申惠翡　趙冰　徐靜靜　黃文梅　李厚華

(西北農(nóng)林科技大學(xué)，楊凌，712100)

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外源水楊酸對(duì)西洋杜鵑耐熱性的影響1)

申惠翡趙冰徐靜靜黃文梅李厚華

(西北農(nóng)林科技大學(xué)，楊凌，712100)

摘要以西洋杜鵑中‘粉珍珠’為試驗(yàn)材料，采用人工氣候模擬熱脅迫(38 ℃/30 ℃,晝/夜)并結(jié)合葉面噴施不同濃度水楊酸(0.05、0.10、0.15、0.20 μmol·L-1,SA)的處理方法，從形態(tài)表現(xiàn)、膜脂過氧化、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶活性及葉片解剖結(jié)構(gòu)等角度，研究外源水楊酸在植物抵抗高溫脅迫過程中的生理功能及其作用機(jī)理。結(jié)果表明：高溫脅迫(38 ℃/30 ℃)下，水楊酸預(yù)處理能夠緩解高溫脅迫對(duì)西洋杜鵑植株的傷害，經(jīng)0.15～0.20 μmol·L-1SA處理可有效抑制葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低，并利于植株后期恢復(fù)；經(jīng)0.05 μmol·L-1SA處理可有效抑制丙二醛(MDA)、過氧化氫(H2O2)質(zhì)量摩爾濃度的累積，并提高可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)，增強(qiáng)超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性，且不同處理間差異顯著；經(jīng)0.05、0.10 μmol·L-1SA處理有利于增加氣孔密度、減小氣孔張開度和氣孔面積。經(jīng)適宜濃度水楊酸處理能提高西洋杜鵑幼苗的耐熱性，并以0.05 μmol·L-1濃度處理效果最佳。

關(guān)鍵詞西洋杜鵑；水楊酸；高溫脅迫；耐熱性

杜鵑花是杜鵑花科(Ericaceae)杜鵑花屬(Rhododendron)植物的總稱，世界著名的觀賞植物之一，特別是西洋杜鵑，花品超乎群花之上，更是花卉中的珍品，素有“木本花卉之王”的美譽(yù)[1]。但是西洋杜鵑生長發(fā)育對(duì)溫度的要求較高，高溫脅迫是影響杜鵑花代謝和觀賞價(jià)值的關(guān)鍵非生物脅迫因子。有研究表明，熱脅迫導(dǎo)致植物質(zhì)膜透性加大，同時(shí)，活性氧大量累積引起膜脂過氧化、丙二醛質(zhì)量摩爾濃度增加，電解質(zhì)外滲，葉片解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而影響植物的生長發(fā)育[2-3]。尋找提高植物耐熱性的方法以及探討其內(nèi)在機(jī)理對(duì)調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育具有重要的意義，并為節(jié)約植物溫室化栽培所耗能源提供有利措施。

水楊酸(SA)是植物體內(nèi)一種酚類物質(zhì)，被認(rèn)為是一種內(nèi)源信號(hào)分子，可通過調(diào)節(jié)多種生理代謝來響應(yīng)各種非生物脅迫，從而改善植物的抗逆性[4]。近年來，外源SA在作物[5]、果樹[6]、蔬菜[7]、草坪[8]等方面抵御非生物脅迫已經(jīng)有相關(guān)報(bào)道。有研究表明，外源SA可減小膜脂過氧化程度，抑制MDA、H2O2質(zhì)量摩爾濃度的積累；此外，外源SA還可以促進(jìn)脯氨酸的積累，提高葉片中可溶性蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等調(diào)節(jié)滲透系統(tǒng)，維持細(xì)胞膜穩(wěn)定性；同時(shí)，SA可以通過調(diào)控抗氧化系統(tǒng)來影響植物對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)，誘導(dǎo)抗氧化酶(SOD、POD等)的活性增強(qiáng)，從而降低對(duì)質(zhì)膜的損害，提高植物對(duì)高溫、高鹽、干旱等環(huán)境的抗性。高溫脅迫下，細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，水楊酸預(yù)處理可大大降低其受損程度，比較好地維持細(xì)胞原有結(jié)構(gòu)，在一定程度上增強(qiáng)了植株抗熱性。

目前，關(guān)于杜鵑花的研究主要集中于遺傳多樣性分析[9]、親緣關(guān)系等方面[10]，對(duì)杜鵑抗熱性研究較少，利用外源SA提高其抗熱性的研究幾乎沒有。因此，本研究擬在前人研究的基礎(chǔ)上，以西洋杜鵑中‘粉珍珠’為試驗(yàn)材料，采用人工氣候模擬熱脅迫并結(jié)合葉面噴施不同濃度SA的處理方法，從形態(tài)表現(xiàn)、膜脂過氧化、葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和抗氧化酶活性及葉片解剖結(jié)構(gòu)等角度，研究外源SA在植物抵抗高溫脅迫過程中的生理功能及其作用機(jī)理，為提高杜鵑花耐熱性提供一定的栽培措施，并進(jìn)一步為SA作為抗熱誘導(dǎo)劑在觀賞植物上的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)，同時(shí)節(jié)省溫室栽培觀賞植物能源消耗。

1材料與方法

供試西洋杜鵑品種為‘粉珍珠’，購自遼寧丹東市，均為生長健壯、長勢(shì)一致的3年生優(yōu)良盆栽苗，苗高28～30 cm、冠幅18～21 cm，塑料盆上口徑23 cm、下口徑20 cm、高17 cm，栽培基質(zhì)為V(泥炭)∶V(松針)=1∶2。

試驗(yàn)采用人工模擬氣候鑒定法，于2015年7—8月份在西北農(nóng)林科技大學(xué)園林實(shí)驗(yàn)室連續(xù)進(jìn)行。

將苗圃中的西洋杜鵑‘粉珍珠’品種移到人工氣候箱(BIC-400)25 ℃/17 ℃(14 h/10 h，晝/夜)的條件下預(yù)處理7 d，第8天進(jìn)行SA噴施處理，SA溶液濃度分別為0.05、0.10、0.15、0.20 μmol·L-1，連續(xù)噴施3 d后進(jìn)行38 ℃/30 ℃(14 h/10 h，晝/夜)高溫脅迫6 d。以清水作對(duì)照，噴施程度以葉片上液體欲滴為標(biāo)準(zhǔn)，共5個(gè)處理，每個(gè)處理8株，3次重復(fù)。試驗(yàn)組與對(duì)照組除溫度不同外，光照和水分狀況一致。氣候箱光照度為150 μmol·m2·s-1，濕度為80%，為減輕高溫引起的水分脅迫傷害，高溫處理期間不定時(shí)地進(jìn)行補(bǔ)水保濕。在高溫脅迫處理0 d和6 d后，從不同方位取植株葉片觀察其受害表現(xiàn)、測(cè)定生理生化指標(biāo)和葉片解剖結(jié)構(gòu)的變化，同時(shí)將試驗(yàn)組植株轉(zhuǎn)入對(duì)照組條件下進(jìn)行恢復(fù)生長?；謴?fù)生長20 d后，取材進(jìn)行生理生化指標(biāo)的測(cè)定。

形態(tài)學(xué)表現(xiàn)：試驗(yàn)期間每天對(duì)植株生長狀況進(jìn)行觀察，并對(duì)幼苗的高溫傷害程度進(jìn)行分級(jí)記錄。參考汪蓉[11]的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)制定以下評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

表1　高溫脅迫下西洋杜鵑植株表型熱害等級(jí)

生理學(xué)指標(biāo)測(cè)定：葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定采用80%丙酮提取法[12]；MDA質(zhì)量摩爾濃度測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[13]。H2O2質(zhì)量摩爾濃度和可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定利用試劑盒(南京，建成生物工程研究所)進(jìn)行提取。SOD活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)還原法[14]。POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[15]。

解剖結(jié)構(gòu)觀察：在高溫脅迫前和脅迫6 d之后，采樣進(jìn)行葉片超微結(jié)構(gòu)觀察。08:00—10:00，選取處理和對(duì)照植株從莖段開始數(shù)的第3片葉，將其迅速切成3 mm×3 mm，用4%的戊二醛固定，4 ℃條件下過夜，磷酸緩沖液(0.10 mol·L-1,pH=6.8)漂洗4次，30%、50%、70%、80%、90%、100%乙醇依次脫水，乙酸異戊酯置換后，用CO2臨界點(diǎn)干燥儀(K-850)進(jìn)行干燥，離子濺射儀(E-1045)噴金，再用JSM-6360LV掃描電鏡進(jìn)行觀察。在放大300倍電鏡下隨機(jī)尋找8個(gè)視野統(tǒng)計(jì)氣孔張開個(gè)數(shù)和總個(gè)數(shù)，并測(cè)量20個(gè)張開氣孔的長和寬，計(jì)算孔徑。同時(shí)，觀察葉柄維管束排列情況。

數(shù)據(jù)處理：用Microsoft Excel 2010軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)一步用SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan’s進(jìn)行多重比較(α=0.05)。

2結(jié)果與分析

2.1SA對(duì)熱脅迫下植株形態(tài)學(xué)的影響

植物在高溫脅迫下，其生長形態(tài)會(huì)發(fā)生一系列的變化，葉片黃化，逐漸變褐、枯萎、脫落，繼而出現(xiàn)整株萎蔫，甚至死亡等現(xiàn)象。由圖1和表2可知，高溫脅迫下，植株生長狀況受到一定的抑制，表現(xiàn)出不同程度的受害癥狀。并且，隨著脅迫時(shí)間的延長，植株受害程度逐漸加深，但在恢復(fù)生長20 d后，植株生長有些改善。不同濃度水楊酸處理植株受害程度存在差異。但經(jīng)水楊酸預(yù)處理后，植株受損程度明顯低于未經(jīng)水楊酸預(yù)處理的植株，尤以0.05 μmol·L-1SA處理植株受損程度最小，不僅在脅迫期間受損程度僅為II級(jí)，且恢復(fù)生長20 d后植株的傷害率也最低，僅為12.5%。而未經(jīng)水楊酸處理的植株在高溫脅迫6 d后，整體植株近80%葉片褐化，并有脫落現(xiàn)象，整體植株萎蔫，受損等級(jí)達(dá)V級(jí)，經(jīng)20 d恢復(fù)后，植株傷害率仍最高，達(dá)25.0%。經(jīng)0.10 μmol·L-1SA和0.15 μmol·L-1SA處理的表現(xiàn)相近，20 d恢復(fù)生長后，傷害率為16.7%，經(jīng)0.20 μmol·L-1SA處理的傷害率為20.8%。

圖1　高溫脅迫下西洋杜鵑不同等級(jí)熱害表現(xiàn)

SA濃度/μmol·L-1不同處理時(shí)間的表現(xiàn)級(jí)別0d2d4d6dR20d高溫脅迫結(jié)束20d后植株的傷害率/%0(CK)IIIIIIIV-VIV25.00.05III-IIIIII12.50.10IIIIII-IIIII16.70.15IIIIIII-IIIII-III16.70.20IIIIIIIIII-III20.8

注：R20 d表示恢復(fù)生長20 d后。

2.2SA對(duì)熱脅迫下植株葉片生理特性的影響

2.2.1SA對(duì)熱脅迫下葉片葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

從表3可知，未經(jīng)SA處理的西洋杜鵑葉片中的葉綠素a、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)則在高溫脅迫2 d后和恢復(fù)生長20 d后較前一次測(cè)定有小幅度的上升。經(jīng)SA預(yù)處理后的植株，其色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于未經(jīng)處理的植株，但不同濃度的SA對(duì)色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響存在差異。由表3葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化可知，在脅迫期或者恢復(fù)生長后，經(jīng)0.20 μmol·L-1SA預(yù)處理的植株葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于對(duì)照的(P<0.05)，分別比同時(shí)期對(duì)照的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高出13.3%、19.9%、20.0%、16.4%和20.6%，而經(jīng)0.05 μmol·L-1SA處理的葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅在恢復(fù)生長后顯著高于對(duì)照(P<0.05)。此外，經(jīng)0.15 μmol·L-1SA處理的植株在恢復(fù)生長20 d后葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加。從葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化中可以看出，高溫脅迫前，經(jīng)不同濃度的SA處理均顯著提高葉綠素b的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以0.20 μmol·L-1SA處理對(duì)葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加幅度最高，達(dá)53.1%。高溫脅迫6 d后及恢復(fù)生長20 d后，不同濃度SA處理對(duì)葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響無顯著差異，但顯著高于對(duì)照。在總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)中，較高濃度的水楊酸處理更有利于抑制葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低。從類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)可看出，高溫脅迫后，經(jīng)0.10 μmol·L-1SA處理的植株類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降的最多，為32.7%，但其質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍高于對(duì)照。

表3　SA對(duì)高溫脅迫下西洋杜鵑葉片生理指標(biāo)的影響

SA濃度/μmol·L-1葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)/mg·g-10d2d4d6dR20d0(CK)(0.39±0)c(0.43±0)b(0.44±0)a(0.35±0)b(0.38±0)b0.05(0.54±0)ab(0.49±0)ab(0.47±0)a(0.45±0)a(0.46±0)a0.10(0.58±0)a(0.57±0)a(0.52±0)a(0.37±0)ab(0.45±0)a0.15(0.48±0)b(0.46±0)b(0.49±0)a(0.45±0)a(0.46±0)a0.20(0.59±0)a(0.56±0)a(0.52±0)a(0.43±0)ab(0.47±0)a

SA濃度/μmol·L-1總?cè)~綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/mg·g-10d2d4d6dR20d0(CK)(1.93±0)c (1.90±0)b(1.83±0)b (1.65±0)c (1.65±0.1)c0.05(2.25±0)ab(2.09±0)b(1.96±0)ab(1.89±0)ab(1.91±0)b0.10(2.43±0)a(2.41±0.1)a(2.18±0.1)a(1.71±0.1)bc(1.93±0)b0.15(2.11±0.2)bc(2.10±0)b(2.03±0.1)ab(2.04±0)a(2.31±0)a0.20(2.49±0)a(2.32±0.1)a(2.19±0.1)a(1.94±0)a(2.00±0)b

SA濃度/μmol·L-1類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/mg·g-10d2d4d6dR20d0(CK)(0.20±0)ab(0.19±0)c(0.18±0)a(0.16±0)b(0.15±0)c0.05(0.23±0)ab(0.20±0)bc(0.19±0)a(0.19±0)a(0.19±0)b0.10(0.25±0)a(0.25±0)a(0.22±0)a(0.17±0)b(0.19±0)b0.15(0.20±0)b(0.21±0)bc(0.20±0)a(0.20±0)a(0.24±0)a0.20(0.24±0)ab(0.22±0)b(0.22±0)a(0.20±0)a(0.20±0)b

SA濃度/μmol·L-1MDA質(zhì)量摩爾濃度/mmol·g-10d2d4d6dR20d0(CK)(0.17±0)a(0.13±0)d(0.14±0)c(0.16±0)b(0.16±0)b0.05(0.14±0)a(0.09±0)c(0.12±0)b(0.12±0)b(0.14±0)a0.10(0.17±0)a(0.14±0)c(0.13±0)d(0.14±0)cd(0.15±0)b0.15(0.21±0)a(0.12±0)d(0.14±0)c(0.15±0)b(0.14±0)bc0.20(0.19±0)a(0.15±0)c(0.18±0)a(0.16±0)b(0.16±0)b

續(xù)(表3)

SA濃度/μmol·L-1SOD活性/U·g-10d2d4d6dR20d0(CK)(331.90±4.6)b(344.90±0.8)a(320.29±1.6)c(305.09±8.8)b(314.22±1.7)c0.05(340.65±3.8)ab(353.18±2.7)a(343.81±2.7)a(330.43±3.7)a(343.58±4.0)ab0.10(347.26±0.5)a(352.71±4.2)a(342.70±1.4)a(328.15±3.6)a(335.30±6.1)ab0.15(348.61±4.5)a(343.54±2.4)a(332.17±1.4)b(330.51±3.3)a(350.91±5.5)a0.20(342.15±2.9)ab(350.13±2.8)a(327.86±1.3)b(324.32±0.6)a(334.33±5.6)b

SA濃度/μmol·L-1POD活性/U·g-1·min-10d2d4d6dR20d0(CK)(99.544±5.5)b(108.08±7.3)b(98.01±2.9)b(75.50±3.3)b(87.88±2.2)b0.05(138.87±9.0)a(147.23±2.8)a(129.06±6.0)a(119.08±6.8)a(122.96±9.6)a0.10(121.52±8.1)ab(141.26±6.1)a(123.62±4.1)a(100.86±2.5)a(110.28±2.8)a0.15(120.59±8.5)ab(138.52±3.9)a(116.20±3.1)a(104.40±7.8)a(107.54±4.5)a0.20(126.97±10.4)ab(134.69±3.5)a(118.24±4.4)a(107.84±5.9)a(111.84±6.9)a

SA濃度/μmol·L-1可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)/mg·g-10d2d4d6dR20d0(CK)(5.31±0.1)b(7.77±0.1)c(5.13±0.1)b(4.28±0.3)c(6.67±0.1)c0.05(6.22±0.2)a(10.35±0.2)b(9.06±0.2)a(8.58±0.1)a(9.33±0.2)b0.10(6.23±0.1)a(8.99±0.3)b(7.99±0.8)a(7.89±0.2)b(9.39±0.2)b0.15(5.49±0.4)b(9.25±0.2)b(8.61±0.3)a(8.50±0.2)ab(10.63±0.1)b0.20(5.57±0.1)ab(9.16±0.3)a(8.20±0.4)a(8.17±0.2)ab(9.12±0.1)a

注：表中數(shù)據(jù)根據(jù)葉片鮮質(zhì)量測(cè)得；表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)；R20 d表示恢復(fù)生長20 d后。

2.2.2SA對(duì)熱脅迫下葉片丙二醛和過氧化氫質(zhì)量摩爾濃度的影響

從表3可以看出，未經(jīng)SA處理的植株高溫脅迫期間，MDA和H2O2質(zhì)量摩爾濃度總體呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，且均在脅迫2 d后MDA質(zhì)量摩爾濃度下降到最低水平?；謴?fù)生長20 d后，兩者較脅迫前均有所下降，但仍高于對(duì)照。表明熱脅迫下西洋杜鵑葉片中活性氧物質(zhì)積累。經(jīng)不同濃度SA處理后的植株兩者質(zhì)量摩爾濃度均顯著低于未經(jīng)SA處理的植株(P<0.05)，尤以0.05 μmol·L-1SA處理最為顯著，高溫脅迫前較對(duì)照下降幅度分別為24.9%和25.7%，脅迫6 d后分別低于對(duì)照44.8%和31.7%。

2.2.3SA對(duì)熱脅迫下葉片可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

從表3可以看出，各處理?xiàng)l件下，西洋杜鵑葉片中可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在高溫脅迫下呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，高溫脅迫2 d后均大幅增加，隨著脅迫時(shí)間延長而下降，恢復(fù)20 d后有所升高。經(jīng)SA處理的植株可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在高溫脅迫后均顯著高于未經(jīng)SA處理的植株(P<0.05)。高溫脅迫期間，0.05 μmol·L-1SA表現(xiàn)最佳，其處理下的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于其他處理?；謴?fù)生長20 d后，經(jīng)0.15 μmol·L-1SA處理的植株中可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最高，為10.63 mg·g-1，顯著高于對(duì)照59.20%(P<0.05)。

2.2.4SA對(duì)熱脅迫下葉片抗氧化酶活性的影響

SOD和POD是生物有機(jī)體抵御活性氧傷害的重要保護(hù)酶。由表3可知，西洋杜鵑葉片的SOD和POD活性隨脅迫時(shí)間的延長呈先增加后降低的趨勢(shì)，SOD和POD活性均在熱脅迫2 d后達(dá)到最高，且經(jīng)0.05 μmol·L-1SA處理的最好，較未經(jīng)SA處理的植株分別高2.4%和36.2%，高溫脅迫6 d后，SOD活性較脅迫前下降8.0%，經(jīng)20 d恢復(fù)生長，SOD活性上升到脅迫前的1.0%。POD活性在高溫脅迫后，經(jīng)SA處理的植株P(guān)OD活性均顯著高于對(duì)照(P<0.05)，但不同濃度處理間無顯著差異。

2.3SA對(duì)熱脅迫下植株葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響

葉片作為植物的功能器官，其下表皮氣孔大小、密度及開度可一定程度反映其對(duì)生態(tài)環(huán)境變化的情況。由表4可知，高溫脅迫前，氣孔的密度、寬度和面積在不同處理?xiàng)l件下無顯著差異(P>0.05)，而經(jīng)0.15 μmol·L-1SA處理的植株氣孔張開度顯著高于經(jīng)0、0.10、0.20 μmol·L-1SA處理的植株(P<0.05)，經(jīng)0.10 μmol·L-1SA處理的植株在氣孔長度上顯著高于其他處理的。高溫脅迫后，氣孔大小、氣孔張開度和氣孔密度在不同處理?xiàng)l件下變化結(jié)果不一致。從表4和圖2可看出，未經(jīng)SA處理的植株氣孔密度、氣孔張開度和氣孔面積均有不同的變化，以0.10 μmol·L-1SA處理氣孔密度上升幅度最大，為21.20%，氣孔面積下降幅度最大，為27.20%，且氣孔張開度在脅迫前和脅迫后都為處理間變化最小的；經(jīng)0.05 μmol·L-1SA處理在高溫脅迫后氣孔密度最大，為106.57個(gè)·mm-2；經(jīng)0.20 μmol·L-1SA預(yù)處理的植株氣孔密度最小，顯著低于經(jīng)0.05和0.10 μmol·L-1SA處理的植株(P<0.05)；經(jīng)0.20 μmol·L-1SA處理對(duì)氣孔張開度、氣孔大小和氣孔的面積均呈現(xiàn)出不同程度的影響水平。另外，高溫脅迫使得葉柄橫斷面維管束中導(dǎo)管細(xì)胞直徑變小(圖2C、F)。

表4　水楊酸對(duì)高溫脅迫下西洋杜鵑葉片氣孔的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

A、B、C．25 ℃/17 ℃(晝/夜)條件下葉片氣孔和維管束狀態(tài)；D、E、F.38 ℃/30 ℃(晝/夜)條件下葉片氣孔和維管束狀態(tài)。

圖2高溫脅迫對(duì)西洋杜鵑葉片氣孔和葉柄維管束形態(tài)的影響

3結(jié)論與討論

外源SA可有效減輕高溫脅迫對(duì)植株造成的危害，如抑制MDA和H2O2質(zhì)量摩爾濃度的增加，誘導(dǎo)抗氧化酶活性增強(qiáng)，使得滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，維持細(xì)胞膜穩(wěn)定性等。本研究表明，隨著高溫脅迫時(shí)間的延長，植株葉片出現(xiàn)褐化、萎蔫等熱害癥狀，葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，MDA和H2O2質(zhì)量摩爾濃度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)及抗氧化酶活性變化趨勢(shì)則相反。此外，高溫脅迫影響了葉片氣孔的密度、張開度等，這與前人對(duì)鐵皮石斛的研究結(jié)論一致[16]。通過SA誘導(dǎo)西洋杜鵑耐熱性的效應(yīng)分析表明，噴施SA濃度不同，其作用效果存在差異。本研究中，通過統(tǒng)計(jì)不同SA濃度對(duì)熱脅迫下西洋杜鵑的熱害等級(jí)，發(fā)現(xiàn)外源SA噴施濃度為0.05～0.20 μmol·L-1時(shí)均能提高熱脅迫下植株的耐熱性，尤以SA低濃度0.05 μmol·L-1處理效果最好，這與向地英等[17]對(duì)菊花耐熱性的研究和何亞麗等[8]對(duì)高羊茅耐熱性研究結(jié)論一致，即較低濃度的水楊酸更有利于提高植株的耐熱性，且更有利于植株熱脅迫后的恢復(fù)。

高溫脅迫可能會(huì)引起植物膜脂過氧化，葉綠體結(jié)構(gòu)受損，進(jìn)而使得葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，葉綠素a、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著脅迫時(shí)間的延長，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之降低；而葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)在熱脅迫0～4 d時(shí)逐漸上升，處理6 d后下降。但所有色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)經(jīng)20 d恢復(fù)后，下降程度降低或者略有回升。這與鄭宇等[18]對(duì)西洋杜鵑其他品種熱脅迫處理時(shí)結(jié)論一致。高溫脅迫下葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低主要原因有兩個(gè)，一是熱脅迫使得活性氧物質(zhì)累積，損害生物膜，破壞葉綠體等結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低；二是高溫使得植物葉綠素生物合成的中間產(chǎn)物氨基酮戊酸和原卟啉IX的生物合成受到影響，進(jìn)而使得葉綠素生成量減少[19]。不同濃度SA處理一定程度上延緩葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低甚至增加葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這可能是因?yàn)镾A作為信號(hào)分子，參與或調(diào)控了葉綠素生物合成的過程，但相關(guān)調(diào)控過程還有待進(jìn)一步研究和論證。也可能是外源SA抑制了活性氧類物質(zhì)MDA和H2O2質(zhì)量摩爾濃度的增加。本試驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)不同濃度SA處理后，西洋杜鵑葉片中的MDA和H2O2質(zhì)量摩爾濃度隨著脅迫時(shí)間的延長呈現(xiàn)先下降后緩慢上升的趨勢(shì)，在熱脅迫2 d后，兩者質(zhì)量摩爾濃度均達(dá)到最小值且顯著低于對(duì)照，這與Deya[20]研究結(jié)果一致。其中經(jīng)0.05 μmol·L-1SA處理的MDA和H2O2質(zhì)量摩爾濃度最低，可以有效降低高溫脅迫下西洋杜鵑葉片中MDA和H2O2的累積，降低膜脂過氧化水平，維持細(xì)胞膜穩(wěn)定性，提高植物的耐熱能力。同時(shí)，植物體內(nèi)存在自身抗氧化酶系統(tǒng)清除逆境條件下形成的過量活性氧，降低脂質(zhì)過氧化水平，改善細(xì)胞代謝，以保護(hù)細(xì)胞膜免受氧化傷害。SA作為信號(hào)分子，可激活多種與脅迫相關(guān)的基因啟動(dòng)子[4]，通過調(diào)節(jié)相關(guān)的活性氧、抗氧化體系而提高植物的抗逆性，抵御非生物脅迫。本研究中，外源SA在高溫脅迫前增加了SOD和POD的活性，且抑制了SOD和POD活性隨高溫脅迫時(shí)間的延長而降低的程度，尤以0.05 μmol·L-1SA處理組的抗氧化酶活性最強(qiáng)。這可能是高溫脅迫下西洋杜鵑植株的質(zhì)膜化氧化程度降低，增強(qiáng)植株抗熱性的原因。大量的有關(guān)SA增強(qiáng)熱脅迫下植物抗氧化能力的研究證實(shí)了這一點(diǎn)。例如，經(jīng)SA預(yù)處理可以有效激活油麥幼苗鹽脅迫下SOD的活性，減小膜脂過氧化程度[21]；孫軍利等[22]利用外源水楊酸對(duì)高溫脅迫下葡萄幼苗膜脂過氧化及抗氧化酶活性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)外源SA促進(jìn)抗氧化酶SOD、POD、CAT等的活性，顯著降低了MDA的質(zhì)量摩爾濃度，緩解了高溫脅迫。

可溶性蛋白作為植物細(xì)胞內(nèi)一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對(duì)植株的代謝及生長發(fā)育有重要的作用，且植物的抗熱性與蛋白質(zhì)的合成和降解速率有關(guān)。由于其具有較強(qiáng)的親水性，高溫脅迫下可溶性蛋白增加有利于保持胞內(nèi)水分平衡。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨高溫脅迫時(shí)間的延長呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，并在高溫脅迫2 d后達(dá)到最高，這可能與植物突然處于高溫環(huán)境中誘導(dǎo)抗氧化系統(tǒng)抵御逆境脅迫有關(guān)。這與鄭宇等[18]對(duì)西洋杜鵑其他品種高溫脅迫表現(xiàn)一致。但關(guān)于高溫脅迫下植物葉片中可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化存在爭(zhēng)議。有結(jié)果表明，高溫脅迫下可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降[23]，也有結(jié)果發(fā)現(xiàn)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加[24]。經(jīng)不同濃度SA處理后，可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于對(duì)照，尤以0.05 μmol·L-1處理最高，但在恢復(fù)20 d生長后，以0.15 μmol·L-1處理可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，顯著高于其他處理。這也與易小林等[25]研究結(jié)果一致。

高溫脅迫除影響植物形態(tài)和生理生化水平變化外，還會(huì)引起植物細(xì)胞解剖結(jié)構(gòu)的變化。葉片作為植物進(jìn)行光合作用和呼吸作用的主要器官，與周圍環(huán)境聯(lián)系緊密，其中氣孔密度、大小和張開度等可以一定程度反映該植物抵御逆境脅迫的能力[26]。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，未用SA處理的植株，高溫脅迫使得氣孔密度、氣孔張開度、氣孔寬度和面積均下降，這說明植株會(huì)通過調(diào)節(jié)氣孔開合等來響應(yīng)熱脅迫。因此，氣孔密度、氣孔張開度及氣孔長寬等可作為杜鵑耐熱性葉葉片結(jié)構(gòu)鑒定指標(biāo)，這與容麗等[27]研究結(jié)果一致。高溫脅迫后，除經(jīng)高濃度0.20 μmol·L-1SA處理的植株氣孔密度降低、氣孔張開度升高；0.15 μmol·L-1SA處理使得氣孔密度小幅度增高外，其他處理則呈現(xiàn)相反的變化。由此說明，0.05、0.01 μmol·L-1SA預(yù)處理植株對(duì)提高植株耐熱性有一定的積極效應(yīng)，通過增加氣孔密度、減小氣孔開度和面積，可有效地保持吸收和保持水分，并組織水分過度蒸發(fā)，保證葉片在高溫脅迫下進(jìn)行光合作用的水分供給，防止脫水對(duì)植物造成傷害。但是，植物自身抵御熱脅迫和SA預(yù)處理提高植株耐熱性的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，隨著高溫脅迫時(shí)間延長，植株在形態(tài)學(xué)、生理特性和解剖學(xué)方面會(huì)發(fā)生一系列變化，受到一定程度的損害。低濃度SA預(yù)處理可以抑制葉片中葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，緩解MDA和H2O2摩爾質(zhì)量濃度累積，誘導(dǎo)SOD和POD抗氧化酶活性增強(qiáng)，并通過調(diào)節(jié)氣孔密度、張開度和面積進(jìn)一步提高西洋杜鵑的耐熱性。外源SA(0.05 μmol·L-1)對(duì)西洋杜鵑緩解熱脅迫具有實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值，其機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

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第一作者簡(jiǎn)介：申惠翡，女，1991年10月生，西北農(nóng)林科技大學(xué)風(fēng)景園林藝術(shù)學(xué)院， 碩士研究生。E-mail:shenhf1113@163.com。 通信作者：趙冰，西北農(nóng)林科技大學(xué)風(fēng)景園林藝術(shù)學(xué)院，副教授。E-mail：bingbing2003915@163.com。

收稿日期：2016年1月7日。

分類號(hào)S685.21；Q945.78

Effects of Exogenous Salicylic Acid on Heat-resistance of Rhododendron hybridum//

Shen Huifei, Zhao Bing, Xu Jingjing, Huang Wenmei, Li Houhua(Northwest Agriculture & Forestry University, Yangling 712100, P.R.China)//

Journal of Northeast Forestry University，2016,44(7)：40-45，50.

We discussed the effects of different concentrations of salicylic acid (SA) on heat resistance of Rhododendron ‘Fen Zhen Zhu’ under high temperature stress from performance in morphology, the level of membrane lipid peroxidation, osmotic regulation substances and antioxidant enzyme activity, and the change of leaf anatomical structure with 3-year old R.‘Fen Zhen Zhu’, and sprayed 0 (CK), 0.05, 0.1, 0.15, 0.2 μmol·L-1salicylic acid solution on the leaves and combined with the thermal stress (38 ℃/30 ℃, day/night) by using plant growth chamber.The treated plants can effectively alleviate the high temperature damage along with the increase of heat stress time, alleviate effectively the decrease of chlorophyll by 0.15-0.20 μmol·L-1SA, improve significantly SOD and POD activities and inhibit the increase of MDA and H2O2in leaves treated by 0.05 μmol·L-1SA pretreatment, increase the accumulation of total soluble protein, and show significant difference between the different concentrations.Treated leaves of 0.05-0.10 μmol·L-1SA have a positive effect on the increase of stomata density, the decrease of stomata open percentage and aperture.Therefore, the plants treated by suitable concentrations of SA can effectively alleviate the high temperature damage with the heat stress treatment time, and improve heat resistance of R.‘Fen Zhen Zhu’, especially 0.05 μmol·L-1SA has the best treatment effect.

KeywordsRhododendron hybridum; Salicylic acid; High temperature; Heat resistance

1)國際科技合作基金項(xiàng)目(A213021501)。

責(zé)任編輯：任俐。