外源褪黑素對玫瑰高溫脅迫的緩解效應

摘要：［目的］高溫已經(jīng)成為制約玫瑰生長和生產(chǎn)最主要的非生物逆境因子之一。探究外源褪黑素對玫瑰耐高溫能力的影響，可為解決玫瑰栽培過程中的熱害問題以及玫瑰耐高溫遺傳改良提供實踐和理論依據(jù)。［方法］以二年生‘紫枝’玫瑰盆栽苗為試驗材料，研究葉面噴施100 μmol·L-1褪黑素預處理對40 ℃高溫脅迫下玫瑰葉片相關生理特性和熱激蛋白基因表達的影響。［結(jié)果］高溫脅迫導致玫瑰葉片水分失衡，細胞膜系統(tǒng)受損，光合作用受阻，次生氧化脅迫，明顯抑制了玫瑰的生長。而外源褪黑素預處理后，玫瑰葉片在高溫脅迫下的相對電導率（REC）和丙二醛（MDA）含量明顯降低；相對含水量（RWC）和葉綠素含量（SPDA）顯著升高；光系統(tǒng)II 最大光化學效率（Fv/Fm）和凈光合速率（Pn）顯著提升；脯氨酸（Pro）和可溶性蛋白（SP）等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量顯著增多；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶的活性顯著增強；RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 等熱激蛋白基因的表達量顯著上調(diào)。［結(jié)論］高溫脅迫下，施加外源褪黑素預處理能夠通過提高葉片保水能力，維護細胞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性和完整性，提升光合作用強度，增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，增強抗氧化酶活性，上調(diào)熱激蛋白基因表達等途徑來緩解高溫脅迫對玫瑰葉片產(chǎn)生的不利影響，從而提高了玫瑰的耐高溫能力。

關鍵詞：褪黑素； 玫瑰； 高溫脅迫； 生理特性； 熱激蛋白

中圖分類號：S685.12 文獻標識碼：A 文章編號：1671-8151（2024）01-0034-09

玫瑰（Rusa rugosa）為薔薇科（Rosaceae）薔薇屬（Rose）的一種多年生常綠或落葉直立叢生木本花卉，栽培歷史悠久，是我國十大名花之一，也是世界四大切花之一，享有“ 花中皇后”美譽。作為世界名花，玫瑰不僅具有較高的綠化和觀賞價值，更重要的是玫瑰還被廣泛應用于食品、醫(yī)藥、美容、養(yǎng)生、化工等行業(yè)領域，具有極高的商業(yè)開發(fā)利用價值。近年來，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整以及花卉產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，優(yōu)質(zhì)玫瑰需求量日益增加，玫瑰種植區(qū)域和種植數(shù)量呈連年上升趨勢［1］。

高溫是威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和破壞生態(tài)環(huán)境最主要的非生物脅迫之一［2］。近年來，由于全球氣候惡化和溫室效應加劇，夏季極端高溫天氣頻繁發(fā)生，嚴重影響園藝植物的露天栽培和生長生產(chǎn)。玫瑰性喜陽光充足、通風涼爽的氣候，生長最適溫度為15～25 ℃［3］。當夏季氣溫持續(xù)高于30 ℃ 時，玫瑰通常會進入半休眠狀態(tài)，當遇到40 ℃以上極端高溫天氣時，玫瑰生長發(fā)育會受到明顯損害，如葉片萎蔫、花枝枯瘦、花芽異常、花朵畸形、花期縮短、病蟲害高發(fā)等，嚴重影響了玫瑰的觀賞價值和經(jīng)濟價值，同時也限制了玫瑰的種植區(qū)域和供給范圍［4］。國內(nèi)外有關玫瑰親緣關系非常近的月季或薔薇的研究結(jié)果均表明，高溫脅迫損傷細胞生命物質(zhì)和生物膜，擾亂植物正常生理代謝過程和細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，進而抑制植物生長發(fā)育，加速其衰老或死亡［5］。在這樣的形勢和環(huán)境下，如何提高玫瑰栽培質(zhì)量和產(chǎn)量，已經(jīng)成為目前花卉產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的重要問題。因此，通過研發(fā)栽培調(diào)控技術(shù)來緩解高溫脅迫對玫瑰造成的傷害，對指導玫瑰培育和生產(chǎn)都有非常重要的理論意義和應用價值。

褪黑素（Melatonin，MT）又名松果體素，化學名稱為N-乙?；?5-甲氧基色胺，是一種動植物生命所必需的吲哚色胺類小分子激素。褪黑素作為一種重要的生長調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化物質(zhì)，在植物體內(nèi)具有多重生物學功能，能夠調(diào)控植物的生長發(fā)育過程，如晝夜節(jié)律、種子萌發(fā)、葉片衰老和腋芽分化等［6］；參與植物的逆境脅迫應答，如高低溫、干旱、鹽堿和病蟲害等非生物和生物逆境脅迫［7］；還可以作為一種重要的響應逆境脅迫的信號分子誘發(fā)植物自身防御功能，從而提高植物的抗逆性［8］。外源褪黑素處理可以緩解高溫脅迫對植物造成的傷害，已經(jīng)在擬南芥［9］、黑麥草［10］、番茄［11］、櫻桃蘿卜［12］、菊花［13］、蘋果［14］等許多植物中被廣泛報道。在以上植物中的研究結(jié)果表明，高溫脅迫條件下，外源褪黑素可以有效抑制活性氧（Reactiveoxygen species，ROS）積累、保護細胞膜完整性、維持光合作用強度、提高抗氧化能力、增強滲透調(diào)節(jié)能力、調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝和誘導耐熱基因表達等，從而提高植物的耐熱性，減輕高溫脅迫的危害［9-14］。但褪黑素能否以及如何緩解玫瑰高溫脅迫還未見報道。本試驗通過研究噴施外源褪黑素（100 μmol·L-1）預處理對高溫（40 ℃）脅迫下玫瑰葉片相關生理特性和熱激蛋白基因表達的影響，以期從生理和分子層面初步探討褪黑素緩解玫瑰高溫脅迫的作用機制，旨在為利用褪黑素改善玫瑰高溫脅迫下的生長和生產(chǎn)提供參考依據(jù)，同時為玫瑰耐高溫遺傳改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

試驗于2022-2023 年在荊楚理工學院特色花卉生物育種湖北省工程研究中心進行。供試材料為二年生‘ 紫枝’玫瑰盆栽苗，取自荊楚理工學院月季種質(zhì)資源圃。試驗處理所需褪黑素（MT）購自美國Sigma 公司，依據(jù)前期預試驗相對電導率測定結(jié)果，選擇100 μmol·L-1為本次試驗處理濃度。

1. 2 試驗設計

選用生長健壯的‘ 紫枝’玫瑰盆栽苗，修剪株高統(tǒng)一為約40 cm，培養(yǎng)至其株型和長勢基本一致后，置于正常生長光照培養(yǎng)箱（溫度為25 ℃，晝夜時長為14 h/10 h，光照強度為600 μmol·m-2·s-1，相對濕度為70%）中培養(yǎng)3 d 后進行不同處理。采用完全隨機區(qū)組試驗設計，共設置4 個處理（表1），每個處理3 次生物學重復，每個生物學重復3 株苗，以蒸餾水+常溫處理組為對照。

蒸餾水和褪黑素以葉面噴施的方式于每天晚上21：00 進行噴施（以剛剛形成水滴滴落為宜）。每天噴施1 次，連續(xù)噴施3 d，最后一次噴施1 d 后，將蒸餾水+ 高溫（H2O+HT 組）和褪黑素+ 高溫（MT+HT 組）的盆栽苗轉(zhuǎn)移到高溫處理光照培養(yǎng)箱中（溫度為40 ℃，晝夜時長為14 h/10 h，光照強度為600 μmol·m-2·s-1，相對濕度為70%）。高溫處理36 h 后，分別在每個實驗組的各個供試玫瑰植株上端的相同位置選取完全展開的羽狀復葉，用于各項生理指標測定和基因表達分析。

1. 3 測定指標與方法

1. 3. 1 生理指標測定

相對含水量（Relative water content，RWC）采用稱重法進行測定，具體參照陳浩維等［15］的方法。

相對電導率（Relative electrical conductivity，REC）使用日本Horiba 公司生產(chǎn)的Twin Cond B-173 型電導率測定儀進行測定［16］；葉綠素含量（Chlorophyll content，SPAD）使用中國浙江托普云農(nóng)公司生產(chǎn)的SPAD-502 型葉綠素測定儀進行測定［16］；光系統(tǒng)II（PSII）最大光化學效率（Photochemicalefficiency of photosystem II，F(xiàn)v/Fm）使用英國Hansatech 公司生產(chǎn)的FMS-2 型葉綠素熒光測定儀進行測定［17］；凈光合速率（Net photosyntheticrate，Pn）使用英國Hansatech 公司生產(chǎn)的CIRAS-2 型光合作用測定儀進行測定［17］。

丙二醛（Malondialdehyde，MDA）的含量使用南京建成A003-3-1 試劑盒進行測定；可溶性糖（soluble sugar，SS）的含量測定使用南京建成A145-1-1 試劑盒進行測定；可溶性蛋白（Solubleprotein，SP）的含量使用南京建成A045-2-2 試劑盒進行測定；游離脯氨酸（Proline，Pro）的含量使用南京建成A107-1-1 試劑盒進行測定；超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）的活性使用南京建成A001-3-2 試劑盒進行測定；過氧化物酶（Peroxidase，POD）的活性使用南京建成A084-3-1 試劑盒進行測定；過氧化氫酶（Catalase，CAT）的活性使用南京建成A007-1-1 試劑盒進行測定［18］。

1. 3. 2 基因表達分析

使用Aidlab 公司生產(chǎn)的RN38-EASYspinPlus 植物RNA 快速提取試劑盒提取玫瑰葉片總RNA；以總RNA 為模板，使用Vazyme 公司生產(chǎn)的HiScript? III All-in-one RT SuperMix Perfect forqPCR 反轉(zhuǎn)錄試劑盒合成cDNA；以cDNA 為模板，使用Tiangen 公司生產(chǎn)的Talent qPCR PreMix試劑盒在美國ABI 公司生產(chǎn)的Stepone PCR 儀上進行熒光實時定量PCR［19］。玫瑰熱激蛋白基因（RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101）和RhActin基因所采用的特異性引物見表2。以RhActin 基因為內(nèi)參，采用2-ΔΔCT 法［20］計算RhHSP70、RhHSP90和RhHSP101 基因的相對表達量。

1. 4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)首先在Microsoft Excel 2020 軟件中計算平均值和標準偏差，然后在IBM SPSS Statistics26 軟件中采用最小顯著差異法（LSD 法）檢驗差異顯著性（Plt;0. 05），最后在GraphPad Prism 10軟件中繪制統(tǒng)計圖表，圖表數(shù)據(jù)均采用3 次重復的平均值±標準偏差來表示。

2 結(jié)果與分析

2. 1 外源褪黑素處理后高溫脅迫下玫瑰葉片水分狀態(tài)和細胞膜系統(tǒng)

相對含水量（RWC）是衡量高溫脅迫下植物組織水分狀況和保水能力的基本指標［21］。如圖1 所示，MT+NT 組玫瑰葉片RWC 與H2O+NT 組相比差異不顯著；H2O+HT 組玫瑰葉片RWC 與H2O+NT 組相比顯著降低10. 68%；而MT+HT組玫瑰葉片RWC 與H2O+HT 組相比顯著升高了6. 59%。由此可知，高溫脅迫導致玫瑰葉片RWC顯著降低，而外源褪黑素預處理則顯著提高了高溫脅迫下玫瑰葉片RWC。結(jié)果說明，外源褪黑素預處理能夠有效增強高溫脅迫下玫瑰葉片保水能力，維持細胞水分平衡。

相對電導率（REC）是反映植物細胞膜熱穩(wěn)定性的重要指標［22］。如圖1 所示，MT+NT 組玫瑰葉片REC 與H2O+NT 組差異不顯著；H2O+HT組玫瑰葉片REC 與H2O+NT 組相比顯著升高了63. 24%；MT+HT 組玫瑰葉片REC 與H2O+HT組相比顯著降低了26. 43%。丙二醛（MDA）含量是反映植物細胞膜氧化損傷程度的主要指標［23］。如圖1 所示，MT+NT 組玫瑰葉片MDA 含量與H2O+NT 組相比差異不顯著；H2O+HT 組玫瑰葉片MDA 含量與H2O+NT 組相比顯著增加了45. 71%；MT+HT 組玫瑰葉片MDA 含量與H2O+HT 組相比顯著減少了15. 69%?？芍?，高溫脅迫導致玫瑰葉片REC 值和MDA 含量顯著增加，而外源褪黑素預處理則顯著降低了高溫脅迫下玫瑰葉片REC 值和MDA 含量。結(jié)果說明，外源褪黑素預處理能夠有效減輕高溫脅迫對玫瑰葉片細胞膜損傷，維護細胞膜穩(wěn)定性和完整性。

2. 2 外源褪黑素處理后高溫脅迫下玫瑰葉片光合特性

對玫瑰葉片葉綠素含量（SPAD）、光系統(tǒng)II（PSII）最大光化學效率（Fv/Fm）和凈光合速率（Pn）3 個重要光合作用指標進行測定，結(jié)果如圖2所示，與H2O+NT 組相比，MT+NT 組玫瑰葉片Pn 值顯著上升19. 17%，但其SPAD 和Fv/Fm 值差異不顯著；H2O+HT 組玫瑰葉片SPAD、Fv/Fm和Pn 值與H2O+NT 組相比分別顯著下降21. 19%、9. 57% 和26. 29%；MT+HT 組玫瑰葉片SPAD、Fv/Fm 和Pn 值與H2O+HT 組相比分別顯著升高16. 93%、6. 04% 和25. 74%?？梢?，高溫脅迫導致玫瑰葉片SPAD、Fv/Fm 和Pn 值顯著降低，而外源褪黑素預處理則顯著提高高溫脅迫下玫瑰葉片SPAD、Fv/Fm 和Pn 值。結(jié)果說明，外源褪黑素預處理能夠有效減輕高溫脅迫對玫瑰葉片光合色素和PSII 損傷，維護葉片光合能力。

2. 3 外源褪黑素處理后高溫脅迫下玫瑰葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量

對玫瑰葉片中可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）和脯氨酸（Pro）3 種主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量進行測定，結(jié)果如圖3 所示，與H2O+NT 組相比，MT+NT 組玫瑰葉片SP 含量顯著增加44. 30%，但其SS、Pro 含量差異不顯著；H2O+HT 組玫瑰葉片SS、SP 和Pro 含量與H2O+NT 組相比分別顯著增加66. 13%、81. 01%、174. 45%；與H2O+HT組相比，MT+HT 組玫瑰葉片SP 和Pro 含量分別顯著增加了30. 07% 和32. 51%，但其SS 含量增加不顯著?？梢?，高溫脅迫下玫瑰葉片SS、SP 和Pro含量顯著積累，外源褪黑素預處理則進一步顯著提高高溫脅迫下玫瑰葉片SP 和Pro 含量。表明外源褪黑素預處理能夠有效促進高溫脅迫下玫瑰葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累，增強植株抵御高溫能力。

2. 4 外源褪黑素處理后高溫脅迫下玫瑰葉片抗氧化酶活性

對玫瑰葉片中超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）3 種重要的抗氧化酶活性進行測定，結(jié)果如圖4 所示，MT+NT組玫瑰葉片SOD、POD 和CAT 活性與H2O+NT組差異不顯著；與H2O+NT 組相比，H2O+HT 組玫瑰葉片SOD 活性顯著升高了45. 68%，POD 活性升高不明顯，CAT 活性顯著降低了29. 53%；MT+HT 組玫瑰葉片SOD、POD 和CAT 活性與H2O+HT 組相比，分別顯著升高了28. 25%、19. 26% 和33. 89%。由此可見，高溫脅迫下玫瑰葉片SOD 活性增強，CAT 活性減弱，而外源褪黑素預處理則顯著提高了高溫脅迫下玫瑰葉片SOD、POD 和CAT 活性。結(jié)果說明，外源褪黑素預處理能夠有效增強高溫脅迫下玫瑰葉片抗氧化酶活性，維持ROS 代謝平衡，減輕氧化脅迫損傷。

2. 5 外源褪黑素處理后高溫脅迫下玫瑰葉片熱激蛋白基因表達

對玫瑰葉片中3 個重要的熱激蛋白基因RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 進行了表達分析，結(jié)果如圖5 所示，MT+NT 組玫瑰葉片RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 基因的表達量與H2O+NT 組相比差異不顯著；H2O+HT 組玫瑰葉片RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 基因的表達量與H2O+NT 組相比分別顯著上調(diào)了3. 23倍、7. 08 倍和4. 42 倍；MT+HT 組玫瑰葉片RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 基因表達量與H2O+HT 組相比分別顯著上調(diào)0. 89 倍、1. 03 倍和1. 38 倍?？梢?，玫瑰葉片RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 基因受高溫脅迫誘導上調(diào)表達，而外源褪黑素預處理則進一步顯著提高了高溫脅迫下玫瑰葉片RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 基因的表達量。結(jié)果說明，外源褪黑素預處理能夠有效促進高溫脅迫下玫瑰葉片熱激蛋白上調(diào)表達，保護和修復蛋白質(zhì)，維護細胞穩(wěn)態(tài)。

3 討論

高溫脅迫是影響玫瑰生長發(fā)育的主要限制因素之一。因此，尋求提高玫瑰耐熱性的途徑對玫瑰產(chǎn)業(yè)具有重大意義。近年來，大量研究表明褪黑素在植物高溫脅迫中發(fā)揮著積極作用［6-8］。本試驗主要研究了外源褪黑素預處理對高溫脅迫下玫瑰葉片水分狀態(tài)、質(zhì)膜透性、光合特性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、抗氧化酶活性及熱激蛋白基因表達的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)褪黑素正向調(diào)控玫瑰對高溫脅迫的耐受性。

植物遭受高溫脅迫時通常會引起葉片失水，表現(xiàn)出卷曲、枯萎或脫落等癥狀［24］。本研究發(fā)現(xiàn)，外源褪黑素預處理有效緩解了高溫脅迫對玫瑰葉片的傷害，減少了葉片水分的損失，減輕了葉片的萎蔫程度，這與在蘋果［25］、甜瓜［26］、生菜［27］等植物中的研究結(jié)果一致。相關研究報道，高溫脅迫下植物葉片失水萎蔫主要歸因于高溫改變了葉片組織的形態(tài)和結(jié)構(gòu)［28］。姚富文等［25］研究發(fā)現(xiàn)，外源褪黑素預處理使高溫脅迫下蘋果葉片表皮細胞厚度增加和葉肉細胞排列緊密，有助于提高葉片的保水力。由此推測，外源褪黑素預處理減輕了高溫脅迫下玫瑰葉片含水量的損失，這可能主要是由于褪黑素對葉片組織的保護作用，有待于進一步研究和驗證。

作為溫度傳感器的植物細胞膜系統(tǒng)被認為是高溫損傷的主要部位，其中質(zhì)膜透性增加和膜脂過氧化是高溫脅迫下膜損傷的主要表現(xiàn)［29］。植物細胞膜的熱穩(wěn)定性與其耐熱性呈正相關。彭勇政等［30］在對不同月季品種進行耐熱性評價時，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，不同月季品種的REC 水平和MDA 含量均呈上升的趨勢，且不耐熱品種的增幅均大于耐熱品種。竇宗信［31］在高溫脅迫對豐花月季生理效應的研究中發(fā)現(xiàn)，豐花月季葉片REC 水平和MDA 含量隨著脅迫時間的增長而持續(xù)增加，且不耐熱品種的上升速度均大于耐熱品種。本研究發(fā)現(xiàn)，玫瑰葉片REC 水平和MDA 含量在高溫脅迫下顯著增加的現(xiàn)象可以通過外源褪黑素預處理得到有效緩解，這與在甘藍［16］、菊花［13］、蘋果［14］等植物中的研究結(jié)果一致，說明褪黑素能夠通過維護高溫脅迫下植物細胞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性和完整性，提高植物的耐熱能力。

光合作用是植物物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量代謝的關鍵，也是植物體內(nèi)對溫度變化極為敏感的生理過程之一［32］。本研究結(jié)果表明，高溫脅迫下玫瑰葉片Pn 明顯下降可能是由光合色素含量和PSII 活性降低引起的。高溫脅迫導致植物葉片葉綠素含量下降可能是由于高溫抑制了葉綠素合成相關酶的活性或誘發(fā)ROS 大量積累加速了葉綠素降解［32］。PSII 是植物光能轉(zhuǎn)換的重要場所，也是決定光合作用效率的重要部位。Fv/Fm 值反映了PSII 反應中心原初光能的轉(zhuǎn)換效率。玫瑰葉片F(xiàn)v/Fm 值在高溫脅迫下明顯降低，說明高溫脅迫嚴重抑制了玫瑰葉片PSII 的光化學活性，這與卞鳳娥等［17］研究高溫脅迫對葡萄葉片葉綠素熒光特性的影響中得出的結(jié)論一致。本研究中，外源褪黑素預處理可以顯著提高高溫脅迫下玫瑰葉片光合色素含量、Fv/Fm 和Pn 值，這與在葡萄［17］、茄子［33］、菊花［13］等植物中的研究結(jié)果一致，說明減輕高溫脅迫下光合色素和PSII 的損傷，維持植株較高的光合能力，可能是褪黑素幫助植物適應高溫的一種重要策略。

SS、SP 和Pro 是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在高溫等逆境脅迫響應過程中發(fā)揮著重要作用［29］。高溫馴化過程中，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累是植物增強高溫適應性的主要事件之一，它可以調(diào)節(jié)細胞滲透勢，維持細胞水分平衡，保護細胞生命物質(zhì)及生物膜，其含量在一定程度上還可以反映植物生命活動的代謝水平，已經(jīng)得到了廣泛的研究證實［29］。本研究中，高溫脅迫導致玫瑰葉片SS、SP、Pro 含量顯著積累，而外源褪黑素預處理則進一步顯著提高了高溫脅迫下玫瑰葉片SP 和Pro 含量，這與在茄子［33］、菊花［13］、萵苣［34］等植物中的研究結(jié)果一致，說明褪黑素對高溫脅迫下植物細胞持水性及生物膜的保護作用可能與其誘導更多滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累有關。

SOD、POD 和CAT 是植物酶促ROS 清除系統(tǒng)中關鍵的抗氧化酶，在維持細胞內(nèi)ROS 代謝平衡，抵抗高溫等逆境脅迫中起著重要作用［35］。本研究中，高溫脅迫后玫瑰葉片SOD 活性顯著升高，POD 活性升高不明顯，CAT 活性顯著降低，這與在番茄［11］、甜瓜［26］、蘋果［14］等植物中的研究結(jié)果相互之間均不一致。高溫脅迫下，植物體內(nèi)抗氧化酶活性變化規(guī)律如何，是否與植物種類、脅迫強度、處理時間等諸多因素有關，一直以來，并未形成明確的定論。但外源褪黑素預處理可以顯著提高高溫脅迫下玫瑰葉片SOD、POD 和CAT 活性，這與在番茄［11］、甜瓜［26］、蘋果［14］等植物中的研究結(jié)果相一致，這可能是由于褪黑素可以促進高溫脅迫下抗氧化酶相關基因的上調(diào)表達，提高了抗氧化酶的活性，從而增強了植株對ROS 的清除能力，減輕了高溫脅迫下的氧化損傷。

熱激蛋白（Heat shock protein，HSP）作為維持細胞蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的重要分子伴侶，負責蛋白質(zhì)的折疊、組裝、轉(zhuǎn)運與降解，并能在高溫脅迫下協(xié)助蛋白質(zhì)復性，通過重建正常的蛋白質(zhì)構(gòu)象維持細胞穩(wěn)態(tài)，對保護植物在高溫脅迫中免受損傷起著至關重要的作用［36］。已有研究表明，外施褪黑激素可以上調(diào)高溫脅迫下HSP 家族基因的表達，有利于提高植物的耐熱能力。Shi 等［9］研究表明，根施褪黑素預處理可以上調(diào)擬南芥HSP90 和HSP101 基因在高溫脅迫下的表達量，從而增強植株對高溫脅迫的耐受性。葉面噴施或根部澆灌相應濃度的褪黑素預處理可以增加高溫脅迫下番茄HSP17. 4、HSP20、HSP20-1、HSP21、HSP70 和HSP90 基因的表達量，從而提高植株對高溫脅迫的抵抗力［37-38］。Xia 等［39］研究表明，根部澆灌褪黑素預處理可以提高高溫脅迫下獼猴桃7 個HSP70s和3 個sHSPs 基因的表達量，從而保護植株免受高溫脅迫損傷。本研究中，外源褪黑素預處理可以使高溫脅迫下玫瑰葉片中RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 基因上調(diào)表達，說明褪黑素誘導高溫脅迫下HSP 基因的上調(diào)表達可能是其增強植物耐熱性的重要分子機制之一。

在前人的研究中，植物經(jīng)外源褪黑素預處理后可以在一定范圍的脅迫強度和脅迫時間內(nèi)保持耐高溫狀態(tài)。姚富文［25］對RWC、REC、MDA 含量和葉綠素含量等耐熱性評價指標的連續(xù)多次取樣的測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在40 ℃高溫脅迫的1～5 d 內(nèi)，褪黑素預處理的蘋果葉片相對于未經(jīng)褪黑素預處理的蘋果葉片提高了高溫耐受性。王譯等［27］對MDA 含量以及SOD、POD、CAT 活性等抗氧化指標的連續(xù)多次取樣的測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在30 ℃/25 ℃晝夜高溫脅迫的1～8 d 內(nèi)，褪黑素預處理的生菜葉片相對于未經(jīng)褪黑素預處理的生菜葉片提高了抗氧化能力。胡少卿［40］對RWC 含量、REC 含量、MDA 含量、葉綠素含量、Fv/Fm、Pn、SS 含量、SP含量、Pro 含量、SOD 活性、POD 活性、CAT 活性等耐熱性評價指標連續(xù)多次取樣的測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在33 ℃/28 ℃和40 ℃/35 ℃這2 種晝夜高溫脅迫的1～4 d 內(nèi)，褪黑素預處理的菊花葉片相對于未經(jīng)褪黑素預處理的菊花葉片提高了高溫抗性。在本研究中，我們通過上述各項耐熱性評價指標的1次取樣的檢測結(jié)果表明，在40 ℃高溫脅迫36 h 時，褪黑素預處理的玫瑰葉片耐高溫能力高于未經(jīng)褪黑素預處理的玫瑰葉片。結(jié)合前人的研究成果，我們推測褪黑素預處理的玫瑰葉片在40 ℃高溫脅迫36 h 內(nèi)可能保持耐高溫狀態(tài)。但由于植物的耐熱性是一個復雜的生物學現(xiàn)象，其耐高溫表現(xiàn)受到脅迫時期、脅迫時長、脅迫強度以及研究對象等多種因素的影響，有待于我們進一步設計試驗具體分析褪黑素預處理緩解玫瑰受到高溫脅迫影響的程度。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，高溫脅迫嚴重抑制了玫瑰的生長發(fā)育，而外源褪黑素預處理能夠緩解高溫脅迫對玫瑰葉片的傷害，提高了玫瑰對高溫脅迫的抵御能力。本研究從生理和分子水平闡明了外源褪黑素緩解玫瑰高溫脅迫的機制，為進一步研究褪黑素調(diào)控玫瑰高溫脅迫響應的分子機制奠定了基礎。但關于褪黑素在玫瑰抵御高溫脅迫作用中的其它調(diào)控路徑還有待進一步深入研究。此外，還應進一步深入研究高溫脅迫下外源褪黑素提高玫瑰耐熱性的最適濃度范圍及施用周期，以促進生產(chǎn)上的應用推廣。

參考文獻

［1］尤瑾，喬志偉，李洋，等． 基于專利分析的玫瑰產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究［J］．現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2022（13）：189-194.

You J，Qiao Z W，Li Y，et al. Research on development of roseindustry based on patent analysis［J］. Modern AgriculturalScience and Technology，2022（13）：189-194.

［2］Hassan M U，Chattha M U，Khan I，et al. Heat stress incultivated plants：nature，impact，mechanisms，and mitigationstrategies-a review ［J］. Plant Biosystems-an InternationalJournal Dealing with All Aspects of Plant Biology，2021，155（2）：211-234.

［3］曾尚文．月季耐濕熱性研究綜述［J］．南方林業(yè)科學，2015，43（4）：25-28.

Zeng S W. Research status on Rosa chinensis for heat andhumidity tolerance［J］. South China Forestry Science，2015，43（4）：25-28.

［4］高小峰，鄭明燕，源朝政，等．月季抗逆性研究進展［J］．陜西農(nóng)業(yè)科學，2018，64（5）：88-90，98.

Gao X F，Zheng M Y，Yuan C Z，et al. Advance of stressresistance in Chinese rose［J］. Shaanxi Journal of AgriculturalSciences，2018，64（5）：88-90，98.

［5］趙冰雪，張永春，周琳，等．月季高溫脅迫研究進展［J］．北方園藝，2021（10）：124-131.

Zhao B X，Zhang Y C，Zhou L，et al. Research progress on hightemperature stress of Rosa hybrida［J］. Northern Horticulture，2021（10）：124-131.

［6］Sun C L，Liu L J，Wang L X，et al. Melatonin： a masterregulator of plant development and stress responses［J］. Journalof Integrative Plant Biology，2021，63（1）：126-145.

［7］Nawaz K，Chaudhary R，Sarwar A，et al. Melatonin as masterregulator in plant growth，development and stress alleviator forsustainable agricultural production： current status and futureperspectives［J］. Sustainability，2020，13（1）：294.

［8］Shi H T，Chen K L，Wei Y X，et al. Fundamental issues ofmelatonin-mediated stress signaling in plants［J］. Frontiers inPlant Science，2016，7：1124.

［9］Shi H T，Tan D X，Reiter R J，et al. Melatonin induces class A1heat-shock factors （HSFA1s） and their possible involvement ofthermotolerance in Arabidopsis［J］. Journal of Pineal Research，2015，58（3）：335-342.

［10］Zhang J，Shi Y，Zhang X Z，et al. Melatonin suppression ofheat-induced leaf senescence involves changes in abscisic acidand cytokinin biosynthesis and signaling pathways in perennialryegrass （Lolium perenne L.）［J］. Environmental andExperimental Botany，2017，138：36-45.

［11］Jahan M S，Shu S，Wang Y，et al. Melatonin alleviates heatinduceddamage of tomato seedlings by balancing redoxhomeostasis and modulating polyamine and nitric oxidebiosynthesis［J］. BMC Plant Biology，2019，19（1）：414.

［12］Jia C H，Yu X J，Zhang M，et al. Application of melatoninenhancedtolerance to high-temperature stress in cherry radish（Raphanus sativus L. var. radculus pers）［J］. Journal of PlantGrowth Regulation，2020，39（2）：631-640.

［13］齊曉媛，王文莉，胡少卿，等．外源褪黑素對高溫脅迫下菊花光合和生理特性的影響［J］． 應用生態(tài)學報，2021，32（7）：2496-2504.

Qi X Y，Wang W L，Hu S Q，et al. Effects of exogenousmelatonin on photosynthesis and physiological characteristics ofchrysanthemum seedlings under high temperature stress［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2021，32（7）：2496-2504.

［14］何曉龍，劉懷特，尚雨薇，等．不同外源物質(zhì)對高溫脅迫下平邑甜茶幼苗的緩解效應［J］． 河北農(nóng)業(yè)大學學報，2022，45（5）：67-76，131.

He X L，Liu H T，Shang Y W，et al. Mitigation effects ofdifferent exogenous substances on Malus hupehensis seedlingsunder high temperature stress［J］. Journal of Hebei AgriculturalUniversity，2022，45（5）：67-76，131.

［15］陳浩維，鄧明華，黃堯瑤，等．干旱脅迫對玫瑰花瓣膜脂過氧化及抗氧化酶活性的影響［J］．西北植物學報，2018，38（5）：885-893.

Chen H W，Deng M H，Huang Y Y，et al. Membrane lipidperoxidation and antioxygen enzyme activities of rose petalsunder drought stress［J］. Acta Botanica Boreali-OccidentaliaSinica，2018，38（5）：885-893.

［16］曾慶棟，許忠民，張恩慧，等．外源褪黑素對高溫脅迫下甘藍幼苗生理特性的影響［J］．北方園藝，2017（20）：12-17.

Zeng Q D，Xu Z M，Zhang E H，et al. Effect of exogeneousmelatonin on physiological characteristic of cabbage seedlingsunder high temperature stress［J］. Northern Horticulture，2017（20）：12-17.

［17］卞鳳娥，孫永江，牛彥杰，等．高溫脅迫下根施褪黑素對葡萄葉片葉綠素熒光特性的影響［J］． 植物生理學報，2017，53（2）：257-263.

Bian F E，Sun Y J，Niu Y J，et al. Effect of root-appliedmelatonin on photosystem II in grape leaves under heat stress［J］. Plant Physiology Journal，2017，53（2）：257-263.

［18］劉靈銳，曾梓健，年海，等．納米氧化鋅緩解大豆鋁脅迫生理機制［J］．華南農(nóng)業(yè)大學學報，2023，44（5）：787-793.

Liu L R，Zeng Z J，Nian H，et al. Physiological mechanisms ofzinc oxide nanoparticles alleviating aluminum stress in soybean［J］. Journal of South China Agricultural University，2023，44（5）：787-793.

［19］劉航程，孫爽，徐秀琴，等．‘月月粉’和野薔薇花青素合成酶基因的鑒定與表達分析［J］．分子植物育種，2021，19（6）：1811-1821.

Liu H C，Sun S，Xu X Q，et al. Identification and expressionanalysis of anthocyanin biosynthesis genes in Rosa chinensisand Rosa multiflora［J］. Molecular Plant Breeding，2021，19（6）：1811-1821.

［20］Livak K J，Schmittgen T D. Analysis of relative geneexpression data using real-time quantitative PCR and the 2-ΔΔCTmethod［J］. Methods，2001，25（4）：402-408.

［21］Wahid A，Close T J. Expression of dehydrins under heat stressand their relationship with water relations of sugarcane leaves［J］. Biologia Plantarum，2007，51：104-109.

［22］Ibrahim A M H，Quick J S. Genetic control of high temperaturetolerance in wheat as measured by membrane thermal stability［J］. Crop Science，2001，41（5）：1405-1407.

［23］Tommasino E，Griffa S，Grunberg K，et al. Malondialdehydecontent as a potential biochemical indicator of tolerant Cenchrusciliaris L. genotypes under heat stress treatment［J］. Grass andForage Science，2012，67（3）：456-459.

［24］Vollenweider P，Günthardt-Goerg M S. Diagnosis of abioticand biotic stress factors using the visible symptoms in foliage［J］. Environmental Pollution，2005，137（3）：455-465.

［25］姚富文．蘋果耐高溫基因的鑒定及褪黑素對高溫脅迫的緩解效應［D］．鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學，2021.

Yao F W. Identification of high temperature tolerance genes inapple and the alleviating effect of melatonin on hightemperature stress ［D］. Zhengzhou： Henan AgriculturalUniversity，2021.

［26］周永海，楊麗萍，馬榮雪，等．外源褪黑素對高溫脅迫下甜瓜幼苗抗氧化特性及其相關基因表達的影響［J］．西北農(nóng)業(yè)學報，2020，29（5）：745-751.

Zhou Y H，Yang L P，Ma R X，et al. Effects of exogenousmelatonin on antioxidant properties and related gene expressionin melon seedlings under high temperature stress［J］. ActaAgriculturae Boreali-occidentalis Sinica，2020，29（5）：745-751.

［27］王譯，韓瑩琰，郝敬虹，等．褪黑素對高溫脅迫下生菜抗氧化酶系統(tǒng)的影響［J］．北京農(nóng)學院學報，2022，37（2）：45-49.

Wang Y，Han Y Y，Hao J H，et al. Effects of melatonin onantioxidant enzyme of lettuce under high temperature stress［J］.Journal of Beijing University of Agriculture，2022，37（2）：45-49.

［28］苗琛，利容千，王建波．熱脅迫下不結(jié)球白菜和甘藍葉片組織結(jié)構(gòu)的變化［J］．武漢植物學研究，1994（3）：207-211.

Miao C，Li R Q，Wang J B. Leaf structural changes of Brassicacampestris and B. oleracea in response to heat stress［J］.Journal of Wuhan Botanical Research，1994（3）：207-211.

［29］Bita C E，Gerats T. Plant tolerance to high temperature in achanging environment： scientific fundamentals and productionof heat stress-tolerant crops［J］. Frontiers in Plant Science，2013，4：273.

［30］彭勇政，劉智媛，朱曉非，等．5 個月季品種高溫處理后生理指標變化及其耐熱性評價［J］．上海交通大學學報（農(nóng)業(yè)科學版），2019，37（5）：53-58.

Peng Y Z，Liu Z Y，Zhu X F，et al. Physiological index changesand heat tolerance evaluation of five rose cultivars after hightemperature treatment［J］. Journal of Shanghai Jiao TongUniversity（Agricultural Science），2019，37（5）：53-58.

［31］竇宗信．高溫脅迫對豐花月季生理效應及耐熱性誘導的研究［D］．蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學，2006.

Dou Z X. Study on physiological effects and thermotoleranceinduction of Rosa chinensis var floribunda under hightemperature stress ［D］. Lanzhou： Gansu AgriculturalUniversity，2006.

［32］Ashraf M，Harris P J C. Photosynthesis under stressfulenvironments： an overview［J］. Photosynthetica，2013，51（2）：163-190.

［33］吳雪霞，張圣美，張愛冬，等．外源褪黑素對高溫脅迫下茄子幼苗光合和生理特性的影響［J］． 植物生理學報，2019，55（1）：49-60.

Wu X X，Zhang S M，Zhang A D，et al. Effect of exogenousmelatonin on photosynthetic and physiological characteristics ofeggplant seedlings under high temperature stress［J］. PlantPhysiology Journal，2019，55（1）：49-60.

［34］王博偉，陳艷麗，朱國鵬，等．葉面噴施褪黑素對海南高溫季節(jié)水培葉用萵苣生長生理的影響［J］．中國蔬菜，2022（11）：80-85.

Wang B W，Chen Y L，Zhu G P，et al. Effect of melatoninfoliar spraying on growth and physiology characteristics ofhydroponic lettuce during high temperature season in Hainan［J］. China Vegetables，2022（11）：80-85.

［35］Wahid A，Gelani S，Ashraf M，et al. Heat tolerance in plants：an overview［J］. Environmental and Experimental Botany，2007，61（3）：199-223.

［36］Wang W X，Vinocur B，Shoseyov O，et al. Role of plant heatshockproteins and molecular chaperones in the abiotic stressresponse［J］. Trends in Plant Science，2004，9（5）：244-252.

［37］Xu W，Cai S Y，Zhang Y，et al. Melatonin enhancesthermotolerance by promoting cellular protein protection intomato plants［J］. Journal of Pineal Research，2016，61（4）：457-469.

［38］Qi Z Y，Wang K X，Yan M Y，et al. Melatonin alleviates hightemperature-induced pollen abortion in Solanum lycopersicum［J］. Molecules，2018，23（2）：386.

［39］Xia H，Zhou Y J，Deng H H，et al. Melatonin improves heattolerance in Actinidia deliciosa via carotenoid biosynthesis andheat shock proteins expression［J］. Physiologia Plantarum，2021，172（3）：1582-1593.

［40］胡少卿． 外源褪黑素對菊花高溫脅迫緩解生理機制的研究［D］．泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2020．

Hu S Q. Study on the mechanism of exogenous melatoninrelieving physiology of Chrysanthemum under high temperaturestress［D］. Taian：Shandong Agricultural University，2020．

（編輯：郭玥微）