高溫脅迫對(duì)金線蓮葉綠素?zé)晒鈪?shù)及SOD活性與電導(dǎo)率的影響

林曉紅等

摘 要 以福建金線蓮與臺(tái)灣金線蓮為試材，采用人工氣候箱模擬自然高溫，研究金線蓮葉綠素?zé)晒鈪?shù)及SOD活性與電導(dǎo)率的變化。結(jié)果表明：隨高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，臺(tái)灣金線蓮葉綠素a、葉綠素b與總?cè)~綠素含量顯著下降；而福建金線蓮變化不顯著。臺(tái)灣金線蓮Fo的升高與Fv/Fm的下降水平均高于福建金線蓮，而兩者的Fm和Fv變化差異不明顯；在熱脅迫過(guò)程中，臺(tái)灣金線蓮ABS/RC的上升和φEo、φPo、ψo(hù)的下降均達(dá)到顯著水平，而福建金線蓮變化不顯著。高溫脅迫下臺(tái)灣金線蓮的SOD活性與電導(dǎo)率均呈顯著變化，而福建金線蓮則變化不顯著。這說(shuō)明福建金線蓮對(duì)高溫的耐受力優(yōu)于臺(tái)灣金線蓮，因此，實(shí)地栽培臺(tái)灣金線蓮應(yīng)選擇比福建金線蓮更加陰涼的種植環(huán)境。

關(guān)鍵詞 高溫脅迫；金線蓮；熒光參數(shù)；SOD活性；電導(dǎo)率

中圖分類號(hào) S567.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Effects of High-temperature Stress on Chlorophyll Fluorescence Parameters， SOD Activity and Electrolyte Leakage of Anoectochilus roxburghii（Wall.）Lindl. and Anoectochilus formosanus Hayata

LIN Xiaohong1， SHI Mutian2， LIN Sanmu1

1 Zhangzhou Urban Vocational College， Zhangzhou， Fujian 363000， China

2 College of Horticulture， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China

Abstract The changes of chlorophyll fluorescence parameters， SOD activity and electrolyte leakage of A. roxburghii（Wall.）Lindl. and A. formosanus Hayata were studied at controlled high temperature with a climate chamber. The contents of chlorophyll a， chlorophyll b and total chlorophyll in A. formosanus decreased significantly with increasing exposure time at high temperature， while those in A. roxburghii only slightly changed. A. formosanus underwent more evident increase of Fo and decrease of Fv/Fm compared with A. roxburghii did. Under high-temperature stress， ABS/RC of A. formosanus rose significantly， and its φEo， φPo and ψo(hù) reduced significantly， whereas the values of A. roxburghii kept stable. The results indicated that A. roxburghii tolerated high temperature better than A. formosanus did. As a result， the latter needs to be cultivated in a cooler climate.

Key words High temperature stress；Anoectochilus roxburghii；Chlorophyll fluorescence parameters；SOD activity；Electrolyte leakage

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.06.016

金線蓮（Anoectochilus roxburghii）為蘭科（Orchi

daceae）開唇蘭屬（Anoectochilus）鳥巢蘭族（Trib.neottieae Lindl）多年生草本植物，含有生物堿、氨基酸、維生素、糖類、皂甙、甾體、微量元素等多種成分，具有調(diào)節(jié)內(nèi)分泌，預(yù)防癌癥、高血壓、糖尿病等諸多藥用價(jià)值，是近年來(lái)福建省發(fā)展規(guī)?？?、經(jīng)濟(jì)效益高的名貴藥用植物，具有廣闊的市場(chǎng)前景。金線蓮喜陰涼、潮濕的環(huán)境，據(jù)種植戶的實(shí)踐證實(shí)其生長(zhǎng)最適溫度為18～25 ℃，但南方夏季的高溫通常超過(guò)35 ℃，因此，夏季高溫已成為限制金線蓮產(chǎn)業(yè)推廣和發(fā)展的重要瓶頸。

福建金線蓮[Anoectochilus roxburghii（Wall.）Lindl.]與臺(tái)灣金線蓮（臺(tái)灣開唇蘭）（Anoectochilus formosanus Hayata）是目前栽培規(guī)模最大的2種金線蓮，尤其是臺(tái)灣金線蓮產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益均高，但因耐熱性較福建金線蓮差，夏季栽培較難，種植面積反而小。

在反映植物品種間耐熱性差異、生理響應(yīng)及耐熱機(jī)理方面的研究已有較多報(bào)道[1-5]，但有關(guān)金線蓮耐熱差異及熱脅迫方面的研究目前尚未見報(bào)道。本研究對(duì)2種金線蓮在高溫脅迫下的適應(yīng)性展開研究，測(cè)定2種金線蓮葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)及SOD活性與電導(dǎo)率的變化，以期解釋金線蓮對(duì)高溫的響應(yīng)機(jī)理，旨在了解福建金線蓮與臺(tái)灣金線蓮的熱敏感性，為南方金線蓮產(chǎn)業(yè)選擇適栽品種及栽培技術(shù)的調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗(yàn)所用福建金線蓮與臺(tái)灣金線蓮均為福建省荊龍生物科技有限公司提供。選取培養(yǎng)3個(gè)月生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的健康植株為試驗(yàn)材料。常規(guī)培養(yǎng)參數(shù)見表1，栽培基質(zhì)為泥炭土。

1.2 方法

1.2.1 高溫脅迫處理 試驗(yàn)于2012年10月在漳州城市職業(yè)學(xué)院生理生化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。采用RXZ智能人工氣候箱（寧波江南）模擬自然條件，晝夜交替14/10 h進(jìn)行，具體處理參數(shù)見表1，每處理50株，重復(fù)3次。試驗(yàn)期間每天17：00澆水1次。

1.2.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定 選取處理植株：在早上9：00利用植物效率分析儀（英國(guó)Hansatech公司Handy-PEA）測(cè)定植株葉片熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。將完整的植株葉片暗適應(yīng)30 min后，激發(fā)光強(qiáng)為0.1 μmol/（m2·s），作用光照強(qiáng)度為3 000 μmol/（m2·s），測(cè)定20次，重復(fù)3次。記錄并計(jì)算以下參數(shù)，計(jì)算公式參考李鵬民等[6]的方法：Fo表示暗適應(yīng)最小熒光、Fm表示暗適應(yīng)最大熒光、Fv表示穩(wěn)態(tài)熒光、Fv/Fm表示暗適應(yīng)下的最大量子產(chǎn)額、ABS/RC表示單位反應(yīng)中心吸收的光能；φPo表示暗適應(yīng)后的最大光化學(xué)效率；ψo(hù)表示中心捕獲的激子中用來(lái)推動(dòng)電子傳遞到電子傳遞鏈中超過(guò)QA的其它電子受體的激子占用來(lái)推動(dòng)QA還原激子的比率；φEo表示用于電子傳遞的量子產(chǎn)額；φDo（φDo=1-φPo）表示熱耗散的量子比率。

本試驗(yàn)以金線蓮植株莖干出現(xiàn)水漬癥狀并倒伏作為植株受害（植株受害率=受害植株數(shù)/植株總數(shù)），觀察并記錄植株的受害情況。

1.2.3 生理指標(biāo)的測(cè)定 葉綠體色素含量和電導(dǎo)率的測(cè)定參考董樹剛等[7]的方法、SOD活性參考朱廣廉等[8]的方法。試驗(yàn)重復(fù)3次，利用TU-1810紫外可見分光光度計(jì)（北京普析）進(jìn)行光密度測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 6.55軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，新復(fù)極差法進(jìn)行處理間多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫對(duì)2種金線蓮受害率的影響

由圖1可知，高溫脅迫下，臺(tái)灣金線蓮在2 d內(nèi)植株受害率為0，而福建金線蓮在3 d內(nèi)植株受害率為0，說(shuō)明在晝35 ℃夜30 ℃的高溫下臺(tái)灣金線蓮可以忍受2 d，而福建金線蓮可以忍受3 d。然后隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，2種金線蓮表現(xiàn)出不同程度的受害，且變化都達(dá)到顯著水平。在高溫脅迫6 d時(shí)，臺(tái)灣金線蓮的受害率高達(dá)37.33%，而福建金線蓮為6.80%，這表明在晝35 ℃夜30 ℃的條件持續(xù)6 d時(shí)2種金線蓮均表現(xiàn)出不同程度的受害，并且臺(tái)灣金線蓮對(duì)熱脅迫的敏感性顯著高于福建金線蓮。

2.2 高溫脅迫對(duì)2種金線蓮葉綠體色素含量的影響

由圖2可知，臺(tái)灣金線蓮的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量的總體水平都較福建金線蓮低。在高溫脅迫下，臺(tái)灣金線蓮葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量均呈下降趨勢(shì)，且在脅迫4 d后呈顯著下降趨勢(shì)；類胡蘿卜素整體呈下降趨勢(shì)，在脅迫2 d后表現(xiàn)顯著下降。福建金線蓮在脅迫初期葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量均出現(xiàn)升高現(xiàn)象，其中葉綠素a含量2 d的高于0 d 的15.20%，且達(dá)顯著水平；2 d后隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)均呈下降趨勢(shì)，但統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明均未達(dá)顯著水平。葉綠素b含量0 d的變化高于1 d的22.23%，且達(dá)顯著水平，之后變化不顯著。總?cè)~綠素含量與葉綠素a有相似的變化，類胡蘿卜素在脅迫后先出現(xiàn)升高，1 d的含量高于0 d的15.77%，且達(dá)顯著水平，之后緩慢降低且未達(dá)顯著水平。

2.3 高溫脅迫對(duì)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的影響

2.3.1 對(duì)光化學(xué)效率的影響 由圖3可知，高溫脅迫下，隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)2種金線蓮的Fo呈上升趨勢(shì)，F(xiàn)m、Fv有升有降，F(xiàn)v/Fm呈下降趨勢(shì)。正常條件下，臺(tái)灣金線蓮與福建金線蓮有相似的Fo值，且Fo在4 d時(shí)呈現(xiàn)顯著增高，而臺(tái)灣金線蓮高于福建金線蓮14.71%；正常條件下，臺(tái)灣金線蓮相比福建金線蓮有較高的Fm值，且在脅迫2 d后Fm變化不顯著，而臺(tái)灣金線蓮降幅顯著低于福建金線蓮；Fv與Fm有相似的變化趨勢(shì)，說(shuō)明Fv的變化主要取決于Fm；在脅迫之前，臺(tái)灣金線蓮Fv/Fm值高于福建金線蓮的3.05%，脅迫2 d后臺(tái)灣金線蓮下降了8.03%，達(dá)到民顯著水平，且在2 d時(shí)低于福建金線蓮的2.75%，這說(shuō)明高溫條件下，臺(tái)灣金線蓮的Fv/Fm值比福建金線蓮的更敏感。

2.3.2 對(duì)性能指數(shù)和推動(dòng)力的影響 由圖4可知，在正常條件下，臺(tái)灣金線蓮比福建金線蓮有較高的ABS/RC值，當(dāng)受到高溫脅迫時(shí)，2種金線蓮均呈現(xiàn)先升高后平穩(wěn)變化的趨勢(shì)。臺(tái)灣金線蓮ABS/RC值在1、2 d均出現(xiàn)顯著升高，分別高于0 d時(shí)的27.20%和42.59%，之后變化不顯著；福建金線蓮在1 d時(shí)出現(xiàn)顯著升高，高于0 d時(shí)的25.70%，之后變化相對(duì)平穩(wěn)。臺(tái)灣金線蓮的φEo在2 d時(shí)低于1 d的41.76%，達(dá)到了顯著水平，之后變化不顯著；福建金線蓮出現(xiàn)波動(dòng)變化，但統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明均未達(dá)到顯著水平。高溫脅迫下，φPo整體表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，且在脅迫2 d時(shí)，臺(tái)灣金線蓮和福建金線蓮分別下降了7.99%和2.63%，達(dá)到了顯著水平，2 d后變化不顯著。隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，2種金線蓮的Ψo值均呈下降趨勢(shì)，且臺(tái)灣金線蓮在脅迫1、2 d分別下降了7.20%和27.14%，達(dá)到了顯著水平，之后緩慢降低，4 h后顯著降低；福建金線蓮脅迫1 d的Ψo值低于0 d的13.54%，達(dá)到了顯著水平，之后變化不顯著。

2.4 高溫脅迫對(duì)2種金線蓮生理指標(biāo)的影響

2.4.1 高溫脅迫對(duì)2種金線蓮SOD活性的影響 由圖5-A可知，在正常條件下，臺(tái)灣金線蓮與福建金線蓮有相近的SOD活性，但經(jīng)高溫脅迫后，臺(tái)灣金線蓮呈下降趨勢(shì)，且處理1、5 d后，分別低于處理0、4 d后的12.00%、11.77%，達(dá)到了顯著水平，其他時(shí)間變化不顯著，這說(shuō)明此高溫脅迫對(duì)植株已造成傷害，導(dǎo)致SOD活性降低；而福建金線蓮則呈不顯著的波動(dòng)變化，說(shuō)明此脅迫對(duì)福建金線蓮SOD活性的影響不顯著，植株受害程度較輕。

2.4.2 高溫脅迫對(duì)2種金線電導(dǎo)率的影響 由圖5-B可知，隨高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，2種金線蓮的電導(dǎo)率值均呈升高趨勢(shì)。臺(tái)灣金線蓮在處理1、5 d后，分別高于處理0、4 d后的17.53%和22.66%，達(dá)到了顯著水平。綜上所述，臺(tái)灣金線蓮經(jīng)高溫處理后，植株破壞嚴(yán)重；福建金線蓮經(jīng)高溫處理后，電導(dǎo)率升高緩慢且均未達(dá)顯著水平，這說(shuō)明福建金線蓮對(duì)此高溫處理具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力。

3 討論與結(jié)論

葉綠體色素的變化主要取決于葉綠素合成酶類及分解酶類的活性。高溫脅迫下，葉綠素分解酶類的活性大于合成酶類的活性，導(dǎo)致葉綠體色素降解大于合成，使葉綠體色素含量下降。本研究中，福建金線蓮在高溫下表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性，葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量總體水平高且變化幅度較臺(tái)灣金線蓮小。尤其是對(duì)小于2 d的晝35 ℃夜30 ℃高溫條件，對(duì)葉綠體色素的合成具有一定的促進(jìn)作用。對(duì)小麥的研究結(jié)果表明，耐熱性強(qiáng)的品種葉綠素含量下降幅度小于耐熱性弱的品種[9]，同樣支持這一結(jié)果。這說(shuō)明福建金線蓮對(duì)脅迫的適應(yīng)性優(yōu)于臺(tái)灣金線蓮，從脅迫受害率的統(tǒng)計(jì)中也可清楚的看出這一結(jié)果。

高溫脅迫導(dǎo)致植物葉綠體色素的減少，從而影響到葉片的光合性能[10-11]。因此，葉綠素?zé)晒獾淖兓梢苑从持参锸苊{迫的情況，最直接的是使光化學(xué)反應(yīng)下降，以葉綠素?zé)晒庑问降暮纳⒃黾印Ｔ诟邷孛{迫之前，2種金線蓮葉片有幾乎相同的Fo值，而高溫脅迫后Fo都有劇烈升高的現(xiàn)象，這可能是植物對(duì)外界刺激的應(yīng)激反應(yīng)。當(dāng)高溫持續(xù)1 d后，高溫導(dǎo)致了類囊體膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變表現(xiàn)在Fo緩慢上升，福建金線蓮的Fo值變化相對(duì)平穩(wěn)，而臺(tái)灣金線蓮的Fo值有顯著升高的變化。郭延平等[12]就柑橘高溫脅迫下的研究結(jié)果表明，耐高溫能力強(qiáng)的臍橙葉片F(xiàn)v/Fm降幅和Fo升幅小于耐高溫能力差的溫州蜜柑，并認(rèn)為Fv/Fm和Fo可能是果樹品種間抗高溫能力的鑒定指標(biāo)。而這在甜椒、豌豆等植物也得到了相似的結(jié)論[5， 13-14]。

性能指數(shù)和推動(dòng)力包含3個(gè)相互獨(dú)立的參數(shù)[ABS/RC、φPo和ψo(hù)]，它們可以更準(zhǔn)確地反映植物光合機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，對(duì)某些脅迫比Fo、Fv/Fm的變化更敏感，能更好地反映脅迫對(duì)光合機(jī)構(gòu)的影響[15-17]。高溫導(dǎo)致了金線蓮Fo的上升，反映出PSⅡ反應(yīng)中心失活[13-14]，這就迫使剩余的有活性的反應(yīng)中心的效率提高，使ABS/RC出現(xiàn)上升。同時(shí)，高溫脅迫導(dǎo)致單位葉面積熱耗散增加，使得葉片中過(guò)剩的激發(fā)能得以及時(shí)耗散，φEo產(chǎn)額呈顯著水平下降。臺(tái)灣金線蓮的ABS/RC顯著高于福建金線蓮，而φEo顯著低于福建金線蓮，反應(yīng)出臺(tái)灣金線蓮光合機(jī)構(gòu)更嚴(yán)重的破壞程度。

φPo和ψo(hù)參數(shù)主要反映了PSⅡ受體側(cè)的變化[6]。高溫脅迫條件下，2種金線蓮的φPo和ψo(hù)總體變化都呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明高溫減少了受體側(cè)的電子傳遞體，使較多的光能用來(lái)還原QA，QA的還原加速導(dǎo)致QA傳遞電子的能力下降，表現(xiàn)為2 ms時(shí)ψo(hù)下降。此現(xiàn)象在臺(tái)灣金線蓮中比福建金線蓮表現(xiàn)的更明顯。

自由基傷害學(xué)說(shuō)認(rèn)為，高溫脅迫會(huì)打破活性氧原有的代謝平衡，誘發(fā)氧化脅迫，致使細(xì)胞生理代謝紊亂，這是引起植物耐性極限崩潰的主要原因[18]。而SOD作為植物抗氧化系統(tǒng)的第一道防線，在維持植物體內(nèi)活性氧的動(dòng)態(tài)代謝平衡、降低質(zhì)膜過(guò)氧化作用中具有極其重要的意義[19-20]。本研究結(jié)果表明，30 ℃以上高溫脅迫使臺(tái)灣金線蓮活性氧含量迅速增加，SOD活性顯著下降，質(zhì)膜過(guò)氧化嚴(yán)重，電導(dǎo)率值持續(xù)升高，生理反應(yīng)明顯紊亂。

對(duì)臺(tái)灣金線蓮和福建金線蓮晝35 ℃夜30 ℃持續(xù)6 d的高溫試驗(yàn)結(jié)果表明，臺(tái)灣金線蓮Fo表現(xiàn)的升高和Fv/Fm的下降水平均高于福建金線蓮，且兩種金線蓮Fm和Fv變化差異不明顯。臺(tái)灣金線蓮的ABS/RC的上升和φEo、φPo、ψo(hù)的下降均達(dá)到了顯著水平，而福建金線蓮變化不顯著。這表明在熱脅迫中，ABS/RC、φEo、φPo、ψo(hù)比Fv/Fm更靈敏的反映出不同品種金線蓮的耐熱性。本研究結(jié)果表明，臺(tái)灣金線蓮對(duì)高溫的適應(yīng)性總體低于福建金線蓮，在實(shí)地栽植金線蓮中，應(yīng)選擇比福建金線蓮更加陰涼的種植環(huán)境，同時(shí)適當(dāng)補(bǔ)光、促進(jìn)光合，以增加凈光合效率，從而提高熱適應(yīng)性。

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責(zé)任編輯：黃東杰