外源水楊酸甲酯對(duì)高溫脅迫下茶樹光合作用和抗氧化酶的影響

魏吉鵬，李鑫*，王朝陽(yáng)，李洋,3，張?zhí)m，沈晨，顏鵬，張麗平，韓文炎*

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外源水楊酸甲酯對(duì)高溫脅迫下茶樹光合作用和抗氧化酶的影響

魏吉鵬1，李鑫1*，王朝陽(yáng)2，李洋1,3，張?zhí)m1，沈晨1，顏鵬1，張麗平1，韓文炎1*

1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，浙江 杭州 310008；2. 安康市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，陜西 安康 725000； 3. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河北 保定 071000

近年來(lái)茶園高溫災(zāi)害頻發(fā)，而關(guān)于提高茶樹耐熱性的研究相對(duì)較少。本文以龍井43為試驗(yàn)材料，利用不同濃度水楊酸甲酯（MeSA）噴施茶苗后，在高溫環(huán)境下（43℃）處理12?h，隨后測(cè)定茶樹葉片的凈光合速率（Pn），Rubisco最大羧化速率（Vmax）、RuBP最大再生速率（max），電解質(zhì)滲透率（EL），丙二醛（MDA）含量以及抗氧化酶活性等相關(guān)指標(biāo)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1?mmol·L-1MeSA能夠有效緩解高溫導(dǎo)致的茶樹Pn降低，維持Vmax和max穩(wěn)定；高溫導(dǎo)致茶樹葉片EL和MDA含量迅速上升，而適當(dāng)濃度的MeSA可顯著降低高溫環(huán)境下EL和MDA含量。此外，結(jié)果表明1?mmol·L-1MeSA能夠提高APX和CAT活性，進(jìn)而減少H2O2積累，減輕茶樹細(xì)胞膜過(guò)氧化作用。綜上所述，外源施用MeSA能夠在一定程度上維持高溫條件下植物葉片細(xì)胞光合系統(tǒng)穩(wěn)定，提高茶樹葉片的抗氧化酶活性，緩解氧化脅迫，最終提高茶樹的耐熱性。

水楊酸甲酯；茶樹；高溫脅迫；光合作用；抗氧化酶

茶是世界三大無(wú)酒精飲料之一，中國(guó)是第一產(chǎn)茶大國(guó)[1]。茶樹的生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氣溫和水分要求相對(duì)嚴(yán)格。在全球氣候變暖的背景下，我國(guó)產(chǎn)茶區(qū)夏季極端高溫、干旱等事件愈來(lái)愈頻繁。高溫干旱影響茶樹正常的生長(zhǎng)發(fā)育，茶樹葉面溫度過(guò)高容易導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，光合能力下降，葉綠素降解，葉片功能喪失[2]；嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致茶葉萎焉，茶葉品質(zhì)下降，甚至最終導(dǎo)致茶樹死亡，給茶葉生產(chǎn)帶來(lái)巨大的損失[3]。因此研究茶樹應(yīng)對(duì)高溫脅迫的生理機(jī)制，進(jìn)而尋找方法提高茶樹的耐熱性具有重要的科研價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

水楊酸（Salicylic acid，SA）和水楊酸甲酯（Methyl salicylate，MeSA）是植物界普遍存在的酚類化合物，SA易于轉(zhuǎn)化為MeSA，兩者的生理功能基本一致[4]。研究發(fā)現(xiàn)SA在植物氣孔開閉、種子萌發(fā)、開花、果實(shí)生長(zhǎng)等生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著重要作用[5]。20世紀(jì)90年代，研究人員發(fā)現(xiàn)SA同樣參與植物應(yīng)對(duì)逆境脅迫的生理過(guò)程，SA開始作為植物應(yīng)對(duì)脅迫反應(yīng)的一種信號(hào)分子來(lái)研究[6]。目前已有關(guān)于SA參與植物抗病、抗鹽、抗熱、抗旱、抗寒等生理過(guò)程的研究報(bào)道[7]。

目前的研究發(fā)現(xiàn)，MeSA預(yù)處理能夠修復(fù)高溫導(dǎo)致的植物葉片光合機(jī)構(gòu)的損壞，維持PSⅡ反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，從而在一定程度上維持高溫下植物光合作用的持續(xù)進(jìn)行[8]。同時(shí)使用MeSA預(yù)處理還能提高高溫下植物葉片抗氧化酶活性，降低MDA含量及細(xì)胞膜過(guò)氧化程度，減輕高溫強(qiáng)光脅迫導(dǎo)致的氧化損傷[9]。在茶樹方面，盡管學(xué)術(shù)界已經(jīng)開展了SA參與茶樹抗蟲性[10]，抗寒性[11]，抗鹽性[12]等研究，但是關(guān)于SA對(duì)茶樹抗熱性影響的研究尚未深入開展，尤其是SA對(duì)于高溫脅迫下茶樹葉片光合作用和抗氧化酶的影響還沒(méi)有研究報(bào)道?；诖?，本研究選用了龍井43茶苗，通過(guò)噴施不同濃度MeSA進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行高溫處理，隨后測(cè)定茶樹光合以及抗氧化酶活性等生理指標(biāo)，從而探明MeSA對(duì)高溫脅迫下茶樹光合作用和抗氧化酶的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與處理

試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)材料為龍井43茶樹品種。試驗(yàn)選擇生長(zhǎng)狀態(tài)一致，枝條健壯，無(wú)病蟲害侵襲的盆栽苗待用。水楊酸甲酯（MeSA）采購(gòu)自美國(guó)Aladdin公司，分別配置成不同濃度（0、0.1、1、5?mmol·L-1）。

在不同濃度的MeSA溶液中加入0.3‰的有機(jī)硅后，將其噴施在茶樹葉片上，直至葉片滴水為止。隨后將噴施不同濃度MeSA的盆栽茶苗均分，分別放入兩個(gè)不同溫度環(huán)境的人工氣候培養(yǎng)箱中。其中常溫處理設(shè)置為28℃，高溫處理設(shè)置43℃。除溫度不同外，人工氣候箱平均光強(qiáng)均設(shè)定為600?μmol·m-2·s-1，光周期為14?h/10?h（晝/夜），相對(duì)濕度均控制在80%，CO2體積分?jǐn)?shù)設(shè)置為0.04%。連續(xù)處理12?h后，測(cè)定茶樹葉片的光合氣體交換參數(shù)；隨后取一芽及半展葉用于基因表達(dá)分析；取一芽二葉樣品稱重后置于液氮中用于后續(xù)生理指標(biāo)的測(cè)定。每個(gè)處理3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 光合氣體交換測(cè)定

利用LI-COR 6400型光合儀（美國(guó)LI-COR公司），在光強(qiáng)為600?μmol·m-2·s-1，CO2體積分?jǐn)?shù)為0.04%的條件下測(cè)定茶樹頂芽向下第三葉片的凈光合速率（Pn）。參考Voncaemmerer等[13]的方法測(cè)定光合作用CO2響應(yīng)曲線（A/Ci）后，使用Ethier等[14]的方法計(jì)算出Rubisco最大羧化速率（Vmax）以及Rubisco的最大再生速率（max）。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。

1.2.2 電導(dǎo)率（EL）的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取試樣0.1?g裝入試管，加蒸餾水20?mL，抽氣泵真空抽氣1?h，隨后振蕩混勻并室溫靜置2?h。靜置結(jié)束后再次振蕩混勻，隨后用EC215型數(shù)字電導(dǎo)率儀測(cè)第1次電導(dǎo)率值（1），然后沸水浴1?h，冷卻至室溫后測(cè)第2次電導(dǎo)率值（2）。

細(xì)胞傷害率=1/2×100%。

1和2需轉(zhuǎn)化為25℃時(shí)的電導(dǎo)率（25）。

25=t[1 +0.02(－25)]式中，t為實(shí)測(cè)電導(dǎo)率，為實(shí)測(cè)溫度。

1.2.3 MDA含量測(cè)定

采用硫代巴比妥酸法（TBA）法，取茶樹葉片組織研磨后取上清液加入10%三氯乙酸（TCA）和0.65%硫代巴比妥酸（TBA）在95℃加熱30?min，測(cè)定OD532和OD600，計(jì)算MDA含量。

1.2.4 H2O2含量測(cè)定和DAB染色

H2O2含量測(cè)定：根據(jù)Okuda T等[15]的方法，取葉片組織0.3?g加入3?mL HClO4研磨后離心，用KOH將pH調(diào)至6~7。用活性炭吸附色素后，離心取上清液過(guò)濾膜，隨后根據(jù)Willekens H等[16]的方法測(cè)定濾液中H2O2的含量。

DAB染色：配制0.1%二甲基聯(lián)苯胺（DAB）溶液（含50?mmol·L-1Tris-HCl，pH3.8）后，取茶樹自頂芽向下第三片葉片放入其中，25℃條件下光照培養(yǎng)直到葉片上出現(xiàn)深色斑點(diǎn)。隨后將葉片放入95%的乙醇中，100℃水浴煮沸15?min，重復(fù)這一步驟直到葉片葉綠素完全脫去，進(jìn)行拍照保存。

1.2.5 APX和CAT活性測(cè)定

參考Wang等[17]的方法提取粗酶液，并加以改進(jìn)。取茶樹葉片組織0.3?g加入3?mL 50?mmol·L-1（含0.2?mmol·L-1EDTA）pH7.8緩沖液研磨。將勻漿轉(zhuǎn)入10?mL的離心管中，12?000低溫下離心20?min，上清液即為粗酶液。

抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）的活性測(cè)定參考Nakano等[18]的方法，并加以改進(jìn)。取100?μL酶液，加入1?700?μL 25?mmol·L-1PBS（pH7.0，含有0.1?mmol·L-1EDTA），100?μL 20?mmol·L-1H2O2，100?μL 5?mmol·L-1ASA（抗壞血酸）將反應(yīng)液混合后，測(cè)定40?s內(nèi)OD290的動(dòng)力學(xué)變化，并計(jì)算酶活。

過(guò)氧化氫酶（CAT）活力測(cè)定參照Patra等[19]的方法，并加以改進(jìn)。取100?μL酶液，加入1?700?μL 25?mmol·L-1PBS（pH7.0，含0.1?mmol·L-1EDTA），200?μL 100?mmol·L-1H2O2。將反應(yīng)液混合后，立刻測(cè)定40?s內(nèi)OD240的動(dòng)力學(xué)變化，并計(jì)算酶活。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

試驗(yàn)中各指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3次，取其平均值。數(shù)據(jù)圖片用Origin Pro 8.0繪制（Microcal軟件公司，美國(guó)），并采用SAS 9.0進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 MeSA對(duì)高溫條件下茶樹葉片光合作用的影響

高溫脅迫會(huì)導(dǎo)致茶樹光合系統(tǒng)受到破壞，光合酶活性喪失，光合能力下降。凈光合速率能夠在一定程度上反應(yīng)光合能力。如圖1所示，相對(duì)于高溫條件，常溫條件下茶樹光合能力維持在較高水平，各處理組凈光合速率（Pn）較高；且常溫條件下不同濃度的MeSA處理對(duì)茶樹光合作用沒(méi)有顯著影響。在高溫條件下，對(duì)照組未使用MeSA處理，其Pn降低了49.89%；而MeSA預(yù)處理能夠緩解高溫條件下Pn的下降。高溫條件下0.1、1.0、5.0?mmol·L-1的MeSA預(yù)處理的茶樹葉片Pn值比對(duì)照分別提高了25.25%、60.58%、和36.02%。其中1?mmol·L-1MeSA能夠最大程度緩解高溫條件下茶樹葉片Pn的抑制作用，與對(duì)照組相比效果顯著。此外，研究還發(fā)現(xiàn)隨著MeSA濃度的提高，其作用效果并未呈線性增強(qiáng)，高溫條件下施用5.0?mmol·L-1MeSA的茶樹葉片Pn只比對(duì)照提高了36.02%，緩解效果弱于1.0?mmol·L-1MeSA處理組。

注：圖中不同字母代表不同處理間差異顯著，P<0.05。下同。

2.2 MeSA對(duì)高溫條件下茶樹葉片Rubisco的影響

Rubisco是光合作用C3碳反應(yīng)中重要的羧化酶，也是光呼吸中不可缺少的加氧酶，是光合作用中決定碳同化速率的關(guān)鍵酶。在卡爾文循環(huán)中，Rubisco的羧化速率（Vmax）和RuBP的再生速率（max）直接影響到暗反應(yīng)有機(jī)物的積累速率。高溫會(huì)破壞Rubisco的蛋白結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致酶活性下降。如圖2所示，常溫條件下不同濃度MeSA處理對(duì)茶樹葉片V,max和max沒(méi)有顯著影響；高溫條件下，對(duì)照組Vmax和max分別降低了31.78%和38.32%，使用0.1、1.0、5.0?mmol·L-1的MeSA預(yù)處理的茶樹葉片Vmax值比對(duì)照組分別提高了7.14%、23.93%、和20.35%，max值比對(duì)照組分別提高了12.16%、38.93%、和19.63%。盡管使用MeSA處理均能減少茶樹在高溫條件下V,max值的降低，其中1.0?mmol·L-1MeSA效果最為明顯。同樣的，使用1.0?mmol·L-1的MeSA能夠最大程度的緩解高溫條件下茶樹葉片max值的下降，而0.1?mmol·L-1和5?mmol·L-1的MeSA緩解效果緊隨其后，兩者之間無(wú)明顯差異。

2.3 MeSA對(duì)高溫條件下茶樹葉片電解質(zhì)滲透率（EL）和丙二醛（MDA）含量影響

植物細(xì)胞的EL和MDA含量均與細(xì)胞膜的完整性相關(guān)。如圖3所示，在常溫條件下，不同濃度的MeSA處理對(duì)茶樹葉片組織的EL和MDA無(wú)顯著影響。高溫處理后，茶樹葉片EL值迅速提高，對(duì)照組EL提高了2.86倍，達(dá)到了28.62%。而施用MeSA能夠在一定程度上降低高溫條件下的EL，0.1、1.0、5.0?mmol·L-1的MeSA預(yù)處理的茶樹葉片EL比對(duì)照組分別降低了20.72%、33.69%、和38.97%。高溫處理同樣導(dǎo)致茶樹葉片MDA含量升高，高溫下對(duì)照組MDA含量提高了1.82倍，達(dá)到212.69?μmol·g-1。使用0.1、1.0、5.0?mmol·L-1的MeSA預(yù)處理的茶樹葉片MDA含量比對(duì)照組分別降低了9.88%、25.91%、和19.09%。同樣1.0?mmol·L-1的MeSA預(yù)處理能夠最大程度減少高溫條件下茶樹葉片MDA含量，當(dāng)濃度達(dá)到5.0?mmol·L-1時(shí)，其效果有所減弱。

圖2 MeSA處理對(duì)高溫脅迫下茶樹Vc,max和Jmax的影響

圖3 MeSA處理對(duì)高溫脅迫下茶樹MDA和EL的影響

2.4 MeSA對(duì)高溫條件下茶樹葉片H2O2含量影響

H2O2是植物細(xì)胞在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的一種活性氧分子，通過(guò)DAB染色后，組織細(xì)胞內(nèi)有H2O2的部位生成金黃色的顆粒物。如圖4-A DAB染色所示，在常溫條件下茶樹自頂芽向下第三葉片無(wú)明顯的顆粒物，葉片顏色較均勻，呈黃色；在高溫條件下，對(duì)照組葉片出現(xiàn)大量顆粒物沉淀，這些顆粒聚集后，葉片變?yōu)辄S褐色。與對(duì)照組相比，高溫條件下使用MeSA預(yù)處理的茶樹葉片顆粒物均有所減少。從圖中可以看出，高溫條件下1.0?mmol·L-1MeSA處理的葉片顆粒物最少，5.0?mmol·L-1與之效果相似，0.1?mmol·L-1次之。

通過(guò)生物化學(xué)手段測(cè)定的H2O2含量與染色結(jié)果趨勢(shì)一致。如圖4-B所示，常溫條件下茶樹葉片組織內(nèi)H2O2含量較低，噴施不同濃度MeSA的茶樹葉片H2O2含量雖然有所差別，但基本維持在58~87?nmol·g-1之間。常溫條件下對(duì)照組H2O2含量最低，為58.18?nmol·g-1，使用1.0?mmol·L-1MeSA處理的葉片H2O2生成量最高，達(dá)到86.35?nmol·g-1。在高溫條件下，不同濃度MeSA處理茶樹葉片H2O2含量升高到142~193?nmol·g-1之間。對(duì)照組在不使用MeSA處理的情況下，茶樹葉片H2O2含量最高，達(dá)到了192.31?mol·g-1，為常溫條件下的3.3倍。隨著MeSA濃度升高，H2O2含量逐漸下降。使用0.1、1.0、5.0?mmol·L-1MeSA處理的茶樹葉片H2O2生成量分別比對(duì)照組減少了7.16%、21.54%和26.02%。

2.5 MeSA對(duì)高溫條件下茶樹葉片抗氧化酶活性的影響

抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）和過(guò)氧化氫酶（CAT）是植物組織細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）清除系統(tǒng)的重要組成部分，兩者均能與活性氧分子反應(yīng)。如圖5所示，與高溫條件相比，常溫下APX和CAT活性較低。在常溫條件下，當(dāng)MeSA濃度為1?mmol·L-1時(shí)，APX活性比對(duì)照組提高了24.68%，5?mmol·L-1MeSA處理有相似效果，而0.1?mmol·L-1MeSA處理組茶樹葉片APX活性與對(duì)照組無(wú)明顯差異。在高溫條件下，各處理組APX活性均有提高。高溫下對(duì)照組APX活性比常溫條件下提高了43.01%；使用MeSA處理能夠進(jìn)一步提高茶樹葉片中APX活性，使用0.1、1、5?mmol·L-1MeSA處理的茶樹葉片APX活性分別比高溫處理下對(duì)照組分別提高了12.64%、28.98%和11.83%，由此可見1?mmol·L-1MeSA能夠最有效提高高溫下茶樹葉片APX的活性。

圖4 MeSA處理對(duì)高溫脅迫下茶樹H2O2含量的影響

圖5 MeSA處理對(duì)高溫脅迫下茶樹APX和CAT的影響

與APX類似，常溫條件下使用MeSA處理的茶樹葉片CAT的活性與對(duì)照組相比均有所增加，其中1?mmol·L-1MeSA處理效果最為顯著。高溫下茶樹APX活性升高，對(duì)照組茶樹葉片APX的活性在高溫條件下達(dá)到0.24?μmol·mg-1·min-1，是常溫下的1.52倍。高溫條件下使用0.1、1.0、5.0?mmol·L-1MeSA處理的茶樹葉片APX的活性分別比對(duì)照組提高了13.61%、40.33%和8.54%。

3 討論

李治鑫等[20]的研究結(jié)果表明，持續(xù)的高溫導(dǎo)致茶樹葉片顏色改變，甚至枯萎卷曲。將茶樹置于43℃條件下持續(xù)48?h后，茶樹葉片葉綠素逐漸降解，茶樹葉片的Fv/Fm呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，ΦPSⅡ明顯降低，綜合表現(xiàn)為茶樹葉片光合能力持續(xù)下降。而SA能夠提高植物光合作用的研究早有報(bào)道。Ananiera等[21]使用大麥苗作為研究材料，發(fā)現(xiàn)500?μmol·L-1的SA能提高大麥葉片葉綠素含量與氣孔導(dǎo)度，從而提高麥苗的Pn。王利軍等[22]研究發(fā)現(xiàn)SA能夠在一定程度上維持高溫脅迫下溫洲蜜柑葉片氣孔導(dǎo)度，減少Fv/Fm的下降，進(jìn)而減少Pn值的下降。同樣在本研究中高溫脅迫下不施用MeSA的茶樹Pn比常溫條件下的降低了49.89%，這與李治鑫等的研究結(jié)果一致。在使用不同濃度的MeSA處理后，高溫條件下茶樹葉片Pn值均有所提高，且當(dāng)濃度達(dá)到1.0?mmol·L-1時(shí)，效果最為明顯。這說(shuō)明SA對(duì)高溫脅迫下茶樹光合機(jī)構(gòu)也能發(fā)揮一定的保護(hù)作用。

高溫脅迫下植物光合作用的降低，現(xiàn)有的研究認(rèn)為主要由氣孔因素和非氣孔因素導(dǎo)致[23]。氣孔因素主要包括高溫導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，光合葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）下降，使葉綠體內(nèi)CO2的供應(yīng)受阻。而在長(zhǎng)期的高溫脅迫過(guò)程中，非氣孔因素才是導(dǎo)致植物光合效率下降的主要原因[24]。非氣孔因素主要包括光合相關(guān)酶活性降低和光合器官損傷。Rubisco是碳同化代謝的關(guān)鍵酶，其初始活力是決定植物光合碳反應(yīng)能力最直接的內(nèi)在因素[25]。高溫主要是通過(guò)影響Rubisco活性來(lái)影響光合作用暗反應(yīng)的進(jìn)行。研究發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，Rubisco對(duì)CO2的親合性會(huì)逐漸減弱，Vmax下降，導(dǎo)致Rubisco更傾向于加氧反應(yīng)。隨著光呼吸速率增高，光合作用強(qiáng)度減弱，影響了有機(jī)物的積累[26]。本研究中使用MeSA處理后，高溫下Rubisco的Vmax和max均有所提升，說(shuō)明SA能夠在一定程度上緩解高溫對(duì)Rubisco活性的抑制，穩(wěn)定高溫下Rubisco對(duì)CO2的親合性，抑制光呼吸，促進(jìn)有機(jī)物的生成，從而增強(qiáng)茶樹在高溫條件下的光合作用。

植物細(xì)胞膜的完整性對(duì)維持細(xì)胞的微環(huán)境和正常的代謝起著重要的作用。在常溫條件下細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)具有選擇透性能力，植物細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)含量保持穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)植物遭受包括高溫在內(nèi)的逆境脅迫時(shí)，植物細(xì)胞膜脂容易與活性分子發(fā)生過(guò)氧化作用，生成大量的MDA[27]。同時(shí)MDA還能與細(xì)胞膜上結(jié)構(gòu)物質(zhì)反應(yīng)，進(jìn)一步破壞細(xì)胞膜的完整性。在高溫脅迫下植物細(xì)胞膜發(fā)生過(guò)氧化作用后，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)完整性受到破壞，膜透性增大，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲，以致植物細(xì)胞浸提液的電導(dǎo)率增大[28]。細(xì)胞膜完整性越差，膜內(nèi)電解質(zhì)外滲越多，電導(dǎo)率越大。因此，MDA含量和電導(dǎo)率的大小能夠在一定程度上反映出細(xì)胞膜的完整程度。王開凍等[29]研究發(fā)現(xiàn)，使用100?μmol·L-1的SA溶液能夠有效降低高溫條件下南瓜幼苗的EL和MDA含量。呂俊等[30]研究發(fā)現(xiàn)0.5?mmol·L-1的SA預(yù)處理水稻幼苗，能夠降低其在高溫脅迫下的電導(dǎo)率和MDA含量，說(shuō)明SA預(yù)處理能夠降低膜脂過(guò)氧化程度，減緩水稻幼苗電解質(zhì)的滲出。本研究的試驗(yàn)結(jié)果與前人研究相似，噴施不同濃度的MeSA均能有效降低高溫脅迫下茶樹電導(dǎo)率和MDA含量。說(shuō)明MeSA能夠在一定程度上穩(wěn)定高溫條件下茶樹細(xì)胞膜脂結(jié)構(gòu)，減少M(fèi)DA的生成，從而在一定程度上維持了細(xì)胞膜的完整性，降低了高溫脅迫下茶樹電導(dǎo)率。而茶樹細(xì)胞膜的完整，是進(jìn)行正常生理代謝的基礎(chǔ)。

植物細(xì)胞在高溫脅迫下會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的H2O2等活性氧類（ROS）物質(zhì)。過(guò)量的H2O2能與植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、膜質(zhì)、DNA及其他細(xì)胞組分發(fā)生反應(yīng)，對(duì)植物細(xì)胞造成傷害，影響生理功能[31]。因此通過(guò)降低高溫條件下植物H2O2的含量能夠提高植物在高溫條件下的抗性。Dat等[32]研究發(fā)現(xiàn)使用SA處理能夠降低芥菜（L）幼苗在高溫條件下H2O2的累積量，并顯著改善高溫下幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育狀況。本研究通過(guò)生化手段測(cè)定了高溫脅迫下茶樹H2O2的累積量，發(fā)現(xiàn)高溫同樣導(dǎo)致茶樹產(chǎn)生過(guò)量的H2O2。研究發(fā)現(xiàn)使用MeSA預(yù)處理能夠降低高溫下H2O2的累積量，這很有可能是通過(guò)增強(qiáng)茶樹體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)植物在高溫下產(chǎn)生過(guò)量的ROS分子時(shí)，植物體會(huì)通過(guò)抗氧化系統(tǒng)來(lái)清除過(guò)量的ROS分子[33]。植物體內(nèi)主要有兩類抗氧化防御系統(tǒng)，即酶類抗氧化和非酶類抗氧化防御系統(tǒng)，其中酶類抗氧化防御系統(tǒng)包括APX和CAT在內(nèi)的一系列抗氧化酶[34]。APX通過(guò)催化抗壞血酸與H2O2分子反應(yīng)，從而消除過(guò)量的H2O2分子，達(dá)到保護(hù)細(xì)胞的作用[35]；CAT是一種以鐵卟啉為輔基的酶類清除劑，它能夠促進(jìn)H2O2迅速分解為分子氧和水，約占過(guò)氧化物酶體40%[16]。Fan等[36]研究發(fā)現(xiàn)，外源施用SA后，將榆樹置于35℃的高溫條件下，分析差異表達(dá)基因，發(fā)現(xiàn)SA能夠上調(diào)控制APX和CAT合成相關(guān)的基因，促進(jìn)高溫條件下兩者的生物合成。杜朝昆等[37]研究發(fā)現(xiàn)，使用300?mmol·L-1SA溶液預(yù)處理的玉米幼苗，能夠提高其體內(nèi)APX和的CAT活性，從而提高玉米幼苗對(duì)高溫抗性。而在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)噴施1?mmol·L-1的MeSA能夠顯著提高茶樹體內(nèi)APX和CAT的酶活，從而提高茶樹在高溫下對(duì)H2O2的清除能力，由此進(jìn)一步提高茶樹對(duì)高溫的抗性。

在本研究中，我們使用0.1、1、5?mmol·L-1的MeSA處理茶樹后進(jìn)行高溫處理，隨后檢測(cè)了各項(xiàng)生理生化指標(biāo)，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)我們認(rèn)為1?mmol·L-1的MeSA能夠最為有效維持高溫條件下茶樹葉片內(nèi)部Rubisco的活性，提高高溫條件下Vmax和max。由此在一定程度上維持茶樹在高溫條件下暗反應(yīng)的順利進(jìn)行，從而減少茶樹Pn的下降。同時(shí)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，SA能夠通過(guò)提高包括APX和CAT在內(nèi)的抗氧化酶活性，提高高溫條件下茶樹清除H2O2的能力。這在一定程度上減少了ROS對(duì)細(xì)胞膜的破壞，減輕膜脂過(guò)氧化作用，進(jìn)而降低高溫條件下茶樹MDA的生成，緩解葉片組織El的升高。因此MeSA能夠在一定程度上維持高溫條件下茶樹細(xì)胞膜完整性，維持茶樹葉片細(xì)胞正常代謝，從而提高茶樹對(duì)高溫的抗性。

盡管MeSA能夠提高茶樹對(duì)高溫的抗性，但是具體的信號(hào)途徑尚不清晰。Slaymaker等[38]研究煙草發(fā)現(xiàn)SA能與靶細(xì)胞膜上一種受體結(jié)合蛋白（SABP）結(jié)合，隨后影響靶細(xì)胞內(nèi)H2O2含量和Ca2+含量[39]。H2O2和Ca2+作為信號(hào)分子進(jìn)而介導(dǎo)下游的一系列抗性反應(yīng)。但是這一介導(dǎo)過(guò)程的信號(hào)途徑尚未明確。而Horváth等[40]研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)高濃度的SA本身導(dǎo)致植物大量合成ROS分子，會(huì)使植物產(chǎn)生氧化脅迫，反而削弱了植物對(duì)于高溫等逆境脅迫的抗性。這也可能是導(dǎo)致在本研究中5?mmol·L-1的MeSA處理效果反而不如1?mmol·L-1的MeSA效果明顯的原因。由于SA在茶樹體內(nèi)的作用機(jī)制研究并不透徹，關(guān)于其在茶樹高溫抗性上的研究相對(duì)較少，因此相關(guān)問(wèn)題亟需進(jìn)一步研究。

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Effects of Exogenous Salicylic Acid on Photosynthesis and Antioxidant Enzymes of Tea Plants under HighTemperature

WEI Jipeng1, LI Xin1*, WANG Zhaoyang2, LI Yang1,3, ZHANG Lan1, SHEN Chen1, YAN Peng1, ZHANG Liping1, HAN Wenyan1*

1. Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310008, China; 2. Ankang Academy of Agricultural Sciences, Ankang 725000, China; 3. The Horticulture College of Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China

In recent years, heat stress was more frequently occurred in tea gardens.However, few studies were focused on the approaches towards the improvement of heat tolerance in tea plants. In this study, Longjing 43 was used as experimental material to investigate the effects of various concentrations of MeSA on the net photosynthetic rate (Pn), the maximum carboxylation rate of Rubisco (V,max), the maximum RuBP regeneration rate (max), electrolyte leakage (EL), MDA content and antioxidant enzyme activities in tea leaves under heat stress. Results showed that 1?mmol·L-1MeSA could significantly increase Pn,Vmaxandmaxin tea leaves under heat stress. EL and MDA content in tea leaves increased significantly after heat stress, while the application of MeSA attenuated heat-induced increases in EL and MDA. In addition, the application of 1?mmol·L-1MeSA stimulated the activities ofAPX and CAT, leading to an efficient scavenging of hydrogen peroxide (H2O2) in tea leaves. In summary, we revealed that the applications of MeSA could improve photosynthetic capacity, strengthen the antioxidant system, reduce reactive oxygen species accumulation and lipid peroxidation in tea leaves under heat stress, and thus improve the tolerance of tea plants under heat stress.

salicylic acid, tea plant, heat stress, photosynthesis, antioxidant enzyme

S571.1；Q945.11

A

1000-369X(2018)04-353-10

2017-07-31

2017-10-09

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)專項(xiàng)（2017YFE0107500）、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程（CAAS-ASTIP-2014-TRICAAS）、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)項(xiàng)目（1610212016025）

魏吉鵬，男，碩士研究生，主要從事茶樹栽培與生理生化研究。*通訊作者：hanwy@tricaas.com