多花梾木幼苗的耐高温性

潘静霞 周余华 郑伊铃 巫建新

摘要：以二年生多花梾木（Cornus florida Lam.）为试验材料，放入人工气候箱培养，以35 ℃为起始温度，之后每隔2 d调高2 ℃，到达39 ℃后每隔2 d提高1 ℃，直至植株叶片完全凋落。结果表明，多花梾木正常生长的极限温度是40 ℃，在43、44 ℃胁迫期间多花梾木幼苗陆续凋亡，43、44 ℃是多花梾木耐受高温的极限。随着温度升高，多花梾木含水量和相对含水量持续下降，41 ℃时失水最严重;叶绿素相对含量不断降低，高程度的高温比低程度的高温下降得明显;SOD、POD活性都呈现先降后升，再下降再上升的趋势;MDA含量呈现先下降后上升的趋势，35、44 ℃时MDA含量较高;Fv/Fm下降，Fo升高，Fm下降，表明随着高温胁迫的增强，植株光合机构不断受到破坏。

关键词：多花梾木;幼苗;高温胁迫;耐高温机制

中图分类号： S718.43  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2021）14-0133-04

多花梾木（Cornus florida Lam.）是山茱萸科梾木属的落叶木本植物，原产于北美洲东部，喜湿润、光线良好或半阴的环境，要求土壤深厚、疏松、肥沃、排水良好。多花梾木树形优美多姿，春季花朵奇特秀丽，秋季叶片红色、果实鲜艳，极具观赏价值。在国内园林应用中还极为少见，而在原产地美国，多花梾木的繁育方法已相当完善，成为美国最受欢迎的庭院花卉之一[1]。多花梾木种实含油量较高，可供食用、药用，并可作轻工业及化工原料等。叶可用作饲料及绿肥，花是蜜源[2]。多花梾木是集生态和经济效益为一体的高端优质树种，具有非常广阔的市场前景。目前，国内已有一些专家学者对多花梾木的发芽特性[3]和引种育苗与应用[4]展开了研究，而对多花梾木在环境胁迫下的生理特性研究还较少。随着全球气候变暖，近些年来对植物高温胁迫下的生理研究受到广泛关注[5]。有研究表明，多花梾木的适应性很强，能适应引种试验期内夏季持续10 d左右35 ℃以上的高温天气与 37～38 ℃的极端高温天气[6]。但高温胁迫仍会对植物光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、细胞组织稳定性、渗透系统调节物含量和抗氧化组织产生影响[7]。本研究主要对高温胁迫下多花梾木幼苗的生理生化特性进行分析。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为二年生多花梾木容器苗，栽于无纺布种植袋中，试验地为江苏省句容市江苏农林职业技术学院苗圃地，于2019年9月初选取10盆生长健壮、长势基本一致的二年生苗从苗圃地移到 800-RXZ 人工气候箱培养。每个无纺袋底下垫一个托盘。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 设置人工气候箱湿度为65%、光照度3 000 lx，托盘保持水分充足。温度从35 ℃开始，每隔2 d调高2 ℃，到達39 ℃后，每隔2 d调高1 ℃，直至植株叶片全部凋零。每隔2 d采1次叶片样本，采完后立即将叶片放入密封袋，用冰袋包裹，放入超低温冰箱。每隔2 d拍摄记录标记叶片的形态并测定其色差、荧光参数和叶绿素相对含量，并每次采叶片测其鲜质量、饱和质量和干质量。

1.2.2 指标测定 测定多花梾木叶片含水量、叶片色差、叶绿素荧光、叶绿素相对含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性及丙二醛（MDA）含量[8]。

1.2.3 数据分析 采用Excel 2010软件进行数据统计与处理并作图。2 结果与分析

2.1 高温胁迫下多花梾木叶片形态变化

如图1所示，多花梾木叶片在35、37 ℃时正常生长，叶色浓绿，形态没有变化;39、40 ℃时，叶片尖端到叶片边缘逐渐出现小面积发黄，叶片总体饱满;41 ℃时叶片呈现轻度失水状况，叶片表面失去光泽，边缘焦枯萎蔫;42 ℃时叶片中度失水，色泽黯黄，大面积焦枯萎蔫;43、44 ℃时叶片重度失水，全部焦枯，失去生命体征。从多花梾木幼苗形态上的变化可以看出，它在41 ℃以下高温时，可以维持一段时间的正常生长，41 ℃叶片显著失水、黯淡，表明41 ℃时植株受到严重的高温迫害，导致水分流失，叶绿素减少，当温度超过41 ℃后，随着胁迫增强，叶片逐渐失水、枯黄，44 ℃时叶片凋亡。

为了更精确地观测叶片颜色变化，以35 ℃时叶片颜色为样板，用分光测色仪测定了叶片色差（ΔE表示总色差的大小，ΔL+表示偏亮，ΔL-表示偏暗，Δa+表示偏红，Δa-表示偏绿，Δb+表示偏黄，Δb- 表示偏蓝）。如图2所示，37～41 ℃时，叶片颜色较35 ℃时偏红偏蓝偏亮，42～44 ℃时，叶片颜色较35 ℃时偏绿偏黄偏暗，当温度超过39 ℃时叶片出现变绿变黄变暗趋势，42 ℃时Δa显著下降，40、42、43 ℃时，Δb大幅度上升，39、42、43 ℃ 时，ΔL明显下降，35～41 ℃时，总色差基本没有太大变化，42 ℃时，ΔE明显变大，44 ℃时，ΔE变小。

2.2 高温胁迫对多花梾木叶片含水量的影响

水分在植物体内发挥着重要作用，植物组织的含水量是反映植物组织水分生理状况的重要指标，相对含水量反映了植物组织的水分状况和植物的保水能力，是植物抗逆能力的重要依据。如图3所示，多花梾木叶片的含水量和相对含水量都随温度的升高而逐渐降低。41 ℃时叶片相对含水量下降了42%，占总下降范围的41.4%，含水量也显著下降。35～40 ℃时叶片相对含水量下降缓慢，占总下降范围的31.1%，含水量基本没有变化。41～43 ℃时叶片相对含水量呈现由急到缓的降低趋势，44 ℃时有所回升，43 ℃时叶片相对含水量达到最低，相较于35 ℃时下降了77.1%。

2.3 高温胁迫对多花梾木叶片叶绿素含量的影响

高温会使植物叶绿素合成减少，高温胁迫下植物体产生的活性氧会破坏叶绿素。叶片叶绿素含量变化是叶片生理活性变化的重要指标之一，与光合机能大小密切相关。SPAD值是指叶绿素的相对含量。从SPAD值变化可知道叶绿素含量的变化趋势。

如图4所示，随着温度的升高，多花梾木叶片的相对叶绿素含量逐渐降低。37～40 ℃时含量变化不明显，当温度到达41 ℃时，相对叶绿素含量下降10.3个SPAD值，下降了20.4%;43 ℃时下降7.9个SPAD值，下降了22.25%;44 ℃时达到最低，相较于35 ℃时下降了60.57%。以41 ℃为界，当温度低于41 ℃时，叶片叶绿素相对含量下降值占总下降值的21.33%，当温度高于41 ℃时，叶片叶绿素相对含量下降值占总下降值的46.81%。

2.4 高温胁迫对多花梾木荧光参数的影响

高温可降低植物光合反应速率，以及通过PSⅡ的电子传递过程影响光合反应速率[9-10]。如图5所示，随着温度的升高，初始荧光（Fo）缓慢上升，最大荧光（Fm）缓慢下降。41 ℃时Fo上升最明显，占总上升值的61.8%。37、41 ℃时Fm下降明显，分别占总下降值的33.6%、32.3%。如图6所示，PSⅡ原初光能转化效率（Fv/Fm）随着温度升高不断降低，41 ℃时下降得最明显，占总下降值的51.5%。

2.5 高温胁迫对多花梾木叶片SOD、POD活性的影响

如图7所示，SOD 活性在  35～39 ℃ 时显著下降，在40、41 ℃时大幅度上升，41 ℃时达到峰值，41 ℃ 时的SOD活性是39 ℃的1.4倍，在42、43 ℃时，SOD活性下降明显，43 ℃时变化明显，SOD活性降至最低，44 ℃时显著上升。如图8所示，POD活性在35～40 ℃时下降，40 ℃时变化很小，POD活性达到最低，在41、42 ℃时大幅度回升，并于42 ℃时达到峰值，41 ℃时的POD活性是40 ℃时的3倍，43 ℃ 时POD活性显著下降，44 ℃时小幅度回升。SOD、POD活性变化都十分明显，总体呈现先下降后上升，再下降再上升的变化趋势，SOD活性变化相对稳定，POD活性对高温反应更剧烈，当温度超过42 ℃时POD活性变化有所缓和。

2.6 高温胁迫对多花梾木叶片MDA含量的影响

如图9所示，MDA含量随着温度升高呈现先下降后上升的趋势，温度在35～42 ℃时，MDA含量总体随着温度的升高而稳定地降低，39 ℃ 时出现较小的升高，42 ℃时降到最低，相比于35 ℃时下降了45.1%，43、44 ℃时MDA含量大幅度上升，44 ℃时MDA含量是42 ℃时的1.8倍。

2.7 高温胁迫对多花梾木叶片各项指标的综合影响

植物耐热能力是一个复杂的综合性状，借用多元计算方法对多花梾木的耐热性能做综合评价。表1是每个高温阶段各项指标的浮动大小，可以看出，SOD活性在44 ℃时变化幅度最大，MDA含量、叶绿素相对含量在43 ℃时变化幅度最大，POD活性、相对含水量、Fo、Fm、Fv/Fm 在41 ℃时变化幅度最大。

3 结论与讨论

（1）在多花梾木幼苗形态方面，35～40 ℃时，多花梾木抗高温表现良好，叶片饱满，颜色浓绿，形态没有显著变化，41 ℃时，正常生长受到抑制，随着胁迫增强，叶片逐渐黯淡焦枯，44 ℃叶片已经完全失去生命力。由此可见，40 ℃是多花梾木正常生长的极限温度，当温度超过40 ℃时就会阻碍多花梾木正常生长，影响多花梾木的观赏效果。将叶片形态变化结合叶绿素相对含量、相对含水量、色差3项指标来看，随着叶片相对含水量和叶绿素含量的降低，叶片随之出现焦枯萎蔫、黯淡枯黄等变化，41 ℃时多花梾木叶片相对含水量、叶绿素相对含量相比 41 ℃ 前大幅度下降，总色差明显上升，相应的叶片形态变化也最显著。可见多花梾木对41 ℃高温尤为敏感，主要表现为叶片大量失水，叶绿素分解加快，叶片变黄。

（2）随着温度的增加，多花梾木叶绿素含量降低，Fo上升，Fm下降，Fv/Fm下降，41～44 ℃时叶绿素相对含量比35～40 ℃时变化显著，41 ℃时叶片叶绿素荧光参数变化显著。35～40 ℃时叶绿素合成受阻，光能利用率降低，41～44 ℃时叶片体内温度升高，41 ℃高温对多花梾木的光合机构造成了永久性伤害，降低了叶片的荧光能力，引发过剩光对叶绿素造成光破坏，叶绿素含量显著下降，光合能力持续下降。

（3）根据SOD、POD活性数据显示，当温度达到42、43 ℃时，多花梾木体内的SOD、POD活性会大幅度下降，SOD抗氧化反应相较于POD快，2种酶活性对高温的反应非常剧烈，由此也可以说明多花梾木的抗高温能力非常强大。随着温度升高，MDA含量呈现先下降后上升的变化趋势，43、44 ℃时上升显著，35、44 ℃时MDA含量最高，表明多花梾木刚受到高温胁迫以及受到致死高温时会积累大量氧化物，低程度高温胁迫下，植株可以通过抗氧化系统有效清除氧化物，42 ℃以上高溫会加剧膜脂过氧化。35、44 ℃时的MDA含量分别是42 ℃时的1.9、1.8倍，说明多花梾木清除活性氧能力强，对高温有较好的适应性，其中41、42 ℃时，抗氧化酶SOD、POD在减轻膜脂过氧化上发挥了重要作用。

综上所述，从MDA含量和SOD、POD活性变化以及叶片形态变化来看，多花梾木具有较强的耐高温性，多花梾木在35～40 ℃高温下水分代谢、光合作用都能正常，叶片形态良好。41 ℃高温下，光合机构受到致命伤害，同时，水分、叶绿素含量显著下降，叶片随之枯黄黯淡，其中叶绿素含量会随温度增加持续减少，而水分流失会逐渐得到控制，43 ℃ 时，多花梾木抗氧化能力下降，膜脂氧化加剧，细胞膜受到严重伤害，在抗氧化酶系统中，POD活性中心受损，43、44 ℃时叶片基本完全凋落。

本次试验采用的是二年生多花梾木，植物在幼苗期比壮年期抗性弱，且植株置于人工气候箱中，其模拟的持续高温与实际高温环境有所差异，具有一定的局限性，多年生多花梾木的耐高温能力还有待进一步研究。

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