張瑜　嚴琳玲　王文強　白昌軍

中國熱帶農業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所農業(yè)部熱帶作物種質資源利用重點開放實驗 海南儋州 571737

摘 要 以自然高溫處理后的15份大葉千斤拔為材料，研究高溫脅迫對葉片厚度、葉面積、葉綠素值、葉片含水量、電導率值和MDA含量等外觀和生理指標的影響。通過隸屬函數分析表明：材料F3和F5的植物生長表現較好；F14和F15在葉綠素含量、質膜透性、葉片含水量、MDA含量中的綜合反應均較好；材料F14和F15相比其它13個材料具有較好的相對耐高溫特性，而F12和F13對熱相對敏感，其余9份為中等耐熱材料。

關鍵詞 大葉千斤拔；高溫脅迫；耐熱

中圖分類號 S567 文獻標識碼 A

Abstract With natural high temperature treatment， taking 15 copies of F. macrophylla（Willd.）Merr. as the material in this experiment， the effects of high temperature stress on the appearance indices and physiological indices， including leaf thickness， leaf area， chlorophyll content， leaf water content， electrical conductivity and MDA content were studied. The membership function analysis showed that the plant growth performance of F3 and F5 was better， F14 and F15 exhibited better comprehensive response of chlorophyll content， plasma membrane permeability， leaf water content， MDA content， meaning relatively better high temperature resistance characteristics compared to the other 13 materials. F12 and F13 were relatively sensitive to heat， and the remaining 9 were moderately resistant to heat.

Key words Flemingia macrophylla； High temperature stress； Heat resistance

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.07.009

千斤拔屬（Flemingia Roxb.）是一類豆科植物，全世界約有40種，分布于熱帶亞洲、非洲和大洋洲。中國產16種及1變種，分布于西南、中南和東南各省區(qū)，在這些千斤拔種類中，分布最廣的是蔓性千斤拔（F. philippinensis Merr. et Rolfe），分布于11個?。▍^(qū)），其次是大葉千斤拔[F. macrophylla （Willd.）Merr.]，除湖北、湖南外的云南、貴州、四川、江西、福建、臺灣、廣東、海南和廣西等9個?。▍^(qū)）均產之。目前，國內外對大葉千斤拔的研究大多集中在藥用價值[1]、飼料[2-6]、綠肥[7]、栽培育種[8]和分子標記[9]、生態(tài)[10-12]等方面，對大葉千斤拔抗逆性的研究尚未見報道。

植物在生長發(fā)育過程中會受到各種非生物因子的脅迫，其中溫度是制約植物產量和品質的主要環(huán)境因子[13]。隨著全球氣溫的不斷上升，極端高溫天氣頻繁發(fā)生，熱脅迫嚴重影響植物的正常生長發(fā)育，植物的耐熱性機制研究越來越受到重視[14-15]。對于耐熱性鑒定的指標已有相關報道，在小白菜[16]、黑麥草[17]、茄子[18]、苦瓜[19]、觀賞海棠[20]等不同作物上研究發(fā)現細胞質外滲率、丙二醛（MDA）含量、葉片含水量及葉綠素含量等指標可作為耐熱性鑒定指標。本文采用田間直接鑒定法研究高溫脅迫對15份大葉千斤拔的形態(tài)生長及生理指標的影響，比較耐熱和熱敏種質材料的變化差異，對其抗逆性遺傳改良有一定意義，為探討大葉千斤耐熱機理提供更多的參考資料。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地概況 試驗地位于海南省西北部的中國熱帶農業(yè)科學院儋州院區(qū)十隊基地，東經109°30′，北緯19°30′，海拔149 m，屬熱帶季風氣候區(qū)，夏秋季節(jié)高溫多雨，冬春季節(jié)低溫干旱，干濕季節(jié)明顯。2015年全年均溫25.2 ℃，最高溫為8月份，極端高溫48.0 ℃，月降水量142.6 mm（資料由海南省氣象服務中心儋州國家氣象站提供）。土質多為花崗巖發(fā)育的磚紅壤，土壤肥力較差，土壤pH4.98～5.50。

1.1.2 試驗材料 試驗材料由中國熱帶農業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所海南熱帶牧草備份庫提供（見表1）。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗于2015年進行，播種期為3月15日（常溫）、穴播栽培，常規(guī)田間管理。15份大葉千斤拔材料采用隨機區(qū)組設計，重復3次，株行距為80 cm×80 cm。經8月3日到8月14日連續(xù)12 d自然高溫（日最高氣溫）40 ℃處理后，進行項目測定。

1.2.2 測定方法 利用葉綠素儀測定葉面溫度和葉綠素值。于2015年8月高溫期，選取晴朗無云的天氣從上午8點開始，每隔2小時測定1次，到下午18點結束。測量時，選用長勢均勻，生長良好的葉片進行測量。每個材料測定相同的10片葉子，測量葉片邊緣部分，每個葉片測定5個點，3次重復。

確定試驗的時間點后，隨機取健壯的植株，從下往上數采集第3片完整葉子，一共采集10張葉片，采樣后，用冰盒帶回實驗室，樣品均置冰上快速剪成1 cm左右的小段，混勻，按各指標測定所需的葉量稱取，3次重復。

1.2.3 測定項目 （1）形態(tài)指標測定。葉片厚度采用數顯游標卡尺測定，葉面積利用葉面積儀進行測定。

（2）生理指標測定。電導率測定采用電導率儀法，丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸法，葉片含水量采用加熱烘干法測定，葉綠素含量采用SPAD502型葉綠素儀進行測定[21]。

1.3 數據分析

原始數據的整理采用Microsoft Excel 2003，方差分析采用SAS軟件完成。采用模糊綜合評判法，計算各參試材料的隸屬函數Xn，得出15份參試材料在高溫脅迫下的耐熱性排序。公式為Xn=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）。式中，X為各材料某一指標的測定均值，Xmax為各材料該指標測定值中的最大值，Xmin為該指標中的最小值。將各材料耐熱性指標的隸屬函數值進行累加，計算其平均值即為各品種耐熱型綜合值，綜合值越大，其耐熱性越強。

2 結果與分析

2.1 高溫條件下試驗時間點的選擇

2.1.1 不同時間點的葉片溫度 葉片平均溫度最低的時間點為18 ： 00，參試材料的葉面溫度均低于30 ℃；葉片平均溫度最高的時間點為14 ： 00，10份材料的葉片溫度均高于45 ℃，其余5份材料的葉面溫度高于40 ℃。供試材料F10的葉片溫度最高，為49.4 ℃；F3和F4的葉面溫度最低，為41.7 ℃和41.5 ℃（圖1）。

2.1.2 不同時間點的葉片葉綠素含量 葉綠素是植物光合作用最重要的色素，葉片葉綠素含量的多少直接影響光合作用的強弱，因此耐熱性差的植物膜脂氧化分解程度大，葉綠體降解加快，使葉綠素含量偏低，光合能力下降[22-24]。由圖2可知，隨著時間的推移和溫度的變化，15份大葉千斤拔材料葉片的葉綠素含量變化幅度不大。在14 ： 00時，葉綠素值整體較其它時間點偏低，說明高溫脅迫下大葉千斤拔葉片中葉綠素含量降低。因此根據葉面溫度和葉綠素值確定以下試驗選擇的時間點為14 ： 00。

2.2 高溫脅迫對大葉千斤拔外部形態(tài)指標的影響

2.2.1 高溫脅迫對大葉千斤拔葉片厚度的影響

葉片的厚度受到環(huán)境因素的影響，如水分、溫度、氧氣、空氣濕度等都在一定程度上對葉片的厚度有影響[25-26]。從圖3可以看出，在高溫脅迫下，15份大葉千斤拔材料的葉片平均厚度為0.348 mm，厚度最小的材料為F12，厚度只有0.256 mm，較大的有材料F1、F2、F3、F4和F5，最大厚度達到0.421 mm，是前者的1.64倍，總體變異系數達到8.45%，表明不同材料間的葉厚度差異顯著。較厚的葉片有利于減弱蒸騰作用，減少水分散失。

2.2.2 高溫脅迫對大葉千斤拔葉片大小的影響

葉片是制造有機物的主要場所，植物產量的高低，在一定范圍內與葉面積的大小呈正相關[27]。葉面積在一定程度上反映了植物的生長速度，有較大的葉面積及高效的物質運轉，才能促進根的生長。在熱脅迫下葉面積越大，光合生長勢越強，相應的抗熱能力增強[28]。從圖4可以看出，在高溫脅迫下，15份大葉千斤拔材料的葉長和葉寬差異不明顯，葉面積差異顯著。15份材料的葉面積平均值為20.464 cm2，葉面積最小的材料為F12，為14.698 cm2，葉面積較大的材料有F1、F3和F5，其中最大葉面積達到24.756 cm2以上，是前者的1.68倍。

2.3 高溫脅迫對大葉千斤拔葉片生理指標的影響

2.3.1 高溫脅迫對大葉千斤拔葉片含水量的影響

植物幾乎所有的代謝過程都有水的參與，水分條件影響著植物形態(tài)、生理生化代謝及地理分布范圍[29]，相對含水量的多少是植物遭受熱脅迫時最直接的表現，含水量越大，表明植物越不受高溫的脅迫[30]。從圖5可以看出，在高溫脅迫下，15份大葉千斤拔材料的葉片含水量差異較大，其中F14和F15的含水量均大于69%，顯著大于其他材料；F12和F13的含水量最小。材料F14的葉片含水量是F13的1.15倍。

2.3.2 高溫脅迫對大葉千斤拔葉片細胞膜透性的影響

植物在高溫脅迫下，會引起植物細胞膜不同程度的損傷，導致細胞內電解質外滲，外滲液的電導率值越大，表明細胞膜透性變化越大，植物受到的傷害也就越大，其耐熱性就越弱[31]。從圖6可看出，高溫脅迫下，不同參試材料的細胞膜相對電導率差異顯著，平均相對電導率為57.74%，材料F9、F11、F12的相對電導率較高，大于70%；材料F3、F14、F15的相對電導率較低，分別為38.7%、44.3%和43.7%，說明這些材料的細胞膜破壞程度較小，對高溫的耐受性較強。

2.3.3 高溫脅迫對大葉千斤拔葉片MDA含量的影響

丙二醛產生數量的多少能夠代表膜脂過氧化的程度，MDA含量越高，細胞膜脂過氧化水平越高，細胞膜受損越大，其耐熱性也就越差，反之則耐熱性越好[32]。從圖7可以看出，高溫脅迫下，不同參試材料的丙二醛含量差異顯著，丙二醛平均含量為2.693 μmol/L，參試材料F1、F3和F13的丙二醛含量較高，高于平均值30%，大于3.5 μmol/L；材料F11、F12、F15的丙二醛含量較低，材料F14的丙二醛含量最低，低于平均值32%，顯著低于其他大葉千斤拔材料，說明材料F14的抗氧化能力較強，對高溫的抵抗力較強。

2.4 隸屬函數綜合分析

通過表2隸屬函數分析可將參試材料大致分為3個耐熱級別：1級（相對耐熱：0.6～1），2級（中等耐熱：0.3～0.6），3級（相對敏感：0～0.3）。15份大葉千斤拔材料中相對耐熱的材料有F3、F5、F14、F15，中等耐熱材料有F1、F2、F4、F6、F7、F8、F9、F10和F11，對熱相對敏感的材料有F12和F13。

3 討論

高溫使植物外部形態(tài)、組織和結構發(fā)生變化，冉茂林等[33]研究3個蘿卜不同耐熱品種在高溫脅迫下的生長表現，發(fā)現熱脅迫對蘿卜生長的影響主要表現在葉面積下降、個體變小等方面，通過苗期單位面積、葉鮮重可預測蘿卜耐熱性。劉春風等[34]研究高溫脅迫下8個海棠品種的苗木形態(tài)和生長情況。結果表明：耐熱性強的品種始終保持較快的苗高和地莖生長速率，耐熱性差的品種苗高、地莖的生長速率緩慢。本試驗的研究結果與之一致，材料F3和F5的葉片厚度和葉面積均較大，通過隸屬函數分析耐熱級別為1級。F12的葉片厚度和葉面積最小，耐熱級別為3級，不耐熱。

高溫是引起植物萎蔫、葉片含水量下降的主要原因。維持較高的含水量，被認為是具有較好耐熱性的表現之一。孫彥等[35]研究發(fā)現高溫下5種草坪草葉片相對含水量下降，高羊茅的葉片相對含水量顯著高于其他4種草坪草，為相對耐熱草種。本試驗的研究結果與之相一致，F14和F15的含水量最大，通過隸屬函數分析耐熱級別為1級。F12和F13的含水量最小，耐熱級別為3級，不耐熱。

高溫脅迫下，細胞原生質膜的結構和功能首先受到傷害，細胞內電解質外滲液的電導率值越大，表示電解質的滲漏量越多，細胞膜受害程度越重[36]。陸鑾眉等[37]以龍船花和細葉龍船花為材料，在高溫處理下，2種龍船花葉片均受到不同程度傷害，相對電導率含量隨溫度的升高而增加。劉凱歌等[38]對2種耐熱性不同的甜椒品種進行高溫脅迫研究，結果顯示：2個品種的相對電導率在高溫處理期間呈逐漸升高趨勢，并且熱敏品種始終高于耐熱品種。本試驗的研究結果與之一致，F3、F14和F15材料的相對電導率較低，通過隸屬函數分析耐熱級別為1級。材料F12的相對電導率最高，耐熱級別為3級，不耐熱。

當受到高溫脅迫時，膜系統(tǒng)遭到破壞，MDA積累量越大，說明細胞受損程度越大。劉大林等[39]通過對16個紫花苜蓿品種進行耐熱篩選，研究表明，在夏季高溫脅迫下，不同紫花苜蓿品種與正常生長狀態(tài)下的相比，MDA含量均顯著增加。黃閩敏等[40]在高溫脅迫對春蘭進行試驗，結果表明，高溫使丙二醛含量增加。何鐵光等[41]研究了高溫脅迫下辣椒丙二醛含量的變化。結果表明：高溫脅迫后，不同耐熱性材料的丙二醛含量增加，熱敏材料增幅高于耐熱材料。與本試驗的研究結果一致，F14和F15材料的MDA含量較低，通過隸屬函數分析耐熱級別為1級。材料F13的MDA含量較高，耐熱級別為3級，不耐熱。

本試驗在田間自然高溫環(huán)境下進行，更符合實際生產需要，但是由于其鑒定方法耗時費力，并因實際的高溫環(huán)境較為復雜，使得鑒定結果重復性較差。下一步將結合人工控制的環(huán)境下模擬高溫脅迫再進行耐熱鑒定與篩選。

4 結論

本文以自然高溫處理后的大葉千斤拔種質為材料，研究高溫脅迫對葉片厚度、葉面積、葉綠素值、葉片含水量、MDA含量、葉片質膜透性等外觀和生理指標的影響，篩選出耐熱性不同的材料，為大葉千斤拔耐熱性鑒定、評價及耐熱品種的選育提供理論依據。綜合結果表明，形態(tài)指標和生理指標相結合對大葉千斤拔的耐熱品種選育途徑更準確，更可靠。

本試驗結果表明，參試材料F3和F5的植物生長表現較好，F14和F15在生理指標測定中的綜合表現較好，因此，從高溫脅迫對不同大葉千斤拔的生理指標影響來看，F14和F15相比其它13個材料具有較好的耐高溫特性。

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