不同品种海棠对高温胁迫的生理响应.doc

不同品种海棠对高温胁迫的生理响应 doi：10.13360/j.issn.1000-8101.xx.04.007：S718.43 刘春风1，谢寅峰2*，张往祥2 （1.江苏农林职业技术学院风景园林系，江苏句容212400；2.南京林业大学） 摘要：为了解观赏海棠对高温的适应性，以欧美观赏海棠8个品种为材料，研究其在田间自然高温条件下的生理适应机理。结果表明：高温胁迫下，随着温度的升高，8个海棠品种的膜透性增大，丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢（H2O2）含量、脯氨酸（Pro）含量升高；可溶性蛋白含量先升高后下降。相对电导率、MDA含量、SOD活性、Pro含量、可溶性蛋白含量可以作为鉴定海棠品种的耐热性生理指标。8个海棠品种均能在试验地安全越夏，耐热性由强到弱排列顺序为StrawberryAbundanceRobinsonRadiantAdamsSentinelPinkSpireRoyalty。耐热性较强的品种为Strawberry、Abundance和Robinson；耐热性中等的品种为Radiant、Sentinel和Adams；耐热性较弱的品种为PinkSpire和Royalty。 关键词：海棠；嫁接苗；高温胁迫；生理生化指标 ：xx-07-22 修回日期：xx-05-09 基金项目：江苏省农业自主创新项目（CX122043）；江苏省科技厅农业科技支撑项目（BExx351）；江苏省科技支撑计划（BExx407）。 作者简介：刘春风（1970-），女，讲师，主要从事园林植物栽培研究工作。通信作者：谢寅峰，男，副教授。E?mail：xxyyffnjfu. Physiologicalresponseofdifferentcrabapplevarietiestohightemperaturestress LIUChunfeng，XIEYinfeng，ZHANGWangxiang Abstract：Inordertolearntheadaptabilityofvariouscrabapplevarietiestohightemperaturestress，weresearchedthephy?siologicalresponseofgraftingseedlingsofeightcrabapplevarietiestohightemperaturestressunderthehotfieldconditions.Resultsshowedthathightemperaturestressincreasedthemembranepermeability，thecontentofMDA，H2O2，ProandtheactivityofSOD，thecontentofsolubleproteinincreasedinitiallyandthendeclinedwiththeincreasingoftemperatureunderhightemperaturestress.Therefore，wearguedthattherelativeconductivity，thecontentofMDA，solubleprotein，ProandtheactivityofSODcouldbeusedasindicestodetecttheheatresistanceofcrabapple.Eightcrabapplevarieties，whichweresafeinthesummerexperimentalfield，wererankedasfollows：StrawberryAbundanceRobinsonRadiantAdamsSentinelPinkSpireRoyalty.Themostheat?tolerantcrabapplevarietieswereStrawberry，AbundanceandRobinson，themediumheat?tolerantvarietieswereRadiant，SentinelandAdams，theweakheat?tolerantvarietieswerePinkSpireandRoyalty. Keywords：crabapple；graftingseedling；hightemperaturestress；physicalandbiochemicalindex Firstauthorsaddress：DepartmentofLandscapeArchitecture，JiangsuPolytechnicCollegeofAgricultureandForestry，Jurong，212400，Jiangsu，China 海棠（Malusspp.）具有观花、观果、观叶等观赏价值和较强的环境适应能力，主要分布在北温带、横跨欧亚大陆和北美洲，广泛应用于各种园林景观中1。海棠喜光、耐寒，一般在年平均气温714地区分布2。近年来，随着我国城市化建设步伐的加快，各地相继从国外引进优良的观赏海棠品种，并试图将观赏海棠向南推广，这些引进资源的抗逆性和适应性是栽培者普遍关注的问题，尤其对高温的适应性问题将影响其引种驯化、推广栽培区的范围。目前国内外的主要研究集中在观赏海棠品种调查和分类、引种筛选和栽培育种、形态、生理生化变化、干旱胁迫等方面3-6，关于观赏海棠对高温适应性的研究较少。因此，本试验对高温胁迫下8个品种观赏海棠生理生化变化进行研究，旨在为观赏海棠的南移推广栽培奠定理论基础。 1材料与方法 1.1试验地概况 试验地位于南京市溧水区傅家边农业开发区（1182211914E，31143237N），属亚热带季风气候，年均气温15.5，年极端气温最低13.1，最高39.7，年均降水1037mm，年均日照2146h。土壤为黄棕壤酸性黏土。 1.2试验材料 供试材料南京林业大学引进的观赏海棠品种2年生嫁接苗。首先对观赏海棠27个品种进行1a的形态和生长观察，在以形态表现（热害指数）和苗高生长速率为评价依据进行耐热性评价的基础上，将其分为耐热性强、中等、弱3个等级，从3个等级中选取8个品种进行耐热性比较试验，耐热性较强的品种为B10（M.Strawberry）、B4（M.Abundance）、B5（M.Radiant），耐热性中等的品种为A2（M.Sentinel）、B7（M.Robinson）、B19（M.A?dams），耐热性弱的品种为B9（M.PinkSpire）、A4（M.Royalty）。试验地地势平坦，土壤深翻50cm。每个品种种植150株，采用完全随机试验设计，xx年3月定植，株行距为1m2m。每个品种选20株标准木进行测定。 1.3试验方法 采用田间自然高温条件法，xx年59月每天记录试验地当天的天气情况。温度梯度设置：连续57d日平均最高气温/月极端最高温度为28/33（5月）、33/35（6月）、36/39（7月）、32/35（8月）、27/32（9月）。以日平均最高气温28（适宜海棠生长）为对照，日最高气温3236为高温胁迫（在1a的形态观察中发现，当日最高气温高于32时，部分品种出现新叶枯焦的日灼现象，因此将日最高气温高于32确定为高温胁迫）。随机采集标准木上部第58节位完全功能叶片，采样后放入-70的超低温冰箱冷冻。 相对电导率用电导仪测定法测定；丙二醛含量（MDA）测定采用硫代巴比妥酸（TBA）法；超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用氮蓝四唑（NBT）光化还原法；可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝染色法；脯氨酸（Pro）含量测定采用磺基水杨酸提取-酸性茚三酮显色法；可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法；过氧化氢（H2O2）含量测定采用硫酸钛显色法7。 1.4数据处理 试验数据采用Excelxx和SPSS18.0程序分析。 2结果与分析 2.1试验地气温统计 xx年59月试验地的平均气温、极端气温及高温天数统计可知，5个月日平均最高温度分别为28，33，36，32和27，极端最高温度分别为33，35，39，35和32，30以上天数分别为9，15，29，24和8，其中35以上高温天数分别为0，3，14，5和0，日最高温度持续30以上的天气集中在6月816日、6月29日7月12日、7月15日8月7日、8月1021日。7月2131日出现持续11d的3639高温天气。 2.2高温胁迫对相对电导率和丙二醛含量的影响 随着温度的升高，不同品种海棠细胞膜透性增大，细胞内原生质外渗，叶片的相对电导率均不同程度地增加，品种间差异显著（PB9B19A2B7B5B10B4。 高温胁迫下，不同海棠品种的MDA含量均高于对照，且随着温度的升高而升高，品种间差异极显著（PB9B19A2B5B10B4B7。 2.3高温胁迫对超氧化物歧化酶活性和可溶性糖含量的影响 高温胁迫下，海棠8个品种的SOD活性均高于对照，且随着温度的升高而增强，品种间差异极显著（PB7A2B5B4B19B9A4。 在高温胁迫下，海棠8个品种的可溶性糖含量均高于对照，且随着温度的升高而升高，品种间差异极显著（PA4B9B4B7B5A2B10。 2.4高温胁迫对脯氨酸和可溶性蛋白含量的影响 高温胁迫下，海棠8个品种的Pro含量均高于对照，且随着温度的升高而升高，品种间差异显著（PB10B5B4A2B19B9A4。 高温胁迫下，8个品种海棠的可溶性蛋白含量表现不一致，品种间差异较大（图3b）。与对照相比，品种A4、B9、A2在33时的可溶性蛋白含量开始上升，在36时的可溶性蛋白含量下降；其他品种在36时的可溶性蛋白含量开始上升。原因可能是A4、B9和A2在33时已经受到高温胁迫，引起热激蛋白的表达，可溶性蛋白含量较其他品种高，在36时热激蛋白含量减少，可溶性蛋白含量下降；其他品种则在36时受到高温胁迫，引起热激蛋白的表达，可溶性蛋白含量开始升高。36高温胁迫下，品种B10和B4的可溶性蛋白含量上升幅度显著，表明高温促进了品种B10和B4的蛋白合成，使它们的蛋白质含量剧增；B5、B7和B19的可溶性蛋白含量上升幅度较小；品种A4、B9和A2的可溶性蛋白含量下降。表明高温胁迫导致它们的蛋白质水解，使蛋白质含量降低。其中，品种A4蛋白质含量降幅最大，其次是B9。蛋白质含量增幅由大到小排序为B10B4B7B5B19A2B9A4。 2.5高温胁迫对过氧化氢含量的影响 在高温胁迫下，8个品种海棠的H2O2含量均高于对照，且随着温度的升高而升高，品种间差异极显著（PA4B5B19B4B7B10A2。 2.6不同海棠品种耐热性综合分析 在植物耐热性鉴定方法中，外部形态指标是反映植物耐热性的重要指标之一。热害指数能反映植物在高温胁迫下的外观形态表现，鉴定植物的抗热性。苗木生长指标是判断苗木抗逆能力最直接的鉴定指标。苗高生长速率的大小可作为评价耐热性的一个指标。本试验用苗高指标增长速率比较各品种海棠的耐热性结果与田间形态观察结果一致，耐热性由强到弱排列顺序为：B10B4B5B7B19A2B9A48。 植物受高温伤害的主要部位是细胞膜系统。表1中各生理指标均与细胞膜的稳定性具有密切联系，其中Pro含量、SOD活性、蛋白质含量均是维持细胞膜的热稳定性。而丙二醛表示膜脂过氧化的程度，是细胞膜被破坏的标志物质。叶片相对电导率大小可以反映细胞膜渗透性和电解质的泄漏。因此，丙二醛、叶片相对电导率可以作为衡量细胞膜热稳定性的关键指标。在判断植物的耐热性上，本试验以丙二醛、叶片相对电导率为准，其他生理指标作为辅助指标，综合判断各品种的耐热性。这两个生理指标的排序结果基本一致（除品种B7外）：相对电导率增幅由小到大排序为B4B4；其他品种为B5A2B19B9A4。因此，综合生理指标耐热性由强到弱排序为：B10B7B4B5A2B19B9A4。生理指标结合形态和生长指标看，B4在耐热性较强的等级中比B7多，B4的耐热性较B7强，即B4B7。 在高温胁迫下，细胞膜系统仅次于细胞壁感受到胁迫信号，经信号传导途径将胁迫信号传递至细胞内，引起植物体内酶活性的变化，造成植物的细胞结构和重要生理反应的改变。当高温胁迫所造成的伤害超过植物自身的调控能力时，植物就开始表现出外观形态的热害症状9。由各单项指标的相关系数（表2）可知，田间热害指数与苗高增长速率、相对电导率呈极显著相关水平，与MDA呈极显著相关水平，说明热害指数能够基本代替苗高增长速率、相对电导率、MDA，最终在形态上反映植物的耐热性，因此，鉴定植物耐热性可以外观形态上显著的热害症状为主要指标，结合苗高增长速率、相对电导率、MDA指标综合判断。根据田间热害指数观察，气温超过32后，A2、A4和B9海棠品种即表现出新梢枯焦变黑的热害症状，其他品种则长势良好。因此，认为A2、A4和B9海棠品种为耐热性较弱的品种。综合分析认为8个品种海棠均能在试验地安全越夏，耐热性由强到弱排列顺序为：B10B4B7B5B19A2B9A4。耐热性较强的品种为B10、B4和B7；耐热性中等的品种为B5、A2和B19；耐热性较弱的品种为A4和B9。 本试验所选生理生化指标经方差分析具显著性差异，能有效区分海棠不同品种的耐热性，但不同生理生化指标所测得的结果不尽一致。相对电导率、MDA含量、SOD活性、Pro含量、可溶性蛋白含量与海棠耐热性密切相关，可以作为海棠品种的耐热性鉴定生理指标。其中，相对电导率、MDA含量、SOD活性和Pro含量为耐热性鉴定中得到普遍认可的生理指标10-11。 3结论与讨论 1）高温胁迫后，8个品种海棠的相对电导率、过氧化氢（H2O2）含量、MDA含量均显著提高，并且与品种的耐热性呈负相关。与耐热性强的品种比较，耐热性弱的品种相对电导率、过氧化氢（H2O2）含量、MDA含量增幅均较大，说明耐热性强的海棠品种对高温逆境适应性较强，这与许多研究者对其他植物的研究结果一致12-16。品种A4、B9、A2的MDA含量极显著高于其他品种的，与其田间的形态表现一致，3个品种在33即出现了新叶叶尖枯焦的现象8，此现象也证实了它们对高温较敏感，较不耐热性。 2）在对照条件下，品种间超氧化物歧化酶活性差异显著，品种A2、A4、B9的SOD含量显著高于其他品种。极有可能是3个品种由于对高温的较不耐热性导致它们在对照温度条件下就诱导了SOD活性上升，使它们的SOD含量显著高于其他品种。而耐热性较强的品种B10的SOD活性，在对照温度条件下显著低于其他品种，在高温下增幅极显著高于其他品种，其苗高地径也始终保持比其他品种较快的生长速率8。 3）高温胁迫下，海棠各品种的脯氨酸含量明显增加，且增幅与品种耐热性呈正相关，耐热性强的品种其脯氨酸含量增幅高于耐热性弱品种，这一结论与前人的研究结果一致3，17。高温胁迫下，耐热性强的品种B10、A2其可溶性糖含量增幅很小，仅4%左右；耐热性弱的品种A4、B9、B19的可溶性糖含量增幅很大，在40%50%。可见，在高温胁迫下海棠品种叶片可溶性糖含量增幅与品种的耐热性具有负相关性。此结论与欧祖兰等17和郑军18的研究结果不一致。贾开志等19对不同茄子耐热性进行研究时并没有发现在热胁迫下不同品种茄子的可溶性糖含量的变化与茄子耐热性有显著相关性。虽然许多研究表明在热胁迫下植物体内的可溶性糖在细胞质中大量积累，但有关可溶性糖积累量与植物耐热性的相关性研究较少。 4）当植物体受到热激时（高于植物正常生长温度812），植物体内正常蛋白的合成受到抑制，可以很快诱导合成热激蛋白。在植物热激处理后35min内，热激蛋白短时间迅速大量表达。热激蛋白可以与变性蛋白结合，维持它们的自然状态，以减少植物细胞受到的伤害。但是，热激蛋白只是热胁迫下植物体内出现的应激蛋白质，在持续高温作用下胁迫超过一定程度时，蛋白质的变性很快转变为不可逆的凝聚状态和降解，从而使植物体遭受损害20。耐热品种对高温反应迟钝，热激蛋白诱导温度高，蛋白质降解速率慢；不耐热品种对高温反应较敏感，热激蛋白诱导温度较低（38，36h），在较高温度（42，36h）刺激后热激蛋白合成受抑制，可溶性蛋白质含量下降。本试验研究结果与孟焕文等21的研究结果一致。耐热性较弱的品种A4、B9、A2热激蛋白启动较早，气温33时即诱导了它们的热激蛋白的合成，可溶性蛋白含量增加，36时可溶性蛋白含量下降；而耐热性较强的品种B10、B4热激蛋白启动较晚，在较高温度36时才出现可溶性蛋白含量的剧增。在外部形态上进一步得到了印证：气温33持续23d后，品种A2、A4、B9即表现出新梢枯焦变黑的热害症状，其他品种则长势良好。在36持续高温11d后，耐热性较强的品种B10只是叶片稍微上卷，受高温影响最轻；品种B4、B7、B19、B5叶片40%60%卷缩8。说明耐热性弱的品种A2、A4、B9热激蛋白启动早，诱导温度低，耐持续高温的能力弱，短时间的持续高温（3323d）则使其蛋白质合成受阻、蛋白质的变性很快转变为不可逆的凝聚状态和降解而相继出现热害。 参考文献 1楚爱香，汤庚国.观赏海棠品种分类研究进展J.生物学通报，xx，43（7）：15-17. 2陈恒新.山东海棠品种分类与资源利用研究D.南京：南京林业大学，xx：34. 3张宁，沈红香，高遐虹，等.苹果属部分观赏品种与中国野生种的亲缘关系J.园艺学报，xx，34（5）：1227-1234. 4沈红香，张宁，姚允聪.基于叶片特征的观赏海棠分类研究C张启翔.中国观赏园艺研究进展.北京：中国林业出版社，xx：45-51. 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