热锻炼对高温胁迫下2个杜鹃花品种耐热性的影响1)

梁雯 赵冰 黄文梅

(西北农林科技大学，杨凌，712100)

热锻炼对高温胁迫下2个杜鹃花品种耐热性的影响1)

梁雯 赵冰 黄文梅

(西北农林科技大学，杨凌，712100)

以2个杜鹃花品种‘粉珍珠’(Rhododendron‘Fen zhen zhu’)和‘状元红’(Rhododendron‘Zhuang yuan hong’)为材料，经过30 ℃ 6 d的热锻炼后，分别在38、42 ℃高温下胁迫6 d，研究经过热锻炼的2个杜鹃花品种光合作用、叶片解剖结构、渗透调节物质以及抗氧化系统的变化，以期探究热锻炼对不同杜鹃花品种耐热性影响的生理机制。结果表明：热锻炼处理通过气孔导度(Gs)、细胞间隙CO2摩尔分数(Ci)及蒸腾速率(Ts)的不同变化进而提高2个杜鹃花品种的净光合速率(Pn)；热锻炼提高栅栏海绵组织比，保证了叶片组织结构的稳定；热锻炼处理后，2个品种中渗透调节物质可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸(Pro)质量分数均下降；热锻炼处理后，叶片中过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)质量摩尔浓度下降且差异显著性不同，‘状元红’叶片MDA质量摩尔浓度在38 ℃高温胁迫下变化显著，这是2个品种中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性变化差异的结果。这些结果说明,热锻炼处理能提高杜鹃花植株的耐热性，其减轻伤害的机理与植物品种有关。

热锻炼；杜鹃花；光合作用；叶片组织结构；渗透调节物质；抗氧化系统

随着全球气温的不断上升，高温对植物的影响日趋显著，尤其对于高山植物来说，高温热胁迫可能会对其造成毁灭性的打击。高温影响植物的生理生态过程，成为限制植物分布、生长和生产的主要环境因子[1]。城市夏季高温已经成为制约许多具有观赏价值的野生花卉生长和发育的主要环境因子。因此，对植物的热耐受性进行研究并对耐热机理进行探讨已经成为目前环境绿化应对全球变暖的重要课题之一。关于植物耐热机理及提高植物耐热能力的研究受到人们的广泛关注和重视[2]。

杜鹃花是杜鹃花科(Ericaceae)杜鹃花属(Rhododendron)植物的总称，具有很高的观赏价值和经济价值，是中国十大传统名花之一，也是世界公认的名贵观赏盆花和对世界园林产生重大影响的代表性园林植物之一[3]。由于该属植物喜冷凉、湿润环境，耐热性较差，对高温的忍耐力不强，而低海拔地区夏季持续的高温极易导致杜鹃花死亡，严重影响了杜鹃花在我国城市中的推广应用，高温热害成为制约其迁地保育及园林应用的主要限制因子。因此，开展杜鹃花耐热等抗逆研究显得尤其必要[4-5]。

植物获得高温抗性首先决定于植物本身的遗传性，植物在长期进化过程中，通过本身的形态改变以及形成不同的生态类型来适应环境的温度，目前，可通过热锻炼和化控技术来提高耐热性[5-9]。例如，Shen et al.[9]对杜鹃花品种‘粉珍珠’施用不同浓度的水杨酸(SA)及氯化钙溶液，发现经适应浓度的SA及氯化钙溶液处理后，杜鹃花植株耐热性得到了提高。又如热锻炼处理后，与未经热锻炼的相比，小苍兰幼苗的抗氧化酶活性较高[7]，亚洲百合抗氧化系统及光合系统得到了促进[6]，报春叶肉细胞超微结构的破坏得到了延缓[10]。许多研究表明，植物经过高温预处理(热锻炼)后，可减缓更高温度对植物的热损伤，其在高温胁迫中的耐热性会明显提高，而且不同品种间的耐热性差异只有经过热锻炼才能表现出来[11]。

文中针对杜鹃花2个品种，利用人工模拟气候室法，从叶片解剖结构、光合作用、渗透调节物质及抗氧化系统4个方面研究热锻炼处理对高温胁迫下杜鹃花抗高温能力的影响，并比较不同品种耐热性表现的差异，研究杜鹃花在热锻炼过程中获得耐热性能力不同的原因，寻找能有效提高杜鹃花对高温耐性的新途径，缓解栽培过程中的高温热害问题，以减少人工调控环境下的能源消耗，对杜鹃花资源在园林中的广泛应用和杜鹃盆花的节能环保生产具有重要的意义，同时也可以为耐热基因资源的发掘和耐热品种的培育提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验于2016年5月份在西北农林科技大学林学院实验楼内进行。从陕西杨凌新天地日光温室(温度(25±1)℃)中选择杜鹃花品种‘粉珍珠’(Rhododendron‘Fen zhenzhu’)和‘状元红’(Rhododendron‘Zhuang yuan hong’)(均购于浙江嘉善)2年生扦插苗作为试验材料，选取栽植于塑料盆里的生长健壮且大小一致的‘粉珍珠’和‘状元红’各18盆，每盆1株。栽培基质为V(松针)∶V(泥炭土)=1∶2。

1.2 试验设计

试验采用人工模拟气候室法，于BIC-400人工气候箱(博讯，中国上海)中进行，各气候箱处理时的光强均为12 000 lx，光周期14 h，相对湿度均保持在80%。为了避免干旱影响，每隔1 d为植株浇一次水，保证水分充足；同时为了减小摆放位置的影响，每天随机改变气候箱里的植株位置。试验开始时将所有杜鹃植株移到人工气候箱(22 ℃，适应温度)培养3 d。之后，将每个品种的一半材料(9盆)转移到30 ℃(轻度高温)的人工培养箱热锻炼，同时每个品种的另一半材料仍置于人工培养箱[22 ℃，对照温度(适温)]培养。6 d后(此时植株均已从开始胁迫时叶片萎蔫的生长状态转为正常生长状态)，将每个品种适温下培养的与经过热锻炼的材料各取6盆分成2组，分别转移到38 ℃(重度高温)和42 ℃(极端高温)人工培养箱内进行高温胁迫，并把经过热锻炼后每个品种余下的3盆植株转移到22 ℃人工气候箱下培养。6 d后进行相关指标的测定(此时各处理下的植株生长状态保持稳定一致)。整个试验设12个处理，包括2个杜鹃花品种(‘粉珍珠’与‘状元红’)，2个预处理(30 ℃热锻炼与22 ℃未经热锻炼)以及3个温度水平(22 ℃对照温度，38、42 ℃热胁迫温度)。

1.3 气体交换参数测定

使用LI-6400便携式光合荧光仪(LI-COR，美国)测定相同叶位的功能叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Ts)、细胞间隙CO2摩尔分数(Ci)。测定时叶室面积为6 cm2，样品室流速为500 μmol·s-1。

1.4 叶片叶肉解剖结构参数测定

高温胁迫后，摘取各处理下3盆植株主枝的第5叶位叶片，将其迅速切成3 mm×1 mm大小，用4%的戊二醛在4 ℃条件下固定过夜，之后用0.1 mol·L-1、pH值为6.8的磷酸缓冲液漂洗4次，每次15 min。用质量分数梯度为30%、50%、70%、80%、90%、100%的乙醇依次脱水，前5个梯度各脱水15 min，100%乙醇脱水30 min，两次。乙酸异戊酯置换后，用K-850CO2临界点干燥仪(QUORUM，英国)进行干燥，E-1045离子溅射仪(HITACHI，日本)喷金，再用JSM-6360LV钨灯丝扫描电子显微镜(JEOL，日本)进行观察，拍照记录叶片叶肉组织中栅栏组织及海绵组织的排列情况。用Nano Measure1.2测量软件测量叶片厚度、栅栏组织及海绵组织厚度，并计算栅栏海绵组织比、组织结构疏松度、组织结构紧密度：

栅栏海绵组织比=(栅栏组织厚度/海绵组织厚度)×100%；

组织结构紧密度=(栅栏组织厚度/叶片厚度)×100%；

组织结构疏松度=(海绵组织厚度/叶片厚度)×100%。

1.5 生理参数测定

处理结束后选取植株中部叶位的叶片进行各项生理参数的测定。分别称取叶片0.1 g，按照路文静等[12]的方法采用硫代巴比妥酸显色法测定丙二醛(MDA)质量摩尔浓度，蒽酮比色法测定可溶性糖质量分数，酸性茚三酮溶液显色法测定游离脯氨酸(Pro)质量分数，氮蓝四唑光化还原法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性，愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性，紫外吸收法测定过氧化氢酶(CAT)活性。利用过氧化氢(H2O2)测试盒(南京建成生物工程研究所，A064)测定过氧化氢质量摩尔浓度，采用考马斯亮蓝G-250染色法利用总蛋白测定试剂盒(南京建成生物工程研究所，A045)测定可溶性蛋白质量分数。

1.6 数据处理

采用IBM SPSS Statistics 19.0软件进行数据分析，利用Dunnett-t3检验法对同一温度胁迫下的试验数据进行差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1热锻炼对高温胁迫下‘粉珍珠’和‘状元红’光合参数的影响

由表1可以看出，2个杜鹃花品种未经热锻炼处理的叶片净光合速率随着胁迫温度的升高而降低。在对照温度下，经过热锻炼预处理没有增加‘粉珍珠’的Pn值，但却增加了‘状元红’的Pn值。随着高温胁迫水平的上升，2个品种的Pn值均下降；且经过高温锻炼后，2个品种的Pn值相较于未经锻炼的均有不同程度的上升。在38 ℃高温下，‘状元红’植株叶片Pn经过锻炼的比未经锻炼的高22.4%，‘粉珍珠’Pn上升幅度则较小；在42 ℃高温下，2个品种的Pn都较低，但经过热锻炼后，Pn增值却高，‘粉珍珠’增高约46.7%，‘状元红’增高约64.4%。由此可知，热锻炼处理能缓解高温引起的光合伤害，促进杜鹃花叶片的光合作用。2个品种植株的Gs、Ci及Ts值随着胁迫温度的升高并没有一定的变化规律。在对照温度下，经过热锻炼后，2个品种的Gs及Ts值均显著升高。在38 ℃温度下，相较于未经热锻炼的，经过热锻炼的‘粉珍珠’Gs及Ts均显著上升，而‘状元红’Gs值下降了78.3%，Ts值也显著下降；但在42 ℃高温下，2个品种Gs及Ts值变化却相反，‘粉珍珠’Gs及Ts值显著下降，‘状元红’Gs及Ts值显著上升。至于Ci，在对照温度下，经过热锻炼后，2个品种Ci值均上升，并且‘状元红’值差异显著。相较于未经受热锻炼的，在38 ℃温度下，‘粉珍珠’Ci值升高，‘状元红’Ci值下降，差异均不显著；在42 ℃高温下，2个品种Ci值均下降，且‘粉珍珠’值差异显著。这表明，热锻炼处理在不同品种下，促进光合作用的机理可能不同。

2.2热锻炼对高温胁迫下‘粉珍珠’和‘状元红’叶片解剖结构的影响

从图1来看，杜鹃花植株在不同温度胁迫下，叶肉组织结构表现不同的受损程度。在对照温度下，不管是否经过热锻炼，2个杜鹃花品种的叶片组织基本不表现受损状态。而在38 ℃高温胁迫下，2个品种未经热锻炼的叶片栅栏组织细胞均表现轻微的皱缩状态，经过锻炼后，发现栅栏组织细胞呈现饱满状态。在42 ℃高温胁迫下，2个品种栅栏组织细胞皱缩更加明显，海绵组织呈紊乱状态。从表2可看出，经过热锻炼后，不论在何种温度水平下，2个品种的栅栏海绵组织比(简称栅海比)均上升，且在38 ℃高温下‘粉珍珠’栅海比变化显著。表2中显示，在各个温度水平下，2个杜鹃花品种不管是否经过热锻炼，组织结构紧密度变化均不显著；对照温度下，‘粉珍珠’在经过热锻炼后紧密度下降，‘状元红’则上升；在38 ℃高温下，2个品种在经过热锻炼后紧密度均上升；在42 ℃高温下，‘粉珍珠’的紧密度值在经过热锻炼后上升，但‘状元红’紧密度值下降，这与在对照温度下，情况相反。与此同时，相比于未经热锻炼的，在对照及42 ℃温度下，2个品种疏松度均下降，且在对照温度下，差异显著；在38 ℃高温下，‘粉珍珠’疏松度下降，而‘状元红’疏松度上升。

表1热锻炼对高温胁迫下2个杜鹃花品种叶片光合参数的影响

处理Pn/μmol·m-2·s-1Gs/mol·m-2·s-1Ci/μmol·mol-1Ts/mmol·m-2·s-1Fa(2．59±0．01)A (0．076±0)B(267．67±0．19)AB(1．55±0)BFb(2．27±0．05)A(0．082±0)A(273．60±1．14)A(1．77±0．01)AZa(2．62±0．08)A(0．029±0．001)D(184．12±5．61)C(0．62±0．02)DZb(2．78±0．08)A(0．050±0)C(238．03±3．17)B(1．12±0)CFc(1．72±0．02)B(0．032±0)C(252．79±1．23)A(0．73±0)CFd(1．72±0．01)AB(0．066±0)A(273．17±0．33)A(1．45±0)AZc(2．02±0．01)A(0．063±0)B(280．07±0．15)A(1．35±0)BZd(2．48±0．07)A(0．035±0．003)BC(213．36±7．57)A(0．65±0．05)CFe(0．08±0．01)A(0．004±0)C(317．47±6．76)A(0．10±0)CFf(0．11±0．01)A(0．003±0)D(264．12±5．90)B(0．06±0)DZe(0．07±0)A(0．035±0．001)B(348．07±0．30)A(0．70±0．01)BZf(0．12±0．01)A(0．060±0．001)A(321．34±0．13)A(1．17±0．01)A

注：表中数据为均值±标准误；同列不同字母表示同一温度胁迫下的任两值之间在0.05概率水平上差异显著；处理值中F、Z.分别表示杜鹃花‘粉珍珠’和‘状元红’2个品种；a.表示未经热锻炼、未经热胁迫的处理；b.表示经30 ℃热锻炼、未经热胁迫的处理；c.表示未经热锻炼、经38 ℃热胁迫的处理；d.表示经30 ℃热锻炼、经38 ℃热胁迫的处理；e.表示未经热锻炼、经42 ℃热胁迫的处理；f.表示经30 ℃热锻炼、经42 ℃热胁迫的处理。

2.3热锻炼对高温胁迫下‘粉珍珠’和‘状元红’可溶性糖、可溶性蛋白与游离脯氨酸质量分数的影响

由表3可知，可溶性糖、可溶性蛋白与游离脯氨酸质量分数变化规律较一致。在对照温度下，热锻炼后2个品种叶片中可溶性糖、可溶性蛋白与游离脯氨酸质量分数相较于未经锻炼的有所上升；但在38 ℃及42 ℃高温下，可溶性糖、可溶性蛋白与游离脯氨酸质量分数均下降，且在38 ℃高温胁迫下，‘粉珍珠’叶片中游离脯氨酸质量分数变化显著(下降了54.9%)，在42 ℃高温胁迫下，‘粉珍珠’叶片中可溶性糖质量分数变化显著(下降了60.4%)，‘状元红’叶片中可溶性蛋白质量分数变化显著(下降了55.7%)。

F、Z.分别表示杜鹃花‘粉珍珠’和‘状元红’2个品种；a.表示未经热锻炼、未经热胁迫的处理；b.表示经30 ℃热锻炼、未经热胁迫的处理；c.表示未经热锻炼、经38 ℃热胁迫的处理；d.表示经30 ℃热锻炼、经38 ℃热胁迫的处理；e.表示未经热锻炼、经42 ℃热胁迫的处理；f.表示经30 ℃热锻炼、经42 ℃热胁迫的处理。

图1热锻炼对高温胁迫下2个杜鹃花品种叶片的影响

表2 热锻炼对高温胁迫下2个杜鹃花品种叶片解剖结构的影响

注：表中数据为均值±标准误；同列不同字母表示同一温度胁迫下的任两值之间在0.05概率水平上差异显著；处理值中F、Z.分别表示杜鹃花‘粉珍珠’和‘状元红’2个品种；a.表示未经热锻炼、未经热胁迫的处理；b.表示经30 ℃热锻炼、未经热胁迫的处理；c.表示未经热锻炼、经38 ℃热胁迫的处理；d.表示经30 ℃热锻炼、经38 ℃热胁迫的处理；e.表示未经热锻炼、经42 ℃热胁迫的处理；f.表示经30 ℃热锻炼、经42 ℃热胁迫的处理。

2.4热锻炼对高温胁迫下‘粉珍珠’和‘状元红’丙二醛与过氧化氢质量摩尔浓度的影响

随着温度的增加，2个品种的膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)质量摩尔浓度均增加(表3)。然而，在高温胁迫下，经过热锻炼的叶片的MDA质量摩尔浓度却有所降低，在38 ℃下经过热锻炼的2个品种的叶片的MDA质量摩尔浓度比同一水平下未经热锻炼的分别降低6.1%和13.9%；在42 ℃下，则分别降低24.3%和14.4%。结果表明，热锻炼有助于减缓高温胁迫下杜鹃花叶片细胞膜膜脂过氧化产物的积累。

过氧化氢(H2O2)是种重要的活性氧，在各个温度水平下，它在2个品种‘粉珍珠’和‘状元红’叶片中随高温胁迫水平的增加在不断积累(表3)。在对照温度下，经过热锻炼处理和未经过热锻炼预处理的相比，‘粉珍珠’叶片中H2O2质量摩尔浓度明显增高，但‘状元红’叶片中增高得却不显著。高温胁迫下，‘状元红’叶片中H2O2质量摩尔浓度比‘粉珍珠’叶片中的要多。但在经过热锻炼预处理后，2个品种叶片中的H2O2质量摩尔浓度要比没有经过热锻炼的低。且在38 ℃和42 ℃下，‘状元红’叶片中H2O2质量摩尔浓度变化率和‘粉珍珠’的相比要高，分别是46.9%和16.8%，与此同时，‘粉珍珠’的H2O2质量摩尔浓度变化率分别是12.1%和12.3%。这些结果表明，热锻炼处理降低了杜鹃花在热胁迫下氧自由基的积累，从而减轻热胁迫对细胞的伤害。

2.5热锻炼对高温胁迫下‘粉珍珠’和‘状元红’超氧化物歧化酶、过氧化物酶与过氧化氢酶活性的影响

热胁迫下，植物体内活性氧的产生与清除平衡被打破，导致活性氧积累。SOD、POD和CAT是植物体内清除活性氧的重要保护酶[13]。在对照温度下，经过热锻炼后，‘粉珍珠’叶片中SOD活性下降，‘状元红’中SOD活性上升，变化均不明显。在38 ℃及42 ℃高温下，‘粉珍珠’叶片中SOD活性经热锻炼的比未经锻炼的高，‘状元红’叶片中SOD活性却降低，差异均不显著(表3)。由表3可知，‘粉珍珠’叶片中POD活性在各个温度水平下，经热锻炼的均低于未经热锻炼的，且在2个高温胁迫下，差异显著。‘状元红’叶片中POD活性在对照及38 ℃温度下，经过热锻炼的要低，且在38 ℃高温下差异显著，但在42 ℃高温下，经热锻炼的叶片POD活性却显著增高。在对照及38 ℃温度下，2个品种在经受热锻炼后CAT活性的变化情况相反，均为‘粉珍珠’升高而‘状元红’下降，且在38 ℃高温下‘粉珍珠’叶片中CAT活性变化显著。在42 ℃高温下，经过热锻炼后，‘粉珍珠’叶片中CAT活性相较于未经热锻炼的降低，而‘状元红’则上升，差异均不显著(表3)。

表3 热锻炼对高温胁迫下2个杜鹃花品种叶片生理参数的影响

注：表中数据根据鲜质量测得；表中数据为均值±标准误；同列不同字母表示同一温度胁迫下的任两值之间在0.05概率水平上差异显著；处理值中F、Z.分别表示杜鹃花‘粉珍珠’和‘状元红’2个品种；a.表示未经热锻炼、未经热胁迫的处理；b.表示经30 ℃热锻炼、未经热胁迫的处理；c.表示未经热锻炼、经38 ℃热胁迫的处理；d.表示经30 ℃热锻炼、经38 ℃热胁迫的处理；e.表示未经热锻炼、经42 ℃热胁迫的处理；f.表示经30 ℃热锻炼、经42 ℃热胁迫的处理。

3 结论与讨论

目前，提高耐热性的方法包括施用生长调节剂和高温锻炼等，高温锻炼是较为有效的一种方法。本研究结果表明，热锻炼提高2个杜鹃花品种植株的抗高温能力，主要是通过提高其净光合速率，促进叶片的光合作用，通过提高栅栏海绵组织比保持叶片结构稳定，以及通过提高细胞膜热稳定性防止膜脂过氧化进行的。并且在经热锻炼后，杜鹃花2个品种的叶片光合气体交换情况、组织结构与细胞膜稳定性等方面的变化存在差别，这与品种差异是有关的。

光合作用被认为是对高温胁迫最为敏感的生理过程。高温抑制光合作用，是因为高温对植物光合作用的光反应阶段以及暗反应阶段产生影响：光合色素减少、Gs改变、CO2扩散阻力增加、原初反应及电子传递链被抑制、Rubisco活力下降等，归结起来可分为2个方面，即气孔限制因素和非气孔限制因素[14]。气孔限制因素是由于叶片Gs下降导致Ci下降，大大减少CO2的供应，使得光合作用原料供应不足进而引起净光合速率下降；或是由于Gs下降使Ts降低，Ts的下降会使光合产物运输变慢，使得光合产物在叶绿体中不断积累，间接制约净光合速率[15-16]。非气孔限制因素则是与叶肉细胞自身活性有关，叶肉细胞使气孔扩散阻力增加，导致CO2溶解度下降并不断积累，最终引起叶肉光合能力下降[16-17]。研究表明，Ci的降低方向是判断导致Pn降低原因的主要依据，当Ci与Pn变化趋势相同(即两者同增或同减)时，Pn降低主要是由气孔导度的降低引起的[14]。试验结果中，只有在38 ℃高温下，‘粉珍珠’叶片经过热锻炼后Pn与Ci同时增加，这表明在38 ℃高温下，‘粉珍珠’叶片经热锻炼后Pn增加可能是因为气孔限制因素引起的。但在38 ℃高温下的‘状元红’叶片与42 ℃高温下的‘粉珍珠’叶片中，经热锻炼后Pn增加，同时Gs、Ci与Ts均下降，这可能归因于非气孔限制因素，热锻炼提升了叶肉细胞自身的活性，加快CO2的溶解，最终使光合能力上升。‘状元红’叶片在42 ℃高温下，热锻炼处理提升了Pn，Gs与Ts均上升，这可能是因为气孔限制因素引起的，但是由于Gs上升使Ts上升，Ts的上升使光合产物运输变快，正反馈促进了杜鹃花植株净光合速率。在同一高温胁迫水平下，发现‘状元红’Pn经热锻炼后上升幅度较大，这可能是因为‘状元红’经过热锻炼处理后，表现出了较高的耐热性。

叶是植物进行光合与蒸腾作用的主要器官，植物对环境的适应性也反映在叶的结构上。栅栏组织在叶片结构中所占的厚度越大，越利于增强植株对水分和光能的利用效率，有利于缓解了叶片脱水造成的伤害。海绵组织厚度主要反映植物对温度较低环境的适应，厚度越大，植株耐热性越弱[18]。因此，栅栏海绵组织比越大，一定程度上反映植株的耐热性较强。申惠翡等[18]以及胡伟娟等[19]的研究发现，耐热性较高的植物种或品种栅栏海绵组织比较高，这在一定程度上可以表明栅海比越高，植物抗高温能力越强。试验结果中经热锻炼后，杜鹃花2个品种的栅海比均升高，这可以表明，经热锻炼后，杜鹃花耐热性得到了提升。从试验结果中可以发现，热锻炼处理后‘粉珍珠’植株在高温胁迫下，栅海比升高，这是紧密度上升，疏松度下降的结果。但‘状元红’植株变化情况却不相同，在38 ℃高温下，栅海比升高是栅栏组织显著增厚的结果；而在42 ℃高温下，则是海绵组织厚度显著下降的结果。

植物在逆境胁迫下细胞内会积累脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白以及有机酸等渗透调节物质，从而来保持植物细胞水势的平衡。可溶性糖能增加细胞液的渗透压、原生质弹性，减轻细胞的机械损伤，还可提供能源与代谢底物，诱导其他与抗性有关的生理生化过程，有利于提高抗逆性。可溶性蛋白亲水性很强，可提高细胞的保水能力，降低植物的冰点，以此来提高植物的抗逆性。脯氨酸能加强逆境条件下蛋白质的水合作用，有利于植物细胞结构和功能的维持，并具有解氨毒和保护质膜完整性的作用[20-23]。试验结果中，3种渗透调节物质随着胁迫温度的增加，质量分数增加，表明杜鹃花在受到高温胁迫时，可以通过调节可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸质量分数来维持细胞膨压，保证生理生化过程的正常进行。这也从侧面反映出植物细胞受损较轻，表明热锻炼处理提高了杜鹃花植株渗透调节能力，增强其耐热性。依据试验结果可知，不同高温下2个品种进行渗透调节所依托的主要物质是不尽相同的。在38 ℃高温胁迫下，‘粉珍珠’主要依托游离脯氨酸，维持渗透调节功能；而在42 ℃高温胁迫下，‘粉珍珠’主要依托可溶性糖来减轻细胞机械损伤，减少细胞内液外渗，从而维持细胞水势平衡，‘状元红’则主要依托可溶性蛋白提高细胞保水力，提高细胞渗透调节能力。这表明2个杜鹃花品种是通过不同机制来调节细胞渗透能力，从而提高植株的耐热性的。

植物在正常生理条件下,体内O2-、H2O2和·OH等活性氧(ROS)的产生和清除处于动态平衡。这种平衡主要由植物体酶促抗氧化系统(SOD、POD和CAT等)和非酶促抗氧化系统(AsA和GSH等)调控。当温度过高时，植物捕获的激发能超过光合作用所能利用时，过剩的激发能会形成活性氧，而活性氧不能被及时清除，这会导致膜质过氧化[24-25]。MDA是膜脂过氧化产物，它可以与细胞膜上的蛋白质和酶等结合，导致细胞膜完整性遭到破坏，丧失选择透性，引起电导率的上升[22]。试验结果中，随着胁迫温度的升高，杜鹃花2个品种叶片中的MDA质量摩尔浓度均上升，但经受热锻炼之后，MDA质量摩尔浓度表现不同程度的降低，这表明，热锻炼处理减缓了细胞膜脂过氧化程度，因而膜脂过氧化产物积累较少。这与徐胜等[26]对草坪草经受热锻炼后在高温胁迫下MDA质量摩尔浓度的变化情况研究相同。MDA质量摩尔浓度的变化情况可能与热锻炼增强植株抗高温能力，细胞经受高温胁迫后，内部ROS积累较少或抗氧化酶清除ROS较快，使得细胞膜脂过氧化程度较低有关。逆境胁迫下，SOD作为清除ROS的第一道防线，可将植物体内产生的伤害性物质——超氧阴离子歧化为H2O2和O2，减轻植物体的受伤害程度。但是歧化作用产生的H2O2在植物体内积累，之后会形成引起膜脂过氧化的·OH，而且由于植物细胞内没有专一清除·OH的酶，所以积累的H2O2必须马上清除掉。CAT和POD均有清除H2O2的能力，植物组织中高浓度的H2O2主要通过CAT清除,从而使H2O2控制在较低水平;而低浓度的H2O2主要靠POD在氧化相应基质时被消化[22]。在38 ℃高温下，经过热锻炼后，‘粉珍珠’叶片中SOD和CAT活性均增加，最终导致H2O2质量摩尔浓度下降。这或可因为SOD活性增加，将细胞内产生的超氧阴离子快速歧化为H2O2和O2，紧接着具有较高活性的CAT在H2O2浓度较高时将其清除，最终使得热锻炼后H2O2质量摩尔浓度较少。而对于‘状元红’植株，热锻炼后SOD、POD和CAT活性均下降，H2O2质量摩尔浓度亦下降，这可能是因为叶片中产生的ROS本就较低，因此不需要过高活性的抗氧化酶来进行清除。在42 ℃高温下，可以发现，‘粉珍珠’叶片主要依靠提高SOD活性来清除ROS，减少H2O2积累；‘状元红’则主要依托提高POD和CAT活性清除ROS，减少H2O2积累。

总之，热锻炼预处理能提高杜鹃花植株的抗高温能力，且不同品种提高耐热性的机制是不尽相同的。热锻炼有利于减缓热胁迫对光合作用、叶片组织结构以及细胞稳定性的伤害，从而减轻高温对植株的伤害。然而，热锻炼提高耐热能力的机理是很复杂的，在从光合作用、叶片结构、渗透调节物质以及抗氧化过程探讨的同时，还有必要在蛋白质或分子水平，如在不同品种的热激蛋白HSP或耐热基因的表达差异等方面开展更深层次的研究，以便进一步了解杜鹃花不同品种对热胁迫的适应机制，揭示其抗高温机理，为杜鹃花的引种驯化、耐热品种的选育以及对全球变暖的生理响应适应提供全面性、系统性的科学依据。

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EffectsofHeatAcclimationonHeatRresistanceofTwoRhododendronCultivars//

Liang Wen, Zhao Bing, Huang Wenmei
(Northwest A&F University, Yangling 712100, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2017,45(9)：24-30.

Heat acclimation;Rhododendron; Photosynthesis; Anatomy ofRhododendronleaves; Osmotic regulation substances； Antioxidant system

S685.21;Q945.78

1)西北农林科技大学国际科技合作种子基金(A213021701)、西北农林科技大学基本科研业务费项目(Z109021703)。

梁雯，女，1993年9月生，西北农林科技大学风景园林艺术学院，硕士研究生。E-mail:liangwen-19@qq.com。

赵冰，西北农林科技大学风景园林艺术学院，副教授。E-mail:bingbing2003915@163.com。

2017年5月11日。

责任编辑：任 俐。

With the changes in the photosynthesis, anatomy, osmotic regulation substances as well as antioxidant system, we studied the effects of heat acclimation on the thermostability ofRhododendronunder heat stress in leaves of twoRhododendroncultivars,Rhododendron‘Fen zhen zhu’ andRhododendron‘Zhuang yuan hong’, exposed to two heat stress levels (38 ℃ and 42 ℃) for 6 d, after heat acclimation at 30 ℃ for 6 d. Heat acclimation enhancedPnof twoRhododendroncultivars by different changes ofGs,CiandTs. Under heat stress, heat acclimation enhanced ratio of palisade to spongy and it ensured anatomy stabilization. Osmotic regulation substances like soluble sugar, soluble protein and free proline were declined after heat acclimation in twoRhododendroncultivars. The decline being significantly different of the molality of H2O2and MDA after heat acclimation were the results of different changes in SOD, POD and CAT activity in twoRhododendroncultivars. The molality of MDA changed significantly in the leaves ofRhododendron‘Zhuang yuan hong’. Therefore, heat acclimation can improve thermostability ofRhododendron, and the mechanism of alleviating the damage is related to cultivars.