不同種源流蘇幼苗的耐熱性評價1)

歐陽敦君 張鴿香

(南京林業(yè)大學，南京，210037)

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不同種源流蘇幼苗的耐熱性評價1)

歐陽敦君 張鴿香

(南京林業(yè)大學，南京，210037)

以山東青州、山西運城和河南安陽3個種源地的流蘇1年生實生苗為試材，比較不同種源流蘇幼苗的耐熱能力，設置25、30、35、40 ℃等溫度梯度各脅迫10 d，測定熱害指數、葉片含水量、游離脯氨酸質量分數、丙二醛質量摩爾濃度、超氧化物歧化酶活性等指標。結果表明：隨著溫度升高，3個種源流蘇幼苗的熱害指數、游離脯氨酸質量分數、丙二醛質量摩爾濃度和超氧化物歧化酶活性增加，葉片含水量減少，丙二醛質量摩爾濃度和超氧化物歧化酶活性在40 ℃脅迫后下降。河南種源的流蘇幼苗經過40 ℃脅迫后熱害指數最小，游離脯氨酸質量分數、葉片含水量和丙二醛質量摩爾濃度變化幅度最小，超氧化物歧化酶活性在不同溫度脅迫中均高于山東和山西種源。應用Fuzzy方法，對不同種源高溫脅迫過程中的生理生化指標進行綜合評價，得到不同種源流蘇幼苗耐高溫能力從大到小依次為河南種源、山西種源、山東種源。

不同種源；流蘇幼苗；耐熱性；綜合評價

In order to study the heat resistance of differentChionanthusretususprovenances, with 1-year potted oldC.retususseedlings of Qingzhou Shandong, Yuncheng Shanxi and Anyang Henan in 25, 30, 35 and 40 ℃ stress for 10 d, we observed the changes of heat injury index, leaf water content, free proline content, malondialdehyde content (MDA) and superoxide dismutas activity (SOD) after high temperature stress, respectively. During the development of heat stress, heat injury index, free proline content, MDA and SOD were enhanced, and leaf water content was decreased in the three provenances. The MDA content and activities of SOD were increased at the beginning of stress conditions but decreased at the end of the heat stress. Compared with Shanxi and Shandong provenances, Henan provenances had the ability to maintain physiological and biochemical indexes, changed smoothly, and had greater activities of SOD. Using fuzzy synthetic evaluation of physiological and biochemical indexes, the level of heat tolerance among the three provenances was decreased in the descending order of Henan provenance, Shanxi provenance, and Shandong provenance.

流蘇(Chionanthusretusus)是木犀科流蘇樹屬(Chionanthus)，落葉灌木或喬木，廣泛分布于我國黃河中下游及其以南地區(qū)，是國家二級保護植物[1]。流蘇樹形高大優(yōu)美，枝葉茂盛，初夏時滿樹白花，如覆霜蓋雪，清麗宜人，是優(yōu)良的園林觀賞樹種[2]。它生長速度較慢，壽命長，抗性較強，是優(yōu)良的鹽堿地和工礦區(qū)綠化樹種[3]。同時，該植物具有較高的藥用價值和經濟價值[4-6]。

全球氣溫變暖，持續(xù)的高溫不但影響農作物生產，還波及城市園林綠地系統(tǒng)的健康發(fā)展。流蘇一般生長在稀疏混交林、灌叢或向陽的山坡、河邊等，將其用于城市綠化的引種馴化栽培必然會面臨高溫等環(huán)境因子的制約。因此，開展流蘇高溫脅迫的研究具有十分重要的意義。迄今為止，國內外有關流蘇的研究主要集中在繁殖方法[7]、所含化學物質成分的分析[8-9]、抗病蟲害能力[10]、群落生長環(huán)境[11-12]和耐鹽[13]、耐陰[14]方面，有關流蘇耐高溫能力的研究還存在空白。本試驗以山東青州、山西運城和河南安陽的1年生流蘇實生苗為材料，研究高溫脅迫下其形態(tài)和生理生化指標的變化情況，探討不同高溫條件下3個種源地幼苗的耐熱性差異，為城市園林綠化篩選優(yōu)良的抗高溫樹種提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料選用山東青州、山西運城和河南安陽的1年生流蘇實生苗，于2015年4月份移栽于南京林業(yè)大學園林實驗中心。盆栽土壤含水量為69.75%、pH=6.97，主要有機質N、P、K的質量分數分別為103、64、71 mg·kg-1。2015年7月份選擇生長一致、無病蟲害的流蘇幼苗開始處理。

1.2 方法

設置25(對照)、30、35、40 ℃ 4個溫度梯度，每個種源3次重復，共36個處理；每個處理15盆，均放入人工氣候箱。各處理采用階段變溫，晝夜溫差為7 ℃。晝(7：00—19：00)溫度維持在25 ℃，夜(19：00—7：00)溫度維持在18 ℃。每個溫度持續(xù)時間均為10 d，空氣相對濕度為70%。光照度為3 000 lx。處理前，通過控制澆水使盆中土壤濕度基本保持一致；試驗中，每天晚上補充水分，保持盆土濕潤。每2 d觀察1次，記錄其外觀形態(tài)特征變化，取植株上部第4—第6葉序的葉片進行各項生理指標的測定。

1.3 指標測定

熱害指數參照尹賢貴[15]的方法，將高溫傷害程度分級為0級：無熱傷害癥狀；1級：葉片變黑；2級：葉片變黃；3級：2片葉枯死；4級：2片葉以上枯死；5級：整株枯死。通過公式計算熱害指數。

熱害指數=(各級株數×級數)÷(最高級數×

總株數)×100%。

(1)

生理生化指標參照李合生[16]的方法，葉片含水量采用稱量法，游離脯氨酸質量分數用酸性茚三酮法測定；丙二醛質量摩爾濃度采用硫代巴比妥酸顯色法測定；超氧化物歧化酶活性測定用四唑氮藍法測定。

1.4 數據統(tǒng)計與分析

試驗數據采用Excel2013和SPSS13.0進行統(tǒng)計、分析。采用隸屬函數法[17]對測定的各項指標進行綜合評價，將每個種源各指標的隸屬度的平均值作為種源耐熱能力綜合評判標準，進行比較。對與耐熱性呈正相關的參數采用式(2)計算。

U(Xijk)=(Xijk-Xkmin)/(Xkmax-Xkmin)。

(2)

式中：U(Xijk)為第i個種源第j個溫度脅迫階段第k項指標隸屬度，且U(Xijk)∈[0，1]；Xijk表示第i個種源第j個溫度脅迫階段第k個指標測定值；Xkmax、Xkmin為所有參試種源中第k項指標的最大值和最小值。對與耐熱性呈負相關的參數采用式(3)計算。

U(Xijk)=1-(Xijk-Xkmin)/(Xkmax-Xkmin)。

(3)

2 結果與分析

2.1 高溫脅迫對不同種源幼苗流蘇熱害指數的影響

當植株遭受高溫脅迫時，植株的外部形態(tài)會產生一系列顯著變化。對多數植物而言，葉片失綠變黃乃至枯萎是高溫熱害的主要癥狀。隨著溫度升高，處理時間增加，流蘇幼苗受害程度加劇。30 ℃處理時，流蘇幼苗均長勢良好，與對照相比無明顯熱害癥狀的變化。35 ℃脅迫處理時，山東種源在第2天葉面出現黃斑，山西和河南種源則在第4天和第6天葉面相繼出現黃斑；第10天時，山東種源部分萎蔫的葉片枯死；山西和河南種源均是葉片邊緣和葉片尖端開始變黃。40 ℃處理時，山東種源第2天就有少量植株死亡，到第8天時，死亡率接近50%；山西種源則在第4天時出現植株死亡，而河南種源受害程度較輕。

由表1知，不同種源在35和40 ℃處理水平間的熱害程度(級)、熱害指數、萎蔫枯死率均達顯著水平(p<0.05)。高于30 ℃時，溫度和時間與流蘇幼苗的熱害指數呈正相關，山西和山東種源的熱害指數上升趨勢基本一致，河南種源上升較緩?？芍?，河南種源最耐熱，山西次之，山東最差。

表1 不同種源流蘇幼苗熱害指數測定結果

注：表中數值為平均值±標準差。

2.2 高溫脅迫對不同種源流蘇幼苗生理生化指標的影響

2.2.1 對葉片含水量的影響

由表2可知，3個種源在不同水平處理后，葉片含水量顯著下降。30和35 ℃處理時，3個種源的葉片含水量，隨時間的延長變化幅度不大。40 ℃處理的3個種源葉片含水量顯著低于對照組，且3個種源地之間亦差異極顯著(p<0.01)，河南種源含水量最大，山西次之，山東最小，下降幅度分別為29.20%，57.11%，64.67%。河南種源的含水量在不同高溫脅迫處理時始終保持最大，其余兩個種源葉片含水量較為接近，說明河南種源的含水量較高且失水率較慢。

2.2.2 對游離脯氨酸質量分數的影響

從表3可知，高溫脅迫時，流蘇幼苗游離脯氨酸質量分數顯著增加，且溫度越高，增加的幅度越大。這說明高溫能促使流蘇幼苗游離脯氨酸的積累，且脅迫程度越大，積累量越多。與對照相比，30 ℃處理的流蘇幼苗游離脯氨酸的質量分數均無明顯變化。35 ℃時，游離脯氨酸的質量分數均呈上升的趨勢。在40 ℃處理時，山東、山西種源游離脯氨酸質量分數先增加后減少，第8天達到最大值，分別為對照的5.346倍和4.76倍；河南種源游離脯氨酸的質量分數呈持續(xù)增長趨勢，最終為對照的3.65倍，且3個種源在40 ℃溫度脅迫下差異均達到極顯著水平(p<0.01)。

表2 不同種源流蘇幼苗葉片相對含水量

注：表中數值為平均值±標準差。

表3 不同種源流蘇幼苗游離脯氨酸質量分數

注：表中數值為平均值±標準差。

2.2.3 對丙二醛質量摩爾濃度的影響

由表4可知，隨著溫度的增加，流蘇幼苗3個種源的丙二醛的質量摩爾濃度變化不盡相同。在30 ℃時，3個種源丙二醛質量摩爾濃度均偏低，上升幅度小，說明各種源在高溫脅迫程度較低時，細胞膜脂過氧化對脅迫的響應一致。在35 ℃處理的過程中，3個種源的丙二醛質量摩爾濃度呈先升高后降低的趨勢，各種源到達峰值的時間不盡相同。山東種源在第2天達到最大值，為對照的1.44倍，山西和河南相繼在第4天和第6天達到最大值，分別為對照的1.47和1.30倍。在40 ℃脅迫時，3個種源亦均呈先升后降的趨勢，各種源之間的差異也達到顯著水平(p<0.05)。相較于對照，山東、山西種源的下降幅度為55.66%、25.95%，河南種源上升了9.61%。河南種源的升降幅度比較平穩(wěn)，說明河南種源細胞膜脂過氧化受到的破壞較小。

表4 不同種源流蘇幼苗丙二醛質量摩爾濃度

注：表中數值為平均值±標準差。

2.2.4 對超氧化物歧化酶活性的影響

從表5可以得出，流蘇幼苗3個種源隨著溫度的升高，超氧化物歧化酶活性隨著高溫脅迫的發(fā)展差異顯著。30 ℃處理與對照相比，各種源超氧化物歧化酶活性變化幅度不大。在35 ℃處理時，不同種源超氧化物歧化酶活性均呈上升的趨勢，說明3個種源對于高溫的適應能力較為相似。40 ℃時，山東和山西種源超氧化物歧化酶活性變化隨著高溫脅迫的發(fā)展均呈現先升高后降低的基本勢態(tài)，與對照相比，下降幅度分別為42.96%和23.82%，河南種源持續(xù)上升，升高了43.23%，各種源間差異顯著(p<0.05)。3個種源地之間，山西種源的適應高溫脅迫的能力次于河南種源，而山東種源表現最差。

表5 不同種源流蘇幼苗超氧化物歧化酶活性

注：表中數值為平均值±標準差。

2.3 不同種源流蘇幼苗抗高溫能力綜合評定

采用隸屬函數法評價流蘇3個種源的耐熱性，對各指標隸屬函數值進行累加求其平均值。對與耐熱性呈正相關的游離脯氨酸質量分數、丙二醛質量摩爾濃度和超氧化物歧化酶活性采用公式(2)計算，對與耐熱性呈負相關的葉片含水量采用公式(3)計算。表6中評定序號顯示，各種源耐熱性由強到弱依次為河南種源、山西種源、山東種源。結合熱害指數和熱害的形態(tài)特征，認為綜合評價的結果是合理的。

表6 不同種源耐熱特性綜合評定

注：表中數值為平均值±標準差。

3 結論與討論

在高溫脅迫下，熱害指數可以反映高溫脅迫對植物生長的綜合傷害程度。3個種源地的熱害指數隨著溫度的升高呈現增加的趨勢，這與吳有根等[18]人研究菊花的耐熱性結果一致。水分參與植物體內的各種代謝活動，不同溫度的脅迫均會使植物體內的水分受到影響。植物在逆境脅迫下的水分含量變化直接反應了植物體的生存狀態(tài)和抗逆性能。3個種源流蘇幼苗的葉片含水量隨著脅迫溫度的升高和處理時間的延長而逐漸下降，這與楊舒婷等[19]在研究弗吉尼亞櫟幼苗對高溫脅迫的生理響應的結果一致。

在滲透調節(jié)物質中，游離脯氨酸是植物抵御逆境脅迫的重要調節(jié)機制[20]。當植物處于逆境中時，體內會積累大量的游離脯氨酸，以增強植物的抗逆性[21]。本試驗中，各種源地隨著脅迫時間的延長，葉片中的游離脯氨酸的質量分數均會提高，且呈線性增長趨勢，與楊雨華等[22]研究高溫脅迫對杜仲幼苗部分生理指標的影響結果一致。這表明流蘇幼苗在面臨不同的高溫脅迫時，均會以增加游離脯氨酸質量分數的方式度過不利環(huán)境，防止細胞脫水。但在40 ℃時，山東和山西兩個種源游離脯氨酸質量分數均在第8天之后略微下降，說明當脅迫超出了種源的忍耐范圍，游離脯氨酸的抗逆機制就會遭到破壞，進一步說明不同種源忍耐高溫脅迫的能力是有限的。而40 ℃也可能是山東和山西種源忍耐高溫的臨界值。

丙二醛質量摩爾濃度和超氧化物歧化酶活性都是評價植物抗逆性的指標。丙二醛是磷脂中不飽和脂肪酸過氧化的產物，可以反映細胞膜透性和受損傷的程度[23]。丙二醛的質量分數越高，說明質膜受損越嚴重[24]。超氧化物歧化酶能催化過氧陰離子，有助于抑制活性氧的積累，消除植物體在新陳代謝過程中產生的有害物質。在適度逆境誘導下，超氧化物歧化酶活性增加以保護植物細胞不受損害[25]。在脅迫實驗中，超氧化物歧化酶活性一般隨脅迫增加而增加，或者是先增后降的趨勢[26]。本研究中，在30 ℃時，3個種源丙二醛質量分數和超氧化物歧化酶活性變化幅度小，說明植物受損傷較小。35 ℃處理時，3個種源的丙二醛質量摩爾濃度和超氧化物歧化酶活性隨時間的增加先升后降，說明植株細胞膜和抗氧化酶系統(tǒng)受到一定的傷害，但通過自身的調節(jié)能夠逐漸適應環(huán)境。當脅迫溫度達到40 ℃時，3個種源的丙二醛質量摩爾濃度和超氧化物歧化酶活性明顯下降，表明40 ℃脅迫溫度加重了3個種源的膜脂過氧化程度，對植株造成了不可逆的傷害。河南種源的丙二醛質量摩爾濃度在40 ℃時升降幅度較平穩(wěn)，說明植株通過自身代謝對高溫脅迫形成了一定的抗逆性，使得植株受脅迫的程度得以緩和，且丙二醛的質量摩爾濃度降低到接近處理前水平，進一步說明河南種源對高溫具有良好的適應性。這與曾德靜等[27]研究高溫脅迫對海州常山形態(tài)和生理特性的影響結果一致。河南種源的超氧化物歧化酶活性亦在第6天達到最大值，之后保持在最大值的水平，說明河南種源適應了40 ℃的高溫的脅迫。

綜上所述，結合高溫脅迫過程中流蘇幼苗的各指標變化得出，隨著溫度的升高，游離脯氨酸質量分數不斷增加，丙二醛質量摩爾濃度和超氧化物歧化酶活性先升后降。所以，游離脯氨酸質量分數、丙二醛質量摩爾濃度和超氧化物歧化酶活性比較直觀地反映3個種源的耐熱性差異，可作為篩選流蘇種源耐熱性的直觀指標。本研究使用隸屬函數綜合評判的方法，測定的7個參數經過綜合評價，確認3個種源的耐熱性從大到小依次為河南安陽種源、山西運城種源、山東青州種源。這比單個參數分析更能反映不同種源對高溫環(huán)境的適應能力，亦證明了游離脯氨酸質量分數、丙二醛質量摩爾濃度和超氧化物歧化酶活性作為篩選指標的可靠性。此外，本研究對不同試驗處理后的流蘇幼苗在常規(guī)溫度下進行了2個月的栽培觀察，40 ℃脅迫的山東和山西種源沒有恢復生長，說明40 ℃給其造成致命傷害，進一步確認了綜合評價得出的結論是真實可靠的。

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Heat Resistance Evaluation of Different Provenances ofChionanthusretusus//

Ouyang Dunjun, Zhang Gexiang

(Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(10)：17-21.

Different provenance;Chionanthusretususseedlings; Heat resistance; Fuzzy synthetic evaluation

1)國家林業(yè)局“948”項目(2014-4-17)。

歐陽敦君，女，1991年11月生，南京林業(yè)大學風景園林學院,碩士研究生。E-mail：609859386@qq.com。

張鴿香，南京林業(yè)大學風景園林學院，副教授。E-mail：nld_zhang@njfu.com.cn。

2016年3月2日。

S718．43

責任編輯：戴芳天。