李澳旋，吕振涛，林奕翰，马瑞冰，秦香楠，薄贺匀，乔永刚

（山西农业大学 生命科学学院，山西 太谷 030801）

药用蒲公英（Taraxacum officinaleF.H.Wigg.）为菊科蒲公英属多年生草本，花朵呈鲜亮黄色，种子为浅黄褐色瘦果，是重要的药食同源植物[1]。蒲公英干燥全草入药，含有多种化学成分且功能多样化，可清热解毒、消肿散结、利尿通淋[2]。蒲公英环境适应性强，喜光较耐阴，短日照高温条件下有利于抽薹开花,光照条件好有利于茎叶的生长[3]。其在山坡草地、路边等均有广泛分布，萌发适温为15~25℃，叶生长适温为20~22℃，因此，土壤温度高于30℃可能导致种子发芽缓慢，植株生长发育停滞或死亡[4]。近年来，蒲公英市场需求量增大，药用蒲公英作为中药材蒲公英主要基原物种，其规模化种植范围日益增大[3]。种苗质量归属于易被多因素影响的数量性状，夏季酷热环境易影响药用蒲公英生产过程，导致其产量和品质降低。高温胁迫成为影响植物生长发育的因素之一[5]。

高温胁迫影响植物的生长发育及代谢过程，表现在植株形态结构、光合作用、膜损伤、抗氧化物保护酶活性及渗透调节物质含量等方面[6-7]。不同时长的高温胁迫会使植物幼苗产生不同的形态变化，如叶缘卷曲、叶片失水、植株萎蔫等[8]。崔庆梅等[9]研究了高温胁迫时间对黄瓜幼苗生理生化及光合作用的影响。高温胁迫会使植物叶片气孔关闭，光合器官受损，光合相关酶活性降低，影响其光合能力[10]。通过叶绿素荧光参数可以检测植物高温胁迫条件下光合能力的变化[11]。张俊波等[12]对野扇花进行32 d的高温胁迫并比较了其植株生长及叶中生理生化指标和极性代谢产物含量的变化，发现长期高温胁迫对植株极性代谢产物积累影响很大。高温胁迫时，植物生物膜系统会受到损伤，过氧化程度增加，细胞液外渗，丙二醛（MDA）含量和电导率发生变化[13]。同时，植物体内活性氧（Reactive oxygen species，ROS）的动态平衡被打破，超氧自由基（O2-）和过氧化氢（H2O2）迅速增加，体内保护酶大量积累，保护细胞免受伤害[14-15]。此外，植物体内会产生渗透调节物质（如甜菜碱、脯氨酸、糖类等）来维持植物体内的水分平衡，保证细胞的正常生理功能[16]。

目前，药用蒲公英的研究多聚焦在药理[17]、耐盐性[18]等方面，乔永刚等[19]对其高低温胁迫下最适内参基因及相关基因表达分析进行了研究。但药用蒲公英在胁迫导致的直观表型以及耐高温机制解析方面研究较少。药用植物经历长期胁迫与适应过程，逐渐积累药用所需要的次生代谢产物，但仍需深入研究。本研究探究药用蒲公英幼苗在高温胁迫下的生理响应，为研究其逆境栽培和抗热机理提供参考，也为采取适当的栽培管理措施降低高温影响提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验所用材料为铭贤1号药用蒲公英。2019年5月于山西农业大学天然药用植物资源圃（N37°25′，E112°34′）采收种子，由山西农业大学赵晓明教授鉴定。挑选籽粒饱满的种子，播种于装有营养土和蛭石（营养土∶蛭石=1∶1（V/V））的营养钵（口径10 cm，底径8 cm，高9 cm）中，于适宜环境的人工气候室中培养（昼温（25±2）℃，夜温（20±2）℃，相对湿度65%，光照强度12 000 lx，光周期为光照16 h/黑暗8 h），出苗后每营养钵定苗1~2株，在6~7叶期进行高温胁迫试验。

1.2 高温胁迫试验

2019年6月在山西农业大学生命科学学院选取长势一致且生长良好的药用蒲公英幼苗于BSC-250恒温恒湿培养箱（上海右一仪器有限公司）进行高温胁迫试验，即38℃下光照强度12 000 lx，光照16 h/黑暗8 h，相对湿度65%分别处理0（对照）、3、6、12、24、48 h，每组10株。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 叶绿素荧光参数的测定 利用荧光测定仪（OS5p+）检测药用蒲公英幼苗第二节位叶片叶绿素荧光参数。实际光化学量子产量（PSⅡactual photochemical quantum yield，ΦPSⅡ）和相对电子传递速率（Relative electron transport rate，ETR）直接利用OS5p+测定。初始荧光值（Initial fluores-cence，Fo）、最大光化学量子产量（Variable fluores-cence/maximal fluorescence，Fv/Fm）、PSⅡ潜在光化学效率（Variable fluorescence/initial fluorescence，Fv/Fo）测定时，先进行暗适应30 min后再进行测量；非光化学淬灭（Non-photochemical fluorescence quenching，NPQ）根据文献[20]进行计算。每个处理5次重复。

1.3.2 抗氧化酶活性的测定 采用马蕾等[21]方法，测定药用蒲公英幼苗叶片保护酶过氧化物酶（Per-oxidase，POD）、过氧化氢酶（Catalase，CAT）及超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性，每个处理3次重复。

1.3.3 丙二醛、相对电导率及脯氨酸的测定 参照李珍等[22]方法，测定丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量、相对电导率大小及脯氨酸含量，每个处理3次重复。

1.4 数据分析

数据处理和显著性分析采用Microsoft office 2016和SPSS 26.0软件，利用Origin 9作图。

2 结果与分析

2.1 高温胁迫对药用蒲公英形态的影响

形态结构的变化是植物最直观的表现，可以直接反映出植物受胁迫后的生长状况。从图1可以看出，高温胁迫后药用蒲公英幼苗植株形态发生变化，并且胁迫时间越久，叶色失绿、叶缘卷曲、植株萎蔫，不能保持挺立的现象越严重。

2.2 高温胁迫对叶绿素荧光特性的影响

采用荧光测定仪（OS5p+）检测药用蒲公英幼苗叶片叶绿素荧光参数。Fo可以反映植物受损程度，其大小与受破坏程度成正比，与0 h相比，3 h Fo呈下降趋势，表明短时间高温可促进药用蒲公英生理活动，3~48 h内Fo整体呈上升趋势，在24 h达到最大值（图2），说明长时间高温胁迫使幼苗受到损伤。高温胁迫下Fv/Fm和Fv/Fo整体呈现下降趋势（图2），说明此时高温胁迫可增强药用蒲公英光抑制程度，损害PSⅡ光能转化率。与0 h相比，6 h NPQ上升并达到最大值，说明药用蒲公英有防高温损伤能力，6~12 h下降，之后轻微上升。胁迫6 h ΦPSⅡ下降，6~24 hΦPSⅡ有轻微升高趋势，24 h后急剧下降，说明药用蒲公英可耐受高温胁迫，并在一定时间内维持较强的光合能力。药用蒲公英幼苗ETR整体先上升后下降，6 h最大，48 h最小，说明高温影响药用蒲公英叶片内部光合效应。

2.3 高温胁迫对药用蒲公英幼苗生理指标的影响

2.3.1 高温胁迫对抗氧化酶活性的影响 测定不同高温胁迫时间抗氧化酶活性，结果表明（图3），与0 h相比，叶片POD先升高后降低，24 h达到最高，48 h降低；CAT也有类似变化，但在12 h最高，SOD活性在高温胁迫6 h达到最小值，但随着胁迫时间延长，SOD活性出现上升后略有下降，在48 h内总体呈波动下降。短时间的高温胁迫下药用蒲公英为保护自身生命活动的正常进行，增强抗氧化酶活性，加快物质代谢，使植物免受重度损伤。

2.3.2 高温胁迫对丙二醛、相对电导率、脯氨酸含量的影响 对不同高温胁迫时间下药用蒲公英的MDA含量、相对电导率和脯氨酸含量进行测定。由图4可知，MDA、相对电导率基本呈升高的趋势，说明药用蒲公英叶片细胞膜受到损伤，且细胞膜破坏越来越严重，膜通透性发生变化，细胞内含物外渗。脯氨酸含量呈先升高后降低的趋势，6 h时达到最大，之后下降，说明脯氨酸在药用蒲公英抗高温机制中发挥一定的作用。

3 结论与讨论

本研究表明，持续38℃高温48 h胁迫使药用蒲公英幼苗叶色失绿、叶缘卷曲、植株整体萎蔫现象严重，植株不能正常生长，幼苗光合能力下降，生物膜系统受到损伤，结果也显示，不同高温胁迫时间下，叶片POD、CAT及脯氨酸均先升高后降低。

药用蒲公英幼苗对高温胁迫的各项生理指标响应表明，植株在胁迫下表现出一定的抵抗逆境能力，与崔庆梅等[9]黄瓜幼苗高温胁迫研究结果一致。高温可以通过影响植物体内叶绿素含量间接影响植物光合作用[23]。随着高温胁迫时间延长，植物体内叶绿素被光解，含量逐渐减少，导致植物的光合作用减弱[24]。本研究中高温胁迫下药用蒲公英幼苗Fo上升，Fv/Fm、Fv/Fo呈下降趋势，这与高温处理下番茄[25]荧光特性的研究结果基本一致。ΦPSⅡ用于估计PSⅡ反应中心吸收光量子的比例，可反映光合作用的强弱，本研究中药用蒲公英幼苗在高温胁迫6 h，ΦPSⅡ下降，可能是药用蒲公英持续6 h高温后，为抵御高温损伤，关闭部分PSⅡ反应中心，致使叶片光合作用能力降低。6~24 h内，ΦPSⅡ有轻微上升趋势，此时药用蒲公英已逐渐适应高温环境，之后ΦPSⅡ急剧下降，说明24 h高温胁迫后，PSⅡ反应中心可能被严重破坏，有机物质合成减少，蓝莓[10]在高温胁迫下也有类似变化。景天属植物[26]遭受高温胁迫后，ETR会下降，与本研究ETR的变化趋势一致。

有研究表明[27]，ETR与ΦPSⅡ变化趋势一致，但本研究二者没有一定的关联性，可能是由于药用蒲公英不同胁迫时间的光量子通量密度（photon flux density，PPFD）不同导致的差异。植物遭受胁迫时，其自我保护机制会被激发[28]。本研究中药用蒲公英的NPQ在高温胁迫前期升高，是因为药用蒲公英可以通过增加热量散失，保护光合器官，提升光合能力；胁迫后期NPQ下降是由于药用蒲公英叶片无法将光能转化的热能有效散失，使叶片细胞中细胞结构受到热损伤，冬小麦[29]的NPQ在高温胁迫中有相似的变化趋势；在胁迫12~48 h中，NPQ有较小幅度升高，可能是因为经过一段时间的高温胁迫，药用蒲公英幼苗具有了一定的耐热能力，猜测植物的这种保护机制与耐热性相关，这与耐热性杜鹃[30]研究结果相似。

高温胁迫会增加药用蒲公英脂质过氧化程度和氧化损伤程度，积累MDA和增加电导率，药用蒲公英可以通过提高抗氧化酶活性清除ROS，增强细胞膜保护系统，减弱膜脂过氧化；此外，药用蒲公英会积累一些有机分子，如脯氨酸，以保持高渗透压，并确保其仍能从土壤中吸收水分，提高药用蒲公英的耐热性[31]。植物受到非生物胁迫时，体内抗氧化酶系统会发生明显变化[32]，体内H2O2含量会不断积累，本研究中高温胁迫初期药用蒲公英叶片POD和CAT活性不断升高，可能是因为药用蒲公英体内H2O2含量不断增加，出于保护性应激反应，保护酶活性呈现出短暂的上升趋势，与牧草[33]在高温逆境和小麦[34]在高温干旱胁迫下POD和CAT活性变化趋势相同。胁迫后期酶活性下降可能是由于长时间的胁迫使药用蒲公英细胞结构遭到破坏，使得酶的合成途径受阻[35]。植物体内MDA含量的多少和相对电导率变化可以反映膜系统受损伤程度[36]，本研究MDA含量和相对电导率变化趋势相同，说明二者可共同反映药用蒲公英膜系统受损状况。植物体内渗透调节物质的含量直接反映植物的抗逆能力，脯氨酸可以作为氮源、蛋白质和细胞结构保护剂，防止植物水分散失和提高原生质胶体的稳定性，当植物在遭受胁迫时会提高渗透调节物质脯氨酸的积累来减缓自身所受到的危害，增强植株的抗逆性[37]。本研究中脯氨酸含量在胁迫初期升高，但在高温胁迫后期，药用蒲公英脯氨酸含量降低，可能是因为高温胁迫时间长、强度大，使药用蒲公英细胞被严重破坏，导致脯氨酸不能正常合成，从而在植物体内含量显著下降，与枇杷果皮[38]高温胁迫下脯氨酸变化趋势一致。

本试验目前进行了药用蒲公英幼苗高温胁迫的表型及相关生理指标的检测分析，为后续植物抗性生长代谢合成相关基因研究奠定基础，为后续开发药用蒲公英抗性品种提供可能。