3個(gè)牡丹品種對(duì)高溫脅迫的生理響應(yīng)

騫光耀+孔祥生+張淑玲

摘要：在人工氣候箱中，對(duì)牡丹品種洛陽(yáng)紅、鳳丹白、映金紅等3個(gè)品種進(jìn)行不同溫度處理，再測(cè)定丙二醛含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性，研究高溫脅迫對(duì)3個(gè)牡丹品種生理生化特性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，40 ℃ 高溫脅迫處理后，3個(gè)牡丹品種葉片的細(xì)胞膜相對(duì)透性、脯氨酸含量、可溶性糖含量、丙二醛含量顯著高于對(duì)照，而凈光合速率、可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性顯著低于對(duì)照。結(jié)果表明，牡丹植株受傷害的程度與高溫脅迫的強(qiáng)度有關(guān)，且3個(gè)品種的抗熱性由大到小順序?yàn)轼P丹白>映金紅>洛陽(yáng)紅。

關(guān)鍵詞：牡丹；高溫脅迫；抗性；生理生化

中圖分類號(hào)： S685.110.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）12-0103-03

Andr.）是我國(guó)特有的名貴木本花卉，素有“國(guó)色天香”“百花之王”的美譽(yù)，一直受到國(guó)人的推崇，長(zhǎng)盛不衰[1]。牡丹喜夏季涼爽、冬季陽(yáng)光充足、雨量適中的環(huán)境，畏炎熱，耐寒凍，耐旱，怕水澇。而我國(guó)南方地區(qū)夏季雨熱同季，光照度較高，對(duì)牡丹的生長(zhǎng)影響很大，常使其進(jìn)入強(qiáng)迫性休眠[2]。近年關(guān)于干旱脅迫及水分飽和脅迫對(duì)牡丹生理代謝的影響報(bào)道較多[3-5]，但關(guān)于牡丹在高溫脅迫下生理響應(yīng)的報(bào)道較少。本試驗(yàn)通過(guò)研究不同溫度處理下牡丹葉片凈光合速率（Pn）、脯氨酸含量、丙二醛（MDA）含量、可溶性糖含量、細(xì)胞膜相對(duì)透性和超氧化物歧化酶（SOD）活性等生理生化指標(biāo)的變化，初步探討牡丹在高溫脅迫下的傷害與適應(yīng)等抗性生理變化。研究結(jié)果對(duì)于了解牡丹夏眠的影響因素，促進(jìn)中原牡丹品種南移，提高牡丹植株的抗高溫能力有著重要的理論意義。

1材料與方法

1.1材料與處理

試驗(yàn)材料選用3年生牡丹品種洛陽(yáng)紅、鳳丹白、映金紅（生產(chǎn)上鳳丹白的耐高溫性比較強(qiáng)），由洛陽(yáng)市國(guó)際牡丹園提供。每個(gè)品種選取長(zhǎng)勢(shì)一致植株各12株。2014年10月進(jìn)行選株盆栽，花盆容積約18 L（桶上口直徑28 cm，下口直徑25 cm，高26 cm），每盆1株。試驗(yàn)材料移栽后正常管理保證其健康生長(zhǎng)。于2015年5月進(jìn)行試驗(yàn)，利用人工氣候箱（LRH-300-GSⅡ，廣東省醫(yī)療器械廠）對(duì)3個(gè)品種的牡丹材料進(jìn)行不同溫度處理，處理溫度分別為30、35、40 ℃，以 25 ℃ 為對(duì)照，處理過(guò)程中空氣濕度為70%～80%，光照度約為150 μmol/（m2·s）。連續(xù)處理48 h后立即測(cè)定葉片光合作用參數(shù)和細(xì)胞膜相對(duì)透性，另取葉片用液氮處理后放入超低溫冰箱保存，以備測(cè)定其余生理生化指標(biāo)。

1.2生理生化指標(biāo)的測(cè)定

凈光合速率（Pn）用Li-6400光合儀（美國(guó)LICOR公司），采用開(kāi)放式氣路于晴天10：00—11：00進(jìn)行測(cè)定?？扇苄蕴呛康臏y(cè)定采用蒽酮比色法，脯氨酸含量的測(cè)定采用磺基水楊酸法，可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250比色法，MDA含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法，SOD活性的測(cè)定采用氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法[6]；細(xì)胞膜相對(duì)透性的測(cè)定采用電導(dǎo)法[7]。

1.3數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel（Office 2007）計(jì)算及繪圖，輔以DPS 7.05進(jìn)行方差分析及差異顯著性檢驗(yàn)（P<0.05）。

2結(jié)果與分析

2.1不同溫度處理對(duì)牡丹葉片Pn的影響

30、35 ℃處理下鳳丹白葉片Pn與對(duì)照差異不顯著；40 ℃處理下鳳丹白葉片Pn比對(duì)照顯著降低51.01%。處理溫度分別為30、35、40 ℃時(shí)，映金紅葉片Pn比對(duì)照分別顯著降低22.88%、41.52%、76.27%，洛陽(yáng)紅葉片Pn相比對(duì)照分別顯著降低25.29%、29.89%、83.91%（圖1）。

2.2不同溫度處理對(duì)牡丹葉片中可溶性糖含量的影響

在30、35 ℃處理下3個(gè)品種牡丹葉片中可溶性糖含量相比對(duì)照并沒(méi)有明顯的變化規(guī)律。但在40 ℃處理下3個(gè)品種牡丹葉片中可溶性糖含量均達(dá)到最高值，鳳丹白、映金紅、洛陽(yáng)紅葉片中可溶性糖含量比對(duì)照分別顯著提高了5738%、18.61%、20.37%（圖2）。

2.3不同溫度處理對(duì)牡丹葉片中可溶性蛋白含量和脯氨酸含量的影響

隨著處理溫度的升高，洛陽(yáng)紅葉片中可溶性蛋白含量呈降低趨勢(shì)，而鳳丹白和映金紅葉片中可溶性蛋白含量都有一個(gè)相對(duì)升高然后降低的過(guò)程。但在40 ℃處理下3個(gè)品種牡丹葉片中可溶性蛋白均降低到最低水平，鳳丹白下降幅度最小，相比對(duì)照下降19.11%，映金紅比對(duì)照下降35.24%，洛陽(yáng)紅下降幅度最大，為66.87%（圖3）。

隨著處理溫度的升高，3個(gè)品種牡丹葉片中脯氨酸含量均呈增加趨勢(shì)，且在40 ℃處理下均達(dá)到最高值。40 ℃處理下鳳丹白、映金紅、洛陽(yáng)紅葉片中脯氨酸含量比對(duì)照分別顯著提高了716.82%、618.24%、404.52%（圖4）。

2.4不同溫度處理對(duì)牡丹葉片中MDA含量的影響

隨著處理溫度的升高，3個(gè)品種牡丹葉片中MDA含量均呈增加趨勢(shì)。處理溫度分別為30、35、40 ℃時(shí)，鳳丹白葉片中MDA含量比對(duì)照分別顯著增加16.15%、29.04%、5354%；映金紅葉片中MDA含量比對(duì)照分別顯著增加27.57%、3613%、62.15%；洛陽(yáng)紅葉片中MDA含量比對(duì)照分別顯著增加11.75%、31.84%、104.02%（圖5）。

2.5不同溫度處理對(duì)牡丹葉片細(xì)胞膜相對(duì)透性的影響

隨著處理溫度的升高，3個(gè)品種牡丹葉片細(xì)胞膜相對(duì)透性呈增加趨勢(shì)。處理溫度分別為30、35、40 ℃時(shí)，鳳丹白葉片細(xì)胞膜相對(duì)透性比對(duì)照分別增加10.99%、50.78%、8796%；映金紅葉片細(xì)胞膜相對(duì)透性比對(duì)照分別顯著增加33.52%、89.56%、137.36%；洛陽(yáng)紅葉片細(xì)胞膜相對(duì)透性比對(duì)照分別顯著增加47.70%、114.37%、224.14%（圖6）。endprint

2.6不同溫度處理對(duì)牡丹葉片中SOD活性的影響

隨著處理溫度的升高，3個(gè)牡丹品種葉片SOD活性呈先增加后降低的趨勢(shì)。鳳丹白、映金紅、洛陽(yáng)紅葉片中SOD活性均在35 ℃處理下最高，分別為12.35、14.23、11.34 U/g。鳳丹白、映金紅、洛陽(yáng)紅葉片中SOD活性在40 ℃處理下最低，比對(duì)照分別顯著降低17.61%、50.57%、69.76%（圖7）。

3討論

3.1高溫脅迫對(duì)牡丹葉片Pn的影響

高溫脅迫抑制植物的光合作用已在許多植物上得到證實(shí)[8-10]，本研究表明，在高溫脅迫下3個(gè)品種牡丹的光合作用均受到不同程度的抑制，且隨著處理溫度的升高3個(gè)品種牡丹的Pn總體上呈下降趨勢(shì)。但鳳丹白在高溫條件下Pn的下降幅度最小，說(shuō)明鳳丹白在3個(gè)品種中耐高溫性較強(qiáng)。

3.2高溫脅迫對(duì)牡丹葉片中可溶性物質(zhì)含量的影響

滲透調(diào)節(jié)是植物在逆境脅迫下降低滲透勢(shì)、抵抗脅迫的一種重要方式，可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和游離脯氨酸都是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物體遭受高溫脅迫時(shí)，可溶性糖量通常會(huì)升高[11]。本研究表明，在30、35 ℃處理下3個(gè)品種牡丹葉片中可溶性糖含量相比對(duì)照并沒(méi)有一致的變化規(guī)律，這與在茄子和黃姜的研究結(jié)果[12-13]一致?？赡苁且?yàn)闇囟壬咛岣叩矸鄯纸鉃榭扇苄蕴堑乃俾剩瑫r(shí)呼吸作用加強(qiáng)，消耗了細(xì)胞內(nèi)貯存的糖類，這兩者同時(shí)作用造成在不同品種在可溶性糖含量上變化的差異。在40 ℃高溫脅迫條件下3個(gè)品種牡丹葉片中的可溶性糖含量與對(duì)照相比均顯著升高，可溶性糖含量升高幅度為鳳丹白>映金紅>洛陽(yáng)紅。

高溫下植物可溶性蛋白質(zhì)的含量與植物的耐熱性有關(guān)，弱耐熱品種減少幅度較大[14]。在逆境下植物體內(nèi)常有脯氨酸的積累，其積累量與逆境水平和植物對(duì)這種逆境的抗性有關(guān)，因而測(cè)定植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上可以了解植株遭受逆境的情況及植物對(duì)逆境的抵抗能力[15]。本研究表明，在40 ℃高溫脅迫條件下3個(gè)品種牡丹葉片中可溶性蛋白含量與對(duì)照相比均顯著降低，脯氨酸含量與對(duì)照相比均顯著升高，可溶性蛋白含量降低幅度為洛陽(yáng)紅>映金紅>鳳丹白，脯氨酸含量升高幅度為鳳丹白>映金紅>洛陽(yáng)紅。高溫脅迫下可溶性物質(zhì)含量的變化表明高溫脅迫對(duì)3個(gè)牡丹品種的傷害程度為洛陽(yáng)紅>映金紅>鳳丹白。

3.3高溫脅迫造成牡丹葉片膜脂過(guò)氧化和膜結(jié)構(gòu)的破壞

植物逆境條件下，往往發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用，MDA是其產(chǎn)物之一，通常利用MDA含量表示膜脂過(guò)氧化的程度和植物對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱[16]。細(xì)胞膜相對(duì)透性可表示質(zhì)膜透性變化，是反映植物的高溫傷害及對(duì)高溫適應(yīng)的最常用指標(biāo)[17]。在大白菜和茄子上的研究顯示，耐熱性較好的植物品種，高溫脅迫后MDA含量和細(xì)胞膜相對(duì)透性上升較慢，且MDA含量的變化與細(xì)胞膜相對(duì)透性變化呈現(xiàn)良好的相關(guān)性，可作為鑒定耐熱性的指標(biāo)[18-19]。本研究表明，隨著處理溫度的升高，3個(gè)牡丹品種葉片MDA含量和細(xì)胞膜相對(duì)透性與對(duì)照相比呈升高趨勢(shì)，升高幅度均為洛陽(yáng)紅>映金紅>鳳丹白。

SOD是植物氧代謝的關(guān)鍵酶，SOD催化O-2· 發(fā)生歧化反應(yīng)而生成H2O2，從而清除O-2· ，減少膜系統(tǒng)的傷害，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)，從而使植物在一定程度上抵抗高溫脅迫。不少研究認(rèn)為，SOD活性可作為評(píng)價(jià)植物抗高溫脅迫潛力的可靠指標(biāo)[20-24]。本研究表明，在40 ℃高溫脅迫處理下3個(gè)品種牡丹葉片SOD活性的與對(duì)照相比均顯著降低，降低幅度為洛陽(yáng)紅>映金紅>鳳丹白。綜上所述，高溫脅迫條件，3個(gè)牡丹品種中鳳丹白的膜脂過(guò)氧化的程度最低，SOD活性最高，說(shuō)明其具有較強(qiáng)的抗熱性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李嘉玨，張西方，趙孝慶，等. 中國(guó)牡丹[M]. 北京：中國(guó)大百科全書(shū)出版社，2011.

[2]徐艷，呂長(zhǎng)平，成明亮，等. 幾個(gè)牡丹品種的抗熱性比較研究[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（4）：180-183.

[3]侯小改，段春燕，劉改秀，等. 土壤含水量對(duì)牡丹光合特性的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2006，21（2）：91-94.

[4]孔祥生，張妙霞，王學(xué)永，等. 水分脅迫下2個(gè)牡丹品種生理生化差異比較[J]. 林業(yè)科學(xué)，2011，47（9）：162-167.

[5]阿日文，孫曉剛，王莉莉，等. 3個(gè)牡丹品種對(duì)干旱和水澇脅迫的生理響應(yīng)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（11）：252-255.

[6]孔祥生，易現(xiàn)峰. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2012：141-262.

[7]陳愛(ài)葵，韓瑞宏，李東洋，等. 植物葉片相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定方法比較研究[J]. 廣東教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，30（5）：88-91.

[8]杜堯東，李鍵陵，王華，等. 高溫脅迫對(duì)水稻劍葉光合和葉綠素?zé)晒馓卣鞯挠绊慬J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2012，31（10）：2541-2548.

[9]羅海波，馬苓，段偉，等. 高溫脅迫對(duì)“赤霞珠”葡萄光合作用的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43（13）：2744-2750.

[10]Feng B，Liu P，Li G，et al. Effect of heat stress on the photosynthetic characteristics in flag leaves at the grain-filling stage of different heat-resistant winter wheat varieties[J]. Journal of Agronomy and Crop Science，2014，200（2）：143-155.

[11]馬英姿，張慧，宋榮，等. 高溫脅迫對(duì)蛇足石杉生理特性的影響[J]. 中草藥，2013，44（2）：224-228.endprint

[12]賈開(kāi)志，陳貴林. 高溫脅迫下不同茄子品種幼苗耐熱性研究關(guān)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2005，24（4）：398-401.

[13]涂三思，秦天才. 高溫脅迫對(duì)黃姜葉片脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量的影響[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004（4）：98-100.

[14]孟煥文，張彥峰，程智慧，等. 黃瓜幼苗對(duì)熱脅迫的生理反應(yīng)及耐熱鑒定指標(biāo)篩選[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2000，9（1）：96-99.

[15]徐艷，呂長(zhǎng)平，成明亮，等. 幾個(gè)牡丹品種的抗熱性比較研究[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（4）：180-183.

[16]王學(xué)奎. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2006：280.

[17]Martineau J R，Specht J E，Williams J H. Temperature tolerance in soybeans.Ⅰ. Evaluation of a technique for assessing cellular membrane thermostability[J]. Crop Science，1979，19（1）：75-81.

[18]王志和，于麗艷，曹德航，等. 短期高溫處理對(duì)大白菜幾個(gè)生理指標(biāo)的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2005，14（3）：82-85.

[19]張雅，傅鴻妃. 高溫脅迫對(duì)茄子幼苗抗氧化系統(tǒng)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（2）：246-250.

[20]耶興元. 茉莉酸甲酯對(duì)高溫脅迫下獼猴桃苗膜脂過(guò)氧化及相關(guān)抗氧化酶的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（5）：173-175.

[21]穆蓁蓁，克熱木，伊力，等. 高溫干旱對(duì)庫(kù)爾勒香梨葉片生理指標(biāo)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（2）：209-212.

[22]江萍，王雪蓮，孫向?qū)?，? 高溫脅迫對(duì)文冠果主要抗氧化酶活性的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（2）：220-225.

[23]張桂蓮，陳立云，張順堂，等. 高溫脅迫對(duì)水稻劍葉保護(hù)酶活性和膜透性的影響[J]. 作物學(xué)報(bào)，2006，32（9）：1306-1310.

[24]王國(guó)霞，鄧培淵，楊玉珍，等. 高溫脅迫對(duì)不同油茶品種細(xì)胞膜穩(wěn)定性的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，42（4）：59-63.艾佐佐，袁軍，黃麗媛，等. 磷對(duì)鋁脅迫下油茶幼苗根冠比及根系形態(tài)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（12）：106-108.endprint