高溫脅迫對裙帶菜配子體的生長和生理影響

摘要:以裙帶菜配子體(Undaria pinnatifida)為試驗材料，研究了高溫脅迫對其葉綠素a含量、POD活性、脯氨酸含量、丙二醛含量的影響。結果表明:與20 ℃對照組相比，裙帶菜配子體在高溫脅迫下，試驗組隨著時間的增加葉綠素a含量明顯下降，且30 ℃下葉綠素a含量的降幅明顯大于25 ℃;丙二醛的含量隨著時間的增加呈現逐漸上升的趨勢，且30 ℃下丙二醛含量的增幅明顯大于25 ℃;POD活性在24 h時達到最低，然后略有增加;脯氨酸的含量在高溫下隨著時間的延長呈現逐漸上升的趨勢。該研究結果為進一步揭示裙帶菜抗高溫分子機制和培育抗高溫裙帶菜新品種提供了一定參考。

關鍵詞:高溫脅迫;裙帶菜;配子體;生長;植物生理

中圖分類號:S946.3文獻標識碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.03.008

Effects of High Temperature Stress on Growth and Physiology of Gametophytes of Undaria pinnatifida

WANG Meng， TONG Shao-ming， HOU He-sheng

(Key Laboratory of Plant Biotechnology of Liaoning Province， College of Life Sciences， Liaoning Normal University， Dalian， Liaoning 116029， China)

Abstract:Some physiological index including the contents of chlorophyll a， proline， MDA and POD activity of gametophytes of Undaria pinnatifida under different temperature were measured. The results showed that all of the measured contents and activity of gametophytes of Undaria pinnatifida had little change under 20 ℃. When the gametophytes were cultured 48 hours at 25℃ or 30℃， the content of chlorophyll a descended. The contents of praline， MDA increased. POD activity declined in initial stage and then increased and was lower than the control. The results provided some references to the mechanism study of Undaria pinnatifida to high temperature resistance and resistant cultivar breeding.

Key words: high temperature stress; Undaria pinnatifida; growth; plant physiology

裙帶菜(Undaria pinnatifida)是中國的三大經濟海藻之一。目前，裙帶菜養殖育苗技術相當成熟，通過配子體培養育苗也有很多報道。溫度是裙帶菜配子體生長發育的重要限制環境因素之一。近年來，溫室效應導致全球氣溫上升，植物生產正面臨著高溫逆境的嚴峻挑戰，因此，研究植物在高溫脅迫下的生理生化反應，將有助于在實際生產中減輕高溫對植物的傷害，同時對抗熱脅迫的基礎理論研究也具有重大意義[1]。

關于溫度對裙帶菜配子體影響的報道集中在對其生長發育的影響[2]。李宏基等[3]指出裙帶菜配子體的最適生長溫度為20 ℃。然而高溫對裙帶菜配子體的生理生化影響研究較少，其抵御高溫的機制還不清楚。本研究以裙帶菜配子體為實驗材料，研究在不同培養溫度下其葉綠素a、脯氨酸、丙二醛和POD活性隨時間而變化的情況。旨在揭示藻體受到高溫脅迫時，細胞內某些生理生化指標的變化規律，為培育抗高溫新品系提供參考。

1材料和方法

1.1材料培養及處理

供試材料為實驗室自行培養保存的裙帶菜配子體。成熟的裙帶菜孢子葉于2006年5月采自大連水產養殖集團有限公司凌水養殖場，選擇個體較大、邊緣平滑、孢子囊清晰可見、性狀優良的個體帶回實驗室。放散孢子后于下述條件培養:溫度20±1 ℃;光周期14 h∶10 h;光照強度1 500 lx。其中光照強度在培養10 d后減弱到750 lx。每7 d更換相同培養液1次。為擴大培養，將絲狀體接種到PES培養液中，在20 ℃，2 000 lx，14 h∶10 h光周期條件下擴繁[4-5]，作為試驗材料。裙帶菜配子體分別在20，25，30 ℃條件下進行處理，處理時間分別為0，12，24，36，48 h，以20 ℃條件為對照，每個處理組合設置3個重復。處理結束后取出配子體，待測。

1.2生理生化指標的測定方法

葉綠素a含量的測定采用乙醇法;脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定，以牛血清白蛋白配制標準蛋白溶液，繪制標準曲線;POD活性的測定采用愈創木酚法;丙二醛的測定采用三氯乙酸-硫代巴比妥酸法。均參照植物生理學實驗指導[6]。

2結果與分析

2.1高溫脅迫對裙帶菜配子體葉綠素a含量的影響

如圖1所示，在20℃條件下，葉綠素a含量相對較穩定; 25℃和30℃條件下，處理12 h后，葉綠素a含量開始下降，與對照組之間有極顯著性差異(p<0.01)，隨著處理時間的延長，高溫處理的葉綠素a含量繼續下降。由此可見，高溫對葉綠體造成了傷害，葉綠素在不斷降解，其原因可能是高溫破壞了細胞原生質和葉綠體的光合膜結構，高溫同時能影響光合作用中酶的活性，從而造成絲狀體中葉綠素a降解或合成受阻，含量降低，進而影響光合作用。

2.2高溫脅迫對裙帶菜配子體脯氨酸含量的影響

如圖2所示，裙帶菜配子體在20℃條件下，脯氨酸含量變化不大;在25 ℃、30 ℃條件下， 裙帶菜配子體脯氨酸含量的變化呈現逐漸上升的趨勢，培養36~48 h后，脯氨酸含量與對照組有顯著性差異(p<0.05)。隨脅迫時間的延長，脯氨酸含量升幅增大。30℃條件下，48 h時脯氨酸含量比0 h時增加了1倍，由此可知，藻體受高溫脅迫促進了脯氨酸的不斷合成，這是生物體惡劣條件下產生的一種應激反應，用以維持細胞正常代謝，起到自我保護的作用。

2.3高溫脅迫對裙帶菜配子體POD活性的影響

如圖3所示，在20℃條件下POD活性穩定;在30℃條件下，培養初期POD活性下降，與高溫對海帶POD活性的影響相似[7]，在處理24 h時，活性最低，與對照相比差異顯著(p<0.05)，在25 ℃下培養36 h時，POD活性開始上升，說明藻體對此溫度的適應性增強;在30 ℃條件下，POD活性在培養36 h時略有上升，但由于溫度過高，傷害較大，POD活性維持在較低水平。藻體在高溫脅迫下細胞中生物氧自由基不斷產生并積累，對細胞產生傷害甚至致死。而POD是藻體內有效的活性氧自由基消除系統，它能催化過氧化氫氧化酚類的反應，在藻體呼吸代謝中起到重要作用。因此，POD活性是反應裙帶菜配子體抗氧化能力的指標之一。

2.4高溫脅迫對裙帶菜配子體丙二醛(MDA)含量的影響

如圖4所示，MDA含量在20 ℃條件下變化不大，在25 ℃、30 ℃條件下均呈現上升的趨勢，培養12 h后，MDA含量與對照組有顯著性差異(p<0.05)。在30℃條件下，培養24 h后，MDA含量與對照組有極顯著性差異(p<0.01)，至48 h時MDA含量增到最大，增幅為0 h時的2.67倍。這是由于高溫脅迫下，藻體活性氧自由基的積累會引起膜脂過氧化，膜脂過氧化產生MDA，MDA含量間接反映膜受損程度。溫度越高，MDA含量升高幅度越大，表明溫度越高對膜脂傷害程度越嚴重。

3 結論

試驗結果表明，裙帶菜配子體在高溫脅迫下其體內發生了一系列的生理生化變化。在20 ℃條件下各項生理指標變化均不大，在25 ℃和30 ℃條件下，條斑紫菜絲狀體葉綠素a含量隨時間延長急劇下降;丙二醛和脯氨酸含量隨時間延長逐漸增加;POD活性在24 h時達到最低，然后略有增加。由以上試驗結果可知，適度的高溫脅迫可以誘導裙帶菜配子體抗氧化酶活性和抗氧化劑含量的升高，當高溫脅迫超過一定的限度，抗氧化酶活性降低，抗氧化劑含量下降，植物細胞內保護體系被打破，植物細胞就會受到嚴重的高溫傷害。

參考文獻:

[1] 黃希蓮，宋麗莎.植物耐熱生理生化指標研究進展[J].黔南民族師范學院學報，2007(3):23-26.

[2] 楊迎霞，姜華，王玉寶，等.不同光強及培養方式對日本品系裙帶菜克隆生長影響的研究[J].科學養魚，2005 (4):42-43.

[3] 李宏基，田素敏.溫度對裙帶菜配子體生長發育的影響[J].海洋湖沼通報，1982(2):38-45.

[4] 侯和勝.裙帶菜配子體形成期特異mRNA的分離鑒定及其相關基因的cDNA克隆[D].青島:中國科學院研究生院(海洋研究所)，1997.

[5] 逄少軍.日光照時數對裙帶菜配子體發育的影響[J].海洋與湖沼，1996，27(3):302-307.

[6] 張志良，瞿偉菁.植物生理學實驗指導(第三版)[M].北京:高等教育出版社.2003:67-70，159-160，123-124，274-276.

[7] 王悠.海帶對高溫脅迫的生理生化響應和耐高溫機理的初步研究[D].青島:中國海洋大學，2003.