多花梾木幼苗的耐高溫性

潘靜霞 周余華 鄭伊鈴 巫建新

摘要：以二年生多花梾木（Cornus florida Lam.）為試驗材料，放入人工氣候箱培養(yǎng)，以35 ℃為起始溫度，之后每隔2 d調(diào)高2 ℃，到達39 ℃后每隔2 d提高1 ℃，直至植株葉片完全凋落。結(jié)果表明，多花梾木正常生長的極限溫度是40 ℃，在43、44 ℃脅迫期間多花梾木幼苗陸續(xù)凋亡，43、44 ℃是多花梾木耐受高溫的極限。隨著溫度升高，多花梾木含水量和相對含水量持續(xù)下降，41 ℃時失水最嚴重;葉綠素相對含量不斷降低，高程度的高溫比低程度的高溫下降得明顯;SOD、POD活性都呈現(xiàn)先降后升，再下降再上升的趨勢;MDA含量呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，35、44 ℃時MDA含量較高;Fv/Fm下降，F(xiàn)o升高，F(xiàn)m下降，表明隨著高溫脅迫的增強，植株光合機構(gòu)不斷受到破壞。

關(guān)鍵詞：多花梾木;幼苗;高溫脅迫;耐高溫機制

中圖分類號： S718.43 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）14-0133-04

多花梾木（Cornus florida Lam.）是山茱萸科梾木屬的落葉木本植物，原產(chǎn)于北美洲東部，喜濕潤、光線良好或半陰的環(huán)境，要求土壤深厚、疏松、肥沃、排水良好。多花梾木樹形優(yōu)美多姿，春季花朵奇特秀麗，秋季葉片紅色、果實鮮艷，極具觀賞價值。在國內(nèi)園林應用中還極為少見，而在原產(chǎn)地美國，多花梾木的繁育方法已相當完善，成為美國最受歡迎的庭院花卉之一[1]。多花梾木種實含油量較高，可供食用、藥用，并可作輕工業(yè)及化工原料等。葉可用作飼料及綠肥，花是蜜源[2]。多花梾木是集生態(tài)和經(jīng)濟效益為一體的高端優(yōu)質(zhì)樹種，具有非常廣闊的市場前景。目前，國內(nèi)已有一些專家學者對多花梾木的發(fā)芽特性[3]和引種育苗與應用[4]展開了研究，而對多花梾木在環(huán)境脅迫下的生理特性研究還較少。隨著全球氣候變暖，近些年來對植物高溫脅迫下的生理研究受到廣泛關(guān)注[5]。有研究表明，多花梾木的適應性很強，能適應引種試驗期內(nèi)夏季持續(xù)10 d左右35 ℃以上的高溫天氣與 37～38 ℃的極端高溫天氣[6]。但高溫脅迫仍會對植物光合作用、呼吸作用、蒸騰作用、細胞組織穩(wěn)定性、滲透系統(tǒng)調(diào)節(jié)物含量和抗氧化組織產(chǎn)生影響[7]。本研究主要對高溫脅迫下多花梾木幼苗的生理生化特性進行分析。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為二年生多花梾木容器苗，栽于無紡布種植袋中，試驗地為江蘇省句容市江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學院苗圃地，于2019年9月初選取10盆生長健壯、長勢基本一致的二年生苗從苗圃地移到 800-RXZ 人工氣候箱培養(yǎng)。每個無紡袋底下墊一個托盤。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 設置人工氣候箱濕度為65%、光照度3 000 lx，托盤保持水分充足。溫度從35 ℃開始，每隔2 d調(diào)高2 ℃，到達39 ℃后，每隔2 d調(diào)高1 ℃，直至植株葉片全部凋零。每隔2 d采1次葉片樣本，采完后立即將葉片放入密封袋，用冰袋包裹，放入超低溫冰箱。每隔2 d拍攝記錄標記葉片的形態(tài)并測定其色差、熒光參數(shù)和葉綠素相對含量，并每次采葉片測其鮮質(zhì)量、飽和質(zhì)量和干質(zhì)量。

1.2.2 指標測定 測定多花梾木葉片含水量、葉片色差、葉綠素熒光、葉綠素相對含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性及丙二醛（MDA）含量[8]。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 采用Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理并作圖。2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫下多花梾木葉片形態(tài)變化

如圖1所示，多花梾木葉片在35、37 ℃時正常生長，葉色濃綠，形態(tài)沒有變化;39、40 ℃時，葉片尖端到葉片邊緣逐漸出現(xiàn)小面積發(fā)黃，葉片總體飽滿;41 ℃時葉片呈現(xiàn)輕度失水狀況，葉片表面失去光澤，邊緣焦枯萎蔫;42 ℃時葉片中度失水，色澤黯黃，大面積焦枯萎蔫;43、44 ℃時葉片重度失水，全部焦枯，失去生命體征。從多花梾木幼苗形態(tài)上的變化可以看出，它在41 ℃以下高溫時，可以維持一段時間的正常生長，41 ℃葉片顯著失水、黯淡，表明41 ℃時植株受到嚴重的高溫迫害，導致水分流失，葉綠素減少，當溫度超過41 ℃后，隨著脅迫增強，葉片逐漸失水、枯黃，44 ℃時葉片凋亡。

為了更精確地觀測葉片顏色變化，以35 ℃時葉片顏色為樣板，用分光測色儀測定了葉片色差（ΔE表示總色差的大小，ΔL+表示偏亮，ΔL-表示偏暗，Δa+表示偏紅，Δa-表示偏綠，Δb+表示偏黃，Δb- 表示偏藍）。如圖2所示，37～41 ℃時，葉片顏色較35 ℃時偏紅偏藍偏亮，42～44 ℃時，葉片顏色較35 ℃時偏綠偏黃偏暗，當溫度超過39 ℃時葉片出現(xiàn)變綠變黃變暗趨勢，42 ℃時Δa顯著下降，40、42、43 ℃時，Δb大幅度上升，39、42、43 ℃ 時，ΔL明顯下降，35～41 ℃時，總色差基本沒有太大變化，42 ℃時，ΔE明顯變大，44 ℃時，ΔE變小。

2.2 高溫脅迫對多花梾木葉片含水量的影響

水分在植物體內(nèi)發(fā)揮著重要作用，植物組織的含水量是反映植物組織水分生理狀況的重要指標，相對含水量反映了植物組織的水分狀況和植物的保水能力，是植物抗逆能力的重要依據(jù)。如圖3所示，多花梾木葉片的含水量和相對含水量都隨溫度的升高而逐漸降低。41 ℃時葉片相對含水量下降了42%，占總下降范圍的41.4%，含水量也顯著下降。35～40 ℃時葉片相對含水量下降緩慢，占總下降范圍的31.1%，含水量基本沒有變化。41～43 ℃時葉片相對含水量呈現(xiàn)由急到緩的降低趨勢，44 ℃時有所回升，43 ℃時葉片相對含水量達到最低，相較于35 ℃時下降了77.1%。

2.3 高溫脅迫對多花梾木葉片葉綠素含量的影響

高溫會使植物葉綠素合成減少，高溫脅迫下植物體產(chǎn)生的活性氧會破壞葉綠素。葉片葉綠素含量變化是葉片生理活性變化的重要指標之一，與光合機能大小密切相關(guān)。SPAD值是指葉綠素的相對含量。從SPAD值變化可知道葉綠素含量的變化趨勢。

如圖4所示，隨著溫度的升高，多花梾木葉片的相對葉綠素含量逐漸降低。37～40 ℃時含量變化不明顯，當溫度到達41 ℃時，相對葉綠素含量下降10.3個SPAD值，下降了20.4%;43 ℃時下降7.9個SPAD值，下降了22.25%;44 ℃時達到最低，相較于35 ℃時下降了60.57%。以41 ℃為界，當溫度低于41 ℃時，葉片葉綠素相對含量下降值占總下降值的21.33%，當溫度高于41 ℃時，葉片葉綠素相對含量下降值占總下降值的46.81%。

2.4 高溫脅迫對多花梾木熒光參數(shù)的影響

高溫可降低植物光合反應速率，以及通過PSⅡ的電子傳遞過程影響光合反應速率[9-10]。如圖5所示，隨著溫度的升高，初始熒光（Fo）緩慢上升，最大熒光（Fm）緩慢下降。41 ℃時Fo上升最明顯，占總上升值的61.8%。37、41 ℃時Fm下降明顯，分別占總下降值的33.6%、32.3%。如圖6所示，PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）隨著溫度升高不斷降低，41 ℃時下降得最明顯，占總下降值的51.5%。

2.5 高溫脅迫對多花梾木葉片SOD、POD活性的影響

如圖7所示，SOD 活性在 ?35～39 ℃ 時顯著下降，在40、41 ℃時大幅度上升，41 ℃時達到峰值，41 ℃ 時的SOD活性是39 ℃的1.4倍，在42、43 ℃時，SOD活性下降明顯，43 ℃時變化明顯，SOD活性降至最低，44 ℃時顯著上升。如圖8所示，POD活性在35～40 ℃時下降，40 ℃時變化很小，POD活性達到最低，在41、42 ℃時大幅度回升，并于42 ℃時達到峰值，41 ℃時的POD活性是40 ℃時的3倍，43 ℃ 時POD活性顯著下降，44 ℃時小幅度回升。SOD、POD活性變化都十分明顯，總體呈現(xiàn)先下降后上升，再下降再上升的變化趨勢，SOD活性變化相對穩(wěn)定，POD活性對高溫反應更劇烈，當溫度超過42 ℃時POD活性變化有所緩和。

2.6 高溫脅迫對多花梾木葉片MDA含量的影響

如圖9所示，MDA含量隨著溫度升高呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，溫度在35～42 ℃時，MDA含量總體隨著溫度的升高而穩(wěn)定地降低，39 ℃ 時出現(xiàn)較小的升高，42 ℃時降到最低，相比于35 ℃時下降了45.1%，43、44 ℃時MDA含量大幅度上升，44 ℃時MDA含量是42 ℃時的1.8倍。

2.7 高溫脅迫對多花梾木葉片各項指標的綜合影響

植物耐熱能力是一個復雜的綜合性狀，借用多元計算方法對多花梾木的耐熱性能做綜合評價。表1是每個高溫階段各項指標的浮動大小，可以看出，SOD活性在44 ℃時變化幅度最大，MDA含量、葉綠素相對含量在43 ℃時變化幅度最大，POD活性、相對含水量、Fo、Fm、Fv/Fm 在41 ℃時變化幅度最大。

3 結(jié)論與討論

（1）在多花梾木幼苗形態(tài)方面，35～40 ℃時，多花梾木抗高溫表現(xiàn)良好，葉片飽滿，顏色濃綠，形態(tài)沒有顯著變化，41 ℃時，正常生長受到抑制，隨著脅迫增強，葉片逐漸黯淡焦枯，44 ℃葉片已經(jīng)完全失去生命力。由此可見，40 ℃是多花梾木正常生長的極限溫度，當溫度超過40 ℃時就會阻礙多花梾木正常生長，影響多花梾木的觀賞效果。將葉片形態(tài)變化結(jié)合葉綠素相對含量、相對含水量、色差3項指標來看，隨著葉片相對含水量和葉綠素含量的降低，葉片隨之出現(xiàn)焦枯萎蔫、黯淡枯黃等變化，41 ℃時多花梾木葉片相對含水量、葉綠素相對含量相比 41 ℃ 前大幅度下降，總色差明顯上升，相應的葉片形態(tài)變化也最顯著。可見多花梾木對41 ℃高溫尤為敏感，主要表現(xiàn)為葉片大量失水，葉綠素分解加快，葉片變黃。

（2）隨著溫度的增加，多花梾木葉綠素含量降低，F(xiàn)o上升，F(xiàn)m下降，F(xiàn)v/Fm下降，41～44 ℃時葉綠素相對含量比35～40 ℃時變化顯著，41 ℃時葉片葉綠素熒光參數(shù)變化顯著。35～40 ℃時葉綠素合成受阻，光能利用率降低，41～44 ℃時葉片體內(nèi)溫度升高，41 ℃高溫對多花梾木的光合機構(gòu)造成了永久性傷害，降低了葉片的熒光能力，引發(fā)過剩光對葉綠素造成光破壞，葉綠素含量顯著下降，光合能力持續(xù)下降。

（3）根據(jù)SOD、POD活性數(shù)據(jù)顯示，當溫度達到42、43 ℃時，多花梾木體內(nèi)的SOD、POD活性會大幅度下降，SOD抗氧化反應相較于POD快，2種酶活性對高溫的反應非常劇烈，由此也可以說明多花梾木的抗高溫能力非常強大。隨著溫度升高，MDA含量呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢，43、44 ℃時上升顯著，35、44 ℃時MDA含量最高，表明多花梾木剛受到高溫脅迫以及受到致死高溫時會積累大量氧化物，低程度高溫脅迫下，植株可以通過抗氧化系統(tǒng)有效清除氧化物，42 ℃以上高溫會加劇膜脂過氧化。35、44 ℃時的MDA含量分別是42 ℃時的1.9、1.8倍，說明多花梾木清除活性氧能力強，對高溫有較好的適應性，其中41、42 ℃時，抗氧化酶SOD、POD在減輕膜脂過氧化上發(fā)揮了重要作用。

綜上所述，從MDA含量和SOD、POD活性變化以及葉片形態(tài)變化來看，多花梾木具有較強的耐高溫性，多花梾木在35～40 ℃高溫下水分代謝、光合作用都能正常，葉片形態(tài)良好。41 ℃高溫下，光合機構(gòu)受到致命傷害，同時，水分、葉綠素含量顯著下降，葉片隨之枯黃黯淡，其中葉綠素含量會隨溫度增加持續(xù)減少，而水分流失會逐漸得到控制，43 ℃ 時，多花梾木抗氧化能力下降，膜脂氧化加劇，細胞膜受到嚴重傷害，在抗氧化酶系統(tǒng)中，POD活性中心受損，43、44 ℃時葉片基本完全凋落。

本次試驗采用的是二年生多花梾木，植物在幼苗期比壯年期抗性弱，且植株置于人工氣候箱中，其模擬的持續(xù)高溫與實際高溫環(huán)境有所差異，具有一定的局限性，多年生多花梾木的耐高溫能力還有待進一步研究。

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