陳麗花，王朝英,3，謝英贊，馬立輝，劉 楊

(1.重慶城市管理職業(yè)學(xué)院，重慶 401331；2.重慶市林業(yè)科學(xué)研究院，重慶 400036；3.重慶山地型城市森林生態(tài)系統(tǒng)(國家)定位觀測研究站，重慶 400036)

礬根“草莓漩渦”(Heucheramicrantha“Strawberry Swirl”)是虎耳草科(Saxifragaceae)礬根屬(Heuchera)多年生草本地被觀賞植物，具有花期早、花量大、顏色異(淺粉橙色)，葉色鮮亮、葉片美感度高(褶皺的綠葉上被有銀灰色斑紋)等特點，極具觀賞價值。近年來，隨著園林建設(shè)新風(fēng)向花境建設(shè)的興起，礬根的應(yīng)用規(guī)模、應(yīng)用范圍不斷擴大，各地對礬根的引種栽培和應(yīng)用逐年擴大。作為礬根植物中優(yōu)秀觀賞植物的一種，草莓漩渦自2015年春季由重慶城市管理職業(yè)學(xué)院工程管理學(xué)院和重慶市林業(yè)科學(xué)研究院分別引入重慶。

重慶地處我國西南，位于長江中上游，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季氣溫不斷升高，

極易形成高溫天氣，居我國傳統(tǒng)的“四大火爐”城市之首。草莓漩渦引進(jìn)重慶后勢必難以避開夏季高溫天氣的侵?jǐn)_。溫度是影響植物種子萌發(fā)、幼苗生長、形態(tài)建成以及生殖、擴散等的重要環(huán)境因子。大量的研究結(jié)果表明，高溫環(huán)境下植物的生殖、生長均受到不同程度的不利影響。例如：高溫環(huán)境脅迫下，芹菜種子發(fā)芽能力顯著降低，高溫對芹菜幼苗的根系生長和生長量積累具有明顯的抑制作用[1]。高溫脅迫不僅導(dǎo)致小麥、黑麥草和芍藥的生長減緩[2～4]，還會造成酸棗、灰棗和棉花葉片葉綠素含量降低，凈光合速率、蒸騰速率等光合生理指標(biāo)下降[5～6]。高溫還會造成植物過氧化物水平升高，細(xì)胞膜穩(wěn)定性遭到破壞，膜脂過氧化程度加劇[7]。進(jìn)一步致使膜系統(tǒng)和抗氧化酶系統(tǒng)遭到破壞，植物受到嚴(yán)重?zé)岷?，直至枯萎、死亡[8,9]。高溫脅迫嚴(yán)重威脅著植物的生長、生存，長期的進(jìn)化和自我保護(hù)使得植物在應(yīng)對高溫脅迫不利環(huán)境條件時形成一系列的生理生化反應(yīng)以應(yīng)對一定程度的高溫傷害。番茄隨著高溫脅迫時間的延長，其葉片中的抗氧化酶活性、滲透物質(zhì)和膜質(zhì)過氧化物質(zhì)含量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢[10]。在21個山茶種質(zhì)和金花茶的研究中發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫環(huán)境條件下這些植物葉片的相對電導(dǎo)率、滲透物質(zhì)含量和抗氧化酶活性表現(xiàn)出隨脅迫時間的延長不斷提升的趨勢[11，12]。高山杜鵑葉片SOD、CAT和POD的活性隨溫度的升高而升高,同一溫度下SOD、CAT和POD的活性隨時間推移呈先升高后降低的趨勢[13]。因此，了解植物的高溫耐受能力高低是重慶市植物品種引進(jìn)和應(yīng)用的關(guān)鍵步驟之一。本文擬通過對引進(jìn)的礬根“草莓漩渦”的高溫生長和生理響應(yīng)研究，了解草莓漩渦對高溫環(huán)境條件的耐受狀況，為草莓漩渦在重慶地區(qū)的科學(xué)應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 材料

實驗材料為礬根“草莓漩渦”煉苗后3個月的組培苗。

1.2 方法

1.2.1實驗設(shè)計

2018年春季(3月5日)，選擇植株健壯、長勢好、大小均勻的礬根“草莓漩渦”煉苗后3個月的組培苗120株，分別移栽至內(nèi)徑22 cm、高度20 cm的塑料花盆內(nèi)，澆透水后養(yǎng)護(hù)1個月，之后置于溫度夜間/白天為(18±3)℃/(28±3)℃、空氣濕度為(70±5)%的人工溫室中繼續(xù)培養(yǎng)，保持草莓漩渦根際土壤含水量在(20±5)%。2018年4月，將60盆草莓漩渦移至溫室外，置于自然環(huán)境中，搭2 m高透明塑料遮雨棚遮雨，土壤濕度與溫室內(nèi)草莓漩渦盆栽保持一致。將60盆草莓漩渦按照10盆1組分成6組(5盆用于生理指標(biāo)測定取樣，5盆用于生長指標(biāo)測定)。分別于2018年7月15日、18日、23日、28日以及8月3日、7日由其中1組生理指標(biāo)取樣株每株各自采取葉片2～3片用于生理指標(biāo)的測定，生長指標(biāo)測定株每株量取株高、冠幅后仔細(xì)挖出，清洗干凈后用于鮮重、干重的測定。試驗期間試驗地氣溫走勢見圖1。

1.2.2指標(biāo)測試方法

圖1 處理期間試驗場地氣溫走勢

1.2.3數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)分析使用SPSS19.0版進(jìn)行單因素方差分析，并用Duncan′s多重比較法檢驗每個指標(biāo)(α=0.05)的差異顯著性。圖表使用Microsoft Office Excel 2003，根據(jù)SPSS分析結(jié)果制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫對礬根“草莓漩渦”生長指標(biāo)的影響

2.1.1高溫脅迫對草莓漩渦株高生長的影響

不同處理下礬根“草莓漩渦”株高變化見表1。

表1 不同處理下礬根“草莓漩渦”株高變化

注:同列不同小寫字母表示二者間差異顯著,即P<0.05;同列字母相同而大小寫不同表示二者間差異極顯著,即P<0.01(下同)。

通過表1數(shù)據(jù)可以看到，2種處理方式下草莓漩渦在株高生長上發(fā)生了較大程度的差異。對照處理條件下(CK組)，草莓漩渦平均株高在24 d內(nèi)由14.51 cm增長至22.60 cm，增長為試驗初始時的155.8%；高溫處理條件下(HT組)，草莓漩渦平均株高在經(jīng)過24 d的生長期后，平均株高僅17.17 cm，較試驗初始時增長率僅為118.1%。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，試驗開始14 d以后，CK組的草莓漩渦平均株高極顯著高于HT組，表明高溫脅迫對草莓漩渦的株高生長具有一定的影響，且這種影響隨著高溫環(huán)境條件的不斷持續(xù)會表現(xiàn)出對草莓漩渦株高生長抑制程度不斷加劇的趨勢。

2.1.2高溫脅迫對草莓漩渦冠高生長的影響

不同處理下礬根“草莓漩渦”冠幅變化見表2。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可以看到，高溫環(huán)境條件下不利于草莓漩渦冠幅的正常生長。數(shù)據(jù)測定結(jié)果顯示，試驗初始時CK組和HT組草莓漩渦在冠幅上基本一致，二者間沒有顯著性差異。隨著試驗時間的推進(jìn)，兩組草莓漩渦冠幅間的差距逐漸擴大，至試驗后第9天開始，二者間差異達(dá)到極顯著差異水平，此時HT組草莓漩渦冠幅約為CK組的78.62%，至試驗結(jié)束時，HT組草莓漩渦冠幅僅為CK組的39.69%。

2.1.3高溫脅迫對草莓漩渦生物量積累的影響

不同處理下礬根“草莓漩渦”生物量積累(鮮重、干重增長)變化見表3。

根據(jù)表3中數(shù)據(jù)可以明顯看出，高溫環(huán)境脅迫條件下礬根“草莓漩渦”在生物量積累(鮮重、干重增長)上受到較大程度的抑制。鮮重增長方面，在高溫處理第3天時HT處理組即顯著低于CK處理組。隨著處理時間的推移，HT組草莓漩渦鮮重增長較CK組差距不斷擴大，至第8天、13天、18天、23天時，HT組草莓漩渦鮮重分別為CK組的92.29%、73.36%、59.08%和51.88%。CK組草莓漩渦鮮重在整個試驗周期內(nèi)增加至試驗初始時的2.33倍，而HT組草莓漩渦鮮重在整個試驗周期內(nèi)僅增加至試驗初始時的1.21倍。干重增長上，草莓漩渦呈現(xiàn)出與鮮重大致相似的變化趨勢，但差異變化較鮮重變化相對推遲。在高溫處理后第8天時草莓漩渦干重開始顯著低于CK組，此時HT組干重為CK組的89.22%。隨著試驗時間的延長，至第13天、18天、23天時，HT組草莓漩渦干重分別為CK組的74.43%、63.64%和47.30%。CK組草莓漩渦干重在整個試驗周期內(nèi)增加至試驗初始時的2.55倍，而HT組草莓漩渦干重在整個試驗周期內(nèi)僅增加至試驗初始時的1.22倍。綜合比較可知，高溫脅迫會導(dǎo)致礬根“草莓漩渦”生物量積累效率降低，整體上高溫對草莓漩渦干重積累的影響程度大于鮮重積累。

表2 不同處理下礬根“草莓漩渦”冠幅變化

表3 不同處理下礬根“草莓漩渦”生物量積累變化

2.2 高溫脅迫對礬根“草莓漩渦”滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

2.2.1高溫脅迫對草莓漩渦可溶性糖含量的影響

不同處理下礬根“草莓漩渦”可溶性糖含量見圖2。

圖2 不同處理下礬根“草莓漩渦”可溶性糖含量

如圖2所示，高溫環(huán)境下礬根“草莓漩渦”葉片可溶性糖含量與CK組相比發(fā)生了較大程度的波動。整個試驗周期內(nèi)，CK組草莓漩渦葉片可溶性糖含量呈現(xiàn)出基本穩(wěn)定緩慢增長的趨勢，而HT組草莓漩渦葉片可溶性糖含量則呈現(xiàn)出先快速增高后逐步降低的趨勢。與CK組相比，試驗開始后第3天時，HT組草莓漩渦葉片可溶性糖含量升高至(33.39±0.439)mg/g·FW，與CK組相比差異達(dá)到極顯著水平，為CK組的1.28倍。至試驗開始后第8天時，HT組草莓漩渦葉片可溶性糖含量升高至本次試驗最高值，為(42.63±0.350)mg/g·FW，為CK組的1.60倍。之后HT組草莓漩渦葉片可溶性糖含量逐步降低，至試驗開始后第18天時降低至(27.32±0.424)mg/g·FW，與CK組(處于基本持平水平)二者間差異不顯著。至試驗開始后第23天時，HT組草莓漩渦葉片可溶性糖含量極顯著低于CK組，此時HT組草莓漩渦葉片可溶性糖含量降低為CK組的75.78%。

2.2.2高溫脅迫對草莓漩渦可溶性蛋白含量的影響

不同處理下礬根“草莓漩渦”可溶性蛋白含量見圖3。

圖3 不同處理下礬根“草莓漩渦”可溶性蛋白含量

據(jù)圖3可以明顯看出，高溫脅迫環(huán)境條件對礬根“草莓漩渦”葉片可溶性蛋白含量具有較大程度的影響，整體上隨高溫環(huán)境條件時間的不斷延長，草莓漩渦葉片可溶性蛋白含量呈現(xiàn)出先逐步升高后逐步降低的趨勢。適宜的生長環(huán)境下(CK組)，草莓漩渦葉片可溶性蛋白含量基本保持穩(wěn)定，而高溫處理第3天時(HT組)草莓漩渦葉片可溶性蛋白含量已達(dá)(77.87±0.829)mg/g·FW，極顯著高于CK組的(71.00±0.373)mg/g·FW。高溫處理第8天、第13天時草莓漩渦葉片可溶性蛋白含量持續(xù)增高，分別達(dá)到(97.78±0.875)mg/g·FW和(113.31±0.937)mg/g·FW，為CK組的1.38倍和1.58倍。之后HT組草莓漩渦葉片可溶性蛋白含量逐步降低，至試驗結(jié)束時雖仍顯著高于CK組，但整體上差距極小，僅為CK組的1.05倍。數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，礬根“草莓漩渦”能夠通過調(diào)節(jié)自身滲透物質(zhì)可溶性蛋白含量來響應(yīng)高溫環(huán)境脅迫，應(yīng)對高溫環(huán)境。

2.3 高溫脅迫對礬根“草莓漩渦”過氧化物含量的影響

圖4 不同處理下礬根“草莓漩渦”超氧陰離子含量 content of H.micrantha ‘Strawberry Swirl’ with different treatment

2.3.2高溫脅迫對草莓漩渦H2O2含量的影響

不同處理下礬根“草莓漩渦”H2O2含量見圖5。

根據(jù)圖5可知，適宜的生長條件下(CK組)礬根“草莓漩渦”葉片H2O2含量會隨生長期的不斷延長呈現(xiàn)出基本保持穩(wěn)定，長期略有升高的趨勢。試驗初始至試驗結(jié)束時，CK組草莓漩渦葉片H2O2含量自(5.71±0.046)μmol/g·FW增高至(6.48±0.110)μmol/g·FW，整體上增高了1.13倍。高溫環(huán)境條件會導(dǎo)致草莓漩渦葉片H2O2含量迅速增高，并表現(xiàn)出隨高溫時間的延長而不斷加速積累的現(xiàn)象。試驗伊始，HT組草莓漩渦葉片H2O2含量為(5.71±0.058)μmol/g·FW，至試驗開始后第3天始HT組草莓漩渦葉片H2O2含量即極顯著高于CK組，試驗開始后第3天、第8天、第13天、第18天和第23天時HT組草莓漩渦葉片H2O2含量分別為(8.85±0.124)μmol/g·FW、(9.15±0.121)μmol/g·FW、(9.61±0.102)μmol/g·FW、(11.01±0.248)μmol/g·FW和(12.51±0.286)μmol/g·FW，分別為CK組的1.52、1.56、1.59、1.75和1.93倍。整體上，隨高溫時間的延長草莓漩渦葉片H2O2含量的積累速率不斷提高。

圖5 不同處理下礬根“草莓漩渦”過氧化氫含量

2.3.3高溫脅迫對草莓漩渦MDA含量的影響

不同處理下礬根“草莓漩渦”MDA含量見圖6。

圖6 不同處理下礬根“草莓漩渦”MDA含量

如圖6所示，適宜的生長條件下礬根“草莓漩渦”在生長進(jìn)程中葉片MDA含量基本處于相對穩(wěn)定，長期略有波動升高的狀態(tài)。試驗期間，CK組草莓漩渦葉片MDA含量自試驗開始時的(0.415±0.010)μmol/g·FW波動增高至試驗結(jié)束時的(0.448±0.010)μmol/g·FW，整個試驗期間CK組草莓漩渦葉片MDA含量最高值(0.453±0.009)μmol/g·FW出現(xiàn)在試驗開始后第18天，最低值(0.408±0.009)μmol/g·FW出現(xiàn)在試驗開始后第3天。高溫脅迫下(HT組)草莓漩渦葉片MDA含量變化趨勢與CK組相比完全不同。HT組草莓漩渦MDA含量在整個試驗周期內(nèi)表現(xiàn)出線性增長趨勢。試驗初始，HT組草莓漩渦葉片MDA含量僅(0.410±0.011)μmol/g·FW，與CK組無明顯差異。至試驗開始后第8天，HT組草莓漩渦葉片MDA含量開始極顯著高于CK組，且隨試驗時間的延長差距不斷擴大。至試驗結(jié)束時，HT組草莓漩渦MDA含量達(dá)(0.888±0.010)μmol/g·FW，為CK組的1.98倍。

2.4 高溫脅迫對礬根“草莓漩渦”抗氧化酶活性的影響

2.4.1高溫脅迫對草莓漩渦SOD活性的影響

不同處理下的礬根“草莓漩渦”SOD活性見圖7。

圖7 不同處理下礬根“草莓漩渦”SOD活性

根據(jù)圖7可以明顯看出，正常環(huán)境條件下礬根“草莓漩渦”葉片SOD活性長期保持基本穩(wěn)定狀態(tài)，而高溫環(huán)境下草莓漩渦葉片SOD活性則出現(xiàn)一定程度的波動變化。整體上，HT組草莓漩渦葉片SOD活性表現(xiàn)出先逐步增高，后漸漸降低的趨勢。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，試驗開始后第3天時，HT組草莓漩渦葉片SOD活性開始極顯著高于CK組，并于試驗開始后第8天達(dá)到最大值。之后HT組草莓漩渦葉片SOD活性逐漸降低，至試驗開始后第18天時將至與CK組無顯著性差異水平，第23天時極顯著低于CK組。

2.4.2高溫脅迫對草莓漩渦POD活性的影響

不同處理下礬根“草莓漩渦”POD活性見圖8。

圖8 不同處理下礬根“草莓漩渦”POD活性

如圖8所示，適宜環(huán)境條件下礬根“草莓漩渦”葉片POD活性隨時間的延長表現(xiàn)出基本穩(wěn)定、緩慢升高的趨勢，而高溫脅迫下草莓漩渦POD葉片活性則表現(xiàn)出隨脅迫時間的延長先增高后逐步降低的趨勢。試驗開始時，CK組草莓漩渦葉片POD活性為(163.44±1.25)U/g·FW·min，HT組草莓漩渦POD葉片活性為(164.11±1.96)U/g·FW·min，二者間無顯著差異。隨著試驗的繼續(xù)，至第3天時，HT組草莓漩渦葉片POD活性升高至(200.77±1.67)U/g·FW·min，為CK組的1.22倍，極顯著高于CK組。試驗開始后第8天時，HT組草莓漩渦POD葉片活性達(dá)到本次試驗期間最高值，為(294.16±3.12)U/g·FW·min，是同時期CK組的1.79倍。之后HT組草莓漩渦葉片POD活性開始逐步下降，至試驗結(jié)束時降低至與同時期CK組無顯著性差異水平。試驗和數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，POD是礬根“草莓漩渦”抗擊高溫環(huán)境脅迫，調(diào)節(jié)自身氧化物質(zhì)平衡的重要酶之一，能夠在較長的時間內(nèi)發(fā)揮作用。

2.4.3高溫脅迫對草莓漩渦CAT活性的影響

不同處理下礬根“草莓漩渦”POD活性見圖9。

如圖9所示，CK組處理下礬根“草莓漩渦”葉片CAT活性相對較為穩(wěn)定，長期波動不大，自試驗開始至試驗結(jié)束僅增加了102.95%。HT組處理下草莓漩渦葉片CAT活性則表現(xiàn)出較大幅度的變化，整體上在試驗周期內(nèi)展現(xiàn)出先快速增高，后持續(xù)降低的趨勢。試驗開始后第3天時，HT組草莓漩渦葉片CAT活性達(dá)(109.43±1.493)U/g·FW·min，為CK組的1.20倍，極顯著高于CK組。之后HT組草莓漩渦葉片CAT活性不斷降低，自第18天時始極顯著低于同時期CK組，至試驗結(jié)束時，HT組草莓漩渦葉片CAT活性僅(57.79±1.114)U/g·FW·min，為同時期CK組的62.17%。

圖9 不同處理下礬根“草莓漩渦”CAT活性

3 討論

3.1 高溫脅迫對礬根“草莓漩渦”生長的影響

高溫是限制植物正常生長發(fā)育的重要逆境因子之一，高溫環(huán)境脅迫往往導(dǎo)致植物植株矮小、植物生物量積累下降[20，21]。高溫脅迫初期，植株往往出現(xiàn)葉片氣孔大量關(guān)閉、植株光合和呼吸作用降低等反應(yīng)。隨著高溫脅迫時間的延長，植株葉片保衛(wèi)細(xì)胞受損、葉綠體解體等不可逆損傷，最終導(dǎo)致植株光合效率持續(xù)走低，植株生產(chǎn)力下降等[22～24]。本試驗測定結(jié)果與前人的研究結(jié)果類似，高溫脅迫下礬根“草莓漩渦”在株高生長、冠幅生長和鮮重、干重增加方面也均表現(xiàn)出受到較大程度的抑制作用，這是因為礬根“草莓漩渦”在高溫環(huán)境條件下植株器官受損、細(xì)胞功能結(jié)構(gòu)被破壞、功能降低等導(dǎo)致的植株光合效率降低所致。此外，由于夜間較高的溫度，草莓漩渦夜間呼吸效率相對提高，自身消耗相對增大，反應(yīng)在植株上勢必造成植株生物量積累的能力降低。

3.2 高溫脅迫對礬根“草莓漩渦”滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

滲透物質(zhì)是調(diào)節(jié)植物細(xì)胞內(nèi)壓、維持植株生理環(huán)境穩(wěn)定的重要物質(zhì)，在植株應(yīng)對逆境環(huán)境中發(fā)揮著重要作用。大量研究結(jié)果表明，植株在應(yīng)對高溫環(huán)境的脅迫壓力時，為躲避傷害，調(diào)節(jié)自身滲透物質(zhì)含量是較為及時和有效的方法[25～27]。高溫脅迫能夠誘導(dǎo)植株功能基因的表達(dá)量和表達(dá)效率，促進(jìn)可溶性糖和可溶性蛋白的快速積累，提高細(xì)胞膨壓、減少水分逸散、穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)環(huán)境[28]。本研究中，高溫環(huán)境初期礬根“草莓漩渦”可溶性糖和可溶性蛋白含量均出現(xiàn)快速升高的現(xiàn)象，表明礬根“草莓漩渦”也是首先通過調(diào)節(jié)自身滲透物質(zhì)含量的方法來改善因環(huán)境脅迫壓力造成的植株細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的不利變化，保障植株在適應(yīng)突發(fā)環(huán)境變化中的存活概率。

3.3 高溫脅迫對礬根“草莓漩渦”過氧化物含量的影響

3.4 高溫脅迫對礬根“草莓漩渦”抗氧化酶活性的影響

應(yīng)對高溫等不利環(huán)境脅迫的威脅，啟動植株抗氧化酶系統(tǒng)，解決因環(huán)境脅迫壓力帶來的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境持續(xù)惡化，清除氧化自由基尤為重要。植株抗氧化酶系統(tǒng)功能的發(fā)揮效率決定著植株應(yīng)對不利環(huán)境條件的抗性強弱。鄧茳明等通過對不同耐高溫品系棉花的研究結(jié)果顯示，SOD、POD、CAT活性的強弱決定著棉花品系的高溫耐受能力[34]，王文舉研究結(jié)果證明，外源物質(zhì)添加能夠通過提高葡萄CAT、APX和SOD酶活性來改善葡萄的耐熱能力[35]，李大紅等發(fā)現(xiàn)不同品種羽衣甘藍(lán)的高溫耐受能力強弱與其SOD、POD同工酶的關(guān)系密切[36]。本研究發(fā)現(xiàn)，高溫下礬根“草莓漩渦”SOD、POD和CAT活性增高明顯，且在較長時間范圍內(nèi)能夠持續(xù)保持較高水平。因此，礬根“草莓漩渦”能夠長期在高溫脅迫環(huán)境下存活，主要是因為高溫條件下草莓漩渦植株SOD、POD和CAT活性的增強所致，SOD、POD和CAT活性的增強提高了草莓漩渦對長期高溫環(huán)境脅迫的耐受能力。