高溫脅迫對(duì)廣東萬(wàn)年青生理特性的影響

沈素貞，聶東伶，吳思政，梁文斌，柏文富

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)生命科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.湖南省森林植物園，湖南 長(zhǎng)沙 410116)

廣東萬(wàn)年青(Aglaonema modestum Schott)又名亮絲草、斬蛇劍、冬不調(diào)草、鐵扁擔(dān)、九節(jié)連等，屬天南星科廣東萬(wàn)年青屬多年生常綠直立草本植物，原產(chǎn)中國(guó)廣東和菲律賓。廣東萬(wàn)年青四季常綠，多生長(zhǎng)于陰濕的環(huán)境中，最適生長(zhǎng)溫度為10～30 ℃，不宜在干燥和日光暴曬的環(huán)境中生長(zhǎng)[1]。高溫對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育的影響較大。廣東萬(wàn)年青是中國(guó)南方地區(qū)常見的園林觀賞植物。該地區(qū)夏季高溫天氣(溫度最高可達(dá)43 ℃)嚴(yán)重影響廣東萬(wàn)年青的正常生長(zhǎng)及其景觀效應(yīng)的發(fā)揮。國(guó)內(nèi)外有關(guān)觀賞植物耐高溫特性的探討[2–5]較多，對(duì)其研究主要集中在水培技術(shù)方面[6–7]，而對(duì)廣東萬(wàn)年青高溫適應(yīng)性的研究鮮有報(bào)道。筆者從植株形態(tài)及生理、生化等方面探尋廣東萬(wàn)年青植株受高溫脅迫傷害的機(jī)理和適應(yīng)機(jī)制，旨在為其順利渡過(guò)南方高溫夏季和充分發(fā)揮景觀效應(yīng)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試材為湖南省森林植物園苗圃長(zhǎng)勢(shì)基本一致、葉色濃綠、生長(zhǎng)較旺的廣東萬(wàn)年青盆栽苗，苗高約25 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2012年8月，將盆栽苗置于LRH–250A型智能人工氣候箱中，25 ℃預(yù)處理3 d。預(yù)處理期間采用周期性光照(3 000 lx，13.5 h/d)條件培養(yǎng)，每天補(bǔ)水1次，使各處理土壤含水量基本保持在70%～75%。預(yù)處理結(jié)束后，將苗分放在5臺(tái)人工氣候箱中，設(shè)置5個(gè)處理溫度：25 ℃(對(duì)照)、30 ℃(輕度高溫脅迫，T1)、35 ℃(中度高溫脅迫，T2)、40 ℃(重度高溫脅迫，T3)、45 ℃(強(qiáng)高溫脅迫，T4)。除溫度外，其他條件與預(yù)處理保持一致。分別于各處理后2、4、6、8 d及常溫(25 ℃)恢復(fù)3 d取樣，并測(cè)定生理指標(biāo)，觀察其形態(tài)變化。每個(gè)處理3盆苗。重復(fù)3次。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

在試驗(yàn)過(guò)程中，觀察不同溫度脅迫下的整體形態(tài)特征及葉片顏色變化、萎蔫狀況；細(xì)胞質(zhì)膜透性采用DDS–11A 型電導(dǎo)儀測(cè)定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)顯色法測(cè)定；過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚顯色法測(cè)定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

分別采用Excel 2003和SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫對(duì)廣東萬(wàn)年青葉片的傷害

觀察發(fā)現(xiàn)，處理溫度越高，葉片的形態(tài)變化越明顯。對(duì)照組葉片濃綠；T1處理組葉片淺綠；T2處理組葉片稍有黃色；T3處理組葉片黃色明顯，面積增大；T4處理組的葉片部分皺縮枯黃。溫度越高，廣東萬(wàn)年青葉片的傷害程度越大。25～30 ℃是其生長(zhǎng)的適宜溫度，超過(guò)40 ℃，葉片的外形會(huì)發(fā)生較大改變。

2.2 高溫脅迫對(duì)廣東萬(wàn)年青細(xì)胞膜透性的影響

如圖1所示，在高溫脅迫過(guò)程中，對(duì)照組的細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性變化趨勢(shì)平緩，其余各處理組均高于對(duì)照組。T1與T2處理組細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性先略微下降后上升，常溫恢復(fù)3 d后又下降，說(shuō)明廣東萬(wàn)年青可以在30 ℃和35 ℃正常生長(zhǎng)；40 ℃和45 ℃高溫下細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性一直上升，其中T4處理組在脅迫第8天質(zhì)膜透性劇烈上升，高達(dá)脅迫初期的3倍左右；常溫恢復(fù)3 d后，質(zhì)膜透性繼續(xù)升高，說(shuō)明植物細(xì)胞在此高溫脅迫下受損嚴(yán)重且無(wú)法恢復(fù)，廣東萬(wàn)年青無(wú)法在此高溫下正常生長(zhǎng)。

圖1 各處理廣東萬(wàn)年青細(xì)胞的質(zhì)膜相對(duì)透性Fig.1 Relative permeability of plasma membrane of Aglaonema leaves under different temperatures

2.3 高溫脅迫對(duì)廣東萬(wàn)年青葉片丙二醛含量的影響

從圖2可知，對(duì)照組丙二醛含量在整個(gè)處理過(guò)程變化不大，其余各高溫處理組丙二醛的含量均高于對(duì)照組。T1和T2處理組丙二醛含量先升高后趨于平緩，T2比T1的增加幅度大，常溫恢復(fù)3 d后，T1處理組有下降趨勢(shì)，而T2處理組的下降趨勢(shì)不明顯。在40 ℃和45 ℃脅迫下，丙二醛含量一直呈增加趨勢(shì)，且T4比T3增加的幅度大，直到高溫解除恢復(fù)3 d后丙二醛含量也沒有下降，說(shuō)明過(guò)高的溫度已經(jīng)使植物體內(nèi)的保護(hù)系統(tǒng)受到破壞，沒有恢復(fù)的能力，丙二醛含量出現(xiàn)持續(xù)增加現(xiàn)象。綜上分析可知，溫度越高，廣東萬(wàn)年青葉片丙二醛增加趨勢(shì)越明顯，超過(guò)40 ℃，廣東萬(wàn)年青不能正常生長(zhǎng)。

圖2 各處理廣東萬(wàn)年青葉片的丙二醛含量Fig.2 MDA content in Aglaonema leaves under different temperatures

2.4 高溫脅迫對(duì)廣東萬(wàn)年青過(guò)氧化物酶活性的影響

由圖3可知，對(duì)照組的POD活性處于較高水平，且在整個(gè)處理過(guò)程中變化不大。T1處理的POD活性較對(duì)照組低，且隨著脅迫時(shí)間的增加有下降趨勢(shì)，恢復(fù)3 d后又上升，可見，30 ℃環(huán)境下廣東萬(wàn)年青的生長(zhǎng)沒有受到影響。在35 ℃高溫脅迫下，廣東萬(wàn)年青POD活性在脅迫后4 d迅速上升，第6天急劇下降，高溫脅迫解除后恢復(fù)3 d，活性有所恢復(fù)。T3和T4處理組POD活性的變化趨勢(shì)與T2的類似，POD活性都呈現(xiàn)先迅速上升后急劇下降趨勢(shì)，在這2個(gè)溫度脅迫解除后恢復(fù)3 d，POD活性仍繼續(xù)下降，說(shuō)明廣東萬(wàn)年青在此高溫脅迫下已經(jīng)受到嚴(yán)重傷害，無(wú)法恢復(fù)。

圖3 各處理廣東萬(wàn)年青葉片細(xì)胞的POD活性Fig.3 POD activities in Aglaonema leaves under different temperatures

2.5 高溫脅迫對(duì)廣東萬(wàn)年青可溶性糖含量的影響

由圖4可知，對(duì)照組可溶性糖含量變化較平緩，其他各處理組在前4 d均增加，說(shuō)明較高溫度對(duì)可溶性糖的積累有促進(jìn)作用。高溫處理4～8 d，對(duì)照組和T1處理組的可溶性糖含量變化不大，說(shuō)明廣東萬(wàn)年青適宜在該處理溫度范圍生長(zhǎng)；高于35 ℃的高溫處理使可溶性糖含量迅速降低，說(shuō)明此高溫范圍已經(jīng)超過(guò)了植物體的承受能力。常溫恢復(fù)3 d后，溫度越高，處理的可溶性糖含量越低?？扇苄蕴呛颗c溫度呈負(fù)相關(guān)。

圖4 各處理廣東萬(wàn)年青葉片的可溶性糖含量Fig.4 Soluble sugar content in Aglaonema leaves under different temperatures

綜上分析可知，高溫在短期內(nèi)對(duì)可溶性糖的積累起促進(jìn)作用；隨著高溫的持續(xù)，可溶性糖含量降低，且溫度越高，可溶性糖含量越低。

3 結(jié)論與討論

植物受高溫傷害的主要部位是細(xì)胞膜系統(tǒng)。大量研究表明，高溫脅迫可導(dǎo)致植物葉片細(xì)胞膜受到破壞，質(zhì)膜相對(duì)透性增高[8–9]。本研究中，廣東萬(wàn)年青細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性對(duì)不同高溫脅迫的響應(yīng)情況不同，在30 ℃與35 ℃高溫脅迫下，細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性隨處理時(shí)間的增加呈先略微下降后平穩(wěn)上升趨勢(shì)。本研究結(jié)果與鄧飛等[10]的研究結(jié)果一致。這可能是因?yàn)橹参镌谑艿礁邷卮碳ず?，?xì)胞質(zhì)膜迅速啟動(dòng)保護(hù)應(yīng)激，產(chǎn)生一些物質(zhì)積累在細(xì)胞膜下，致使細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性降低。隨著脅迫時(shí)間的增加，細(xì)胞膜部分遭到破壞，電解質(zhì)滲透率緩慢增加，細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性增加。在40 ℃和45 ℃高溫脅迫下，細(xì)胞質(zhì)膜相對(duì)透性呈上升趨勢(shì)，這可能是因?yàn)檫^(guò)高的溫度超過(guò)了細(xì)胞的承受力，有些細(xì)胞無(wú)法抵御高溫而遭到破壞，膜內(nèi)電解質(zhì)外滲，細(xì)胞膜透性大大提高。

關(guān)于丙二醛(MDA)含量與植物耐熱性的關(guān)系，對(duì)不同植物的研究結(jié)果[12–13]不同。本研究中，溫度的高低與廣東萬(wàn)年青葉片丙二醛含量的增幅呈正相關(guān)，30 ℃和35 ℃脅迫4、6、8 d的丙二醛含量接近，40 ℃脅迫4、6 d的丙二醛含量接近，這與孫玉芳等[14]的研究結(jié)果一致。這可能是由植物可以承受一定時(shí)間范圍的高溫脅迫[14]所致。在高于35 ℃的高溫環(huán)境中，廣東萬(wàn)年青葉片內(nèi)的丙二醛含量在常溫恢復(fù)3 d后依然呈上升趨勢(shì)，這可能是由植物在長(zhǎng)時(shí)間高溫環(huán)境中細(xì)胞膜系統(tǒng)遭到破壞而造成MDA含量持續(xù)增加所致。

POD可以清除體內(nèi)的過(guò)氧化氫，防止過(guò)氧化氫和超氧離子相互作用，從而維持體內(nèi)的活性氧代謝平衡[15]。廣東萬(wàn)年青POD活性在30 ℃條件下較對(duì)照有所降低，恢復(fù)3 d后又上升，說(shuō)明30 ℃抑制了POD的活性，但是沒有破壞酶本身。在受到35、40、45 ℃高溫脅迫時(shí)，POD活性隨脅迫時(shí)間的增加呈先上升再下降的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)樵诿{迫初期，植物為了抵御脅迫傷害，通過(guò)葉片內(nèi)活性氧激增誘導(dǎo)POD含量增加來(lái)清除超氧陰離子，從而保護(hù)植物免受傷害。隨著脅迫時(shí)間的增長(zhǎng)，植物受害程度增加，POD活性受到的影響開始減小。這與劉大林等[16]的研究結(jié)果基本一致。脅迫解除后，35 ℃脅迫處理的POD活性有恢復(fù)趨勢(shì)，40 ℃和45 ℃脅迫處理的POD活性繼續(xù)下降，說(shuō)明廣東萬(wàn)年青無(wú)法承受高于40 ℃的高溫。

周中亮[17]認(rèn)為，高溫脅迫下，植物體內(nèi)的可溶性糖作為能源物會(huì)不斷消耗減少[17]。本研究中發(fā)現(xiàn)，隨著脅迫時(shí)間的增加，廣東萬(wàn)年青葉片可溶性糖含量大致出現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，可能是因?yàn)樵诿{迫初期淀粉等大分子物質(zhì)降解加快，可溶性糖含量上升，但脅迫一段時(shí)間后，大分子物質(zhì)大量被降解，糖類不再積累，其含量趨于穩(wěn)定甚至下降，脅迫后期可溶性糖含量的下降還可能是因?yàn)楦邷匾种屏斯夂献饔?，減少了碳水化合物的生成，而高溫加劇了呼吸作用和能量的消耗。廣東萬(wàn)年青在35、40、45 ℃高溫脅迫處理后常溫恢復(fù)3 d，其葉片可溶性糖含量繼續(xù)下降，說(shuō)明這些高溫脅迫已對(duì)廣東萬(wàn)年青造成嚴(yán)重傷害。

植物的耐熱性受多方面因素影響，其耐熱機(jī)制也不相同，單憑個(gè)別指標(biāo)對(duì)植物耐熱性進(jìn)行鑒定難免有失偏頗。本研究中將形態(tài)觀察與生理指標(biāo)相結(jié)合研究廣東萬(wàn)年青的耐熱性機(jī)理，初步認(rèn)為廣東萬(wàn)年青的最適生長(zhǎng)溫度為25～30 ℃。這與沈夏淦[1]的研究結(jié)果一致。綜合分析后可得到如下研究結(jié)論：

1) 溫度越高，對(duì)廣東萬(wàn)年青葉片形態(tài)的傷害越大，25～35 ℃是其生長(zhǎng)的適宜溫度，超過(guò)40 ℃葉片的外形會(huì)受到嚴(yán)重破壞。

2) 葉片質(zhì)膜相對(duì)透性經(jīng)低于35 ℃脅迫處理后的變化不大，在40 ℃和45 ℃高溫脅迫下上升，常溫恢復(fù)3 d繼續(xù)升高。

3) 丙二醛含量的增幅與溫度成正相關(guān)，在高于35 ℃高溫脅迫處理后常溫恢復(fù)3 d，丙二醛含量未下降。

4) 低于30 ℃處理后過(guò)氧化物含量的變化不大；脅迫溫度高于35 ℃后，溫度越高，過(guò)氧化物酶活性的變化越大。

5) 高溫在短期內(nèi)對(duì)可溶性糖的積累起促進(jìn)作用，但隨著高溫脅迫的持續(xù)，可溶性糖含量降低，且溫度與可溶性糖含量呈負(fù)相關(guān)。

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