不同溫度對(duì)總狀綠絨蒿幼苗生理特性的影響

王 蓋，區(qū) 智，屈 燕

(西南林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，云南 昆明 650224)

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不同溫度對(duì)總狀綠絨蒿幼苗生理特性的影響

王 蓋，區(qū) 智，屈 燕*

(西南林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，云南 昆明 650224)

試驗(yàn)以總狀綠絨蒿半年生幼苗為試驗(yàn)材料，研究5個(gè)溫度梯度(0、5、15、20、30 ℃)處理下，幼苗部分生理生化指標(biāo)對(duì)不同溫度的響應(yīng)差異。結(jié)果表明，在20 ℃處理下，各指標(biāo)均表現(xiàn)出最低值。5、15、20 ℃下不存在顯著性差異(P>0.05)。而30 ℃的高溫處理和0 ℃的低溫處理，葉綠素a含量顯著減少，抗氧化酶SOD、POD 活性顯著增加，丙二醛(MDA)含量以及蛋白質(zhì)含量、游離脯氨酸含量顯著增加，說明總狀綠絨蒿可以通過自身的積極響應(yīng)來減輕低溫和高溫傷害; 而且，30 ℃高溫比低溫對(duì)總狀綠絨蒿的傷害更大，說明其具有較強(qiáng)的耐低溫性，而不耐高溫。

總狀綠絨蒿；溫度；脅迫；影響

總狀綠絨蒿(MeconopsisracemosaMaxim. Mel. Biol.)為罌粟科(Papaveraceae)綠絨篙屬(Meconopsis)1年生草本植物，為中國(guó)特有植物[1]。生于海拔3300～5300 m的草坡或巖坡上。分布于云南西北部、四川西部及西北部、西藏大部、青海南部及東部、甘肅等地。是綠絨蒿家族中最常見、分布最為廣泛、形態(tài)也最典型的種類。又稱紅毛洋參、西參，藏名“才完”。全草入藥可消炎，止骨痛，治頭痛、骨折；根入藥，補(bǔ)中益氣，治氣虛、浮腫、哮喘等癥[2-4]。在《中國(guó)藏藥》、《云南省藥品標(biāo)準(zhǔn)》等本草書籍上均有記載?；ㄋ{(lán)色或藍(lán)紫色，花藥桔黃色，總狀花序，數(shù)朵花冠簇?fù)碓谇o上部，亭亭玉立，是極具觀賞價(jià)值的高山花卉。

溫度對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要作用，是決定植物地域分布、生長(zhǎng)發(fā)育以及影響作物產(chǎn)量和質(zhì)量的主要因素。植物抗逆性潛能和特殊生境下植物的生態(tài)適應(yīng)機(jī)制，是當(dāng)前植物生理生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)問題之一[5-7]。高溫和低溫不僅會(huì)限制作物的栽植范圍，造成作物減產(chǎn)，成為農(nóng)林生產(chǎn)中的重要自然災(zāi)害之一[8]，也是園林綠化植物引種的一個(gè)重要限制因子。而植物對(duì)脅迫的生理響應(yīng)往往先于外在形態(tài)表現(xiàn)[9]。

總狀綠絨蒿主要生長(zhǎng)在高海拔地區(qū)的流石灘，在這一地區(qū)氣溫低、空氣稀薄、日照輻射強(qiáng)烈、溫度變差劇烈, 且常受大風(fēng)襲擊。地表覆蓋有大量的礫石層, 表面土壤稀少, 僅存在于20～50 cm的老礫石層中, 具有典型的高寒荒漠特征。昆明市屬于亞熱帶大陸性氣候，冬暖夏涼，春季干燥多風(fēng)，夏季多雨濕潤(rùn)。與綠絨蒿的原產(chǎn)地有很大差別，主要差別在于氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)。因此在綠絨蒿向亞熱帶的低海拔地區(qū)引種栽培過程中，溫度是需要重點(diǎn)解決的問題，尤其是夏季高溫的影響。而幼苗期生長(zhǎng)是植物生活史中的重要階段，是植物生長(zhǎng)和更新的基礎(chǔ)。而幼苗期植物的光照和溫度條件往往決定其在自然條件下存活的關(guān)鍵因素[10]。

綠絨蒿屬植物的引種栽培和遺傳育種工作還處于起步階段，目前，在生理生態(tài)適應(yīng)性方面的研究取得了一些成果。如任祝三[11]就氣候條件對(duì)綠絨蒿苗期生長(zhǎng)做了初步的分析，結(jié)果表明總狀綠絨蒿，全緣葉綠絨蒿(M.integrifolia)和粗狀綠絨蒿(M.robusta)的幼苗都可在昆明氣候條件下生長(zhǎng)，但種間存在明顯差異。因綠絨蒿對(duì)于高溫的耐性較差，在低海拔栽培較為困難。有研究在海拔3260 m的苗圃比較了全緣葉綠絨蒿和總狀綠絨蒿對(duì)光照和溫度的響應(yīng)差異[12]。另外，還發(fā)現(xiàn)不同溫度下綠絨蒿光合表現(xiàn)存在顯著差異，而綠絨蒿向亞熱帶的低海拔地區(qū)引種栽培過程中，夏季高溫是需要重點(diǎn)解決的問題[13]。

這也引起了筆者對(duì)總狀綠絨蒿在不同溫度，尤其是高溫和低溫下幼苗生理指標(biāo)的響應(yīng)差異的研究興趣。因此，本研究選取滇西北不同總狀綠絨蒿的半年生實(shí)生苗為研究對(duì)象，探討其對(duì)不同溫度的響應(yīng)機(jī)制及抗性生理的適應(yīng)性差異，尤其是高溫和低溫對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響，對(duì)其今后的良種選育、推廣栽培及引種馴化具有重要意義。

圖1 不同溫度處理對(duì)葉綠素含量的影響Fig.1 Effect of different temperature on chlorophyll content

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2013年10月，采集生長(zhǎng)于滇西北麗江玉龍雪山總狀綠絨蒿種子(海拔4300 m)，在室內(nèi)播種至幼苗期。挑選健康且長(zhǎng)勢(shì)一致的綠絨蒿幼苗植株50盆，共設(shè)5個(gè)溫度梯度，分別為30、20、15、5、0 ℃，每處理10 盆，每盆1 株。放在人工氣候箱(德國(guó)Binder人工氣候箱，KBWF240)培養(yǎng)。光照3000 lx，濕度為75 %。保證每個(gè)處理下的總狀綠絨蒿幼苗足夠的水分。培養(yǎng)15 d后測(cè)定各生理指標(biāo)。

1.2 試驗(yàn)方法

葉綠素含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性、游離脯氨酸含量以及可溶性蛋白質(zhì)含量的測(cè)定方法均參照李合生(2000)等方法[14-15]，略有改動(dòng)。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

所有的數(shù)據(jù)分析都利用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行一元方差分析(One-way ANOVA)，平均數(shù)間的多重比較采用Ducan’s檢驗(yàn)方法; 由各個(gè)體的數(shù)據(jù)計(jì)算不同指標(biāo)間的Pearson’s相關(guān)系數(shù),P<0.05時(shí)差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度處理對(duì)總狀綠絨蒿幼苗葉綠素含量的影響

隨著處理溫度的上升，葉綠素含量呈先升后降的趨勢(shì)。在各處理期，葉綠素a的含量均高于葉綠素b的含量，隨著處理溫度的上升，葉綠素a的值呈遞增趨勢(shì)，直到30 ℃時(shí)下降(圖2)。

由單因素方差分析及多重比較分析表明，溫度對(duì)葉綠素含量的影響顯著(F=32.98,P<0.05)。其中0、30 ℃與其他處理溫度(5、15、20 ℃)存在顯著性差異(P<0.05)，5、15、20 ℃之間無顯著差異(P>0.05)。表明高溫和低溫均能使葉綠素含量顯著下降，在低溫下葉綠素含量下降更為明顯。

低溫，高溫處理下相較其他處理溫度，葉綠素a/b值降低，低溫處理下其比值降低更為明顯。但在處理溫度5、15、20、30 ℃之間，葉綠素a值存在顯著差異，葉綠素b值不存在顯著差異；且5、15、20 ℃之間葉綠素a/b值無顯著差異。因此，葉綠素a 對(duì)低溫和高溫的響應(yīng)更為敏感。

圖2 不同溫度處理對(duì)葉綠素a/葉綠素b含量的影響Fig.2 Effect of different temperature on chlorophyll content a and chlorophyll content b

2.2 不同溫度處理對(duì)總狀綠絨蒿幼苗丙二醛(MDA)含量的影響

如圖3所示，20 ℃時(shí)MDA的含量最低，隨著溫度的進(jìn)一步降低和升高，總狀綠絨蒿幼苗的MDA含量也逐漸升高。20、15及5 ℃低溫處理下，MDA 含量沒有顯著變化，說明在不低于5 ℃的溫度條件下，總狀綠絨蒿幼苗并沒有受到細(xì)胞膜脂過氧化的傷害。單因素方差分析表明，各處理溫度之間具有顯著差異(F=187.94,P<0.05)。低溫(0 ℃)或高溫(30 ℃)下，總狀綠絨蒿幼苗的膜脂過氧化作用最強(qiáng)，影響了植株的正常生長(zhǎng)。且30 ℃時(shí)MDA含量較0 ℃時(shí)更大，說明高溫對(duì)總狀綠絨蒿幼苗較低溫傷害更大。

2.3 不同溫度處理對(duì)總狀綠絨蒿幼苗抗氧化酶活性的影響

由圖4～5可知， SOD和POD活性均隨著溫度的升高呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，且在20 ℃時(shí)，2種酶的活性均為最小。而在0和30 ℃處理下，2種酶的活性顯著提高。在各處理溫度之間，2種酶SOD活性(F=912.62,P<0.05),POD活性(F=109.14,P<0.05)均存在顯著性差異。說明總狀綠絨蒿在高溫和低溫處理時(shí)，均可通過增加其抗氧化酶系統(tǒng)活性有效抑制高溫和低溫造成的傷害。值得注意的是，高溫30 ℃時(shí)SOD活性最大，而低溫0 ℃下POD活性最大。說明2種酶的活性對(duì)高溫和低溫的響應(yīng)存在差異。

圖3 不同溫度處理對(duì)(MDA)含量的影響Fig.3 Effect of different temperature on MDA content

圖4 不同溫度處理對(duì)超氧化物歧化酶活性的影響Fig.4 Effect of different temperature on superoxide dismutase activity

2.4 不同溫度處理對(duì)總狀綠絨蒿幼苗游離脯氨酸含量的影響

不同溫度處理下脯氨酸含量的變化趨勢(shì)如圖6所示，總狀綠絨蒿幼苗的脯氨酸含量呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，在20 ℃下植物體內(nèi)脯氨酸含量最小，30 ℃下植物體內(nèi)脯氨酸含量最大，試驗(yàn)表明，總狀綠絨蒿幼苗在低溫，高溫處理下，脯氨酸含量顯著提高以免幼苗植株質(zhì)膜系統(tǒng)受到傷害，從而影響植物正常的滲透調(diào)節(jié)。由單因素方差分析表可知，在各處理溫度之間，均存在顯著性差異(F=443.86，P<0.05)。但脯氨酸含量的變化在高溫的影響較低溫更為明顯。

圖5 不同溫度處理對(duì)過氧化物酶活性的影響Fig.5 Effect of different temperature on peroxidase activity

圖6 不同溫度處理對(duì)脯氨酸含量的影響Fig.6 Effect of different temperature on proline contents

2.5 不同溫度處理對(duì)總狀綠絨蒿幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

蛋白質(zhì)是植物生長(zhǎng)發(fā)育中重要的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，也是植物健康生長(zhǎng)的生理指標(biāo)之一。在不同溫度處理下的總狀綠絨蒿，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著處理溫度的升高，植物體內(nèi)蛋白質(zhì)含量呈先降后升的趨勢(shì)，0 ℃下蛋白質(zhì)含量最高，20 ℃下蛋白質(zhì)含量最低，試驗(yàn)結(jié)果表明，在低溫，高溫下，總狀綠絨蒿幼苗體內(nèi)產(chǎn)生了脅迫蛋白，從而使蛋白質(zhì)含量顯著提高。單因素方差分析表明，在各處理溫度之間存在顯著性差異(F=378.70,P<0.05),而0 ℃低溫脅迫時(shí)蛋白質(zhì)含量最大(圖7)。

2.6 各生理指標(biāo)的相關(guān)性檢驗(yàn)

根據(jù)各指標(biāo)之間的相關(guān)性檢驗(yàn)表明，葉綠素含量與其他各指標(biāo)之間呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。丙二醛含量、脯氨酸含量、蛋白質(zhì)含量、POD活性以及SOD活性各指標(biāo)之間呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。說明高溫，低溫抑制了總狀綠絨蒿植株體內(nèi)葉綠素的合成，但促使總狀綠絨蒿植株體內(nèi)合成抗性蛋白，脯氨酸含量增加，且植株體內(nèi)抗氧化酶活性增強(qiáng)。說明總狀綠絨蒿植株可以通過自身的積極響應(yīng)來減輕低溫和高溫傷害。

圖7 不同溫度處理對(duì)可溶性蛋白的影響Fig.7 Effect of different temperature on soluble protein

3 討 論

本試驗(yàn)證明在高溫和低溫處理下，總狀綠絨蒿葉綠素a和葉綠素b的含量及總?cè)~綠素含量均呈下降趨勢(shì)；且葉綠素a對(duì)低溫脅迫反應(yīng)更為敏感。之前有學(xué)者對(duì)云南含笑進(jìn)行研究，表明低溫脅迫下，葉綠素b變化較葉綠素a更為敏感[16]。因此，對(duì)不同物種而言，葉綠素a和葉綠素b對(duì)高溫和低溫的響應(yīng)存在差異，還有待進(jìn)一步研究。

在逆境脅迫下，植物葉片蛋白質(zhì)含量下降，主要是因?yàn)槠涞鞍踪|(zhì)酶、肽酶的活性增加，植物體內(nèi)蛋白質(zhì)分解大于合成[17-18]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低溫、高溫脅迫下，總狀綠絨蒿幼苗葉片中可溶性蛋白含量呈上升趨勢(shì)，由此可認(rèn)為，高溫、低溫脅迫下，總狀綠絨蒿幼苗體內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生了與抗寒，抗高溫有關(guān)的新蛋白質(zhì)的合成，促使總狀綠絨蒿幼苗能抵抗低溫，高溫的傷害。脯氨酸含量與植物抗逆性存在密切的關(guān)系，許多研究證實(shí)，脯氨酸含量與多數(shù)植物抗寒，抗熱性成正相關(guān)[19-21]，在本實(shí)驗(yàn)研究中，總狀綠絨蒿葉片脯氨酸的含量隨低溫、高溫脅迫均呈上升趨勢(shì)，且高溫脅迫下脯氨酸含量遠(yuǎn)大于低溫脅迫。說明脯氨酸參與了總狀綠絨蒿幼苗在高溫、低溫脅迫下的滲透調(diào)節(jié)，增加了其對(duì)高溫、低溫脅迫的抗性。在逆境脅迫下，MDA含量的多少可以反映植物體內(nèi)質(zhì)膜損傷的程度[22]。本研究中，與其他組相比，15和5 ℃的低溫下，MDA含量無顯著變化，隨著溫度的升高和降低，MDA含量顯著增加。且高溫脅迫下MDA含量增加更為明顯，說明，總狀綠絨蒿幼苗在高溫脅迫下膜質(zhì)損傷更為嚴(yán)重。在0、30 ℃脅迫下，抗氧化酶活性顯著升高，這可能是由于總狀綠絨蒿體內(nèi)防御系統(tǒng)對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)，酶的合成增加，保護(hù)其生理代謝及生長(zhǎng)等都不受到逆境的嚴(yán)重影響。本研究中總狀綠絨蒿幼苗保護(hù)酶活性在低溫，高溫處理下相較其他溫度處理下呈增高的趨勢(shì)，且低溫處理下POD活性較SOD活性增加更為明顯，相反，在高溫，低溫處理下SOD活性較POD活性增加更為明顯。有研究也表明，總狀綠絨蒿其葉片在20 ℃有更高的光合能力和光化學(xué)效率。其種子最適宜發(fā)芽溫度為20 ℃[23]，本實(shí)驗(yàn)從總狀綠絨蒿植株幾種生理機(jī)制的響應(yīng)也證實(shí)了這一點(diǎn)。

表1 各生理指標(biāo)間的相關(guān)性檢驗(yàn)

綜上所述，總狀綠絨蒿植株最適宜的生長(zhǎng)的溫度條件為20 ℃，溫度過高或過低都影響植株的正常生理代謝。在低溫(0 ℃)和高溫(30 ℃)處理下，上述各生理指標(biāo)均有顯著變化，由此可見總狀綠絨蒿幼苗可以通過調(diào)節(jié)自身生理生化機(jī)制來適應(yīng)外界溫度的變化，尤其高溫對(duì)植株的傷害反應(yīng)最為強(qiáng)烈。

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(責(zé)任編輯 李山云)

Effect of Different Temperatures on Physiological Traits ofMeconopsisracemosaSeedlings

WANG Gai, QU Zhi, QU Yan*

(Faculty of Landscape, Southwest Forestry University, Yunnan Kunming 650224, China)

The half-year old seedlings ofMeconopsisracemosawere used as test materials in the present study. We compared the responses on physiological indexes under five temperature gradients (0,5,15,20,30 ℃) of the seedlings. Results showed that the indexes were the lowest under 20 ℃ treatment. There was no significant difference (P> 0.05) between 5, 15, 20 ℃. Under the high temperature(30 ℃) and the low temperature(0 ℃) processing was significantly reduced, antioxidant enzymes SOD, POD activity increased significantly, malondialdehyde (MDA) content and protein content, proline content increased significantly, which showed that theMeconopsisracemosecould through their own positive response decrease damages from low temperature and high temperature; And the damage of high temperature(30 ℃) onMeconopsisracemosewas larger than that of low temperature, which showed thatMeconopsisracemosewas a stronger resistance to low temperature, but not high temperature resistant.

Meconopsisracemosa; Temperature; Stress; Effect

1001-4829(2016)08-1834-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.014

2014-11-24

西南林業(yè)大學(xué)科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(SWFC.IP2014.111308)；國(guó)家自然科學(xué)基金(31460218)；云南省 高校風(fēng)景園林科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目；園林植物與觀賞園藝省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科、園林植物與觀賞園藝省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和西南林業(yè)大學(xué)大型儀器共享平臺(tái)項(xiàng)目。

王 蓋(1988-)，男，碩士，現(xiàn)從事園林研究，*為通訊作者，E-mail：flyersw@163.com。

S681.9

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