油菜素内酯对秦岭高山杜鹃耐热性的影响

李小玲，华智锐，李 静

(商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000)

油菜素内酯对秦岭高山杜鹃耐热性的影响

李小玲，华智锐，李 静

(商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000)

以野生高山杜鹃幼苗为试材，研究不同质量浓度[0(对照)、0.05、0.10、0.50、1.00、1.50 mg/L]油菜素内酯(BR)对高山杜鹃热害指数及生理生化指标的影响。结果表明：在高温胁迫下，随着BR质量浓度的增加，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及脯氨酸、可溶性蛋白含量均呈现先升后降的趋势，且BR质量浓度在0.5 mg/L时脯氨酸含量、可溶性蛋白含量最高分别为32.8 μg/g、2.5 mg/g，SOD、POD、CAT活性最高分别为89.6、84.5、25.5 U/g；MDA含量呈现先降后升的趋势，且BR质量浓度在0.5 mg/L时效果最为明显，MDA含量在高温胁迫72 h比对照组降低40.49%；不同质量浓度BR均能降低热害指数，缓解高温对高山杜鹃幼苗的伤害。BR质量浓度为0.50 mg/L时对高温胁迫下高山杜鹃各项生理生化特征有较好的缓解作用，可减轻高温对杜鹃的热伤害，提高其耐热性。

油菜素内酯； 高山杜鹃； 高温胁迫； 耐热性

植物在生长发育过程中会受到各种非生物因子的胁迫，其中温度是影响植物生理过程的重要生态因子之一[1]。研究表明，在高温逆境条件下，植物体内光合作用受到抑制，细胞膜损伤，细胞老化死亡，细胞内蛋白质降解或变性等[2]。当高温损伤超过植物本身的防御能力时，植物就会表现出外部形态上的热害症状和生理生化特征变化[3]。近年来，随着全球气候变暖，极端天气的频繁发生，影响了植物的生理生态过程，给农业生产造成了一定的损失，因此，寻求简单有效的防御措施显得迫在眉睫。研究表明，化学控制技术作为一种简单有效的方法，可通过激素类化合物等信号物质诱导抗性基因表达，提高植物体内保护酶活性，降低丙二醛(MDA)含量，缓解逆境对植物的伤害[4-5]。油菜素内酯(BR)是一种新型、无毒的天然植物激素，广泛存在于植物的花粉、种子、茎、叶等器官中，其作用机制类似于生长素，在植物生长发育中起着重要的调节作用[6]。研究表明，BR在提高植物抗逆性方面有着重要作用，具体表现为抗旱、抗盐、抗氧化、抗高温能力[7-10]。此外，BR可作为信号分子增强水稻、番茄、甜瓜、无柄小叶榕、猕猴桃幼苗以及浙贝母等[11-16]的耐热性，提高植物或农作物的产量和品质。

杜鹃花是指杜鹃花科杜鹃属(Rhododendron)的所有种类，它不仅是世界三大高山野生花卉之一，同时也是世界园林最为著名的观赏植物和中国传统的十大名花之一。秦岭野生的杜鹃花属植物以其丰富的资源、优美的姿态、艳丽的花色著称，具有极高的观赏价值，部分品种果实可以食用，枝叶可以入药，开发利用价值较高[17-18]。高山杜鹃一般生长在海拔1 500～2 900 m，喜欢冷凉环境，耐高温性不强，在高温条件下易受伤害。目前，由于全球气候变暖，严重影响高山杜鹃的生长，但迄今为止对于高山杜鹃的研究主要集中在资源调查、引种栽培管理方面，对其生理方面的研究较少，且有关BR在高山杜鹃耐热生理方面的研究尚未见报道。为寻求有效提高高山杜鹃耐热性的新途径，以秦岭杜鹃花幼苗为材料，探讨高温胁迫下BR对高山杜鹃幼苗生理特性的影响，旨在为秦岭高山杜鹃引种栽培及耐热性育种提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料和试剂

所用高山杜鹃幼苗于2016年3月中旬采自商洛镇安木王国家森林公园海拔1 500 m左右的茨沟杜鹃花景区；BR购自西安晶博有限公司，含量≥95%，为分析纯试剂AR级。

1.2 试验方法

1.2.1 材料预培养 预处理：将所采集的高山杜鹃幼苗移栽至直径15 cm左右的花盆中进行预培养，设置的培养温度为20 ℃，培养1周左右，期间每天傍晚喷洒0.1%～0.5%的硫酸亚铁水溶液以保持土壤湿润。然后选取生长一致的幼苗用于试验。

1.2.2 试验设计 用少量无水乙醇溶解再加Tween-80溶液配制质量浓度为0.05(T1)、0.10(T2)、0.50(T3)、1.00(T4)、1.50 mg/L(T5)的BR溶液，以相同浓度无水乙醇加Tween-80溶液为对照(CK)。每天17：00喷洒高山杜鹃幼苗叶面。每种药剂重复3次，每次重复设3株苗。

喷洒10 d后，采用人工模拟气候法对幼苗进行高温胁迫。温度设为白天40 ℃/夜晚32 ℃，光照强度10 000 lx，处理时间96 h，每间隔24 h测定1次相关生理指标。将植株取出后，立即剪下适宜的叶片，洗净，然后用蒸馏水冲洗，取出主叶脉后，剪碎，用于测定超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、MDA含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量等生理指标。

1.2.3 生理指标的测定 脯氨酸含量的测定参照朱广廉等[19]的茚三酮法，MDA含量的测定参照张志良等[20]的硫代巴比妥酸法，SOD活性的测定参照李合生[21]的氮蓝四唑(NBT)光还原法，POD活性的测定参照郝再彬等[22]的愈创木酚显色法，CAT活性的测定参照高俊凤[23]的紫外光谱法，可溶性蛋白含量的测定参照高俊凤[23]的考马斯亮蓝G-250法。

1.2.4 热害指数的计算 高温处理期间对高山杜鹃生长状况进行观察，并分级记录高温对杜鹃幼苗的伤害程度。高温伤害程度分为5个级别，其中0级指无热伤害症状；1级指1～2片叶子开始变黄变枯；2级指2～4片叶子黄化，1片枯死；3级指2片叶枯死；4级指2片叶以上枯死；5级指整株枯死。通过公式计算热害指数[24]，热害指数=(∑热害级数×相应株数)/(最高级数×总株数)。

1.3 数据处理

用Excel 2010进行数据统计，用SPSS 17.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度BR对高山杜鹃叶片脯氨酸含量的影响

由图1可知，随着高温胁迫时间的延长，脯氨酸含量呈现先缓慢上升再下降的趋势，但各处理组的脯氨酸含量有明显的差异。高温胁迫起始时，各处理组与对照组的脯氨酸含量水平较低，均处于10 μg/g左右,高温胁迫48 h后对照、T1、T2、T3、T4、T5处理组的脯氨酸含量上升至20.8、25.6、27.9、32.8、29.7、23.8 μg/g,其中 0.50 mg/L BR效果最明显，与对照组差异显著(P<0.05)。由此可知，BR能有效促进高山杜鹃叶片脯氨酸的积累，提高植物耐热性。

图1 高温胁迫下BR对高山杜鹃叶片脯氨酸含量的影响

2.2 不同质量浓度BR对高山杜鹃叶片MDA含量的影响

由图2可知，随着高温胁迫时间的延长，MDA含量一直呈缓慢上升趋势，说明高温逆境下细胞质膜发生了过氧化作用，引起质膜正常的生理功能发生紊乱。经不同质量浓度BR处理过的试验组高山杜鹃幼苗MDA含量在同一时间均低于对照组，说明适宜浓度的BR可缓解高温胁迫引起的MDA含量的升高，不同质量浓度BR对高山杜鹃幼苗MDA的影响程度不同，就同一时间来说，随着BR质量浓度的增大，MDA含量呈先下降后上升的趋势，在整个处理过程中，0.50 mg/L BR处理效果最为明显，在72 h相对于对照组降低的比例最大，为40.49%。

图2 高温胁迫下BR对高山杜鹃叶片MDA含量的影响

2.3 不同质量浓度BR对高山杜鹃叶片SOD、POD、CAT活性的影响

由图3—5可以看出，随着高温胁迫时间的延长，3种抗氧化酶的活性呈先上升后下降的趋势，这说明高山杜鹃幼苗对高温胁迫的反应比较明显。不同质量浓度BR处理均显著提高了3种抗氧化酶的活性，且与对照组差异显著(P<0.05)，其中 BR为0.50 mg/L时效果最好，且SOD、POD活性均在72 h达到最大值，分别为89.6、84.5 U/g,CAT活性在48 h达到量大值(25.5 U/g)。

在高温胁迫0～72 h，BR处理组的SOD活性一直处于上升趋势，之后开始下降，但与对照组有明显不同的是，对照组在48 h后SOD、POD活性开始降低。在0～24 h内对照组与BR处理组差异不显著，但在24 h后对照组与BR处理组差异显著(P<0.05)。SOD活性表现为0.50 mg/L处理>1.00 mg/L处理>0.10 mg/L处理>0.05 mg/L处理>1.50 mg/L处理>CK，表明BR为0.50 mg/L时效果最好。不同质量浓度BR对高山杜鹃幼苗POD活性的影响与SOD相同。由此说明高温胁迫下，适宜浓度的BR可提高SOD、POD活性，增强植物耐热性。

图3 高温胁迫下BR对高山杜鹃叶片SOD活性的影响

图4 高温胁迫下BR对高山杜鹃叶片POD活性的影响

图5 高温胁迫下BR对高山杜鹃叶片CAT活性的影响

由图5可知，在整个高温胁迫过程中，BR处理组的CAT活性在不同时间段总体上高于对照组，且在高温胁迫0～48 h内，BR处理组的CAT活性一直处于上升趋势，在48 h达到最大值，之后开始下降，对照组CAT活性也在48 h后开始降低。就同一时间来说，随着BR质量浓度的增大，CAT活性呈先上升后下降的趋势，但在高温胁迫48 h，对照组与处理组差异显著(P<0.05)；高温胁迫96 h，当胁迫压力超过植物所能承受的极限时，高温会破坏酶的活性中心，通过改变酶的结构或抑制酶的表达，使得酶活性下降。由此认为，适宜质量浓度的BR可提高CAT活性，这与万正林等[12]的研究结果不同。

2.4 不同质量浓度BR对高山杜鹃叶片可溶性蛋白含量的影响

由图6可知，随着高温胁迫时间的延长，与对照组相比，BR试验组高山杜鹃幼苗可溶性蛋白含量呈现缓慢上升趋势，并且在同一时间BR试验组的可溶性蛋白含量均高于对照组，说明在高温胁迫下BR可明显提高蛋白质的合成能力，有效维持其稳定性。不同质量浓度BR对可溶性蛋白含量的影响程度是不同的，就同一时间来说，随着BR质量浓度的增大，可溶性蛋白含量呈先上升后下降的趋势，其中，以0.50 mg/L BR处理效果最好，在96 h可溶性蛋白含量最高，为2.5 mg/g,相对于对照组升高的幅度最大，为54.32%。

图6 高温胁迫下BR对高山杜鹃叶片可溶性蛋白含量的影响

2.5 不同质量浓度BR对高山杜鹃热害指数的影响

逆境条件下，植物外部形态特征的变化可作为衡量植物抗逆能力强弱的指标。随着高温的延续，高山杜鹃外部形态发生了明显的变化，由图7可知，各BR处理组的变化趋势与对照组相似，对照组热害指数较高，而外施0.50 mg/L BR可显著降低高山杜鹃的热害指数。以对照组为例，在高温胁迫24 h，植物叶片失水现象明显提高；在48 h，植物表现为基部叶片边缘和叶片尖端开始变黄；在72 h，植物整个叶片开始变黄；在96 h，植物大多数叶片出现萎缩并枯死。说明随着高温胁迫时间的延长，高山杜鹃幼苗热伤害程度逐渐加重，经不同质量浓度BR处理后杜鹃幼苗叶片热害指数增长相对缓慢且都低于对照组。

图7 高温胁迫下BR对高山杜鹃热害指数的影响

3 结论与讨论

BR是一种天然植物激素，众多研究表明，适宜浓度的BR可降低膜脂过氧化产生的MDA含量，提高植物体内保护酶活性及叶绿素含量，有效促进植物光合作用及干物质积累，从而缓解高温、盐碱、干旱、低氧等逆境条件对植物的伤害[25]。因此，本试验通过对高山杜鹃幼苗叶片喷洒一定质量浓度的BR溶液，并对连续高温胁迫下高山杜鹃幼苗叶片中各项生理生化指标进行测定，来探讨外源BR对高山杜鹃耐热性的影响。

MDA是膜脂过氧化最重要的产物之一，通过测定MDA含量可以了解膜脂过氧化的程度，从而间接测定膜系统受损程度以及植物的抗逆性。所以高温胁迫下MDA含量的高低可以反映高山杜鹃生物膜受伤害的程度及其耐热性的强弱。本试验中，随着高温胁迫时间的延长，MDA含量一直呈缓慢上升趋势，而经BR处理的高山幼苗MDA含量在同一时间均低于对照组，说明BR可缓解膜脂过氧化的过程，降低MDA含量，其中以0.50 mg/L BR效果最为明显。

脯氨酸作为植物细胞内重要的一种渗透调节物质，与植物抗逆性密切相关。脯氨酸能有效帮助植物细胞组织持水和防止脱水，并能保护质膜完整性。在逆境胁迫条件下，耐热植物与不耐热植物相比，体内积累了更多的脯氨酸，并且耐热性强弱与植物体内脯氨酸维持积累的时间长短呈现正相关[26]。因此，推测BR处理可能通过调节植物细胞水分的变化来增强植物的耐热性。

SOD是生物机体内天然存在的超氧自由基清除因子，可以与超氧物阴离子自由基发生歧化反应，生成O2和H2O2，生成的H2O2可被CAT分解为O2和H2O，以避免H2O2积累对细胞的氧化破坏作用。本试验中，高温胁迫下，BR明显提高了高山杜鹃幼苗SOD、POD、CAT活性，从而提高了植物的耐热性。这与在番茄[12]、猕猴桃[16]、蝴蝶兰[27]上的研究结果一致。

可溶性蛋白含量的高低可以反映植物抗逆性的强弱，其主要起到维持渗透调节和防止细胞脱水的功能。本试验结果表明，BR能显著提高高山杜鹃叶片的可溶性蛋白含量。其作用机制可能是高温胁迫导致了大量热激蛋白的合成并集中在膜组分中，同时以分子伴侣形式结合在受热胁迫而解折叠的蛋白质上，避免蛋白质凝聚，稳定了其原有的空间构象，保持了生物活性，从而避免了生物膜的变性与受损，增强了植物抗逆能力[28]，而BR可能参与了植物逆境生理过程，提高了植物体内可溶性蛋白含量，但具体机制有待进一步探讨。

热害指数是评价杜鹃耐热性的重要指标，在植物整个生长发育过程中常常会遭受各种非生物因子的胁迫，其中温度是影响其生长发育的重要生态因子之一。本试验结果表明，在高温胁迫条件下，高山杜鹃幼苗均受到了不同程度的伤害，而适宜浓度的BR可抑制MDA含量的增加，提高植物细胞内抗氧化酶活性和抗氧化物质的含量，增强植物抗逆性，并在一定程度上降低热害指数，而高浓度的BR反而降低保护酶的活性，促进有害物质积累，加深高温胁迫的作用。

综合各项指标表明，对高温胁迫下秦岭高山杜鹃进行的不同BR处理中，以质量浓度为0.50 mg/L的BR处理效果最佳，建议在农业生产中选取该浓度的BR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,也为BR广泛应用于林业和农业生产实践提供理论依据。

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Effects of Brassinolide on Tolerance ofRhododendronlapponicumin Qinling to Heat Stress

LI Xiaoling,HUA Zhirui,LI Jing

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

Wild seedlings ofRhododendronlapponicumwas taken as materials to study the effect of different concentrations of brassinolide[0(CK),0.05,0.10,0.50,1.00,1.50 mg/L] on their physiological indexes related to thermo-tolerance under high temperature stress.The results showed that,under high temperature conditions,the activities of SOD,POD,CAT and the contents of proline and soluble protein all increased first and then decreased with the increase of brassinolide concentration.When the concentration of brassinolide was 0.50 mg/L,the contents of proline and soluble protein were the highest,which were 32.8 μg/g and 2.5 mg/g,and the activities of SOD,POD and CAT were the highest,which were 89.6,84.5,25.5 U/g.The MDA content decreased first and then increased.When the concentration of brassinolide was 0.50 mg/L,the MDA content was lowest,which was decreased by 40.49% compared with the control at 72 hours.The different concentration of brassinolide could reduce damage index and relieve the damage of high temperature to the seedlings.When the concentration of brassinolide was 0.50 mg/L,the physiological and biochemical characteristics ofRhododendronlapponicumcould be relieved under the high temperature stress,which could reduce the heat damage and improve the heat tolerance ofRhododendronlapponicum.

brassinolide;Rhododendronlapponicum; high temperature stress; theromo-tolerance

2017-03-31

陕西省科技厅项目(2017NY-027)；商洛学院根植地方行动计划项目(gz16015)

李小玲(1980-)，女，陕西蓝田人，副教授，主要从事园林植物生理生态研究。E-mail:lxlflower@163.com

S685.21

A

1004-3268(2017)08-0126-05