摘要：［目的］高溫已經(jīng)成為制約玫瑰生長(zhǎng)和生產(chǎn)最主要的非生物逆境因子之一。探究外源褪黑素對(duì)玫瑰耐高溫能力的影響，可為解決玫瑰栽培過程中的熱害問題以及玫瑰耐高溫遺傳改良提供實(shí)踐和理論依據(jù)。［方法］以二年生‘紫枝’玫瑰盆栽苗為試驗(yàn)材料，研究葉面噴施100 μmol·L-1褪黑素預(yù)處理對(duì)40 ℃高溫脅迫下玫瑰葉片相關(guān)生理特性和熱激蛋白基因表達(dá)的影響。［結(jié)果］高溫脅迫導(dǎo)致玫瑰葉片水分失衡，細(xì)胞膜系統(tǒng)受損，光合作用受阻，次生氧化脅迫，明顯抑制了玫瑰的生長(zhǎng)。而外源褪黑素預(yù)處理后，玫瑰葉片在高溫脅迫下的相對(duì)電導(dǎo)率（REC）和丙二醛（MDA）含量明顯降低；相對(duì)含水量（RWC）和葉綠素含量（SPDA）顯著升高；光系統(tǒng)II 最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）和凈光合速率（Pn）顯著提升；脯氨酸（Pro）和可溶性蛋白（SP）等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量顯著增多；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶的活性顯著增強(qiáng)；RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 等熱激蛋白基因的表達(dá)量顯著上調(diào)。［結(jié)論］高溫脅迫下，施加外源褪黑素預(yù)處理能夠通過提高葉片保水能力，維護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性和完整性，提升光合作用強(qiáng)度，增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，增強(qiáng)抗氧化酶活性，上調(diào)熱激蛋白基因表達(dá)等途徑來緩解高溫脅迫對(duì)玫瑰葉片產(chǎn)生的不利影響，從而提高了玫瑰的耐高溫能力。

關(guān)鍵詞：褪黑素； 玫瑰； 高溫脅迫； 生理特性； 熱激蛋白

中圖分類號(hào)：S685.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-8151（2024）01-0034-09

玫瑰（Rusa rugosa）為薔薇科（Rosaceae）薔薇屬（Rose）的一種多年生常綠或落葉直立叢生木本花卉，栽培歷史悠久，是我國十大名花之一，也是世界四大切花之一，享有“ 花中皇后”美譽(yù)。作為世界名花，玫瑰不僅具有較高的綠化和觀賞價(jià)值，更重要的是玫瑰還被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、美容、養(yǎng)生、化工等行業(yè)領(lǐng)域，具有極高的商業(yè)開發(fā)利用價(jià)值。近年來，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整以及花卉產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，優(yōu)質(zhì)玫瑰需求量日益增加，玫瑰種植區(qū)域和種植數(shù)量呈連年上升趨勢(shì)［1］。

高溫是威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和破壞生態(tài)環(huán)境最主要的非生物脅迫之一［2］。近年來，由于全球氣候惡化和溫室效應(yīng)加劇，夏季極端高溫天氣頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響園藝植物的露天栽培和生長(zhǎng)生產(chǎn)。玫瑰性喜陽光充足、通風(fēng)涼爽的氣候，生長(zhǎng)最適溫度為15～25 ℃［3］。當(dāng)夏季氣溫持續(xù)高于30 ℃ 時(shí)，玫瑰通常會(huì)進(jìn)入半休眠狀態(tài)，當(dāng)遇到40 ℃以上極端高溫天氣時(shí)，玫瑰生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)受到明顯損害，如葉片萎蔫、花枝枯瘦、花芽異常、花朵畸形、花期縮短、病蟲害高發(fā)等，嚴(yán)重影響了玫瑰的觀賞價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)也限制了玫瑰的種植區(qū)域和供給范圍［4］。國內(nèi)外有關(guān)玫瑰親緣關(guān)系非常近的月季或薔薇的研究結(jié)果均表明，高溫脅迫損傷細(xì)胞生命物質(zhì)和生物膜，擾亂植物正常生理代謝過程和細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而抑制植物生長(zhǎng)發(fā)育，加速其衰老或死亡［5］。在這樣的形勢(shì)和環(huán)境下，如何提高玫瑰栽培質(zhì)量和產(chǎn)量，已經(jīng)成為目前花卉產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的重要問題。因此，通過研發(fā)栽培調(diào)控技術(shù)來緩解高溫脅迫對(duì)玫瑰造成的傷害，對(duì)指導(dǎo)玫瑰培育和生產(chǎn)都有非常重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

褪黑素（Melatonin，MT）又名松果體素，化學(xué)名稱為N-乙?；?5-甲氧基色胺，是一種動(dòng)植物生命所必需的吲哚色胺類小分子激素。褪黑素作為一種重要的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化物質(zhì)，在植物體內(nèi)具有多重生物學(xué)功能，能夠調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育過程，如晝夜節(jié)律、種子萌發(fā)、葉片衰老和腋芽分化等［6］；參與植物的逆境脅迫應(yīng)答，如高低溫、干旱、鹽堿和病蟲害等非生物和生物逆境脅迫［7］；還可以作為一種重要的響應(yīng)逆境脅迫的信號(hào)分子誘發(fā)植物自身防御功能，從而提高植物的抗逆性［8］。外源褪黑素處理可以緩解高溫脅迫對(duì)植物造成的傷害，已經(jīng)在擬南芥［9］、黑麥草［10］、番茄［11］、櫻桃蘿卜［12］、菊花［13］、蘋果［14］等許多植物中被廣泛報(bào)道。在以上植物中的研究結(jié)果表明，高溫脅迫條件下，外源褪黑素可以有效抑制活性氧（Reactiveoxygen species，ROS）積累、保護(hù)細(xì)胞膜完整性、維持光合作用強(qiáng)度、提高抗氧化能力、增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)能力、調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝和誘導(dǎo)耐熱基因表達(dá)等，從而提高植物的耐熱性，減輕高溫脅迫的危害［9-14］。但褪黑素能否以及如何緩解玫瑰高溫脅迫還未見報(bào)道。本試驗(yàn)通過研究噴施外源褪黑素（100 μmol·L-1）預(yù)處理對(duì)高溫（40 ℃）脅迫下玫瑰葉片相關(guān)生理特性和熱激蛋白基因表達(dá)的影響，以期從生理和分子層面初步探討褪黑素緩解玫瑰高溫脅迫的作用機(jī)制，旨在為利用褪黑素改善玫瑰高溫脅迫下的生長(zhǎng)和生產(chǎn)提供參考依據(jù)，同時(shí)為玫瑰耐高溫遺傳改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2022-2023 年在荊楚理工學(xué)院特色花卉生物育種湖北省工程研究中心進(jìn)行。供試材料為二年生‘ 紫枝’玫瑰盆栽苗，取自荊楚理工學(xué)院月季種質(zhì)資源圃。試驗(yàn)處理所需褪黑素（MT）購自美國Sigma 公司，依據(jù)前期預(yù)試驗(yàn)相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定結(jié)果，選擇100 μmol·L-1為本次試驗(yàn)處理濃度。

1. 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用生長(zhǎng)健壯的‘ 紫枝’玫瑰盆栽苗，修剪株高統(tǒng)一為約40 cm，培養(yǎng)至其株型和長(zhǎng)勢(shì)基本一致后，置于正常生長(zhǎng)光照培養(yǎng)箱（溫度為25 ℃，晝夜時(shí)長(zhǎng)為14 h/10 h，光照強(qiáng)度為600 μmol·m-2·s-1，相對(duì)濕度為70%）中培養(yǎng)3 d 后進(jìn)行不同處理。采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共設(shè)置4 個(gè)處理（表1），每個(gè)處理3 次生物學(xué)重復(fù)，每個(gè)生物學(xué)重復(fù)3 株苗，以蒸餾水+常溫處理組為對(duì)照。

蒸餾水和褪黑素以葉面噴施的方式于每天晚上21：00 進(jìn)行噴施（以剛剛形成水滴滴落為宜）。每天噴施1 次，連續(xù)噴施3 d，最后一次噴施1 d 后，將蒸餾水+ 高溫（H2O+HT 組）和褪黑素+ 高溫（MT+HT 組）的盆栽苗轉(zhuǎn)移到高溫處理光照培養(yǎng)箱中（溫度為40 ℃，晝夜時(shí)長(zhǎng)為14 h/10 h，光照強(qiáng)度為600 μmol·m-2·s-1，相對(duì)濕度為70%）。高溫處理36 h 后，分別在每個(gè)實(shí)驗(yàn)組的各個(gè)供試玫瑰植株上端的相同位置選取完全展開的羽狀復(fù)葉，用于各項(xiàng)生理指標(biāo)測(cè)定和基因表達(dá)分析。

1. 3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1. 3. 1 生理指標(biāo)測(cè)定

相對(duì)含水量（Relative water content，RWC）采用稱重法進(jìn)行測(cè)定，具體參照陳浩維等［15］的方法。

相對(duì)電導(dǎo)率（Relative electrical conductivity，REC）使用日本Horiba 公司生產(chǎn)的Twin Cond B-173 型電導(dǎo)率測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定［16］；葉綠素含量（Chlorophyll content，SPAD）使用中國浙江托普云農(nóng)公司生產(chǎn)的SPAD-502 型葉綠素測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定［16］；光系統(tǒng)II（PSII）最大光化學(xué)效率（Photochemicalefficiency of photosystem II，F(xiàn)v/Fm）使用英國Hansatech 公司生產(chǎn)的FMS-2 型葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定［17］；凈光合速率（Net photosyntheticrate，Pn）使用英國Hansatech 公司生產(chǎn)的CIRAS-2 型光合作用測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定［17］。

丙二醛（Malondialdehyde，MDA）的含量使用南京建成A003-3-1 試劑盒進(jìn)行測(cè)定；可溶性糖（soluble sugar，SS）的含量測(cè)定使用南京建成A145-1-1 試劑盒進(jìn)行測(cè)定；可溶性蛋白（Solubleprotein，SP）的含量使用南京建成A045-2-2 試劑盒進(jìn)行測(cè)定；游離脯氨酸（Proline，Pro）的含量使用南京建成A107-1-1 試劑盒進(jìn)行測(cè)定；超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）的活性使用南京建成A001-3-2 試劑盒進(jìn)行測(cè)定；過氧化物酶（Peroxidase，POD）的活性使用南京建成A084-3-1 試劑盒進(jìn)行測(cè)定；過氧化氫酶（Catalase，CAT）的活性使用南京建成A007-1-1 試劑盒進(jìn)行測(cè)定［18］。

1. 3. 2 基因表達(dá)分析

使用Aidlab 公司生產(chǎn)的RN38-EASYspinPlus 植物RNA 快速提取試劑盒提取玫瑰葉片總RNA；以總RNA 為模板，使用Vazyme 公司生產(chǎn)的HiScript? III All-in-one RT SuperMix Perfect forqPCR 反轉(zhuǎn)錄試劑盒合成cDNA；以cDNA 為模板，使用Tiangen 公司生產(chǎn)的Talent qPCR PreMix試劑盒在美國ABI 公司生產(chǎn)的Stepone PCR 儀上進(jìn)行熒光實(shí)時(shí)定量PCR［19］。玫瑰熱激蛋白基因（RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101）和RhActin基因所采用的特異性引物見表2。以RhActin 基因?yàn)閮?nèi)參，采用2-ΔΔCT 法［20］計(jì)算RhHSP70、RhHSP90和RhHSP101 基因的相對(duì)表達(dá)量。

1. 4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)首先在Microsoft Excel 2020 軟件中計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，然后在IBM SPSS Statistics26 軟件中采用最小顯著差異法（LSD 法）檢驗(yàn)差異顯著性（Plt;0. 05），最后在GraphPad Prism 10軟件中繪制統(tǒng)計(jì)圖表，圖表數(shù)據(jù)均采用3 次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示。

2 結(jié)果與分析

2. 1 外源褪黑素處理后高溫脅迫下玫瑰葉片水分狀態(tài)和細(xì)胞膜系統(tǒng)

相對(duì)含水量（RWC）是衡量高溫脅迫下植物組織水分狀況和保水能力的基本指標(biāo)［21］。如圖1 所示，MT+NT 組玫瑰葉片RWC 與H2O+NT 組相比差異不顯著；H2O+HT 組玫瑰葉片RWC 與H2O+NT 組相比顯著降低10. 68%；而MT+HT組玫瑰葉片RWC 與H2O+HT 組相比顯著升高了6. 59%。由此可知，高溫脅迫導(dǎo)致玫瑰葉片RWC顯著降低，而外源褪黑素預(yù)處理則顯著提高了高溫脅迫下玫瑰葉片RWC。結(jié)果說明，外源褪黑素預(yù)處理能夠有效增強(qiáng)高溫脅迫下玫瑰葉片保水能力，維持細(xì)胞水分平衡。

相對(duì)電導(dǎo)率（REC）是反映植物細(xì)胞膜熱穩(wěn)定性的重要指標(biāo)［22］。如圖1 所示，MT+NT 組玫瑰葉片REC 與H2O+NT 組差異不顯著；H2O+HT組玫瑰葉片REC 與H2O+NT 組相比顯著升高了63. 24%；MT+HT 組玫瑰葉片REC 與H2O+HT組相比顯著降低了26. 43%。丙二醛（MDA）含量是反映植物細(xì)胞膜氧化損傷程度的主要指標(biāo)［23］。如圖1 所示，MT+NT 組玫瑰葉片MDA 含量與H2O+NT 組相比差異不顯著；H2O+HT 組玫瑰葉片MDA 含量與H2O+NT 組相比顯著增加了45. 71%；MT+HT 組玫瑰葉片MDA 含量與H2O+HT 組相比顯著減少了15. 69%?？芍?，高溫脅迫導(dǎo)致玫瑰葉片REC 值和MDA 含量顯著增加，而外源褪黑素預(yù)處理則顯著降低了高溫脅迫下玫瑰葉片REC 值和MDA 含量。結(jié)果說明，外源褪黑素預(yù)處理能夠有效減輕高溫脅迫對(duì)玫瑰葉片細(xì)胞膜損傷，維護(hù)細(xì)胞膜穩(wěn)定性和完整性。

2. 2 外源褪黑素處理后高溫脅迫下玫瑰葉片光合特性

對(duì)玫瑰葉片葉綠素含量（SPAD）、光系統(tǒng)II（PSII）最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）和凈光合速率（Pn）3 個(gè)重要光合作用指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖2所示，與H2O+NT 組相比，MT+NT 組玫瑰葉片Pn 值顯著上升19. 17%，但其SPAD 和Fv/Fm 值差異不顯著；H2O+HT 組玫瑰葉片SPAD、Fv/Fm和Pn 值與H2O+NT 組相比分別顯著下降21. 19%、9. 57% 和26. 29%；MT+HT 組玫瑰葉片SPAD、Fv/Fm 和Pn 值與H2O+HT 組相比分別顯著升高16. 93%、6. 04% 和25. 74%?？梢?，高溫脅迫導(dǎo)致玫瑰葉片SPAD、Fv/Fm 和Pn 值顯著降低，而外源褪黑素預(yù)處理則顯著提高高溫脅迫下玫瑰葉片SPAD、Fv/Fm 和Pn 值。結(jié)果說明，外源褪黑素預(yù)處理能夠有效減輕高溫脅迫對(duì)玫瑰葉片光合色素和PSII 損傷，維護(hù)葉片光合能力。

2. 3 外源褪黑素處理后高溫脅迫下玫瑰葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量

對(duì)玫瑰葉片中可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）和脯氨酸（Pro）3 種主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖3 所示，與H2O+NT 組相比，MT+NT 組玫瑰葉片SP 含量顯著增加44. 30%，但其SS、Pro 含量差異不顯著；H2O+HT 組玫瑰葉片SS、SP 和Pro 含量與H2O+NT 組相比分別顯著增加66. 13%、81. 01%、174. 45%；與H2O+HT組相比，MT+HT 組玫瑰葉片SP 和Pro 含量分別顯著增加了30. 07% 和32. 51%，但其SS 含量增加不顯著?？梢?，高溫脅迫下玫瑰葉片SS、SP 和Pro含量顯著積累，外源褪黑素預(yù)處理則進(jìn)一步顯著提高高溫脅迫下玫瑰葉片SP 和Pro 含量。表明外源褪黑素預(yù)處理能夠有效促進(jìn)高溫脅迫下玫瑰葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累，增強(qiáng)植株抵御高溫能力。

2. 4 外源褪黑素處理后高溫脅迫下玫瑰葉片抗氧化酶活性

對(duì)玫瑰葉片中超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）3 種重要的抗氧化酶活性進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖4 所示，MT+NT組玫瑰葉片SOD、POD 和CAT 活性與H2O+NT組差異不顯著；與H2O+NT 組相比，H2O+HT 組玫瑰葉片SOD 活性顯著升高了45. 68%，POD 活性升高不明顯，CAT 活性顯著降低了29. 53%；MT+HT 組玫瑰葉片SOD、POD 和CAT 活性與H2O+HT 組相比，分別顯著升高了28. 25%、19. 26% 和33. 89%。由此可見，高溫脅迫下玫瑰葉片SOD 活性增強(qiáng)，CAT 活性減弱，而外源褪黑素預(yù)處理則顯著提高了高溫脅迫下玫瑰葉片SOD、POD 和CAT 活性。結(jié)果說明，外源褪黑素預(yù)處理能夠有效增強(qiáng)高溫脅迫下玫瑰葉片抗氧化酶活性，維持ROS 代謝平衡，減輕氧化脅迫損傷。

2. 5 外源褪黑素處理后高溫脅迫下玫瑰葉片熱激蛋白基因表達(dá)

對(duì)玫瑰葉片中3 個(gè)重要的熱激蛋白基因RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 進(jìn)行了表達(dá)分析，結(jié)果如圖5 所示，MT+NT 組玫瑰葉片RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 基因的表達(dá)量與H2O+NT 組相比差異不顯著；H2O+HT 組玫瑰葉片RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 基因的表達(dá)量與H2O+NT 組相比分別顯著上調(diào)了3. 23倍、7. 08 倍和4. 42 倍；MT+HT 組玫瑰葉片RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 基因表達(dá)量與H2O+HT 組相比分別顯著上調(diào)0. 89 倍、1. 03 倍和1. 38 倍?？梢姡倒迦~片RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 基因受高溫脅迫誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá)，而外源褪黑素預(yù)處理則進(jìn)一步顯著提高了高溫脅迫下玫瑰葉片RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 基因的表達(dá)量。結(jié)果說明，外源褪黑素預(yù)處理能夠有效促進(jìn)高溫脅迫下玫瑰葉片熱激蛋白上調(diào)表達(dá)，保護(hù)和修復(fù)蛋白質(zhì)，維護(hù)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。

3 討論

高溫脅迫是影響玫瑰生長(zhǎng)發(fā)育的主要限制因素之一。因此，尋求提高玫瑰耐熱性的途徑對(duì)玫瑰產(chǎn)業(yè)具有重大意義。近年來，大量研究表明褪黑素在植物高溫脅迫中發(fā)揮著積極作用［6-8］。本試驗(yàn)主要研究了外源褪黑素預(yù)處理對(duì)高溫脅迫下玫瑰葉片水分狀態(tài)、質(zhì)膜透性、光合特性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、抗氧化酶活性及熱激蛋白基因表達(dá)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)褪黑素正向調(diào)控玫瑰對(duì)高溫脅迫的耐受性。

植物遭受高溫脅迫時(shí)通常會(huì)引起葉片失水，表現(xiàn)出卷曲、枯萎或脫落等癥狀［24］。本研究發(fā)現(xiàn)，外源褪黑素預(yù)處理有效緩解了高溫脅迫對(duì)玫瑰葉片的傷害，減少了葉片水分的損失，減輕了葉片的萎蔫程度，這與在蘋果［25］、甜瓜［26］、生菜［27］等植物中的研究結(jié)果一致。相關(guān)研究報(bào)道，高溫脅迫下植物葉片失水萎蔫主要?dú)w因于高溫改變了葉片組織的形態(tài)和結(jié)構(gòu)［28］。姚富文等［25］研究發(fā)現(xiàn)，外源褪黑素預(yù)處理使高溫脅迫下蘋果葉片表皮細(xì)胞厚度增加和葉肉細(xì)胞排列緊密，有助于提高葉片的保水力。由此推測(cè)，外源褪黑素預(yù)處理減輕了高溫脅迫下玫瑰葉片含水量的損失，這可能主要是由于褪黑素對(duì)葉片組織的保護(hù)作用，有待于進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。

作為溫度傳感器的植物細(xì)胞膜系統(tǒng)被認(rèn)為是高溫?fù)p傷的主要部位，其中質(zhì)膜透性增加和膜脂過氧化是高溫脅迫下膜損傷的主要表現(xiàn)［29］。植物細(xì)胞膜的熱穩(wěn)定性與其耐熱性呈正相關(guān)。彭勇政等［30］在對(duì)不同月季品種進(jìn)行耐熱性評(píng)價(jià)時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，不同月季品種的REC 水平和MDA 含量均呈上升的趨勢(shì)，且不耐熱品種的增幅均大于耐熱品種。竇宗信［31］在高溫脅迫對(duì)豐花月季生理效應(yīng)的研究中發(fā)現(xiàn)，豐花月季葉片REC 水平和MDA 含量隨著脅迫時(shí)間的增長(zhǎng)而持續(xù)增加，且不耐熱品種的上升速度均大于耐熱品種。本研究發(fā)現(xiàn)，玫瑰葉片REC 水平和MDA 含量在高溫脅迫下顯著增加的現(xiàn)象可以通過外源褪黑素預(yù)處理得到有效緩解，這與在甘藍(lán)［16］、菊花［13］、蘋果［14］等植物中的研究結(jié)果一致，說明褪黑素能夠通過維護(hù)高溫脅迫下植物細(xì)胞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性和完整性，提高植物的耐熱能力。

光合作用是植物物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量代謝的關(guān)鍵，也是植物體內(nèi)對(duì)溫度變化極為敏感的生理過程之一［32］。本研究結(jié)果表明，高溫脅迫下玫瑰葉片Pn 明顯下降可能是由光合色素含量和PSII 活性降低引起的。高溫脅迫導(dǎo)致植物葉片葉綠素含量下降可能是由于高溫抑制了葉綠素合成相關(guān)酶的活性或誘發(fā)ROS 大量積累加速了葉綠素降解［32］。PSII 是植物光能轉(zhuǎn)換的重要場(chǎng)所，也是決定光合作用效率的重要部位。Fv/Fm 值反映了PSII 反應(yīng)中心原初光能的轉(zhuǎn)換效率。玫瑰葉片F(xiàn)v/Fm 值在高溫脅迫下明顯降低，說明高溫脅迫嚴(yán)重抑制了玫瑰葉片PSII 的光化學(xué)活性，這與卞鳳娥等［17］研究高溫脅迫對(duì)葡萄葉片葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊懼械贸龅慕Y(jié)論一致。本研究中，外源褪黑素預(yù)處理可以顯著提高高溫脅迫下玫瑰葉片光合色素含量、Fv/Fm 和Pn 值，這與在葡萄［17］、茄子［33］、菊花［13］等植物中的研究結(jié)果一致，說明減輕高溫脅迫下光合色素和PSII 的損傷，維持植株較高的光合能力，可能是褪黑素幫助植物適應(yīng)高溫的一種重要策略。

SS、SP 和Pro 是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在高溫等逆境脅迫響應(yīng)過程中發(fā)揮著重要作用［29］。高溫馴化過程中，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累是植物增強(qiáng)高溫適應(yīng)性的主要事件之一，它可以調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢(shì)，維持細(xì)胞水分平衡，保護(hù)細(xì)胞生命物質(zhì)及生物膜，其含量在一定程度上還可以反映植物生命活動(dòng)的代謝水平，已經(jīng)得到了廣泛的研究證實(shí)［29］。本研究中，高溫脅迫導(dǎo)致玫瑰葉片SS、SP、Pro 含量顯著積累，而外源褪黑素預(yù)處理則進(jìn)一步顯著提高了高溫脅迫下玫瑰葉片SP 和Pro 含量，這與在茄子［33］、菊花［13］、萵苣［34］等植物中的研究結(jié)果一致，說明褪黑素對(duì)高溫脅迫下植物細(xì)胞持水性及生物膜的保護(hù)作用可能與其誘導(dǎo)更多滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累有關(guān)。

SOD、POD 和CAT 是植物酶促ROS 清除系統(tǒng)中關(guān)鍵的抗氧化酶，在維持細(xì)胞內(nèi)ROS 代謝平衡，抵抗高溫等逆境脅迫中起著重要作用［35］。本研究中，高溫脅迫后玫瑰葉片SOD 活性顯著升高，POD 活性升高不明顯，CAT 活性顯著降低，這與在番茄［11］、甜瓜［26］、蘋果［14］等植物中的研究結(jié)果相互之間均不一致。高溫脅迫下，植物體內(nèi)抗氧化酶活性變化規(guī)律如何，是否與植物種類、脅迫強(qiáng)度、處理時(shí)間等諸多因素有關(guān)，一直以來，并未形成明確的定論。但外源褪黑素預(yù)處理可以顯著提高高溫脅迫下玫瑰葉片SOD、POD 和CAT 活性，這與在番茄［11］、甜瓜［26］、蘋果［14］等植物中的研究結(jié)果相一致，這可能是由于褪黑素可以促進(jìn)高溫脅迫下抗氧化酶相關(guān)基因的上調(diào)表達(dá)，提高了抗氧化酶的活性，從而增強(qiáng)了植株對(duì)ROS 的清除能力，減輕了高溫脅迫下的氧化損傷。

熱激蛋白（Heat shock protein，HSP）作為維持細(xì)胞蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的重要分子伴侶，負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)的折疊、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)與降解，并能在高溫脅迫下協(xié)助蛋白質(zhì)復(fù)性，通過重建正常的蛋白質(zhì)構(gòu)象維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，對(duì)保護(hù)植物在高溫脅迫中免受損傷起著至關(guān)重要的作用［36］。已有研究表明，外施褪黑激素可以上調(diào)高溫脅迫下HSP 家族基因的表達(dá)，有利于提高植物的耐熱能力。Shi 等［9］研究表明，根施褪黑素預(yù)處理可以上調(diào)擬南芥HSP90 和HSP101 基因在高溫脅迫下的表達(dá)量，從而增強(qiáng)植株對(duì)高溫脅迫的耐受性。葉面噴施或根部澆灌相應(yīng)濃度的褪黑素預(yù)處理可以增加高溫脅迫下番茄HSP17. 4、HSP20、HSP20-1、HSP21、HSP70 和HSP90 基因的表達(dá)量，從而提高植株對(duì)高溫脅迫的抵抗力［37-38］。Xia 等［39］研究表明，根部澆灌褪黑素預(yù)處理可以提高高溫脅迫下獼猴桃7 個(gè)HSP70s和3 個(gè)sHSPs 基因的表達(dá)量，從而保護(hù)植株免受高溫脅迫損傷。本研究中，外源褪黑素預(yù)處理可以使高溫脅迫下玫瑰葉片中RhHSP70、RhHSP90 和RhHSP101 基因上調(diào)表達(dá)，說明褪黑素誘導(dǎo)高溫脅迫下HSP 基因的上調(diào)表達(dá)可能是其增強(qiáng)植物耐熱性的重要分子機(jī)制之一。

在前人的研究中，植物經(jīng)外源褪黑素預(yù)處理后可以在一定范圍的脅迫強(qiáng)度和脅迫時(shí)間內(nèi)保持耐高溫狀態(tài)。姚富文［25］對(duì)RWC、REC、MDA 含量和葉綠素含量等耐熱性評(píng)價(jià)指標(biāo)的連續(xù)多次取樣的測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在40 ℃高溫脅迫的1～5 d 內(nèi)，褪黑素預(yù)處理的蘋果葉片相對(duì)于未經(jīng)褪黑素預(yù)處理的蘋果葉片提高了高溫耐受性。王譯等［27］對(duì)MDA 含量以及SOD、POD、CAT 活性等抗氧化指標(biāo)的連續(xù)多次取樣的測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在30 ℃/25 ℃晝夜高溫脅迫的1～8 d 內(nèi)，褪黑素預(yù)處理的生菜葉片相對(duì)于未經(jīng)褪黑素預(yù)處理的生菜葉片提高了抗氧化能力。胡少卿［40］對(duì)RWC 含量、REC 含量、MDA 含量、葉綠素含量、Fv/Fm、Pn、SS 含量、SP含量、Pro 含量、SOD 活性、POD 活性、CAT 活性等耐熱性評(píng)價(jià)指標(biāo)連續(xù)多次取樣的測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在33 ℃/28 ℃和40 ℃/35 ℃這2 種晝夜高溫脅迫的1～4 d 內(nèi)，褪黑素預(yù)處理的菊花葉片相對(duì)于未經(jīng)褪黑素預(yù)處理的菊花葉片提高了高溫抗性。在本研究中，我們通過上述各項(xiàng)耐熱性評(píng)價(jià)指標(biāo)的1次取樣的檢測(cè)結(jié)果表明，在40 ℃高溫脅迫36 h 時(shí)，褪黑素預(yù)處理的玫瑰葉片耐高溫能力高于未經(jīng)褪黑素預(yù)處理的玫瑰葉片。結(jié)合前人的研究成果，我們推測(cè)褪黑素預(yù)處理的玫瑰葉片在40 ℃高溫脅迫36 h 內(nèi)可能保持耐高溫狀態(tài)。但由于植物的耐熱性是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象，其耐高溫表現(xiàn)受到脅迫時(shí)期、脅迫時(shí)長(zhǎng)、脅迫強(qiáng)度以及研究對(duì)象等多種因素的影響，有待于我們進(jìn)一步設(shè)計(jì)試驗(yàn)具體分析褪黑素預(yù)處理緩解玫瑰受到高溫脅迫影響的程度。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，高溫脅迫嚴(yán)重抑制了玫瑰的生長(zhǎng)發(fā)育，而外源褪黑素預(yù)處理能夠緩解高溫脅迫對(duì)玫瑰葉片的傷害，提高了玫瑰對(duì)高溫脅迫的抵御能力。本研究從生理和分子水平闡明了外源褪黑素緩解玫瑰高溫脅迫的機(jī)制，為進(jìn)一步研究褪黑素調(diào)控玫瑰高溫脅迫響應(yīng)的分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。但關(guān)于褪黑素在玫瑰抵御高溫脅迫作用中的其它調(diào)控路徑還有待進(jìn)一步深入研究。此外，還應(yīng)進(jìn)一步深入研究高溫脅迫下外源褪黑素提高玫瑰耐熱性的最適濃度范圍及施用周期，以促進(jìn)生產(chǎn)上的應(yīng)用推廣。

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（編輯：郭玥微）