高溫脅迫對金線蓮葉綠素熒光參數及SOD活性與電導率的影響

林曉紅等

摘 要 以福建金線蓮與臺灣金線蓮為試材，采用人工氣候箱模擬自然高溫，研究金線蓮葉綠素熒光參數及SOD活性與電導率的變化。結果表明：隨高溫脅迫時間的延長，臺灣金線蓮葉綠素a、葉綠素b與總葉綠素含量顯著下降；而福建金線蓮變化不顯著。臺灣金線蓮Fo的升高與Fv/Fm的下降水平均高于福建金線蓮，而兩者的Fm和Fv變化差異不明顯；在熱脅迫過程中，臺灣金線蓮ABS/RC的上升和φEo、φPo、ψo的下降均達到顯著水平，而福建金線蓮變化不顯著。高溫脅迫下臺灣金線蓮的SOD活性與電導率均呈顯著變化，而福建金線蓮則變化不顯著。這說明福建金線蓮對高溫的耐受力優于臺灣金線蓮，因此，實地栽培臺灣金線蓮應選擇比福建金線蓮更加陰涼的種植環境。

關鍵詞 高溫脅迫；金線蓮；熒光參數；SOD活性；電導率

中圖分類號 S567.5 文獻標識碼 A

Effects of High-temperature Stress on Chlorophyll Fluorescence Parameters， SOD Activity and Electrolyte Leakage of Anoectochilus roxburghii（Wall.）Lindl. and Anoectochilus formosanus Hayata

LIN Xiaohong1， SHI Mutian2， LIN Sanmu1

1 Zhangzhou Urban Vocational College， Zhangzhou， Fujian 363000， China

2 College of Horticulture， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China

Abstract The changes of chlorophyll fluorescence parameters， SOD activity and electrolyte leakage of A. roxburghii（Wall.）Lindl. and A. formosanus Hayata were studied at controlled high temperature with a climate chamber. The contents of chlorophyll a， chlorophyll b and total chlorophyll in A. formosanus decreased significantly with increasing exposure time at high temperature， while those in A. roxburghii only slightly changed. A. formosanus underwent more evident increase of Fo and decrease of Fv/Fm compared with A. roxburghii did. Under high-temperature stress， ABS/RC of A. formosanus rose significantly， and its φEo， φPo and ψo reduced significantly， whereas the values of A. roxburghii kept stable. The results indicated that A. roxburghii tolerated high temperature better than A. formosanus did. As a result， the latter needs to be cultivated in a cooler climate.

Key words High temperature stress；Anoectochilus roxburghii；Chlorophyll fluorescence parameters；SOD activity；Electrolyte leakage

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.06.016

金線蓮（Anoectochilus roxburghii）為蘭科（Orchi

daceae）開唇蘭屬（Anoectochilus）鳥巢蘭族（Trib.neottieae Lindl）多年生草本植物，含有生物堿、氨基酸、維生素、糖類、皂甙、甾體、微量元素等多種成分，具有調節內分泌，預防癌癥、高血壓、糖尿病等諸多藥用價值，是近年來福建省發展規模快、經濟效益高的名貴藥用植物，具有廣闊的市場前景。金線蓮喜陰涼、潮濕的環境，據種植戶的實踐證實其生長最適溫度為18～25 ℃，但南方夏季的高溫通常超過35 ℃，因此，夏季高溫已成為限制金線蓮產業推廣和發展的重要瓶頸。

福建金線蓮[Anoectochilus roxburghii（Wall.）Lindl.]與臺灣金線蓮（臺灣開唇蘭）（Anoectochilus formosanus Hayata）是目前栽培規模最大的2種金線蓮，尤其是臺灣金線蓮產量和經濟效益均高，但因耐熱性較福建金線蓮差，夏季栽培較難，種植面積反而小。

在反映植物品種間耐熱性差異、生理響應及耐熱機理方面的研究已有較多報道[1-5]，但有關金線蓮耐熱差異及熱脅迫方面的研究目前尚未見報道。本研究對2種金線蓮在高溫脅迫下的適應性展開研究，測定2種金線蓮葉片葉綠素熒光參數及SOD活性與電導率的變化，以期解釋金線蓮對高溫的響應機理，旨在了解福建金線蓮與臺灣金線蓮的熱敏感性，為南方金線蓮產業選擇適栽品種及栽培技術的調整提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗所用福建金線蓮與臺灣金線蓮均為福建省荊龍生物科技有限公司提供。選取培養3個月生長健壯、長勢基本一致的健康植株為試驗材料。常規培養參數見表1，栽培基質為泥炭土。

1.2 方法

1.2.1 高溫脅迫處理 試驗于2012年10月在漳州城市職業學院生理生化實驗室進行。采用RXZ智能人工氣候箱（寧波江南）模擬自然條件，晝夜交替14/10 h進行，具體處理參數見表1，每處理50株，重復3次。試驗期間每天17：00澆水1次。

1.2.2 葉綠素熒光參數的測定 選取處理植株：在早上9：00利用植物效率分析儀（英國Hansatech公司Handy-PEA）測定植株葉片熒光誘導動力學參數。將完整的植株葉片暗適應30 min后，激發光強為0.1 μmol/（m2·s），作用光照強度為3 000 μmol/（m2·s），測定20次，重復3次。記錄并計算以下參數，計算公式參考李鵬民等[6]的方法：Fo表示暗適應最小熒光、Fm表示暗適應最大熒光、Fv表示穩態熒光、Fv/Fm表示暗適應下的最大量子產額、ABS/RC表示單位反應中心吸收的光能；φPo表示暗適應后的最大光化學效率；ψo表示中心捕獲的激子中用來推動電子傳遞到電子傳遞鏈中超過QA的其它電子受體的激子占用來推動QA還原激子的比率；φEo表示用于電子傳遞的量子產額；φDo（φDo=1-φPo）表示熱耗散的量子比率。

本試驗以金線蓮植株莖干出現水漬癥狀并倒伏作為植株受害（植株受害率=受害植株數/植株總數），觀察并記錄植株的受害情況。

1.2.3 生理指標的測定 葉綠體色素含量和電導率的測定參考董樹剛等[7]的方法、SOD活性參考朱廣廉等[8]的方法。試驗重復3次，利用TU-1810紫外可見分光光度計（北京普析）進行光密度測定。

1.3 數據處理

采用DPS 6.55軟件進行數據處理，新復極差法進行處理間多重比較。

2 結果與分析

2.1 高溫脅迫對2種金線蓮受害率的影響

由圖1可知，高溫脅迫下，臺灣金線蓮在2 d內植株受害率為0，而福建金線蓮在3 d內植株受害率為0，說明在晝35 ℃夜30 ℃的高溫下臺灣金線蓮可以忍受2 d，而福建金線蓮可以忍受3 d。然后隨脅迫時間的延長，2種金線蓮表現出不同程度的受害，且變化都達到顯著水平。在高溫脅迫6 d時，臺灣金線蓮的受害率高達37.33%，而福建金線蓮為6.80%，這表明在晝35 ℃夜30 ℃的條件持續6 d時2種金線蓮均表現出不同程度的受害，并且臺灣金線蓮對熱脅迫的敏感性顯著高于福建金線蓮。

2.2 高溫脅迫對2種金線蓮葉綠體色素含量的影響

由圖2可知，臺灣金線蓮的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量的總體水平都較福建金線蓮低。在高溫脅迫下，臺灣金線蓮葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量均呈下降趨勢，且在脅迫4 d后呈顯著下降趨勢；類胡蘿卜素整體呈下降趨勢，在脅迫2 d后表現顯著下降。福建金線蓮在脅迫初期葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量均出現升高現象，其中葉綠素a含量2 d的高于0 d 的15.20%，且達顯著水平；2 d后隨脅迫時間的延長均呈下降趨勢，但統計分析結果表明均未達顯著水平。葉綠素b含量0 d的變化高于1 d的22.23%，且達顯著水平，之后變化不顯著?？側~綠素含量與葉綠素a有相似的變化，類胡蘿卜素在脅迫后先出現升高，1 d的含量高于0 d的15.77%，且達顯著水平，之后緩慢降低且未達顯著水平。

2.3 高溫脅迫對葉綠素熒光動力學參數的影響

2.3.1 對光化學效率的影響 由圖3可知，高溫脅迫下，隨脅迫時間的延長2種金線蓮的Fo呈上升趨勢，Fm、Fv有升有降，Fv/Fm呈下降趨勢。正常條件下，臺灣金線蓮與福建金線蓮有相似的Fo值，且Fo在4 d時呈現顯著增高，而臺灣金線蓮高于福建金線蓮14.71%；正常條件下，臺灣金線蓮相比福建金線蓮有較高的Fm值，且在脅迫2 d后Fm變化不顯著，而臺灣金線蓮降幅顯著低于福建金線蓮；Fv與Fm有相似的變化趨勢，說明Fv的變化主要取決于Fm；在脅迫之前，臺灣金線蓮Fv/Fm值高于福建金線蓮的3.05%，脅迫2 d后臺灣金線蓮下降了8.03%，達到民顯著水平，且在2 d時低于福建金線蓮的2.75%，這說明高溫條件下，臺灣金線蓮的Fv/Fm值比福建金線蓮的更敏感。

2.3.2 對性能指數和推動力的影響 由圖4可知，在正常條件下，臺灣金線蓮比福建金線蓮有較高的ABS/RC值，當受到高溫脅迫時，2種金線蓮均呈現先升高后平穩變化的趨勢。臺灣金線蓮ABS/RC值在1、2 d均出現顯著升高，分別高于0 d時的27.20%和42.59%，之后變化不顯著；福建金線蓮在1 d時出現顯著升高，高于0 d時的25.70%，之后變化相對平穩。臺灣金線蓮的φEo在2 d時低于1 d的41.76%，達到了顯著水平，之后變化不顯著；福建金線蓮出現波動變化，但統計結果表明均未達到顯著水平。高溫脅迫下，φPo整體表現出下降趨勢，且在脅迫2 d時，臺灣金線蓮和福建金線蓮分別下降了7.99%和2.63%，達到了顯著水平，2 d后變化不顯著。隨脅迫時間的延長，2種金線蓮的Ψo值均呈下降趨勢，且臺灣金線蓮在脅迫1、2 d分別下降了7.20%和27.14%，達到了顯著水平，之后緩慢降低，4 h后顯著降低；福建金線蓮脅迫1 d的Ψo值低于0 d的13.54%，達到了顯著水平，之后變化不顯著。

2.4 高溫脅迫對2種金線蓮生理指標的影響

2.4.1 高溫脅迫對2種金線蓮SOD活性的影響 由圖5-A可知，在正常條件下，臺灣金線蓮與福建金線蓮有相近的SOD活性，但經高溫脅迫后，臺灣金線蓮呈下降趨勢，且處理1、5 d后，分別低于處理0、4 d后的12.00%、11.77%，達到了顯著水平，其他時間變化不顯著，這說明此高溫脅迫對植株已造成傷害，導致SOD活性降低；而福建金線蓮則呈不顯著的波動變化，說明此脅迫對福建金線蓮SOD活性的影響不顯著，植株受害程度較輕。

2.4.2 高溫脅迫對2種金線電導率的影響 由圖5-B可知，隨高溫脅迫時間的延長，2種金線蓮的電導率值均呈升高趨勢。臺灣金線蓮在處理1、5 d后，分別高于處理0、4 d后的17.53%和22.66%，達到了顯著水平。綜上所述，臺灣金線蓮經高溫處理后，植株破壞嚴重；福建金線蓮經高溫處理后，電導率升高緩慢且均未達顯著水平，這說明福建金線蓮對此高溫處理具有更強的適應能力。

3 討論與結論

葉綠體色素的變化主要取決于葉綠素合成酶類及分解酶類的活性。高溫脅迫下，葉綠素分解酶類的活性大于合成酶類的活性，導致葉綠體色素降解大于合成，使葉綠體色素含量下降。本研究中，福建金線蓮在高溫下表現出較好的適應性，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素含量總體水平高且變化幅度較臺灣金線蓮小。尤其是對小于2 d的晝35 ℃夜30 ℃高溫條件，對葉綠體色素的合成具有一定的促進作用。對小麥的研究結果表明，耐熱性強的品種葉綠素含量下降幅度小于耐熱性弱的品種[9]，同樣支持這一結果。這說明福建金線蓮對脅迫的適應性優于臺灣金線蓮，從脅迫受害率的統計中也可清楚的看出這一結果。

高溫脅迫導致植物葉綠體色素的減少，從而影響到葉片的光合性能[10-11]。因此，葉綠素熒光的變化可以反映植物受脅迫的情況，最直接的是使光化學反應下降，以葉綠素熒光形式的耗散增加。在高溫脅迫之前，2種金線蓮葉片有幾乎相同的Fo值，而高溫脅迫后Fo都有劇烈升高的現象，這可能是植物對外界刺激的應激反應。當高溫持續1 d后，高溫導致了類囊體膜結構發生改變表現在Fo緩慢上升，福建金線蓮的Fo值變化相對平穩，而臺灣金線蓮的Fo值有顯著升高的變化。郭延平等[12]就柑橘高溫脅迫下的研究結果表明，耐高溫能力強的臍橙葉片Fv/Fm降幅和Fo升幅小于耐高溫能力差的溫州蜜柑，并認為Fv/Fm和Fo可能是果樹品種間抗高溫能力的鑒定指標。而這在甜椒、豌豆等植物也得到了相似的結論[5， 13-14]。

性能指數和推動力包含3個相互獨立的參數[ABS/RC、φPo和ψo]，它們可以更準確地反映植物光合機構的狀態，對某些脅迫比Fo、Fv/Fm的變化更敏感，能更好地反映脅迫對光合機構的影響[15-17]。高溫導致了金線蓮Fo的上升，反映出PSⅡ反應中心失活[13-14]，這就迫使剩余的有活性的反應中心的效率提高，使ABS/RC出現上升。同時，高溫脅迫導致單位葉面積熱耗散增加，使得葉片中過剩的激發能得以及時耗散，φEo產額呈顯著水平下降。臺灣金線蓮的ABS/RC顯著高于福建金線蓮，而φEo顯著低于福建金線蓮，反應出臺灣金線蓮光合機構更嚴重的破壞程度。

φPo和ψo參數主要反映了PSⅡ受體側的變化[6]。高溫脅迫條件下，2種金線蓮的φPo和ψo總體變化都呈下降趨勢，說明高溫減少了受體側的電子傳遞體，使較多的光能用來還原QA，QA的還原加速導致QA傳遞電子的能力下降，表現為2 ms時ψo下降。此現象在臺灣金線蓮中比福建金線蓮表現的更明顯。

自由基傷害學說認為，高溫脅迫會打破活性氧原有的代謝平衡，誘發氧化脅迫，致使細胞生理代謝紊亂，這是引起植物耐性極限崩潰的主要原因[18]。而SOD作為植物抗氧化系統的第一道防線，在維持植物體內活性氧的動態代謝平衡、降低質膜過氧化作用中具有極其重要的意義[19-20]。本研究結果表明，30 ℃以上高溫脅迫使臺灣金線蓮活性氧含量迅速增加，SOD活性顯著下降，質膜過氧化嚴重，電導率值持續升高，生理反應明顯紊亂。

對臺灣金線蓮和福建金線蓮晝35 ℃夜30 ℃持續6 d的高溫試驗結果表明，臺灣金線蓮Fo表現的升高和Fv/Fm的下降水平均高于福建金線蓮，且兩種金線蓮Fm和Fv變化差異不明顯。臺灣金線蓮的ABS/RC的上升和φEo、φPo、ψo的下降均達到了顯著水平，而福建金線蓮變化不顯著。這表明在熱脅迫中，ABS/RC、φEo、φPo、ψo比Fv/Fm更靈敏的反映出不同品種金線蓮的耐熱性。本研究結果表明，臺灣金線蓮對高溫的適應性總體低于福建金線蓮，在實地栽植金線蓮中，應選擇比福建金線蓮更加陰涼的種植環境，同時適當補光、促進光合，以增加凈光合效率，從而提高熱適應性。

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責任編輯：黃東杰