外源植物激素對(duì)高溫脅迫下水培綠蘿耐熱性的影響

陳中惠 ， 李景蕻

湖北第二師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，植物抗癌活性物質(zhì)提純與應(yīng)用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430205

植物在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)遭受各種逆境脅迫，植物對(duì)逆境脅迫的應(yīng)答一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)［1］。綠蘿（Epipremnum aureum）屬于天南星科麒麟葉屬常綠藤本，喜溫暖潮濕，較耐蔭，不能受陽(yáng)光長(zhǎng)期直射，葉片碧綠圓潤(rùn)，觀賞價(jià)值高，且具有凈化空氣的作用［2］。水培綠蘿簡(jiǎn)便易行，植株清新雅致，受到很多人的喜愛(ài)［3］。水培也是研究植物生理過(guò)程的有效手段。然而，隨著溫室效應(yīng)的不斷增強(qiáng)，不利于綠蘿在夏季溫度較高（35～38 ℃）的地區(qū)生長(zhǎng)。綠蘿受高溫脅迫后葉片會(huì)焦枯壞死［4-5］，植物根系受損，吸水能力下降［6］，且組織相對(duì)含水量（relative water content，RWC）降低［7］。同時(shí)，植物細(xì)胞內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（如脯氨酸等）以提高細(xì)胞質(zhì)濃度增強(qiáng)其保水能力［8］，或通過(guò)提高抗氧化酶活性減緩高溫對(duì)植物氮代謝的影響，從而提高植物耐熱性［9］。組織相對(duì)含水量、根系活力和脯氨酸含量常作為反映植物耐熱性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)［10］。已有研究表明，水楊酸（salicylic acid，SA）、表油菜素內(nèi)酯（epibrassinolide，epi-BR）、脫落酸（abscisic acid，ABA）等外源激素都可在不同程度上提高植物的耐熱性［11-15］。多效唑（PP333）可以使植物矮化，促進(jìn)生根，保護(hù)植物免受環(huán)境脅迫，例如，鄧斌等［16］發(fā)現(xiàn)PP333浸種可提高高溫下黑麥草脯氨酸的含量，從而減輕傷害。此外，外源激素在提高盾葉薯蕷和水稻等植物抗逆性方面也有研究報(bào)道［17-18］。總體而言，對(duì)于外源激素對(duì)植物耐熱性的研究多集中在蔬菜、農(nóng)作物等方面［19］，而在觀賞植物耐熱性方面的研究較少，本文以水培綠蘿為研究對(duì)象，探索不同濃度脫落酸、多效唑和烯效唑?qū)ζ淠蜔嵝缘挠绊?，以期得到較合適的處理方法，以提高綠蘿在高溫地區(qū)或高溫季節(jié)的觀賞價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

從武漢市南湖花木城購(gòu)買(mǎi)生長(zhǎng)健壯的綠蘿，經(jīng)過(guò)移栽馴化后用清水誘導(dǎo)出水生根，從中選取長(zhǎng)勢(shì)相當(dāng)（新葉2葉、新生水生根2個(gè)，新生根平均長(zhǎng)近1 cm）且生長(zhǎng)良好的綠蘿備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及處理

在綠蘿的新生水生根平均根長(zhǎng)近1 cm時(shí)，將其放入改良的霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液（配方見(jiàn)表1，pH6.0）中培養(yǎng)，以適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)液環(huán)境［20］。在上述綠蘿的營(yíng)養(yǎng)液中分別加入3個(gè)不同濃度的脫落酸、多效唑和烯效唑，然后放入35 ℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，同時(shí)在相同溫度下設(shè)置對(duì)照組（CK1）和正常溫度（25 ℃）的空白對(duì)照組（CK2）。共11種處理方式（表2），每處理10株綠蘿，重復(fù)3次。在培養(yǎng)5 d后測(cè)量其形態(tài)指標(biāo)及生理指標(biāo)的變化，包括組織相對(duì)含水量、脯氨酸含量和根系活力。常溫對(duì)照組放入25 ℃、3600 lx、光暗比12 h∶12 h的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，其余10種處理均放入35 ℃、3600 lx、光暗比12 h∶12 h的培養(yǎng)箱中脅迫培養(yǎng)，定期記錄各植物的形態(tài)指標(biāo)及生理指標(biāo)，營(yíng)養(yǎng)液均3 d換1次。

表2 實(shí)驗(yàn)處理方式Table 2 Experimental processing method

1.3 測(cè)量指標(biāo)與方法

生理指標(biāo)測(cè)量采用混合取樣法［21］，在高溫處理脅迫第6天時(shí)測(cè)量各組綠蘿的新增葉數(shù)、新增根數(shù)及新根增長(zhǎng)值等形態(tài)指標(biāo)，每個(gè)指標(biāo)設(shè)3個(gè)重復(fù)，取平均值。采用烘干法［22-23］分別在熱處理前和熱脅迫第1、4、7天后測(cè)量各組綠蘿的相對(duì)含水量；采用氯化三苯基四氮唑（triphenyl tetrazolium chloride，TTC）法［24-25］和磺基水楊酸法［26］在熱脅迫前和熱脅迫第3、6、9天分別測(cè)量各組綠蘿的根系活力和脯氨酸含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SASS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析，并采用鄧肯氏（Duncan）多重差異范圍測(cè)驗(yàn)法進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)高溫脅迫下綠蘿形態(tài)指標(biāo)的影響

研究結(jié)果顯示，高溫脅迫第6天綠蘿新增葉數(shù)、新增根數(shù)均有不同程度變化（圖1）：高溫處理使綠蘿生長(zhǎng)不良，CK1的2項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)都遠(yuǎn)低于CK2。通過(guò)外源激素處理后，各處理均表現(xiàn)出高溫脅迫對(duì)綠蘿的傷害減輕。其中，2.5 mg·L-1脫落酸和2.0 mg·L-1烯效唑處理的綠蘿新增葉數(shù)目、新增根數(shù)目值較大，方差分析表明，2.5 mg·L-1脫落酸處理的生長(zhǎng)量分別和0.5 mg·L-1、1.5 mg·L-1脫落酸處理相比差異達(dá)極顯著水平（P＜0.01），2.0 mg·L-1烯效唑處理的生長(zhǎng)量分別和0.5 mg·L-1、8.0 mg·L-1烯效唑處理相比差異達(dá)極顯著水平（P＜0.01）；0.5 mg·L-1多效唑處理綠蘿的新根數(shù)較多，與2.0 mg·L-1、8.0 mg·L-1多效唑處理相比差異達(dá)極顯著水平（P＜0.01）。隨著脫落酸濃度的增加，綠蘿2項(xiàng)生長(zhǎng)量指標(biāo)都有上升的趨勢(shì)，烯效唑處理表現(xiàn)先升后降，而多效唑隨著濃度增高，對(duì)新增葉數(shù)表現(xiàn)為促進(jìn)，而對(duì)新增根數(shù)表現(xiàn)為抑制，兩者效應(yīng)相反。由此說(shuō)明，在同一條件下，每種激素對(duì)植物的效應(yīng)不同，濃度適宜才能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，在本研究中2.5 mg·L-1脫落酸、2.0 mg·L-1烯效唑處理綠蘿的形態(tài)指標(biāo)在高溫脅迫下表現(xiàn)較好。

圖1 各處理新增葉數(shù)、新增根數(shù)的變化Fig. 1 Changes of added leaf number, added root number of different treatments

2.2 不同處理對(duì)高溫脅迫下綠蘿相對(duì)含水量的影響

植物RWC是很好的水分狀況指標(biāo)，熱脅迫下含水量較高的植物耐熱性更強(qiáng)［27-28］。圖2表示不同濃度脫落酸、烯效唑和多效唑在不同的熱脅迫處理時(shí)期的RWC。已知，在誘導(dǎo)綠蘿長(zhǎng)出水生根期間，綠蘿的RWC較低，但長(zhǎng)出水生根后其含水量明顯上升；在高溫脅迫時(shí)，3種外源激素處理后，綠蘿組織RWC的總趨勢(shì)較為一致，均呈現(xiàn)先降后升再下降的趨勢(shì)。CK1的RWC含量在測(cè)量期一直下降，而CK2變化不大，說(shuō)明用部分激素處理過(guò)的綠蘿耐熱性在前期有所提升，但到了后期仍然會(huì)降低。其中，2.5 mg·L-1脫落酸在熱脅迫7 d后RWC值比0.5 mg·L-1和1.5 mg·L-1脫落酸高，差異達(dá)極顯著水平（P＜0.01），從圖2中可以看出2.0 mg·L-1烯效唑和2.0 mg·L-1多效唑的RWC在脅迫4 d左右明顯升高，這表明2.5 mg·L-1脫落酸、2.0 mg·L-1烯效唑和2.0 mg·L-1多效唑處理在一定范圍內(nèi)可以明顯提高綠蘿的保水能力。

圖2 各處理在不同熱脅迫時(shí)期的相對(duì)含水量變化Fig. 2 Changes of relative water content in different heat stress period

2.3 不同處理對(duì)高溫脅迫下綠蘿根系活力的影響

根系活力越高表明植物抗熱性更強(qiáng)，參考王學(xué)奎等［25，29］方法制作出TTC標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后計(jì)算出單位質(zhì)量鮮根的四氮唑還原強(qiáng)度，以此來(lái)表示根系活力的大小。圖3分別表示不同濃度脫落酸、烯效唑和多效唑在不同的熱脅迫處理時(shí)期下單位質(zhì)量綠蘿鮮根的四氮唑還原強(qiáng)度折線圖。可見(jiàn)，CK1處理的根系活力變化不大，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低，而CK2以及激素處理綠蘿的根系活力變化比較劇烈，在整個(gè)熱脅迫期間均處于相對(duì)較高的位置，說(shuō)明這些激素可以提高高溫下綠蘿的根系活力。其中，0.5 mg·L-1和2.5 mg·L-1脫落酸處理的綠蘿變化比較劇烈，在脅迫6 d后根系活力回升明顯；0.5 mg·L-1和2.0 mg·L-1烯效唑處理的根系在脅迫第9天均有所回升，且2.0 mg·L-1處理活力最高，8.0 mg·L-1烯效唑處理的根活力在脅迫期間一直較高，在脅迫6 d后下降但仍大于CK處理；2.0 mg·L-1多效唑處理的根活力一直相對(duì)較高，8.0 mg·L-1多效唑處理根活力變化比較劇烈。說(shuō)明2.5 mg·L-1脫落酸、2.0 mg·L-1和8.0 mg·L-1烯效唑、2.0 mg·L-1和8.0 mg·L-1多效唑處理的效果較好，都能在脅迫一段時(shí)間內(nèi)提高綠蘿根系活力。但從整個(gè)脅迫期間來(lái)看，能更持久地維持綠蘿根系活力的是2.5 mg·L-1脫落酸、2.0 mg·L-1烯效唑和2.0 mg·L-1多效唑處理。

圖3 各處理在不同熱脅迫時(shí)期根系活力情況變化Fig. 3 Changes of root activity in different heat stress periods

2.4 不同處理對(duì)高溫脅迫下綠蘿脯氨酸含量的影響

在逆境中脯氨酸含量高，可以減輕對(duì)植物體的傷害。參考鄒琦等［26］方法制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算不同濃度脫落酸、烯效唑和多效唑在不同熱脅迫時(shí)期綠蘿的脯氨酸含量，從圖4可以看出，在高溫脅迫下脯氨酸含量增加，且總趨勢(shì)表現(xiàn)為先升后降，隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，脯氨酸含量再次升高。外源激素處理后，大部分激素濃度處理均表現(xiàn)出脯氨酸含量提高，隨著脫落酸濃度的增加，綠蘿脯氨酸含量有上升的趨勢(shì)，其中A3處理綠蘿的脯氨酸含量一直較高，分別和0.5 mg·L-1脫落酸、1.5 mg·L-1脫落酸、空白對(duì)照、A2、CK1、CK2處理相比差異達(dá)顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）水平；0.5 mg·L-1烯效唑處理變化比較劇烈且不穩(wěn)定，2.0 mg·L-1烯效唑處理在脅迫期間脯氨酸含量大于8.0 mg·L-1和2個(gè)空白處理；2.0 mg·L-1和8.0 mg·L-1多效唑處理在脅迫期間大部分脯氨酸含量積累較多。綜合以上，說(shuō)明2.5 mg·L-1脫落酸，2.0 mg·L-1烯效唑和2.0 mg·L-1多效唑處理可以使綠蘿在熱脅迫下積累較多的脯氨酸。

圖4 各處理在不同熱脅迫時(shí)期脯氨酸含量變化Fig. 4 Changes of proline content in different heat stress periods

3 討論

植物在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，體內(nèi)發(fā)展出一系列應(yīng)對(duì)溫度脅迫的生理反應(yīng)機(jī)制［30］。本研究結(jié)果表明，綠蘿在35 ℃高溫脅迫下，通過(guò)3種外源激素的處理均可提高植株的抗逆性，不管是植株形態(tài)指標(biāo)還是生理效應(yīng)大都表現(xiàn)良好。然而，對(duì)于不同的外源激素及不同的濃度，植物的生理效應(yīng)不同。本試驗(yàn)中，高濃度脫落酸（2.5 mg·L-1）、中等濃度烯效唑（2.0 mg·L-1）處理的綠蘿形態(tài)指標(biāo)在高溫脅迫下表現(xiàn)較好。而各項(xiàng)生理指標(biāo)顯示，高濃度的脫落酸（2.5 mg·L-1）、中等濃度的烯效唑（2.0 mg·L-1）和中等濃度多效唑（2.0 mg·L-1）處理的綠蘿，在高溫脅迫下RWC、根系活力和Pro含量都相對(duì)較高，且高于對(duì)照組。這表明35 ℃高溫脅迫下，脫落酸、烯效唑和多效唑3種激素都能在一定程度上提高植物的耐熱性。在3種外源植物激素、多個(gè)不同濃度梯度的對(duì)比試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)高濃度脫落酸（2.5 mg·L-1）、中等濃度烯效唑（2.0 mg·L-1）處理效果最好，而多效唑處理的規(guī)律性并不明顯。在形態(tài)指標(biāo)中，多效唑濃度的高低對(duì)新增葉數(shù)的作用和對(duì)新增根數(shù)的作用是相反的，這也是本試驗(yàn)仍需開(kāi)展后續(xù)研究工作的原因之一。在夏季氣溫較高地區(qū)，為保證水培綠蘿保持持久的觀賞價(jià)值，可以在營(yíng)養(yǎng)液中加入2.5 mg·L-1脫落酸、2.0 mg·L-1烯效唑或者2.0 mg·L-1多效唑，即可提高耐熱性，提升觀賞價(jià)值。此外，研究結(jié)果還可以為類似綠蘿等不耐高溫的水培植物如何度過(guò)高溫季節(jié)提供一定的理論和實(shí)際指導(dǎo)。然而，提高植物耐熱性的內(nèi)在機(jī)理尚不明確，有待今后進(jìn)一步的研究，同時(shí)更多的植物外源激素及其不同的濃度梯度如何作用于植物，又具有何種生理效應(yīng)也值得進(jìn)一步深入探究。