杨雨华 宗建伟 王健胜 刘沛松 杨风岭

(平顶山学院低山丘陵区生态修复重点实验室，平顶山，467000) (中国林业科学研究院) (平顶山学院)

植物在长期的进化过程中，为了适应环境变化，逐渐形成了一套完整的对外界刺激的反应机制(包括对外界刺激的感受、信号的放大、传输及应答)，从而引起相应的生理指标变化［1］。在众多胁迫因子中，温度对植物的生长发育有着十分重要的影响，也是植物自然地理分部的主要限制因素。适宜的温度是植物生长的必要条件，而过高或过低的温度会对植物的发育过程产生不利影响。研究植物对温度胁迫的生理生化响应(如渗透物资的积累、抗氧化酶系统的变化、光合性能的调节等)，能够揭示植物适应温度逆境的生理机制，为植物的引种栽培、良种选育提供理论支持［2-3］。

杜仲(Eucommia ulmoides)是我国特有的孑遗树种，单属单种，具有重要的开发利用价值［4］。国内外学者对杜仲品种选育、生理生化、遗传特性及栽培技术做了大量工作，其中对生理生化的研究多集中在杜仲胶及有效药用成分等方面［5-9］，而关于环境因子尤其是温度因素对杜仲生理特性影响的研究较少。本研究以杜仲的3 个无性系为材料，研究高温胁迫下渗透物质和保护酶系统以及光合参数的变化，探讨高温条件下不同无性系的抗逆性差异，为筛选优良杜仲品种提供生理依据。

1 材料与方法

试验在西北农林科技大学苗圃大棚温度控制室进行。2010 年3 月利用营养杯播种育苗(营养土为腐殖质、生土和沙子，三者比例为1 ∶1 ∶1)，2012 年3 月选择长势良好的植株进行嫁接，每盆3 株，每个无性系嫁接10 盆;2012 年9 月选取高约30 cm、长势一致的3 个无性系(无性系1、无性系2、无性系3)放入恒温培养箱中进行不同的温度处理。3 个无性系均设置高温(无性系1-1、无性系2-1、无性系3-1)处理(昼/夜温度为45 ℃/35 ℃)和对照(无性系1-2、无性系2-2、无性系3-2)处理(昼/夜温度为25 ℃/15 ℃)，时长均为12 h/12 h［10］。在处理期间，对各无性系每天18:00 浇水至透，控制光合有效辐射为1200 μmol·m-2·s-1，空气湿度为60%。

生理指标的测定:分别在0、2、4、6、8、10 d 时，取各无性系叶片进行生理指标的测定，主要包括脯氨酸(Pro)质量分数、丙二醛(MDA)质量分数、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性等。每个无性系选择3 株取样，测量3 次，取平均值。利用陈建勋［11］的方法测定脯氨酸和丙二醛的质量分数，利用高俊凤［12］的方法测定超氧化物歧化酶和过氧化物酶的活性。

利用Li-6400 光合仪进行光合参数的测定，主要包括净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2摩尔分数(Ci)、蒸腾速率(Tr)等光合指标［13］。每个无性系选择3 株，每株选择顶端以下的第5 片完整叶子进行活体测量，每片叶子测量10 次，取平均值。试验数据利用EXCEL2007 和SPSS18．0 进行分析。

2 结果与分析

2．1 高温胁迫对杜仲幼苗Pro 和MDA 质量分数的影响

由图1 可知，高温胁迫会使杜仲幼苗叶片中的脯氨酸的质量分数显著提高(P＜0．05)，但是不同无性系提高幅度不同。在前2 d 的高温处理中，各无性系脯氨酸的质量分数略有提高，但并不明显。2 d后，3 个无性系脯氨酸的质量分数迅速增加，几乎呈现线性增长趋势，各对照的脯氨酸质量分数分别为高温条件下的61．8%、63．3%和56．6%。不同无性系之间，脯氨酸的质量分数在相同温度下差异不显著。当植物遭遇高温胁迫时，植株为防止细胞脱水而受损，会提高体内脯氨酸的质量分数;同样，为防止遭受冷害或冻害的侵袭，植株也通过增加脯氨酸的质量分数适应环境温度变化。但低温条件下，植株生理生化活动减弱，脯氨酸的质量分数比高温条件下的低。

图2 表明，不同无性系的杜仲幼苗在高温胁迫下，丙二醛的质量分数呈显著增加(P＜0．05)，但不同无性系间有较大差异。在处理的前4 d 中，各无性系的丙二醛的质量分数稍有增加，变化幅度不大。第4 d 后，无性系1 在高温条件下，丙二醛的质量分数迅速增加，但在第6 d 开始出现下降趋势，第8 d达到一个波谷，然后又迅速增加;各对照中的丙二醛的质量分数变化趋势与高温处理基本一致，但丙二醛的质量分数远低于高温胁迫，第8 d 后增幅不明显。无性系2 和无性系3 在高温胁迫下，丙二醛的质量分数均不断增加，但无性系3 在处理后期增幅不显著。在处理第10 d 时，3 个无性系对照植株的丙二醛的质量分数分别为高温条件下的42．9%、79．4%和70．5%。可以推测，高温胁迫会使杜仲幼苗细胞膜受损，不利于植株的生长。

图1 高温胁迫下Pro 质量分数的变化趋势

图2 高温胁迫下MDA 质量分数的变化趋势

2．2 高温胁迫对杜仲幼苗SOD 和POD 活性的影响

图3 表明，不同无性系在高温胁迫下，超氧化物歧化酶活性变化差异较大(P＜0．05)。无性系1 在高温处理下，超氧化物歧化酶活性迅速增加，到第6 d 开始下降，第8 d 又开始上升，对照无性系则一直处于增长趋势。无性系2 在高温处理中，超氧化物歧化酶活性呈现先降后增的趋势，第4 d 达到最低值，而对照中超氧化物歧化酶活性一直上升。无性系3 在高温处理中，超氧化物歧化酶活性的变化趋势与无性系2 类似，但其最低点提前，在第2 d 达到波谷位置，对照则呈现稳定地增长趋势，在4～6 d 有一个小幅度的下降过程。在第10 d，对照中的3 个无性系超氧化物歧化酶活性均高于高温处理。

由图4 可知，高温胁迫使杜仲幼苗过氧化物酶活性发生显著变化(P＜0．05)。高温胁迫下，3 个无性系叶片过氧化物酶活性呈下降趋势。对照处理中，3 个无性系过氧化物酶活性先降后升，其中无性系1 和无性系2 在第2 d 开始上升，而无性系3 的过氧化物酶活性的下降趋势持续到第6 d 才开始上升。第10 d，各无性系高温条件下过氧化物酶活性远低于对照处理。说明温度过高会抑制植株体内过氧化物酶的活性。

图3 高温胁迫下SOD 活性的变化趋势

图4 高温胁迫下POD 活性测定

2．3 温度胁迫对杜仲幼苗光合作用的影响

由表1 可知，无论是高温胁迫还是对照，处理后杜仲幼苗光合速率均会显著下降(P＜0．05)。相对于处理前，高温条件下3 个无性系的净光合速率分别下降了37．6%、33．3%和30．2%，对照的3 个无性系的净光合速率分别降低了43．2%、47．9%和55．6%。说明杜仲幼苗在高温条件下的光合能力略高于对照条件。

高温处理会使杜仲幼苗气孔导度减小。相比于处理前，高温胁迫条件下3 个无性系的气孔导度下降幅度不大(P＞0．05)，分别为11．2%、9．8%和12．1%，而对照各无性系的气孔导度下降幅度较大(P＜0．05)，分别为40．1%、32．5%和49．1%。这与不同温度下杜仲幼苗的净光合速率变化趋势基本一致。

高温处理均会使杜仲幼苗胞间CO2的摩尔分数增大。相比于处理前，高温胁迫条件下3 个无性系的胞间CO2的摩尔分数的均显著增高(P＜0．05)，增大幅度分别为7．01%、8．18%和7．71%，而对照各无性系的胞间CO2的摩尔分数同样显著增高(P＜0．05)，增大幅度分别为15．1%、13．6%和6．38%。说明高温会对杜仲幼苗的光合作用有一定得抑制作用，而对照条件则会严重阻碍杜仲幼苗光合作用的进行。

不同温度处理均会使杜仲幼苗蒸腾速率产生不同的变化。相比于处理前，高温胁迫条件下各无性系的蒸腾速率显著上升(P＜0．05)，增长幅度分别为58．3%、78．3%和40%，而对照则会使蒸腾速率减弱(P＜0．05)，3 个无性系降幅分别为28．4%、33．3%和38．0%。说明高温会加快植株的蒸腾速率，而对照条件下植株的蒸腾速率降低。

表1 杜仲光合参数对温度胁迫的响应

3 结论与讨论

植物处于不同温度时，代谢机制可能发生相应的变化［14-15］，比如，通过增大细胞膜透性、增加活性氧及抗氧化酶质量分数等，以应对不利环境。

在渗透调节物质中，游离脯氨酸是植物抵抗和防御逆境胁迫的重要生理机制，脯氨酸可以促进蛋白质水合作用，增加蛋白亲水面积，进而增加可溶性蛋白［16-17］。大多数植物为了抵御逆境，体内脯氨酸的质量分数会迅速增加，以增强植物的抗逆性。本试验中，杜仲幼苗在高温胁迫下，叶片中的脯氨酸的质量分数均会提高，且呈现线性增长趋势，这与李招弟［18］和曾德静［19］的研究结果一致。杜仲在面临不同的温度胁迫时，均会以增加脯氨酸的质量分数的方式度过不利环境，防止细胞脱水或者遭受冷害或冻害的侵袭。丙二醛是膜脂过氧化的主要产物之一，可以反映膜损伤的程度［20］。丙二醛的质量分数越高，质膜受损越严重［21］。不同无性系的杜仲幼苗在不同温度处理下，丙二醛的质量分数均呈增加趋势，但不同无性系之间有较大差异。无性系1 在高温条件下，丙二醛的质量分数呈起伏变化趋势，且基本保持较高水平。孟聪睿［22］在研究高温胁迫对樱桃的影响时也得出相似结论。由此可知，高温胁迫会使杜仲幼苗细胞膜受损，透性改变，不利于植株的生长。

在逆境胁迫下，植物体内活性氧代谢失调、自由基逐步积累，引起生理代谢紊乱，损伤细胞结构［23］。超氧化物歧化酶和过氧化物酶是植物重要的保护酶系统［24-25］。不同无性系在高温胁迫下，超氧化物歧化酶活性变化差异较大。3 个无性系叶片中，在高温处理条件下，过氧化物酶活性均呈下降趋势。说明植株体内过氧化物酶的活性易受高温影响，温度过高会严重抑制其活性，甚至使过氧化物酶失活。研究表明，植物抗逆性的大小与保护酶的抗氧化能力密切相关。高温胁迫下月季品种超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性下降，但耐热品种活性比不耐热品种高，不耐热品种抗氧化酶活性下降更为明显［26］，与本研究的结果一致。

净光合速率能够直接体现植物光合系统的功能大小，是植株光合作用能否正常进行的指标［27］。植物以气孔为通道与大气交换水和CO2，决定着植物的光合速率和蒸腾速率［28］。高温和对照处理均会使杜仲幼苗光合能力降低，但杜仲幼苗在高温条件下的光合能力略高于对照。杜仲幼苗通过关闭气孔、减弱光合作用度过不良环境。

综上所述，在高温胁迫下杜仲幼苗会产生一系列生理响应(如渗透调节物质、保护酶活性和光合参数发生相应的变化)，以减轻温度胁迫对幼苗的伤害［29］。脯氨酸和丙二醛的质量分数、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性以及光合参数，在不同无性系之间具有一定程度的差异性，可以为杜仲抗逆性选择育种提供一定的参考。

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