高溫脅迫對桃葉杜鵑幼苗生理生化指標的響應

王麗娟+歐靜+鐘登慧+劉仁陽+諶端玉+張仁嬡

摘要：為探明桃葉杜鵑生長適宜的溫度，以桃葉杜鵑（Rhododendron annae Franch.）幼苗為試驗材料，采用人工模擬氣候鑒定法，設置對照（22 ℃）、模擬高溫（30 和38 ℃），對不同溫度條件下桃葉杜鵑葉片丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）、可溶性蛋白質、可溶性糖和葉綠素含量以及超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）活性進行研究。結果表明，與對照相比，桃葉杜鵑幼苗的MDA、Pro和可溶性蛋白質含量和SOD、CAT和POD活性均隨溫度升高而增加，葉綠素含量隨溫度升高而降低，可溶性糖含量則表現為在30 ℃條件下小幅增加，38 ℃條件下下降的趨勢。說明桃葉杜鵑幼苗不耐高溫脅迫，22 ℃條件是其較適宜的生長溫度。

關鍵詞：桃葉杜鵑（Rhododendron annae Franch.）;高溫脅迫;生理生化指標;適宜溫度;抗性

中圖分類號： S118.43 ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2014）20-4882-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.20.029

Physiological-Biochemical Responses of Rhododendron annae to

High Temperature Stress

WANG Li-juan，OU Jing，ZHONG Deng-hui，LIU Ren-yang，SHEN Duan-yu，ZHANG Ren-ai

（Forest College，Guizhou University，Guiyang 550025，China）

Abstract： To investigate the optimal temperature for Rhododendron annae Franch. growth， a pot experiment of R. annae seedling in artificial climatic chamber was conducted. Contents of MDA，Pro，soluble protein，total sugar and chlorophyll and activities of SOD， CAT and POD were determined and analyzed under artificially simulated high temperature （30 ℃ and 38 ℃）. The growth status was observed. The results showed that compared with the control（22 ℃），contents of MDA， Pro and soluble protein activities of R. annae SOD，CAT and POD increased with the increase of stress temperature， but chlorophyll content decreased. Total sugar appeared the trend of less increasing under 30 ℃ while decreasing under 38 ℃. Results of physiological and biochemical characters， and the growth of R. annae indicated that the optimal temperature for R. annae growth was 22 ℃.

Key words：Rhododendron annae Franch.;high temperature stress;physiological and biochemical index;best temperature;resistance

溫度是影響植物生理過程的重要生態因子之一，植物體在生長發育過程中，經常會遭到高溫的脅迫，造成植物萎蔫甚至死亡，這與高溫引起植物生理代謝紊亂和細胞組織結構的熱損傷等有關[1]。隨著全球氣溫的不斷上升，高溫對植物的影響日趨顯著。高溫影響植物的生理生態過程，成為限制植物分布、生長和生產的主要環境因子[2，3]。城市夏季高溫已經成為制約許多具有觀賞價值的野生花卉生長和發育的主要環境因子。

中國是全世界杜鵑花屬（Rhododendron）植物的起源和分布中心，擁有豐富的杜鵑花野生資源，但這些野生資源分布于西南高海拔地區[4]。受遺傳因素的制約，該屬植物喜冷涼、濕潤環境，耐熱性較差，高溫熱害是制約其遷地保育及園林應用的主要限制因子[5]。桃葉杜鵑（Rhododendron annae Franch.）屬杜鵑花科杜鵑花屬的常綠灌木，樹高1.5～2.0 m，花期為5～7月，總狀傘形花序，有花6～10朵;花冠寬鐘狀或杯狀，長2～3 cm，白色或淡紫紅色、玫紅色[6]，具有較高的觀賞價值，但其資源量極少，僅在云南、西藏的某些地區[7]和貴州百里杜鵑景區有發現[8]。桃葉杜鵑主要生長在海拔1 400 m處，屬于高山分布的野生珍稀瀕危植物種，在百里杜鵑林中屬晚花品種[9]。近年來，研究者對杜鵑屬一些植物開展了高溫脅迫試驗[10-13]，所涉及的杜鵑屬植物包括白花杜鵑（Rhododendron mucronatum）、毛錦杜鵑（R. moulmainense）、紅棕杜鵑（R. rubiginosum）、紅灘杜鵑（R. chihsinanum）。但目前卻鮮見對桃葉杜鵑的該類研究報道。

本研究以桃葉杜鵑幼苗為試驗材料，研究其在高溫脅迫下的生長表現及葉片相應生理生化指標的變化，為培育桃葉杜鵑生長所需的適宜溫度提供依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗材料

試驗用幼苗為桃葉杜鵑，是在貴州大學林學院苗圃內同批播種的2年實生苗。貴州大學林學院試驗苗圃位于貴陽市花溪區，東經104°4′，北緯26°34′。年均溫度15.8 ℃，絕對最高溫39.5 ℃，最低溫-9.5℃，≥10 ℃的年活動積溫4 637.5 ℃。選取大小一致且生長健壯的桃葉杜鵑實生小苗栽植于塑料花盆（規格11.5 cm×8.5 cm×9.0 cm）中，每盆1株，栽培基質為貴州大學南校區松林坡林下的表層腐殖土。

1.2 ?試驗方法

1.2.1 ?高溫脅迫方法 ?試驗采用人工模擬氣候鑒定法[14，15]，將苗圃中的桃葉杜鵑盆栽移到人工氣候箱22 ℃的恒溫下預處理1 d，第二天進行高溫脅迫。試驗組與對照除溫度不同以外，光照和水分狀況均一致。分別用不同的溫度[22（對照）、30、38 ℃]處理6 d，然后測定桃葉杜鵑幼苗的生物量和生理生化指標，觀察高溫對幼苗的影響。

1.2.2 ?生理生化指標及測定方法 ?葉綠素含量的測定采用丙酮法， 可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法， 可溶性蛋白質含量的測定采用考馬斯亮藍G-250染色法， 丙二醛（MDA）含量的測定參考郝建軍等[16]的方法， 超氧化物岐化酶（SOD）活性的測定采用NBT還原法， 過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創木酚法， 過氧化氫酶（CAT）活性的測定采用碘量滴定法， 游離脯氨酸（Pro）含量的測定采用酸性茚三酮法。

1.2.3 ?數據分析法 ?采用Excel 2003統計各指標的值，計算其平均值與標準差，再用SPSS 18.0軟件進行方差分析及LSD檢驗。

2 ?結果與分析

2.1 ?高溫脅迫下桃葉杜鵑幼苗生長表現和生理生化指標的差異

2.1.1 ?生長表現 ?由表1可知，杜鵑幼苗的地上株高隨溫度的升高而減少，22 ℃下地上株高稍大于30 ℃，二者差異不顯著（P>0.05），但二者的地上株高極顯著高于38 ℃（P<0.01）。幼苗的地下根長在22 ℃時最長，平均葉片數在22 ℃為17.00±1.00，顯著高于其他兩種溫度下的處理（P<0.05），30 ℃與38 ℃處理的平均葉片數差異不顯著（P>0.05）。平均單株重隨溫度的升高而減少，22 ℃與30 ℃處理差異不顯著（P>0.05），二者極顯著高于38 ℃（P<0.01）。

2.1.2 ?生理生化指標的變化 ?由圖1可知，隨著溫度的升高，葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量逐漸降低。其中，葉綠素a和總葉綠素含量在22 ℃時最高，在38 ℃時最低，在3種溫度處理下的差異都呈極顯著（P<0.01）。葉綠素b含量在22 ℃時最高，在38 ℃時最低，在22 ℃處理下的含量顯著高于30和38 ℃（P<0.05），在30和38 ℃處理下的含量差異不顯著（P>0.05）。

由圖2可知，桃葉杜鵑幼苗在30 ℃時可溶性糖含量最高，其次為38 ℃，二者的差異不顯著（P>0.05）。在22 ℃時可溶性糖含量最低，顯著低于30、38 ℃處理下的含量（P<0.05）。在逆境時植物體內可溶性糖會發生一定的積累，這說明桃葉杜鵑在30和38 ℃時都受到高溫脅迫，不利于生長。

高溫脅迫下，桃葉杜鵑幼苗的MDA含量顯著增加（表2），與22 ℃處理下的含量相比， 30和38 ℃處理下的MDA含量極顯著增加（P<0.01），30和38℃處理的差異也極顯著（P<0.01）。MDA是植物在逆境條件下發生膜脂過氧化作用的產物，在22 ℃時桃葉杜鵑幼苗的膜脂過氧化作用較小，其細胞膜受的毒害作用較小。由表2可知，桃葉杜鵑幼苗在22、30及38 ℃處理下，其體內的Pro含量隨溫度的升高而增加，三者之間差異顯著（P<0.05）。可溶性蛋白質的含量隨著溫度的升高而增加，在22 ℃時含量最低，為（2.228±0.012） mg/g，在38 ℃含量最高，為（2.440±0.084） mg/g。在22與30 ℃、30與38 ℃下處理的可溶性蛋白質的含量差異不顯著，22 ℃與38 ℃下的可溶性蛋白質的含量差異顯著（P<0.05）。

在逆境脅迫下，植物體內活性氧增加，對細胞產生氧化傷害。SOD、POD和CAT是植物體內的保護酶系統，可以清除植物體內產生的活性氧自由基，使植物不受或少受環境的脅迫，維持植物正常生長。由表2可知，桃葉杜鵑的SOD、CAT活性隨溫度的升高而升高，三者之間差異極顯著性水平。由此說明，在22 ℃時桃葉杜鵑幼苗未受到逆境脅迫，適宜生長。在22、30及38 ℃ 3個溫度處理下，桃葉杜鵑幼苗的POD活性逐漸增大，在22℃時最小，為（116.109±28.730） U/g·min，在38℃時最大，為（263.713±28.548） U/g·min。在22℃時POD活性極顯著小于30、38 ℃時的POD活性（P<0.01），30 ℃與38 ℃處理下的POD活性差異不顯著（P>0.05）。

3 ?討論

不同高溫脅迫下，MDA含量隨溫度的升高而增加;SOD、CAT、POD活性也均有不同程度的提高，表明桃葉杜鵑葉片受逆境傷害后會產生應激反應。Alexieva等[17]認為植物在不適宜的生長條件下，細胞原生質膜會發生脂質過氧化，最終生成MDA，所以MDA可作為植物非生物脅迫下產生自由基和發生膜損傷的指示器。本研究中，當溫度為38℃時，桃葉杜鵑MDA含量達到最大值，為24.45 μmol/g，與同時期對照22 ℃下的14.15 μmol/g相比，增幅較大，這表明桃葉杜鵑對高溫脅迫的抗逆性較弱。桃葉杜鵑SOD活性隨溫度的升高而升高，且隨高溫脅迫的遞增，相鄰脅迫間SOD值相差較大，這表明桃葉杜鵑在38 ℃高溫脅迫下幾乎不具抗逆性。而在同樣的溫度下，王凱紅等[12]在對5種杜鵑幼苗的研究中卻發現SOD活性下降，這可能是由于不同類型杜鵑對高溫脅迫的反應不同所造成，現在對于這一現象的原因目前沒有較好的解釋，尚有待進一步的研究[18-22]。

桃葉杜鵑幼苗適宜在22 ℃下生長，30 ℃下生長受到限制，但具有一定抗性;38 ℃高溫下生長受到脅迫，不利于生長。貴陽近五年來夏季平均溫度為23.2 ℃，最高溫度平均為25～28 ℃，極端高溫為35.1 ℃。因此，若將桃葉杜鵑引種到貴陽及氣候類似的我國西部地方培育利用是可行的，但如何在城市中度過一段較短但炎熱的夏季是引種成功的關鍵，通過什么手段來解決需要進一步研究。

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桃葉杜鵑幼苗適宜在22 ℃下生長，30 ℃下生長受到限制，但具有一定抗性;38 ℃高溫下生長受到脅迫，不利于生長。貴陽近五年來夏季平均溫度為23.2 ℃，最高溫度平均為25～28 ℃，極端高溫為35.1 ℃。因此，若將桃葉杜鵑引種到貴陽及氣候類似的我國西部地方培育利用是可行的，但如何在城市中度過一段較短但炎熱的夏季是引種成功的關鍵，通過什么手段來解決需要進一步研究。

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