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不同品種海棠對高溫脅迫的生理響應(yīng) doi：10.13360/j.issn.1000-8101.xx.04.007：S718.43 劉春風(fēng)1，謝寅峰2*，張往祥2 （1.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院風(fēng)景園林系，江蘇句容212400；2.南京林業(yè)大學(xué)） 摘要：為了解觀賞海棠對高溫的適應(yīng)性，以歐美觀賞海棠8個品種為材料，研究其在田間自然高溫條件下的生理適應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明：高溫脅迫下，隨著溫度的升高，8個海棠品種的膜透性增大，丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化氫（H2O2）含量、脯氨酸（Pro）含量升高；可溶性蛋白含量先升高后下降。相對電導(dǎo)率、MDA含量、SOD活性、Pro含量、可溶性蛋白含量可以作為鑒定海棠品種的耐熱性生理指標(biāo)。8個海棠品種均能在試驗(yàn)地安全越夏，耐熱性由強(qiáng)到弱排列順序?yàn)镾trawberryAbundanceRobinsonRadiantAdamsSentinelPinkSpireRoyalty。耐熱性較強(qiáng)的品種為Strawberry、Abundance和Robinson；耐熱性中等的品種為Radiant、Sentinel和Adams；耐熱性較弱的品種為PinkSpire和Royalty。 關(guān)鍵詞：海棠；嫁接苗；高溫脅迫；生理生化指標(biāo) ：xx-07-22 修回日期：xx-05-09 基金項(xiàng)目：江蘇省農(nóng)業(yè)自主創(chuàng)新項(xiàng)目（CX122043）；江蘇省科技廳農(nóng)業(yè)科技支撐項(xiàng)目（BExx351）；江蘇省科技支撐計劃（BExx407）。 作者簡介：劉春風(fēng)（1970-），女，講師，主要從事園林植物栽培研究工作。通信作者：謝寅峰，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.）具有觀花、觀果、觀葉等觀賞價值和較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，主要分布在北溫帶、橫跨歐亞大陸和北美洲，廣泛應(yīng)用于各種園林景觀中1。海棠喜光、耐寒，一般在年平均氣溫714地區(qū)分布2。近年來，隨著我國城市化建設(shè)步伐的加快，各地相繼從國外引進(jìn)優(yōu)良的觀賞海棠品種，并試圖將觀賞海棠向南推廣，這些引進(jìn)資源的抗逆性和適應(yīng)性是栽培者普遍關(guān)注的問題，尤其對高溫的適應(yīng)性問題將影響其引種馴化、推廣栽培區(qū)的范圍。目前國內(nèi)外的主要研究集中在觀賞海棠品種調(diào)查和分類、引種篩選和栽培育種、形態(tài)、生理生化變化、干旱脅迫等方面3-6，關(guān)于觀賞海棠對高溫適應(yīng)性的研究較少。因此，本試驗(yàn)對高溫脅迫下8個品種觀賞海棠生理生化變化進(jìn)行研究，旨在為觀賞海棠的南移推廣栽培奠定理論基礎(chǔ)。 1材料與方法 1.1試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)地位于南京市溧水區(qū)傅家邊農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)（1182211914E，31143237N），屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫15.5，年極端氣溫最低13.1，最高39.7，年均降水1037mm，年均日照2146h。土壤為黃棕壤酸性黏土。 1.2試驗(yàn)材料 供試材料南京林業(yè)大學(xué)引進(jìn)的觀賞海棠品種2年生嫁接苗。首先對觀賞海棠27個品種進(jìn)行1a的形態(tài)和生長觀察，在以形態(tài)表現(xiàn)（熱害指數(shù)）和苗高生長速率為評價依據(jù)進(jìn)行耐熱性評價的基礎(chǔ)上，將其分為耐熱性強(qiáng)、中等、弱3個等級，從3個等級中選取8個品種進(jìn)行耐熱性比較試驗(yàn)，耐熱性較強(qiáng)的品種為B10（M.Strawberry）、B4（M.Abundance）、B5（M.Radiant），耐熱性中等的品種為A2（M.Sentinel）、B7（M.Robinson）、B19（M.A?dams），耐熱性弱的品種為B9（M.PinkSpire）、A4（M.Royalty）。試驗(yàn)地地勢平坦，土壤深翻50cm。每個品種種植150株，采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計，xx年3月定植，株行距為1m2m。每個品種選20株標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行測定。 1.3試驗(yàn)方法 采用田間自然高溫條件法，xx年59月每天記錄試驗(yàn)地當(dāng)天的天氣情況。溫度梯度設(shè)置：連續(xù)57d日平均最高氣溫/月極端最高溫度為28/33（5月）、33/35（6月）、36/39（7月）、32/35（8月）、27/32（9月）。以日平均最高氣溫28（適宜海棠生長）為對照，日最高氣溫3236為高溫脅迫（在1a的形態(tài)觀察中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)日最高氣溫高于32時，部分品種出現(xiàn)新葉枯焦的日灼現(xiàn)象，因此將日最高氣溫高于32確定為高溫脅迫）。隨機(jī)采集標(biāo)準(zhǔn)木上部第58節(jié)位完全功能葉片，采樣后放入-70的超低溫冰箱冷凍。 相對電導(dǎo)率用電導(dǎo)儀測定法測定；丙二醛含量（MDA）測定采用硫代巴比妥酸（TBA）法；超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法；可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)染色法；脯氨酸（Pro）含量測定采用磺基水楊酸提取-酸性茚三酮顯色法；可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法；過氧化氫（H2O2）含量測定采用硫酸鈦顯色法7。 1.4數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excelxx和SPSS18.0程序分析。 2結(jié)果與分析 2.1試驗(yàn)地氣溫統(tǒng)計 xx年59月試驗(yàn)地的平均氣溫、極端氣溫及高溫天數(shù)統(tǒng)計可知，5個月日平均最高溫度分別為28，33，36，32和27，極端最高溫度分別為33，35，39，35和32，30以上天數(shù)分別為9，15，29，24和8，其中35以上高溫天數(shù)分別為0，3，14，5和0，日最高溫度持續(xù)30以上的天氣集中在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日出現(xiàn)持續(xù)11d的3639高溫天氣。 2.2高溫脅迫對相對電導(dǎo)率和丙二醛含量的影響 隨著溫度的升高，不同品種海棠細(xì)胞膜透性增大，細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)外滲，葉片的相對電導(dǎo)率均不同程度地增加，品種間差異顯著（PB9B19A2B7B5B10B4。 高溫脅迫下，不同海棠品種的MDA含量均高于對照，且隨著溫度的升高而升高，品種間差異極顯著（PB9B19A2B5B10B4B7。 2.3高溫脅迫對超氧化物歧化酶活性和可溶性糖含量的影響 高溫脅迫下，海棠8個品種的SOD活性均高于對照，且隨著溫度的升高而增強(qiáng)，品種間差異極顯著（PB7A2B5B4B19B9A4。 在高溫脅迫下，海棠8個品種的可溶性糖含量均高于對照，且隨著溫度的升高而升高，品種間差異極顯著（PA4B9B4B7B5A2B10。 2.4高溫脅迫對脯氨酸和可溶性蛋白含量的影響 高溫脅迫下，海棠8個品種的Pro含量均高于對照，且隨著溫度的升高而升高，品種間差異顯著（PB10B5B4A2B19B9A4。 高溫脅迫下，8個品種海棠的可溶性蛋白含量表現(xiàn)不一致，品種間差異較大（圖3b）。與對照相比，品種A4、B9、A2在33時的可溶性蛋白含量開始上升，在36時的可溶性蛋白含量下降；其他品種在36時的可溶性蛋白含量開始上升。原因可能是A4、B9和A2在33時已經(jīng)受到高溫脅迫，引起熱激蛋白的表達(dá)，可溶性蛋白含量較其他品種高，在36時熱激蛋白含量減少，可溶性蛋白含量下降；其他品種則在36時受到高溫脅迫，引起熱激蛋白的表達(dá)，可溶性蛋白含量開始升高。36高溫脅迫下，品種B10和B4的可溶性蛋白含量上升幅度顯著，表明高溫促進(jìn)了品種B10和B4的蛋白合成，使它們的蛋白質(zhì)含量劇增；B5、B7和B19的可溶性蛋白含量上升幅度較?。黄贩NA4、B9和A2的可溶性蛋白含量下降。表明高溫脅迫導(dǎo)致它們的蛋白質(zhì)水解，使蛋白質(zhì)含量降低。其中，品種A4蛋白質(zhì)含量降幅最大，其次是B9。蛋白質(zhì)含量增幅由大到小排序?yàn)锽10B4B7B5B19A2B9A4。 2.5高溫脅迫對過氧化氫含量的影響 在高溫脅迫下，8個品種海棠的H2O2含量均高于對照，且隨著溫度的升高而升高，品種間差異極顯著（PA4B5B19B4B7B10A2。 2.6不同海棠品種耐熱性綜合分析 在植物耐熱性鑒定方法中，外部形態(tài)指標(biāo)是反映植物耐熱性的重要指標(biāo)之一。熱害指數(shù)能反映植物在高溫脅迫下的外觀形態(tài)表現(xiàn)，鑒定植物的抗熱性。苗木生長指標(biāo)是判斷苗木抗逆能力最直接的鑒定指標(biāo)。苗高生長速率的大小可作為評價耐熱性的一個指標(biāo)。本試驗(yàn)用苗高指標(biāo)增長速率比較各品種海棠的耐熱性結(jié)果與田間形態(tài)觀察結(jié)果一致，耐熱性由強(qiáng)到弱排列順序?yàn)椋築10B4B5B7B19A2B9A48。 植物受高溫傷害的主要部位是細(xì)胞膜系統(tǒng)。表1中各生理指標(biāo)均與細(xì)胞膜的穩(wěn)定性具有密切聯(lián)系，其中Pro含量、SOD活性、蛋白質(zhì)含量均是維持細(xì)胞膜的熱穩(wěn)定性。而丙二醛表示膜脂過氧化的程度，是細(xì)胞膜被破壞的標(biāo)志物質(zhì)。葉片相對電導(dǎo)率大小可以反映細(xì)胞膜滲透性和電解質(zhì)的泄漏。因此，丙二醛、葉片相對電導(dǎo)率可以作為衡量細(xì)胞膜熱穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)。在判斷植物的耐熱性上，本試驗(yàn)以丙二醛、葉片相對電導(dǎo)率為準(zhǔn)，其他生理指標(biāo)作為輔助指標(biāo)，綜合判斷各品種的耐熱性。這兩個生理指標(biāo)的排序結(jié)果基本一致（除品種B7外）：相對電導(dǎo)率增幅由小到大排序?yàn)锽4B4；其他品種為B5A2B19B9A4。因此，綜合生理指標(biāo)耐熱性由強(qiáng)到弱排序?yàn)椋築10B7B4B5A2B19B9A4。生理指標(biāo)結(jié)合形態(tài)和生長指標(biāo)看，B4在耐熱性較強(qiáng)的等級中比B7多，B4的耐熱性較B7強(qiáng)，即B4B7。 在高溫脅迫下，細(xì)胞膜系統(tǒng)僅次于細(xì)胞壁感受到脅迫信號，經(jīng)信號傳導(dǎo)途徑將脅迫信號傳遞至細(xì)胞內(nèi)，引起植物體內(nèi)酶活性的變化，造成植物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和重要生理反應(yīng)的改變。當(dāng)高溫脅迫所造成的傷害超過植物自身的調(diào)控能力時，植物就開始表現(xiàn)出外觀形態(tài)的熱害癥狀9。由各單項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)（表2）可知，田間熱害指數(shù)與苗高增長速率、相對電導(dǎo)率呈極顯著相關(guān)水平，與MDA呈極顯著相關(guān)水平，說明熱害指數(shù)能夠基本代替苗高增長速率、相對電導(dǎo)率、MDA，最終在形態(tài)上反映植物的耐熱性，因此，鑒定植物耐熱性可以外觀形態(tài)上顯著的熱害癥狀為主要指標(biāo)，結(jié)合苗高增長速率、相對電導(dǎo)率、MDA指標(biāo)綜合判斷。根據(jù)田間熱害指數(shù)觀察，氣溫超過32后，A2、A4和B9海棠品種即表現(xiàn)出新梢枯焦變黑的熱害癥狀，其他品種則長勢良好。因此，認(rèn)為A2、A4和B9海棠品種為耐熱性較弱的品種。綜合分析認(rèn)為8個品種海棠均能在試驗(yàn)地安全越夏，耐熱性由強(qiáng)到弱排列順序?yàn)椋築10B4B7B5B19A2B9A4。耐熱性較強(qiáng)的品種為B10、B4和B7；耐熱性中等的品種為B5、A2和B19；耐熱性較弱的品種為A4和B9。 本試驗(yàn)所選生理生化指標(biāo)經(jīng)方差分析具顯著性差異，能有效區(qū)分海棠不同品種的耐熱性，但不同生理生化指標(biāo)所測得的結(jié)果不盡一致。相對電導(dǎo)率、MDA含量、SOD活性、Pro含量、可溶性蛋白含量與海棠耐熱性密切相關(guān)，可以作為海棠品種的耐熱性鑒定生理指標(biāo)。其中，相對電導(dǎo)率、MDA含量、SOD活性和Pro含量為耐熱性鑒定中得到普遍認(rèn)可的生理指標(biāo)10-11。 3結(jié)論與討論 1）高溫脅迫后，8個品種海棠的相對電導(dǎo)率、過氧化氫（H2O2）含量、MDA含量均顯著提高，并且與品種的耐熱性呈負(fù)相關(guān)。與耐熱性強(qiáng)的品種比較，耐熱性弱的品種相對電導(dǎo)率、過氧化氫（H2O2）含量、MDA含量增幅均較大，說明耐熱性強(qiáng)的海棠品種對高溫逆境適應(yīng)性較強(qiáng)，這與許多研究者對其他植物的研究結(jié)果一致12-16。品種A4、B9、A2的MDA含量極顯著高于其他品種的，與其田間的形態(tài)表現(xiàn)一致，3個品種在33即出現(xiàn)了新葉葉尖枯焦的現(xiàn)象8，此現(xiàn)象也證實(shí)了它們對高溫較敏感，較不耐熱性。 2）在對照條件下，品種間超氧化物歧化酶活性差異顯著，品種A2、A4、B9的SOD含量顯著高于其他品種。極有可能是3個品種由于對高溫的較不耐熱性導(dǎo)致它們在對照溫度條件下就誘導(dǎo)了SOD活性上升，使它們的SOD含量顯著高于其他品種。而耐熱性較強(qiáng)的品種B10的SOD活性，在對照溫度條件下顯著低于其他品種，在高溫下增幅極顯著高于其他品種，其苗高地徑也始終保持比其他品種較快的生長速率8。 3）高溫脅迫下，海棠各品種的脯氨酸含量明顯增加，且增幅與品種耐熱性呈正相關(guān)，耐熱性強(qiáng)的品種其脯氨酸含量增幅高于耐熱性弱品種，這一結(jié)論與前人的研究結(jié)果一致3，17。高溫脅迫下，耐熱性強(qiáng)的品種B10、A2其可溶性糖含量增幅很小，僅4%左右；耐熱性弱的品種A4、B9、B19的可溶性糖含量增幅很大，在40%50%?？梢?，在高溫脅迫下海棠品種葉片可溶性糖含量增幅與品種的耐熱性具有負(fù)相關(guān)性。此結(jié)論與歐祖蘭等17和鄭軍18的研究結(jié)果不一致。賈開志等19對不同茄子耐熱性進(jìn)行研究時并沒有發(fā)現(xiàn)在熱脅迫下不同品種茄子的可溶性糖含量的變化與茄子耐熱性有顯著相關(guān)性。雖然許多研究表明在熱脅迫下植物體內(nèi)的可溶性糖在細(xì)胞質(zhì)中大量積累，但有關(guān)可溶性糖積累量與植物耐熱性的相關(guān)性研究較少。 4）當(dāng)植物體受到熱激時（高于植物正常生長溫度812），植物體內(nèi)正常蛋白的合成受到抑制，可以很快誘導(dǎo)合成熱激蛋白。在植物熱激處理后35min內(nèi)，熱激蛋白短時間迅速大量表達(dá)。熱激蛋白可以與變性蛋白結(jié)合，維持它們的自然狀態(tài)，以減少植物細(xì)胞受到的傷害。但是，熱激蛋白只是熱脅迫下植物體內(nèi)出現(xiàn)的應(yīng)激蛋白質(zhì)，在持續(xù)高溫作用下脅迫超過一定程度時，蛋白質(zhì)的變性很快轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡娴哪蹱顟B(tài)和降解，從而使植物體遭受損害20。耐熱品種對高溫反應(yīng)遲鈍，熱激蛋白誘導(dǎo)溫度高，蛋白質(zhì)降解速率慢；不耐熱品種對高溫反應(yīng)較敏感，熱激蛋白誘導(dǎo)溫度較低（38，36h），在較高溫度（42，36h）刺激后熱激蛋白合成受抑制，可溶性蛋白質(zhì)含量下降。本試驗(yàn)研究結(jié)果與孟煥文等21的研究結(jié)果一致。耐熱性較弱的品種A4、B9、A2熱激蛋白啟動較早，氣溫33時即誘導(dǎo)了它們的熱激蛋白的合成，可溶性蛋白含量增加，36時可溶性蛋白含量下降；而耐熱性較強(qiáng)的品種B10、B4熱激蛋白啟動較晚，在較高溫度36時才出現(xiàn)可溶性蛋白含量的劇增。在外部形態(tài)上進(jìn)一步得到了印證：氣溫33持續(xù)23d后，品種A2、A4、B9即表現(xiàn)出新梢枯焦變黑的熱害癥狀，其他品種則長勢良好。在36持續(xù)高溫11d后，耐熱性較強(qiáng)的品種B10只是葉片稍微上卷，受高溫影響最輕；品種B4、B7、B19、B5葉片40%60%卷縮8。說明耐熱性弱的品種A2、A4、B9熱激蛋白啟動早，誘導(dǎo)溫度低，耐持續(xù)高溫的能力弱，短時間的持續(xù)高溫（3323d）則使其蛋白質(zhì)合成受阻、蛋白質(zhì)的變性很快轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡娴哪蹱顟B(tài)和降解而相繼出現(xiàn)熱害。 參考文獻(xiàn) 1楚愛香，湯庚國.觀賞海棠品種分類研究進(jìn)展J.生物學(xué)通報，xx，43（7）：15-17. 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