高温胁迫对枣苗生理特性的影响

靳 娟，杨 磊，樊丁宇，郝 庆

(新疆农业科学院园艺作物研究所/农业部新疆地区果树科学观测实验站，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】枣(ZiziphusjujubaMill.)为鼠李科(Rhamnaceae)枣属(ZizyphusMill)植物，是中国最早栽培的果树之一，也是我国的第一大干果树种[1-2]。新疆是枣的主产区之一，2015年底新疆红枣种植面积约为4.95×105hm2，总产量约为3.05×106t，枣产业为带动新疆经济的发展起着重要作用[3]。【前人研究进展】40℃高温造成‘翠冠’梨和‘园黄’梨叶绿体、线粒体等细胞器数量、形态和结构发生显著变化[4]，甚至改变葡萄[5-6]、猕猴桃[7]等果树叶片的气孔特征，降低灰枣[8]、砂梨[9]等果树的光合速率。高温还会造成梨[10]、枣[11]、葡萄[12]叶片细胞膜透性增大，膜脂过氧化加剧。此外，高温胁迫下活性氧的积累促使猕猴桃[13]、苹果[14]、葡萄[15]等果树的SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性增强，以减轻高温胁迫的伤害。【本研究切入点】近年来新疆频繁出现超过40℃的短期极端高温天气[16]，对枣树的危害严重，表现为大面积“焦花”、落花落果、果面灼伤、产量和品质下降等现象。研究高温胁迫对枣叶片生理生化指标的影响。【拟解决的关键问题】以酸枣和灰枣穴盘苗为材料，测定枣叶片在高温胁迫下的细胞膜透性、丙二醛(MDA)含量、渗透调节物质、抗氧化酶活性以及光合色素含量的变化，研究枣实生苗对高温胁迫的适应机制，为制定防御高温胁迫的策略提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

挑选健康饱满、大小一致的酸枣和灰枣种子，室温清水浸泡24 h促进种子发芽。种子催芽后播种于基质中培养。待幼苗十四叶一心时，于2017年5月30日挑选长势基本一致的植株置于人工智能气候培养箱(上海一恒科学仪器有限公司制造)，培养箱条件设置：昼/夜为14 h/10 h，温度为30℃/20℃，相对湿度为80%左右，光合有效辐射为100 μmol/(m2·s)。

于2017年6月6日选择生长一致的植株进行高温处理，高温胁迫期间湿度保持在80%左右，处理温度为45℃/35℃，光暗周期为14 h/ 10 h。材料在人工培养箱内随机排列，高温胁迫期间每天20:00浇1次水，保证水分充足，并按照顺序变换位置以保证生长条件一致。于高温处理0、1、3和5 d采集叶片，取样时间定为16:00，3次重复，叶片经液氮速冻后保存于-80℃冰箱中。

1.2 方 法

1.2.1 相对电导率和MDA含量测定

叶片相对电导率参考李合生[17]的方法，使用DDS-307A型电导率仪测定。MDA含量参照Herth和Paker[18]的方法测定。

1.2.2 渗透调节物质含量测定

可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量参照邹琦[19]的方法测定。

1.2.3 抗氧化酶活性测定

SOD活性测定采用氮蓝四唑光化还原法[20]。POD活性测定采用愈创木酚氧化法[21]。CAT活性测定采用紫外分光光度法[22]。

1.2.4 光合色素含量测定

光合色素含量参照Arnon[23]的方法测定。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2016软件进行数据处理，Origin Pro 8.0软件作图，利用SPSS 17.0软件进行方差分析。表中数据以“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1高温胁迫对枣苗相对电导率和MDA含量的影响

研究表明，与对照(0 d)相比，45℃高温处理第1 d和第3 d酸枣幼苗叶片相对电导率没有显著差异，处理第5 d相对电导率显著提高18.1%。灰枣实生苗叶片相对电导率在处理第3 d和5 d较对照分别显著提高25.4%和37.9%。随着高温处理时间的延长，酸枣叶片MDA含量变化不显著，而灰枣实生苗叶片MDA含量在处理第1 d、3 d和5 d较对照分别显著提高70.4%、121.8%和174.3%，在高温胁迫下，酸枣叶片细胞膜稳定性较灰枣实生苗强，细胞膜损坏程度小，叶片受高温伤害的程度轻。图1

注：柱形图上不同小写字母表示同一品种不同处理间差异显著(P< 0.05)，下同

Note: Different letters in the column indicate significant difference among different treatment of the same variety (P< 0.05) , the same as below

图1 高温胁迫下枣叶片相对电导率和丙二醛含量变化
Fig.1 Effect of high temperature stress on relative conductivity and MDA content of jujube leaves

2.2 高温胁迫对枣苗渗透调节物质含量的影响

研究表明，与对照相比，酸枣和灰枣实生苗叶片可溶性糖含量均在高温处理第1 d显著下降，较对照分别降低13.3%和87.6%，之后显著上升。高温处理下酸枣和灰枣实生苗叶片中可溶性蛋白含量变化不大，均在高温处理第5 d达到最大值，分别为4.477和4.212 mg/g。高温处理第3 d和5 d酸枣和灰枣实生苗叶片中脯氨酸含量较对照均显著升高，其中酸枣分别提高82.5%和230.3%，灰枣实生苗分别提高59.5%和211.6%，由此可以说明，酸枣和灰枣实生苗主要是通过提高叶片中可溶性糖和脯氨酸含量来抵御高温胁迫的。图2

图2 高温胁迫下枣叶片可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸含量变化
Fig.2 Effect of high temperature stress on soluble sugar, soluble protein and proline content of jujube leaves

2.3 高温胁迫对枣苗3种抗氧化酶活性的影响

研究表明，与对照相比，随着高温处理时间的延长，酸枣叶片SOD活性显著升高，处理第1 d、3 d和5 d叶片SOD活性较对照分别提高28.9%、61.7%和65.3%；灰枣实生苗SOD活性表现出先下降后上升的趋势。高温处理下酸枣和灰枣实生苗POD活性变化不大，均在高温处理第5 d达到最大值，分别为592.92和575.97 U/(g·min)。与对照相比，随着高温处理时间的延长，酸枣和灰枣实生苗CAT活性均显著升高，高温处理第1 d、3 d和5 d酸枣叶片CAT活性分别比对照提高18.2%、67.3%和92.7%，灰枣实生苗叶片CAT活性分别比对照提高66.6%、92.5%和200.0%。由此可以看出，高温胁迫下，酸枣和灰枣实生苗叶片通过保持较高的SOD和CAT活性来减轻高温胁迫的伤害。图3

图3 高温胁迫下枣叶片抗氧化酶活性变化
Fig.3 Effect of high temperature stress on antioxidant enzyme activity of jujube leaves

2.4 高温胁迫对枣苗光合色素含量的影响

在逆境条件下，植物的光合功能降低常常与光合色素的变化有关。研究表明，高温处理1 d后，酸枣和灰枣实生苗叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量较对照没有显著差异，之后显著下降，高温处理5 d后酸枣和灰枣实生苗叶片中叶绿素a含量分别比对照降低13.8%和25.2%，叶绿素b含量分别比对照降低30.7%和34.6%，叶绿素总量分别比对照降低21.1%和24.1%，类胡箩卜素含量分别比对照降低18.0%和33.9%。随着高温胁迫时间的延长，酸枣和灰枣实生苗叶片光合色素含量显著下降，光合作用受到抑制。图4

图4 高温胁迫下枣叶片光合色素变化
Fig.4 Effect of high temperature stress on the photosynthetic pigments of jujube leaves

3 讨 论

在逆境胁迫下，植物体内活性氧(ROS)会大量积累，活性氧代谢系统失去平衡，ROS攻击细胞内不饱和脂肪酸，膜脂过氧化加剧，导致膜系统损伤和细胞伤害，植物生理代谢受阻，严重时导致植株死亡[24-25]。高温胁迫下植物体内活性氧积累的直接表现为细胞膜透性增加[26]。高温胁迫下梨[10]、枣[11]、葡萄[12]等果树叶片细胞膜透性增大，植株受到伤害。研究结果显示，高温处理不同时间下，酸枣叶片相对电导率仅在处理第5 d 显著增加，MDA含量变化不显著，而灰枣实生苗叶片相对电导率和MDA含量随着高温处理时间的延长逐渐升高，说明在高温胁迫下，酸枣幼苗叶片细胞膜稳定性较灰枣实生苗强，受高温伤害的程度轻。

超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)等抗氧化酶活性与植物的耐热性密切相关[27]。‘海沃德’猕猴桃叶片SOD、POD、CAT、APX活性在高温胁迫初期均呈上升趋势，随处理时间延长，活性下降[14]。40℃高温胁迫下‘嘎啦’苹果叶片APX、GR等酶活性显著高于对照，在处理4 h达到峰值，之后下降[15]。王进等[10]研究发现高温胁迫下黄花梨和绿宝石梨叶片的SOD、CAT、POD活性先降后升再下降。试验中，与对照相比，随着高温处理时间的延长，酸枣苗叶片SOD和CAT活性显著升高，灰枣实生苗SOD活性先下降后上升，CAT活性显著升高，表明酸枣和灰枣实生苗均可通过提高体内SOD和CAT活性来清除活性氧，减轻高温伤害。

高温胁迫下，植物细胞能主动合成糖类、脯氨酸、可溶性蛋白、甜菜碱等物质，以增加细胞溶质浓度，降低渗透势，缓和高温胁迫[28]。Van等[29]研究发现44℃高温胁迫下四季杧和台农一号杧2种杧果叶片可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量均出现不同程度的上升，并且台农一号杧的游离脯氨酸含量和可溶性糖含量积累高于四季杧。42℃高温胁迫下葡萄叶片脯氨酸含量明显高于对照，可溶性糖含量随胁迫时间的延长呈现先降低后升高再降低的趋势[30]。试验中，酸枣和灰枣实生苗叶片可溶性糖含量先下降后上升，可能是由于酸枣和灰枣实生苗突然受到胁迫时体内产生的活性氧远远超过其正常歧化能力，造成细胞内各种功能破坏，生理代谢紊乱，可溶性糖含量下降，之后可溶性糖含量逐渐上升，这说明酸枣和灰枣实生苗可通过提高可溶性糖含量来保护其内部组织，减轻高温伤害。此外，高温处理下酸枣和灰枣实生苗叶片中可溶性蛋白含量变化不大，酸枣和灰枣实生苗脯氨酸含量在高温处理第3 d和5 d显著升高，高温胁迫可以诱导脯氨酸的积累，在枣实生苗抵御高温胁迫过程中起到积极的作用。

光合作用是植物对温度变化最为敏感的代谢反应[31]。高温会导致叶绿素分解，植物光合能力下降[32]。类胡萝卜素既可参与植物的光合作用，还可吸收细胞内剩余能量，淬灭活性氧，防止膜脂过氧化[33]。高温处理降低了酸枣和灰枣实生苗叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量，且酸枣苗叶片中光合色素含量下降幅度小于灰枣实生苗。

4 结 论

4.1 与对照相比，高温胁迫下，酸枣叶片相对电导率仅在高温胁迫第5 d显著提高18.1%，叶片MDA含量变化不显著，灰枣实生苗叶片相对电导率在高温胁迫第3 d和5 d分别提高25.4%和37.9%，叶片MDA含量随着胁迫时间的延长较对照提高了70.4%～174.3%。

4.2 与对照相比，随着高温胁迫时间的延长，酸枣叶片脯氨酸含量提高82.5%～230.3%，可溶性糖含量先下降后上升，SOD活性提高28.9%～65.3%，CAT活性提高18.2%～92.7%；灰枣实生苗叶片脯氨酸含量提高59.5%～211.6%，可溶性蛋白、SOD活性先下降后上升，CAT活性提高66.6%～200.0%。高温胁迫对酸枣和灰枣实生苗可溶性蛋白、POD活性影响不大。此外，高温处理下酸枣CAT活性始终高于灰枣实生苗。

4.3 高温胁迫5 d后，酸枣和灰枣实生苗叶片中叶绿素a、叶绿素b含量、叶绿素总量和类胡箩卜素含量显著降低，其中酸枣分别降低13.8%、30.7%、21.1%和18.0%，灰枣实生苗分别降低25.2%、34.6%、24.1%和33.9%。

随着高温胁迫时间的延长，酸枣和灰枣实生苗叶片可溶性糖、脯氨酸、SOD和CAT活性均提高，光合色素含量均下降，并且酸枣叶片细胞膜稳定性较灰枣实生苗强，光合色素下降幅度较灰枣实生苗小，耐热性较灰枣实生苗强。

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