水楊酸對秦嶺高山杜鵑耐熱性誘導研究

李小玲，華智銳，楊 萌

(商洛學院 生物醫藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000)

水楊酸對秦嶺高山杜鵑耐熱性誘導研究

李小玲，華智銳，楊 萌

(商洛學院 生物醫藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000)

以商洛鎮安木王地區的高山杜鵑為試驗材料，研究了高溫脅迫下外源水楊酸(SA)對秦嶺高山杜鵑保護酶(SOD、POD)活性、葉綠素含量、相對電導率、MDA含量等抗熱性指標的影響。結果表明：在高溫脅迫下，隨著SA濃度的增加，葉綠素含量、可溶性糖、SOD活性、POD活性呈現先升后降的趨勢，SA濃度為1.0 mmol/L時達到最大值，MDA含量、膜透性呈現先降后升的趨勢，在濃度為1.0 mmol/L時達到最小值。由此得知，不同濃度的水楊酸均能有效緩解高溫對高山杜鵑幼苗的傷害，并以1.0 mmol/L濃度處理的效果最好。

高山杜鵑；水楊酸；高溫脅迫；耐熱性

近年來，隨著溫室效應的加劇，全球氣溫逐漸升高，高溫脅迫嚴重影響了植物的生長及其體內代謝過程，進而給農業生產造成了一定的損失。研究表明，當高溫對植物的傷害超過其自身的調控能力時，植物細胞結構就會發生熱損傷，進而導致植物體內活性氧的產生與清除之間的平衡破壞，造成自由基及丙二醛的積累，抗氧化酶活性的變化及膜透性的改變，最終致使細胞內的電解質外滲，嚴重影響了植物的生存[1]。因此，研究植物高溫傷害的生理生化基礎及其機理，將有助于我們采取有效的措施減輕高溫對植物造成的傷害。

水楊酸(SA)即鄰羥基苯甲酸，是植物體內自身合成的一種類似植物激素的簡單酚類化合物[2]，參與植物的許多生理過程，具有廣泛的生理效應。大量研究表明，除植物內源水楊酸可以抵抗逆境外，通過外施水楊酸也可以調節植物的生長發育，且能誘導植物產生抗逆性[3]。外源水楊酸對植物的生理效應主要表現為調節光合色素的合成、提高植物體內抗氧化酶活性、降低MDA含量及膜脂透性等作用來增強其高溫耐性[4]。

高山杜鵑(Rhododendronlapponicum)指杜鵑花科杜鵑花屬的所有種類，它與報春、龍膽并稱為“世界三大高山野生花卉”，具有較高的觀賞價值及藥用價值[5]，市場需求量極大，但是野生的杜鵑花資源有限，為了滿足藥用市場需求及豐富我國園林植物景觀和提高其觀賞價值，應加大力度對高山杜鵑進行引種栽培，然而杜鵑屬植物主要分布在高海拔地帶，喜冷涼環境，其生長發育對高溫敏感，高溫逆境下植物易受到傷害。因此，對該種屬植物的引種栽培及其育種中，耐熱性誘導成了關鍵。目前有關杜鵑花的研究主要集中在資源考察、栽培及繁殖技術等方面，而生理方面的研究較少。近年來，水楊酸作為一種植物內源信號分子，參與植物逆境脅迫反應的研究報道較多，如水楊酸在雞冠花[6]、百合[7]、西葫蘆[8]、水稻[9]、銀杏[10]、玉米[11]、葡萄[12]、黃瓜[13]的高溫脅迫下耐熱性研究，但有關外源水楊酸提高高山杜鵑耐熱性的研究至今未見報道。因此，本研究以秦嶺高山杜鵑幼苗為材料，通過探討外源水楊酸緩解高山杜鵑高溫脅迫的最適濃度，為高山杜鵑引種栽培及園林應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料及試劑

供試驗用的高山杜鵑幼苗于2016年3月中旬采自商洛鎮安木王國家森林公園海拔1500 m左右的茨溝景區。SA購自西安晶博試劑公司，含量≥99.5%，分析純AR級。

1.2 試驗方法

試驗材料的預處理：將從鎮安木王森林公園移栽的幼苗栽到直徑為15 cm的花盆中，盆基質為腐葉土∶松針土=1∶2，并給予高山杜鵑生長的適宜條件。試驗前，將高山杜鵑幼苗置于人工氣候箱內進行預處理，溫度25 ℃，處理期間定期澆水以保證土壤基質濕潤，預處理5 d后進行化學處理，水楊酸濃度分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mmol/L，用配置好的不同濃度的水楊酸溶液均勻噴灑高山杜鵑幼苗葉片，同時以等量的蒸餾水作為對照做同樣處理。連續對高山杜鵑葉面噴灑10 d，第11天選取生長狀態一致的3株幼苗轉入人工氣候箱中進行高溫脅迫，并設置溫度，白天40 ℃，夜晚32 ℃，光照強度10000 lx，處理時間72 h,并分別于脅迫后0、24、48、72 h取生長狀態一致的高山杜鵑幼苗葉片進行相關生理指標測定試驗。

1.3 指標測定

用蒸餾水將高山杜鵑幼苗的葉片清洗干凈，去除主葉脈后進行相關指標測定，葉綠素含量的測定采用丙酮研磨法[14]；可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法；丙二醛(MDA)含量的測定采用硫代巴比妥酸(TBA)檢測法[15]，單位為mol/L；超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用比色法[16]；過氧化物酶(POD)活性的測定采用愈創木酚法測定，以OD/min變化值表示酶活性大小；膜透性測定采用電導率儀法[17]。試驗共設6個處理，每個處理重復測定3次，并求其平均值，采用Excel 2010軟件對所測的數據進行處理。

2 結果與分析

2.1 水楊酸對高溫脅迫下高山杜鵑葉片葉綠素含量的影響

葉綠素是綠色植物進行光合作用的重要物質，其含量的高低可以反映逆境對植物的傷害程度。由圖1可知，隨著高溫脅迫時間的延長，處理組中高山杜鵑幼苗葉片中葉綠素的含量均高于對照組，且整體趨勢呈現先上升后下降的趨勢。且當水楊酸濃度為1.0 mmol/L時，幼苗葉片中的葉綠素含量達到最大值，并且在高溫脅迫時間為0、24、48、72 h分別比對照組的葉綠素含量提高了23.9%、28.0%、22.7%、17.7%，表明低濃度的水楊酸處理緩解了高山杜鵑幼苗葉片中葉綠素的降解，并且在濃度為1.0 mmol/L時的效果最好。

圖1 水楊酸對高溫脅迫下高山杜鵑

2.2 水楊酸對高溫脅迫下高山杜鵑葉片可溶性糖含量的影響

可溶性糖是植物細胞抵抗逆境的主要滲透調節物質之一，其在逆境下的大量積累可維持植物體內滲透壓的平衡，提高植物的抗逆性。由圖2可知，隨著高溫脅迫時間的延長，植物體內可溶性糖含量不斷提高。而在不同濃度水楊酸處理條件下，可溶性糖的含量呈現先上升后下降的趨勢，且均高于對照組的可溶糖含量，當水楊酸濃度為1.0 mmol/L時，可溶性糖的含量達到最大值。分別比對照組提高了37.81%、19.06%、38.99%、42.28%。由此可知，通過對高山杜鵑幼苗葉面噴灑一定濃度的水楊酸可有效地提高高山杜鵑幼苗葉片內可溶性糖的積累，維持植物組織滲透勢平衡，且在濃度為1.0 mmol/L時的效果最好。

2.3 水楊酸對高溫脅迫下高山杜鵑葉片丙二醛含量的影響

植物在高溫脅迫下首先會引起植物細胞膜的穩定性下降,細胞膜脂過氧化,最終使得植物體內丙二醛的含量升高。由圖3可知，隨著高溫脅迫時間的延長，經過同一濃度的水楊酸處理，植物體內的丙二醛含量逐漸上升。不同濃度水楊酸處理高山杜鵑幼苗葉片，其丙二醛含量隨著濃度的增加呈先降后增的趨勢，不同濃度處理的結果均低于對照組，在濃度為1.0 mmol/L時，丙二醛含量達到最小值，之后隨著濃度的變化其含量緩慢上升，由此可知，通過對高山杜鵑幼苗葉片噴灑不同濃度的水楊酸可以有效降低植物細胞膜脂過氧化物的積累，從而減少高溫脅迫對植物的傷害，并且在濃度為1.0 mmol/L時，效果達到最佳。

圖2 水楊酸對高溫脅迫下高山杜鵑

圖3 水楊酸對高溫脅迫下高山杜鵑

2.4 水楊酸對高溫脅迫下高山杜鵑葉片超氧化物歧化酶活性的影響

超氧化物歧化酶(SOD)是植物體在逆境環境下清除體內活性氧的重要保護酶，其活性的高低反映了植物在逆境環境脅迫下的適應能力。由圖4可知，隨著高溫脅迫時間的延長，SOD活性呈先上升后下降的趨勢，且在24 h時，其酶的活性達到最大值，隨后酶活性開始逐漸下降，說明長時間的高溫脅迫處理會抑制酶的活性。不同濃度水楊酸處理的超氧化物歧化酶活性均高于對照組。水楊酸濃度為1.0 mmol/L時，超氧化物歧化酶活性最大，且在高溫48 h時的活性是對照組的1.5倍，說明適宜的水楊酸濃度可以有效提高超氧化物歧化酶活性，增強其耐熱性，減少高溫對植物的傷害，并在濃度為1.0 mmol/L時的效果達到最佳。

2.5 水楊酸對高溫脅迫下高山杜鵑葉片過氧化物酶活性的影響

過氧化物酶(POD)是植物體內廣泛存在的抗氧化系統的保護酶，其酶活性高低直接反映了植物的抗性強弱。由圖5可知，在連續3 d的高溫脅迫下，隨著水楊酸濃度的增高，植物體內過氧化物酶活性呈先上升后下降的趨勢，且經水楊酸處理的過氧化物酶活性均高于對照組。當噴灑水楊酸的濃度為1.0 mmol/L時，其效果最佳，在第2天時上升幅度達到最大值，為89 U/(g·min)，表明一定濃度的水楊酸可以有效促進過氧化物酶活性，維持體內活性氧的平衡，減少高溫對植物的傷害，并在濃度為1.0 mmol/L時的效果最好。

圖4 水楊酸對高溫脅迫下高山杜鵑葉片超氧化物歧化酶活性的影響

圖5 水楊酸對高溫脅迫下高山杜鵑葉片過氧化物酶活性的影響

2.6 水楊酸對高溫脅迫下高山杜鵑葉片質膜透性的影響

由圖6可知，高溫脅迫下，經水楊酸處理可降低高山杜鵑葉片的電解質滲透率，從而緩解高溫對膜的傷害。隨著高溫脅迫時間的延長，處理組的質膜透性整體呈現上升趨勢,且最大值出現在第3天。高溫脅迫初期，各處理組高山杜鵑的膜透性顯著上升，SA濃度為1.0 mmol/L時，其電解質滲透率較其它處理及對照組低，且分別比對照組降低了21.50%、14.70%、10.21%、9.00%，表明一定濃度的水楊酸可以降低高溫對高山杜鵑葉片的傷害，并且最適的濃度為1.0 mmol/L。

3 討論

近年來，由于全球氣候變暖，極端天氣頻繁出現，嚴重威脅著植物的生理生態過程，主要表現在對植物細胞膜的傷害、抗氧化酶活性的影響，植物體內蛋白質的變性或降解等一系列生理生化變化。大量研究表明：通過外施植物激素類物質可以提高植物的耐熱性，減少高溫對植物的傷害。水楊酸作為一種外源信號物質提高植物耐熱性的研究已成為研究的熱點，因此，本試驗通過對商洛鎮安木王森林公園高山杜鵑葉片噴灑一定濃度的水楊酸且經過長時間連續的高溫脅迫，并對高山杜鵑幼苗葉片中葉綠素含量等6項指標的測定來探討水楊酸對高山杜鵑耐熱性的影響。

圖6 水楊酸對高溫脅迫下高山杜鵑

葉綠素含量與植物光合效率密切相關，同時，植物葉片的損傷狀況最能反映高溫逆境對植物的傷害程度[18]，可以通過測定植物體內的葉綠素含量來反映植物的傷害程度。本試驗表明，在高溫脅迫下高山杜鵑幼苗葉片中葉綠素的含量隨著水楊酸濃度的增加呈現先上升后下降的趨勢，且在濃度為1.0 mmol/L時其含量達到最大值，在同一水楊酸濃度下，植物體內葉綠素的含量隨高溫時間的延長呈下降趨勢，一方面可能是高溫通過影響高山杜鵑幼苗葉片中葉綠素合成的中間產物氨基酮戊酸的生物合成，進而影響了植物體內葉綠素的生成量[19]；另一方面可能是高溫抑制了合成葉綠素中關鍵酶的活性，致使葉綠素合成與降解之間的平衡被打破，葉綠素含量減少。表明外源低濃度水楊酸處理能在一定程度上延緩葉綠素含量下降，濃度超過一定程度葉綠素含量反而降低，具體機理還有待進一步探討。

可溶性糖是植物體內的主要滲透調節物質，具有降低植物細胞水勢，增加細胞的保水能力，維持體內水分平衡等作用[20]。在高溫脅迫下，高山杜鵑幼苗葉片細胞內積累了大量的可溶性糖來增加細胞溶質濃度，提高滲透壓，增強細胞的保水能力提高植物的抗熱性。試驗結果表明，在高溫脅迫下，經不同濃度水楊酸處理的高山杜鵑幼苗葉片內可溶性糖的含量均高于對照組，且呈先上升后下降的趨勢，表明水楊酸可促使植物細胞內可溶性糖的積累，降低滲透勢，維持細胞膜的完整性，以達到提高高山杜鵑的耐熱性減少高溫對植物傷害的目的。

超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)是植物細胞抗氧化系統中重要的2種保護酶，兩者通過協同作用，共同清除植物體內的自由基，減輕高溫下的膜脂過氧化現象[21-22]。本試驗表明，經同一濃度水楊酸處理，2種保護酶活性分別在高溫脅迫的24、48 h時，達到最大值隨后又開始下降，可能是因為長時間的高溫脅迫打破了植物體內活性氧的平衡，使得其活性降低。與對照組相比，經水楊酸處理后，2種保護酶活性呈現先上升后下降的趨勢，且水楊酸濃度為1.0 mmol/L時達到最大值。

丙二醛(MDA)是植物在逆境環境下細胞膜脂過氧化的產物，它的產生加速膜的損傷。呂俊等[9]研究表明，外施ALA減緩了水稻幼苗體內MDA的積累，緩解了逆境對植物的傷害。本試驗中，隨高溫脅迫時間的延長，丙二醛的含量，電導率的變化隨著水楊酸濃度的升高呈先降后升的趨勢，并在濃度為1.0 mmol/L時達到最小值，說明一定濃度的水楊酸可降低植物體內丙二醛含量的積累，減少超氧自由基的產生速率，緩解電解質滲出，減少高溫對植物的損害。

綜上所述，經過對相關生理指標的測定，表明對秦嶺高山杜鵑葉面噴灑水楊酸可以在一定程度上提高植物葉片中的抗氧化酶活性，增加可溶性糖含量提高組織滲透勢平衡，提高葉綠素的含量，降低丙二醛的積累，減少膜脂過氧化作用，降低電導率，減少電解質外滲，而且當濃度為1.0 mmol/L時，處理效果最佳，建議在農業生產中選取該濃度的水楊酸溶液作為處理液，緩解高山杜鵑的熱害現象，為高山杜鵑的引種馴化栽培和耐熱育種研究提供參考，但對高山杜鵑其他相關生理指標和不同生長時期耐熱性誘導方面還有待進一步研究。

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(責任編輯：曾小軍)

Study on Inducement of Heat Tolerance of QinlingRhododendronlapponicumby Salicylic Acid

LI Xiao-ling, HUA Zhi-rui, YANG Meng

(College of Biological Pharmacy and Food Engineering, Shangluo University, Shangluo 726000, China)

The rhododendron (Rhododendronlapponicum) in the Muwang Mountains of Zhen’an, Shangluo was used as experimental material, and the effects of exogenous salicylic acid (SA) on the heat-tolerant indexes such as superoxide dismutase (SOD) activity, peroxidase (POD) activity, chlorophyll content, relative electrolytic leakage, and MDA content of rhododendron under high temperature stress were studied. The study results showed that: under high temperature stress, along with the increase in SA concentration, the contents of chlorophyll and soluble sugar, and the activities of SOD and POD increased first and then decreased, and they reached the maximum value when SA concentration was 1.0 mmol/L; while the MDA content and membrane permeability revealed the trend of decreasing first and then rising, and they reached the minimum value when SA concentration was 1.0 mmol/L. So different concentrations of SA could effectively alleviate the high temperature damage to the seedlings ofRhododendronlapponicum, and 1.0 mmol/L SA had the best effect.

Rhododendronlapponicum; Salicylic acid; High temperature stress; Heat tolerance

2016-07-22

陜西省科技廳項目(2009K01-11)；商洛學院根植地方行動計劃項目(gz16015)。

李小玲，女，副教授，碩士，主要從事園林植物生理生態研究。

Q949.772.3

A

1001-8581(2017)01-0016-05