水杨酸对秦岭高山杜鹃耐热性诱导研究

李小玲，华智锐，杨 萌

(商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000)

水杨酸对秦岭高山杜鹃耐热性诱导研究

李小玲，华智锐，杨 萌

(商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000)

以商洛镇安木王地区的高山杜鹃为试验材料，研究了高温胁迫下外源水杨酸(SA)对秦岭高山杜鹃保护酶(SOD、POD)活性、叶绿素含量、相对电导率、MDA含量等抗热性指标的影响。结果表明：在高温胁迫下，随着SA浓度的增加，叶绿素含量、可溶性糖、SOD活性、POD活性呈现先升后降的趋势，SA浓度为1.0 mmol/L时达到最大值，MDA含量、膜透性呈现先降后升的趋势，在浓度为1.0 mmol/L时达到最小值。由此得知，不同浓度的水杨酸均能有效缓解高温对高山杜鹃幼苗的伤害，并以1.0 mmol/L浓度处理的效果最好。

高山杜鹃；水杨酸；高温胁迫；耐热性

近年来，随着温室效应的加剧，全球气温逐渐升高，高温胁迫严重影响了植物的生长及其体内代谢过程，进而给农业生产造成了一定的损失。研究表明，当高温对植物的伤害超过其自身的调控能力时，植物细胞结构就会发生热损伤，进而导致植物体内活性氧的产生与清除之间的平衡破坏，造成自由基及丙二醛的积累，抗氧化酶活性的变化及膜透性的改变，最终致使细胞内的电解质外渗，严重影响了植物的生存[1]。因此，研究植物高温伤害的生理生化基础及其机理，将有助于我们采取有效的措施减轻高温对植物造成的伤害。

水杨酸(SA)即邻羟基苯甲酸，是植物体内自身合成的一种类似植物激素的简单酚类化合物[2]，参与植物的许多生理过程，具有广泛的生理效应。大量研究表明，除植物内源水杨酸可以抵抗逆境外，通过外施水杨酸也可以调节植物的生长发育，且能诱导植物产生抗逆性[3]。外源水杨酸对植物的生理效应主要表现为调节光合色素的合成、提高植物体内抗氧化酶活性、降低MDA含量及膜脂透性等作用来增强其高温耐性[4]。

高山杜鹃(Rhododendronlapponicum)指杜鹃花科杜鹃花属的所有种类，它与报春、龙胆并称为“世界三大高山野生花卉”，具有较高的观赏价值及药用价值[5]，市场需求量极大，但是野生的杜鹃花资源有限，为了满足药用市场需求及丰富我国园林植物景观和提高其观赏价值，应加大力度对高山杜鹃进行引种栽培，然而杜鹃属植物主要分布在高海拔地带，喜冷凉环境，其生长发育对高温敏感，高温逆境下植物易受到伤害。因此，对该种属植物的引种栽培及其育种中，耐热性诱导成了关键。目前有关杜鹃花的研究主要集中在资源考察、栽培及繁殖技术等方面，而生理方面的研究较少。近年来，水杨酸作为一种植物内源信号分子，参与植物逆境胁迫反应的研究报道较多，如水杨酸在鸡冠花[6]、百合[7]、西葫芦[8]、水稻[9]、银杏[10]、玉米[11]、葡萄[12]、黄瓜[13]的高温胁迫下耐热性研究，但有关外源水杨酸提高高山杜鹃耐热性的研究至今未见报道。因此，本研究以秦岭高山杜鹃幼苗为材料，通过探讨外源水杨酸缓解高山杜鹃高温胁迫的最适浓度，为高山杜鹃引种栽培及园林应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料及试剂

供试验用的高山杜鹃幼苗于2016年3月中旬采自商洛镇安木王国家森林公园海拔1500 m左右的茨沟景区。SA购自西安晶博试剂公司，含量≥99.5%，分析纯AR级。

1.2 试验方法

试验材料的预处理：将从镇安木王森林公园移栽的幼苗栽到直径为15 cm的花盆中，盆基质为腐叶土∶松针土=1∶2，并给予高山杜鹃生长的适宜条件。试验前，将高山杜鹃幼苗置于人工气候箱内进行预处理，温度25 ℃，处理期间定期浇水以保证土壤基质湿润，预处理5 d后进行化学处理，水杨酸浓度分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mmol/L，用配置好的不同浓度的水杨酸溶液均匀喷洒高山杜鹃幼苗叶片，同时以等量的蒸馏水作为对照做同样处理。连续对高山杜鹃叶面喷洒10 d，第11天选取生长状态一致的3株幼苗转入人工气候箱中进行高温胁迫，并设置温度，白天40 ℃，夜晚32 ℃，光照强度10000 lx，处理时间72 h,并分别于胁迫后0、24、48、72 h取生长状态一致的高山杜鹃幼苗叶片进行相关生理指标测定试验。

1.3 指标测定

用蒸馏水将高山杜鹃幼苗的叶片清洗干净，去除主叶脉后进行相关指标测定，叶绿素含量的测定采用丙酮研磨法[14]；可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法；丙二醛(MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸(TBA)检测法[15]，单位为mol/L；超氧化物歧化酶(SOD)活性测定采用比色法[16]；过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法测定，以OD/min变化值表示酶活性大小；膜透性测定采用电导率仪法[17]。试验共设6个处理，每个处理重复测定3次，并求其平均值，采用Excel 2010软件对所测的数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 水杨酸对高温胁迫下高山杜鹃叶片叶绿素含量的影响

叶绿素是绿色植物进行光合作用的重要物质，其含量的高低可以反映逆境对植物的伤害程度。由图1可知，随着高温胁迫时间的延长，处理组中高山杜鹃幼苗叶片中叶绿素的含量均高于对照组，且整体趋势呈现先上升后下降的趋势。且当水杨酸浓度为1.0 mmol/L时，幼苗叶片中的叶绿素含量达到最大值，并且在高温胁迫时间为0、24、48、72 h分别比对照组的叶绿素含量提高了23.9%、28.0%、22.7%、17.7%，表明低浓度的水杨酸处理缓解了高山杜鹃幼苗叶片中叶绿素的降解，并且在浓度为1.0 mmol/L时的效果最好。

图1 水杨酸对高温胁迫下高山杜鹃

2.2 水杨酸对高温胁迫下高山杜鹃叶片可溶性糖含量的影响

可溶性糖是植物细胞抵抗逆境的主要渗透调节物质之一，其在逆境下的大量积累可维持植物体内渗透压的平衡，提高植物的抗逆性。由图2可知，随着高温胁迫时间的延长，植物体内可溶性糖含量不断提高。而在不同浓度水杨酸处理条件下，可溶性糖的含量呈现先上升后下降的趋势，且均高于对照组的可溶糖含量，当水杨酸浓度为1.0 mmol/L时，可溶性糖的含量达到最大值。分别比对照组提高了37.81%、19.06%、38.99%、42.28%。由此可知，通过对高山杜鹃幼苗叶面喷洒一定浓度的水杨酸可有效地提高高山杜鹃幼苗叶片内可溶性糖的积累，维持植物组织渗透势平衡，且在浓度为1.0 mmol/L时的效果最好。

2.3 水杨酸对高温胁迫下高山杜鹃叶片丙二醛含量的影响

植物在高温胁迫下首先会引起植物细胞膜的稳定性下降,细胞膜脂过氧化,最终使得植物体内丙二醛的含量升高。由图3可知，随着高温胁迫时间的延长，经过同一浓度的水杨酸处理，植物体内的丙二醛含量逐渐上升。不同浓度水杨酸处理高山杜鹃幼苗叶片，其丙二醛含量随着浓度的增加呈先降后增的趋势，不同浓度处理的结果均低于对照组，在浓度为1.0 mmol/L时，丙二醛含量达到最小值，之后随着浓度的变化其含量缓慢上升，由此可知，通过对高山杜鹃幼苗叶片喷洒不同浓度的水杨酸可以有效降低植物细胞膜脂过氧化物的积累，从而减少高温胁迫对植物的伤害，并且在浓度为1.0 mmol/L时，效果达到最佳。

图2 水杨酸对高温胁迫下高山杜鹃

图3 水杨酸对高温胁迫下高山杜鹃

2.4 水杨酸对高温胁迫下高山杜鹃叶片超氧化物歧化酶活性的影响

超氧化物歧化酶(SOD)是植物体在逆境环境下清除体内活性氧的重要保护酶，其活性的高低反映了植物在逆境环境胁迫下的适应能力。由图4可知，随着高温胁迫时间的延长，SOD活性呈先上升后下降的趋势，且在24 h时，其酶的活性达到最大值，随后酶活性开始逐渐下降，说明长时间的高温胁迫处理会抑制酶的活性。不同浓度水杨酸处理的超氧化物歧化酶活性均高于对照组。水杨酸浓度为1.0 mmol/L时，超氧化物歧化酶活性最大，且在高温48 h时的活性是对照组的1.5倍，说明适宜的水杨酸浓度可以有效提高超氧化物歧化酶活性，增强其耐热性，减少高温对植物的伤害，并在浓度为1.0 mmol/L时的效果达到最佳。

2.5 水杨酸对高温胁迫下高山杜鹃叶片过氧化物酶活性的影响

过氧化物酶(POD)是植物体内广泛存在的抗氧化系统的保护酶，其酶活性高低直接反映了植物的抗性强弱。由图5可知，在连续3 d的高温胁迫下，随着水杨酸浓度的增高，植物体内过氧化物酶活性呈先上升后下降的趋势，且经水杨酸处理的过氧化物酶活性均高于对照组。当喷洒水杨酸的浓度为1.0 mmol/L时，其效果最佳，在第2天时上升幅度达到最大值，为89 U/(g·min)，表明一定浓度的水杨酸可以有效促进过氧化物酶活性，维持体内活性氧的平衡，减少高温对植物的伤害，并在浓度为1.0 mmol/L时的效果最好。

图4 水杨酸对高温胁迫下高山杜鹃叶片超氧化物歧化酶活性的影响

图5 水杨酸对高温胁迫下高山杜鹃叶片过氧化物酶活性的影响

2.6 水杨酸对高温胁迫下高山杜鹃叶片质膜透性的影响

由图6可知，高温胁迫下，经水杨酸处理可降低高山杜鹃叶片的电解质渗透率，从而缓解高温对膜的伤害。随着高温胁迫时间的延长，处理组的质膜透性整体呈现上升趋势,且最大值出现在第3天。高温胁迫初期，各处理组高山杜鹃的膜透性显著上升，SA浓度为1.0 mmol/L时，其电解质渗透率较其它处理及对照组低，且分别比对照组降低了21.50%、14.70%、10.21%、9.00%，表明一定浓度的水杨酸可以降低高温对高山杜鹃叶片的伤害，并且最适的浓度为1.0 mmol/L。

3 讨论

近年来，由于全球气候变暖，极端天气频繁出现，严重威胁着植物的生理生态过程，主要表现在对植物细胞膜的伤害、抗氧化酶活性的影响，植物体内蛋白质的变性或降解等一系列生理生化变化。大量研究表明：通过外施植物激素类物质可以提高植物的耐热性，减少高温对植物的伤害。水杨酸作为一种外源信号物质提高植物耐热性的研究已成为研究的热点，因此，本试验通过对商洛镇安木王森林公园高山杜鹃叶片喷洒一定浓度的水杨酸且经过长时间连续的高温胁迫，并对高山杜鹃幼苗叶片中叶绿素含量等6项指标的测定来探讨水杨酸对高山杜鹃耐热性的影响。

图6 水杨酸对高温胁迫下高山杜鹃

叶绿素含量与植物光合效率密切相关，同时，植物叶片的损伤状况最能反映高温逆境对植物的伤害程度[18]，可以通过测定植物体内的叶绿素含量来反映植物的伤害程度。本试验表明，在高温胁迫下高山杜鹃幼苗叶片中叶绿素的含量随着水杨酸浓度的增加呈现先上升后下降的趋势，且在浓度为1.0 mmol/L时其含量达到最大值，在同一水杨酸浓度下，植物体内叶绿素的含量随高温时间的延长呈下降趋势，一方面可能是高温通过影响高山杜鹃幼苗叶片中叶绿素合成的中间产物氨基酮戊酸的生物合成，进而影响了植物体内叶绿素的生成量[19]；另一方面可能是高温抑制了合成叶绿素中关键酶的活性，致使叶绿素合成与降解之间的平衡被打破，叶绿素含量减少。表明外源低浓度水杨酸处理能在一定程度上延缓叶绿素含量下降，浓度超过一定程度叶绿素含量反而降低，具体机理还有待进一步探讨。

可溶性糖是植物体内的主要渗透调节物质，具有降低植物细胞水势，增加细胞的保水能力，维持体内水分平衡等作用[20]。在高温胁迫下，高山杜鹃幼苗叶片细胞内积累了大量的可溶性糖来增加细胞溶质浓度，提高渗透压，增强细胞的保水能力提高植物的抗热性。试验结果表明，在高温胁迫下，经不同浓度水杨酸处理的高山杜鹃幼苗叶片内可溶性糖的含量均高于对照组，且呈先上升后下降的趋势，表明水杨酸可促使植物细胞内可溶性糖的积累，降低渗透势，维持细胞膜的完整性，以达到提高高山杜鹃的耐热性减少高温对植物伤害的目的。

超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)是植物细胞抗氧化系统中重要的2种保护酶，两者通过协同作用，共同清除植物体内的自由基，减轻高温下的膜脂过氧化现象[21-22]。本试验表明，经同一浓度水杨酸处理，2种保护酶活性分别在高温胁迫的24、48 h时，达到最大值随后又开始下降，可能是因为长时间的高温胁迫打破了植物体内活性氧的平衡，使得其活性降低。与对照组相比，经水杨酸处理后，2种保护酶活性呈现先上升后下降的趋势，且水杨酸浓度为1.0 mmol/L时达到最大值。

丙二醛(MDA)是植物在逆境环境下细胞膜脂过氧化的产物，它的产生加速膜的损伤。吕俊等[9]研究表明，外施ALA减缓了水稻幼苗体内MDA的积累，缓解了逆境对植物的伤害。本试验中，随高温胁迫时间的延长，丙二醛的含量，电导率的变化随着水杨酸浓度的升高呈先降后升的趋势，并在浓度为1.0 mmol/L时达到最小值，说明一定浓度的水杨酸可降低植物体内丙二醛含量的积累，减少超氧自由基的产生速率，缓解电解质渗出，减少高温对植物的损害。

综上所述，经过对相关生理指标的测定，表明对秦岭高山杜鹃叶面喷洒水杨酸可以在一定程度上提高植物叶片中的抗氧化酶活性，增加可溶性糖含量提高组织渗透势平衡，提高叶绿素的含量，降低丙二醛的积累，减少膜脂过氧化作用，降低电导率，减少电解质外渗，而且当浓度为1.0 mmol/L时，处理效果最佳，建议在农业生产中选取该浓度的水杨酸溶液作为处理液，缓解高山杜鹃的热害现象，为高山杜鹃的引种驯化栽培和耐热育种研究提供参考，但对高山杜鹃其他相关生理指标和不同生长时期耐热性诱导方面还有待进一步研究。

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(责任编辑：曾小军)

Study on Inducement of Heat Tolerance of QinlingRhododendronlapponicumby Salicylic Acid

LI Xiao-ling, HUA Zhi-rui, YANG Meng

(College of Biological Pharmacy and Food Engineering, Shangluo University, Shangluo 726000, China)

The rhododendron (Rhododendronlapponicum) in the Muwang Mountains of Zhen’an, Shangluo was used as experimental material, and the effects of exogenous salicylic acid (SA) on the heat-tolerant indexes such as superoxide dismutase (SOD) activity, peroxidase (POD) activity, chlorophyll content, relative electrolytic leakage, and MDA content of rhododendron under high temperature stress were studied. The study results showed that: under high temperature stress, along with the increase in SA concentration, the contents of chlorophyll and soluble sugar, and the activities of SOD and POD increased first and then decreased, and they reached the maximum value when SA concentration was 1.0 mmol/L; while the MDA content and membrane permeability revealed the trend of decreasing first and then rising, and they reached the minimum value when SA concentration was 1.0 mmol/L. So different concentrations of SA could effectively alleviate the high temperature damage to the seedlings ofRhododendronlapponicum, and 1.0 mmol/L SA had the best effect.

Rhododendronlapponicum; Salicylic acid; High temperature stress; Heat tolerance

2016-07-22

陕西省科技厅项目(2009K01-11)；商洛学院根植地方行动计划项目(gz16015)。

李小玲，女，副教授，硕士，主要从事园林植物生理生态研究。

Q949.772.3

A

1001-8581(2017)01-0016-05