相关酶活性进行检测，每种检测重复3次，检测方法均按照说明书操作步骤进行。同时，取经过1.2节处理0 h、48 h的番茄幼苗相同部位的叶片作为样品，每个处理3个重复定量测定植物内源脱落酸（abscisic acid，ABA）含量。激素含量测定由北京百迈客生物科技有限公司采用液质联用（LC-MS/MS）方法。
1.3.7 番茄叶片总RNA提取及实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析
用杭州博日科技公司的Biospin植物总RNA提取试剂盒提取-80℃保存的高温处理0，1，2，6，12，24 h后番茄幼苗叶片的总RNA。以总RNA为模板按照翌圣生物技术有限公司的HiScript Ⅱ One Step RT-PCR试剂盒进行反转录，得到cDNA产物。以获得的逆转录cDNA为模板，eif为内参基因，根据Hieff UNICON® Universal Blue qPCR SYBR Green Master Mix试剂说明书，配制各反应溶液并设置相关反应程序，将实时荧光定量所得到的数据进行整理计算出相关基因表达量（）[23]。每个反应重复3次。进行qRT-PCR的各基因引物设计如表2所示。
1.4 数据统计分析
用Excel归总数据，用SPSS 27.0软件（IBM，Armonk，NY，USA）选择ANOVA进行最小显著性差异分析，当P＜0.05时，表明差异显著。用GraphPad Prism 9.4.1（GraphPad Software，San Diego，CA，USA）绘制图形，并用Canon相机（EOS M6，日本）拍摄表型。
表2用于qRT-PCR的各基因引物序列信息
Table2Primer sequence information of genes used in qRT-PCR
2 结果与分析
2.1 外源肌醇对高温胁迫下番茄幼苗生长状态的影响
对不同温度下生长2 d的肌醇和水对照处理的番茄幼苗表型进行观察和比较。在常温25℃的环境中，喷施水和肌醇的番茄幼苗处理前后均正常生长，未在表型上出现明显变化。在42℃环境下，水对照的幼苗呈现明显萎蔫、皱缩甚至枯死状态，肌醇处理的番茄幼苗叶片仅出现少许变黄。相对含水量测定结果（图1）表明，常温下不同处理间无显著性差异，高温下肌醇处理组的相对含水量显著高于水对照组14.67%。图1显示，高温环境下2 d后2种处理的热损伤指数均极显著升高，但肌醇处理组的热损伤指数极显著低于水对照组。结果表明，肌醇能够有效提高番茄幼苗的相对含水量，缓解番茄幼苗的水分蒸发量，并降低番茄幼苗的热损伤，提高番茄幼苗对高温的耐受性。
图125℃和42℃处理下喷施水和肌醇番茄幼苗的耐热性分析
Fig.1Analysis of heat resistance of tomato seedlings sprayed with water and myo-inositol under 25℃ and 42℃ condition
CW代表25℃水对照，CI代表25℃ 20 mmol/L肌醇处理，HW代表42℃水处理，HI代表42℃ 20 mmol/L肌醇处理。不同小写字母表示不同处理之间差异显著（P＜0.05），n=3。下同。
CW represents 25℃ water control, CI represents 25℃ 20 mmol/L myo-inositol treatment, HW represents 42℃ water treatment, and HI represents 42℃ 20 mmol/L myo-inositol treatment. Values followed by different lowercase letters mean significant difference at 0.05 level between treatments (P＜0.05) . n=3. The same as below.
2.2 外源肌醇对高温胁迫下番茄幼苗光合系统的影响
利用叶绿素荧光成像系统对各处理组番茄相同部位的叶片进行光合系统的观察与分析。结果（图2）显示，常温处理组无明显差异，高温处理2 d后，外施水对照组的叶片明显受损，而外施肌醇处理组的叶片与常温无明显差异；相较于常温处理，高温处理2 d肌醇处理和水对照组的Fv/Fm均下降，并且水对照组的Fv/Fm显著低于肌醇处理组的42.8%。常温肌醇处理显著提高番茄幼苗叶片中总叶绿素、Ca和Cc的含量，高温胁迫后，水对照组中总叶绿素、Ca、Cb和Cc含量比高温前的含量分别下降13.1%、8.9%、16.7%、25.8%，肌醇处理组中仅Ca含量下降5.7%，其他均无显著变化。同时，肌醇处理组的Ca、Cb、Cc和总叶绿素含量显著高于水对照组，增幅分别为16.96%、22.01%、46.4%和9.14%。上述结果表明，肌醇能够显著缓解热胁迫对番茄叶片光合系统Ⅱ（PSⅡ）的损伤，增强捕光效率，提高光合作用，保证其在高温胁迫下的能量供应，增强番茄幼苗的耐热性。
2.3 外源肌醇对高温胁迫下番茄幼苗高通量植被指数的影响
用高光谱成像系统获取高温处理前后番茄幼苗的高光谱图像，并对各组高光谱图像提取的植被指数（NDVI、SIPI、CRI和ARI）进行统计分析。结果（图3）显示，高温胁迫导致番茄幼苗NDVI、SIPI和CRI指数均下降，同时与抗逆性相关的ARI值升高。另外在高温下肌醇处理组NDVI、SIPI和CRI均高于水对照，同时ARI值低于对照组。以上结果表明，高温条件下外源肌醇能改善番茄幼苗的生长情况，对高温胁迫下的番茄幼苗起到一定的保护作用，增强番茄幼苗对高温胁迫的抗性。
图225℃和42℃处理下喷施水和肌醇番茄幼苗的叶绿素荧光图及光合色素含量
Fig.2Chlorophyll fluorescent map and photosynthetic pigment content of tomato seedlings sprayed with water and myo-inositol at 25℃ and 42℃
图3外源肌醇对高温胁迫下番茄叶片高通量植被指数的影响
Fig.3Effect of exogenous myo-inositol on high flux vegetation index of tomato leaves under high temperature stress
2.4 外源肌醇对高温胁迫下番茄幼苗抗逆生理生化指标的影响
2.4.1 渗透调节物质含量
植物体内的不同生理抗性指标能够体现植物对胁迫的耐受性。如图4所示，常温下肌醇处理和对照相比，番茄幼苗内Pro和SS含量无明显差异，42℃处理2 d后各渗透物质含量均显著上升。其中肌醇处理组Pro含量和SS含量分别比水对照组高31.7%和23.4%。上述结果表明，外源肌醇能够在高温下调节番茄幼苗内Pro和SS含量，维持植株体内渗透平衡，进而降低高温胁迫对番茄幼苗的伤害。
2.4.2 活性氧、丙二醛含量和抗氧化酶活性
植物受到高温胁迫时，体内ROS过量累积加速植物衰老[24]。从图5可知，常温下，肌醇处理可以降低番茄幼苗叶片中过氧化氢（hydrogen peroxide，H2O2）的含量，同时显著提高过氧化氢酶（catalase，CAT）活性。在高温胁迫下，外源肌醇处理番茄幼苗叶片中H2O2、超氧阴离子（superoxide anion，）和丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量显著低于水对照组，同时外源肌醇显著提高叶片中过氧化物酶（peroxidase，POD）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性。
这表明在高温胁迫下，外施肌醇能够降低MDA 水平以缓解膜质过氧化程度，提高H2O2、的转化效率，从而增强抗氧化防御系统活性，防止高温导致ROS在番茄幼苗中过多产生，减弱氧化损伤，提高番茄的耐高温性。
图4外源肌醇对高温胁迫下番茄叶片生理抗性指标的影响
Fig.4Effect of exogenous myo-inositol on indicators of physiological resistance in tomato leaves under high temperature stress
图5外源肌醇对高温胁迫下番茄叶片氧化系统的影响
Fig.5Effect of exogenous myo-inositol on the oxidation system of tomato leaves under high temperature stress
2.5 肌醇对番茄幼苗相关基因表达的影响
2.5.1 抗氧化酶基因
为更好地解读外源肌醇对高温胁迫下番茄幼苗抗氧化系统的影响机制，从分子水平上对抗氧化物酶POD、CAT和抗坏血酸过氧化物酶（Ascorbate peroxidase，APX）基因的表达进行测定。图6表明，肌醇处理后的抗氧化物酶基因在高温处理的不同时间其相对表达量基本显著高于水对照。随着高温处理时间延长，SlPOD的相对表达量呈先上升后下降趋势，在2 h达到峰值；SlCAT的相对表达量在1 h时下降，并显著低于水对照组，而后再在6 h升高并达到峰值；SlAPX的相对表达量是一直处于上升状态，在24 h时与水对照组的表达差异近2.31倍，但整体的表达趋势与2.4.2节抗氧化酶活性表现一致。这表明外源肌醇能够显著提高抗氧化相关基因的表达来调控番茄幼苗的抗氧化机制，提高其抗热性。
2.5.2 热响应相关基因
为进一步从分子水平探讨外源肌醇对高温胁迫下番茄幼苗的影响，对高温胁迫热相关调控基因进行表达量分析。发现高温胁迫下，肌醇能够上调热休克因子，同时降低热休克蛋白基因的表达（图7）。高温处理2 h时各基因的相对表达量基本达到最高值，SlHsfA1a和SlHsfA1b在24 h时的相对表达量分别高于水对照组约1.83，1.75倍。SlHSP70与SlHSP90在热胁迫下的相对表达量整体呈先上升后下降趋势，且在1 h后肌醇处理组的表达量显著低于水对照组。上述结果表明，肌醇可能通过调节热休克因子和热休克蛋白基因的表达，参与HSF-HSP通路介导的热响应机制，进而提高番茄幼苗在高温下的抗逆性。
图6外源肌醇对高温胁迫下番茄叶片抗氧化酶基因表达的影响
Fig.6Effect of exogenous myo-inositol on expression of antioxidant enzyme genes in tomato leaves under high temperature stress
图7番茄热响应相关基因表达量
Fig.7Expression of heat response genes in tomato
2.6 肌醇对番茄幼苗ABA含量及ABA相关基因表达的影响
植物激素ABA在调控植株非生物逆境胁迫中起重要作用[25]。图8显示，肌醇处理组内源ABA含量在常温下显著高于水对照组；在高温处理2 d后，水对照组ABA含量大幅上升，肌醇处理组ABA含量明显下降，并显著低于水平对照组。为进一步探究肌醇对ABA含量的影响机制，对ABA信号转导、合成和降解基因进行定量分析。
结果（图8）表明，肌醇处理组ABA受体基因SlPYL和ABA信号通路正调控基因SlAREB1、SlSnRK2c的表达量显著高于对照组。在热胁迫下，ABA合成基因SlNCED1和SlABA3在2个处理组间的表达均呈上升趋势；ABA降解基因SlCYP707A1和SlCYP707A3在水对照组中的表达量随着热胁迫时间增长呈下降趋势，而肌醇处理组中该基因的表达量呈上升趋势。上述结果表明，肌醇可能调控ABA相关基因的表达，加快ABA代谢速率，平衡植株体内ABA含量水平，提高番茄幼苗的高温抗性。
图8ABA含量和ABA相关基因的表达分析
Fig.8Analysis of ABA content and expression of ABA-related genes
3 讨论
3.1 外源肌醇促进高温胁迫下番茄幼苗生长并保护植物光合系统
温度是影响植物生长发育的重要因素，温度变化会改变植物的表型和生长状态[26]。高温下，植物叶绿体增大且含量降低，叶绿体基质的碳代谢受损，PSⅡ的电子传递链失活，进而导致光合效率降低，并激发程序性细胞死亡，致使叶片老化和植物的生命周期缩短[27-28]。逆境下与光合作用相关的Cc含量降低，与抗逆性相关的花青素含量升高；受到胁迫严重危害的、接近凋亡的叶片中花青素含量也远高于健康叶片[29-30]。
本研究通过对番茄幼苗温度处理后生长表型的观察、光合色素含量的测定及高通量植物表型分析发现，喷施外源肌醇能够显著降低番茄幼苗在热胁迫下的TDI，减轻叶片萎蔫皱缩现象，减少花青素累积，提高光合色素含量。Xu等研究发现，外源亚精胺能提高高温胁迫下柑橘幼苗中叶绿素含量、净光合速率和PSⅡ光化学最大有效量子产量等，从而改善光合作用，减轻高温胁迫造成的伤害[31]，与本研究结果一致。这说明外源肌醇处理能够保护高温下叶绿体结构完整性，使PSⅡ正常吸收光能传递电子，增强光合作用，提高番茄幼苗的高温耐性。
3.2 外源肌醇提高高温胁迫下番茄幼苗渗透物质含量，减少氧化损伤
植物在非生物胁迫下会通过调节体内渗透物质含量维持细胞水势稳定[32]。大量数据表明Pro积累与植物胁迫呈正相关[33]。Pro是植物中最主要的渗透调节物质之一，它能够充当ROS清除剂，以整合单线态氧（1O2）清除羟自由基（·OH）的方式有效稳定植物体内环境稳态[34]。SS也属于一种渗透物质，充当细胞内的溶质，当植物受到逆境胁迫时，体内的SS会积累，提高糖代谢相关蛋白转录水平从而帮助植物提高抗逆性[35]。在本研究中，常温下肌醇处理组与对照组间Pro和SS含量无显著差异，而在高温下肌醇处理能显著提高两者含量，从而提高番茄幼苗对高温的适应性。
3.3 外源肌醇提高高温胁迫下番茄幼苗ROS清除系统效率
非生物胁迫会打破植物体内ROS产生和清除之间的平衡，从而使ROS在植物体内大量积累，对植物产生负面影响，如蛋白质的错误折叠和变形、细胞膜结构被破坏、膜的通透性发生改变等[36]。H2O2 和均是常见的细胞代谢产物ROS，是植物生长发育和逆境响应的关键信号分子[37]。本研究结果显示，高温下，肌醇处理组的H2O2和含量显著低于水对照组，且在常温下，外施肌醇能够减少ROS在番茄叶片中的积累。MDA是由于植物遭受胁迫时导致膜脂质过氧化产生的物质，它会影响线粒体呼吸链复合物及线粒体内关键酶活性，并加剧膜损伤，因此多用于评估植物受损伤程度[33]。本研究结果表明，肌醇处理组在高温胁迫下能显著降低MDA含量，减少膜损伤，增强番茄幼苗的耐热性，这与高温下通过外施亚精胺减少MDA含量以改善柑橘幼苗高温适应能力的研究结果[31]一致。SOD、POD、CAT和APX都是ROS清除系统的一员，参与氧化还原反应共同抵御ROS伤害，缓解植物体内氧化损伤[38]。Jahan等研究发现在单独的高温胁迫下通过对番茄叶片喷施腐胺（Put）能增加抗氧化物酶活性，增强抗氧化防御，后又通过转录组分析出大部分抗氧化物酶基因的表达是上调的[39]。本研究检测结果表明，高温处理下外源肌醇能显著提高番茄幼苗中抗氧化物酶SOD、POD和CAT活性，且在分子水平上肌醇处理显著上调SlPOD、SlCAT、SlAPX的基因表达量，这与前人研究结果一致。这说明外源肌醇能通过调控抗氧化物酶基因的表达提高抗氧化物酶活性，加快氧化还原反应，减少ROS含量，缓解氧化损伤，减轻高温胁迫对番茄幼苗的负面影响。
3.4 外源肌醇调控高温胁迫下番茄幼苗热响应基因的表达
热休克因子（HSF）和热休克蛋白（HSP）能在高温下维持细胞接近正常的生理和新陈代谢，在植物抵御非生物胁迫中发挥重要作用[40]。在热胁迫下HSF可以通过识别参与热应激反应的HSP基因上游启动子区域的热休克元件，并上调其转录，诱导植物提高耐热性[40]。HSFA1属于A类HSF，是主要的转录激活因子，能够在高温下触发其他的转录因子，比如HSFA2、MBF1C和DREBs等[41]。另有研究表明HSP70和HSP90是HSP家族中负调控HsfA1的转录因子，在热胁迫下能与HsfA1相互作用共同响应植物的高温胁迫[42]。在本研究中，高温下肌醇处理的SlHsfA1a和SlHsfA1b表达量显著高于水对照组，而SlHSP70与SlHSP90的表达量含量显著低于水对照组，说明外源肌醇可能通过降低HSP基因在热胁迫下的表达量上调HSF的表达，从而进一步激活其他转录因子，增强番茄幼苗的耐热性。
3.5 外源肌醇调控高温胁迫下番茄幼苗ABA相关基因表达并改变ABA含量
植物激素在保护植物免受热胁迫中起重要的作用，其中ABA是参与调节植物响应各种胁迫的重要激素之一[43-44]。在面对非生物胁迫时，Cai等研究发现外源亚精胺能降低玉米幼苗中ABA合成基因NCED1的表达和内源激素ABA含量，从而增强玉米幼苗的抗寒性[45]。本研究结果表明，外源肌醇处理下ABA合成基因SlNCED1和SlABA3在热处理24 h时表达量显著高于处理组，且随着热处理时间延长，ABA合成基因的表达呈上升趋势。Tan等通过RNA-seq数据分析出高温会抑制ABA分解和灭活关键酶基因CYP707A和AOG在果实着色过程中表达下调的过程，即高温下ABA的分解和灭活关键基因表达上调，从而减缓ABA合成[46]。这与本研究中肌醇处理下SlCYP707A1和SlCYP707A3基因表达上调结果一致，这说明高温可能在促进ABA合成的同时也能诱导ABA分解代谢加快，进而减弱高温对植物的生长抑制影响，并提高番茄幼苗的耐热性。有研究证明外源褪黑素（MT）与赤霉素（GA）协同作用，同时在它们的生物合成和信号传导途径中与ABA发生拮抗作用，从而抑制了热诱导的番茄叶片衰老[47]。在本研究中高温胁迫2 d后肌醇处理组中总ABA含量显著低于对照组，这说明肌醇可能在短期热胁迫下和ABA协同作用，在长期高温处理下，肌醇为维持番茄幼苗正常生长发育，提高ABA分解和灭活基因的表达，加快ABA分解代谢速率。
4 结论
外源肌醇处理可促进高温胁迫下番茄幼苗叶片中渗透调节物质积累，减小膜通透性及抑制胞液的流失；同时，外施肌醇可提高高温胁迫下番茄幼苗叶片中的抗氧化酶（如SOD、POD、CAT）活性，提高抗氧化系统机能，有效清除体内产生的ROS，提高光合作用，从而有效缓解高温胁迫对番茄幼苗的伤害；在分子水平上，外源肌醇提高抗氧化酶基因和热休克因子表达，并参与调控ABA合成、降解和信号转导基因的表达，从而提高番茄幼苗的耐高温性，并维持其在高温下正常生长发育。
