高温胁迫对枣花器官生理特性的影响

王冠玉,贾平平,靳 娟,阿布都卡尤木·阿依麦提,樊丁宇,赵晓梅,郝 庆,杨 磊,耿文娟

(1.新疆农业大学园艺学院,乌鲁木齐 830052;2.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;3.石河子大学农学院,新疆石河子 83200)

0 引 言

【研究意义】枣(ZiziphusjujubaMill.)属鼠李科(Rhamnaceae)枣属(ZiziphusMill.)植物,具有耐旱、喜光热、易管理等特点[1]。近年来,新疆红枣产量快速增加,但新疆红枣在花期常出现40℃以上的异常高温天气[2],持续高温天气会导致枣树落花落果,影响坐果率和产量[3]。研究高温胁迫对枣花器官生理特性的影响,对新疆红枣的抗逆栽培具有重要意义。【前人研究进展】植物遭受高温胁迫时,其体内会产生大量对细胞有害的活性氧,在高温环境下细胞会发生衰老甚至死亡,为抵御高温胁迫,植物体内的渗透调节物质含量和抗氧化酶活性会发生变化[4]。高温会造成苹果[5]、葡萄[6]叶片等细胞膜通透性增大,膜脂过氧化作用加大;且热敏品种叶片的MDA含量上升幅度大于耐热品种,表明前者细胞膜受损伤程度更重[7]。高温胁迫下,猕猴桃[8]、葡萄[9]会通过提高自身渗透调节物质来调节细胞渗透势,保护膜系统稳定性,提高其耐热性。此外,高温胁迫会使草莓[10]、苹果[11]叶片的SOD、POD、CAT酶活性提高,通过改变自身抗氧化酶活性以降低高温胁迫对细胞产生的伤害。45℃高温胁迫下,随着高温胁迫时间的延长,海沃德猕猴桃叶片[12]SOD、POD和CAT活性下降,克瑞森无核葡萄叶片[13]SOD、POD和CAT活性呈先上升后下降趋势。耐热品种会提高自身更多的抗氧化酶活性来抵御高温胁迫[14]。【本研究切入点】在吐鲁番高温环境下伏脆蜜和骏枣坐果率和产量差异明显,并经试验发现高温下2个品种叶片光合特性和相关生理特性存在较大差异[15],而花器官与坐果率和产量直接相关,高温胁迫对这2个品种花器官的影响程度尚不明确。需研究高温胁迫对枣花器官生理特性的影响。【拟解决的关键问题】比较高温胁迫对伏脆蜜和骏枣花器官相关生理指标的影响,分析伏脆蜜和骏枣耐高温差异,研究枣花器官在高温胁迫下的生理响应,为制定枣花高温防御策略提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

材料为3 年生骏枣和伏脆蜜的盆栽苗,砧木为酸枣,花盆材质为PVC塑料,直径28 cm,深度33 cm,基质为市售花土,管理水平一致。2021年6月底将盆栽苗移入45℃人工气候培养间模拟高温天气胁迫,每天10:00按照顺序依次移动花盆,保证每棵植株受热胁迫均匀,每天20:00浇水1次。以移入人工气候培养间后开始胁迫0 h时为对照,于高温胁迫2、6和24 h采集萼片展平的花朵,采样完成后立即投入液氮速冻,保存于-80℃冰箱。

1.2 方 法

相对电导率的测定参照李合生[16]的方法,使用雷磁DDS-307A型电导率仪进行测定。丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性糖含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、多酚氧化酶(PPO)活性的测定均按照试剂盒(苏州科铭生物技术有限公司)说明书进行。

1.3 数据处理

采用Excel软件进行数据处理,利用SPSS26.0软件进行方差分析,使用GraphPadprism9.2.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 高温胁迫对枣花器官相对电导率和MDA含量的影响

研究表明,随着高温胁迫时间的延长,伏脆蜜和骏枣的花器官相对电导率均呈显著上升趋势,在24 h达到最大值,分别为67.46%和68.98%,分别较对照极显著提高27.7%和22.81%。骏枣花器官的相对电导率在不同胁迫时长下均高于伏脆蜜花器官。图1

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

2个品种花器官的MDA含量随高温胁迫的时间均呈先升高后降低趋势。伏脆蜜在高温处理2 h时达到最大值,为38.71 nmol/g,较对照显著提高41.5%,胁迫6 h MDA含量开始呈下降趋势。骏枣花器官的MDA含量在高温胁迫2 h时较对照显著提高, 2 h后趋于稳定,胁迫6 h时达到最大值,为40.61 nmol/g,较对照显著提高41.2%。骏枣花器官的MDA含量在高温胁迫下均大于伏脆蜜。图2

图2 高温胁迫下枣花器官MDA含量变化

2.2 高温胁迫对枣花器官渗透调节物质的影响

研究表明,伏脆蜜在高温胁迫2和6 h的脯氨酸含量分别为139.90和157.05 μg/g,较对照分别提高4.4%、17.2%。骏枣受高温胁迫2 h的脯氨酸含量达到最大值,为143.35 μg/g,较对照显著提高34.3%;6和24 h的骏枣花器官脯氨酸含量含量分别为133.88和127.84 μg/g,较对照分别提高25.4%和19.7%,均存在显著差异。图3

图3 高温胁迫下枣花器官脯氨酸含量变化

伏脆蜜和骏枣可溶性糖呈现先上升后下降的趋势,均在6 h达到最大值,分别为48.29和45.42 mg/g,分别较对照显著提高22.6%和16.6%。2个品种在高温胁迫24 h的可溶性糖较对照均无明显差异,分别为36.85和37.64 mg/g,较对照分别降低6.4%和3.4%。图4

图4 高温胁迫下枣花器官可溶性糖含量变化

2.3 高温胁迫对枣花器官抗氧化酶活性的影响

研究表明,随高温胁迫时间的延长,伏脆蜜和骏枣的SOD酶活性均呈现先上升后下降的趋势,均在6 h达到最大值,分别为254.54和229.37 U/g,分别较对照升高41.8%、20.7%;骏枣受高温胁迫24 h的SOD酶活性为154.88 U/g,较对照降低18.5%。图5

图5 高温胁迫下枣花器官SOD活性变化

伏脆蜜和骏枣花器官的POD酶活性随高温胁迫时间延长均呈现上升趋势,在24 h达到最大值,分别为63 200和61 066.67 U/g,较对照显著提高21.9%和32.6%。伏脆蜜受高温胁迫2和6 h均较对照分别提高13.4%和17.8%,存在显著差异;骏枣受高温胁迫2 h较对照提高11.4%,但差异不显著;高温胁迫6 h较对照显著提高21.0%。高温胁迫不同时长下伏脆蜜的POD酶活性均大于骏枣。图6

图6 高温胁迫下枣花器官POD活性变化

随高温胁迫时间延长,2个品种花器官的CAT酶活性均呈现显著上升趋势,均在24 h达到最大值。伏脆蜜受高温胁迫2、6、24 h的CAT活性分别为39.03、48.99、73.71 nmol/min/g,较对照分别显著提高70.9%、114.5%、222.6%;骏枣的CAT活性分别为36.44、47.25和67.53 nmol/min/g,较对照分别显著提高89.2%、145.3%、250.6%。高温胁迫不同时长下伏脆蜜枣器官的CAT酶活性均大于骏枣。图7

图7 高温胁迫下枣花器官CAT活性变化

随高温胁迫时间的延长,伏脆蜜和骏枣花器官的PPO酶活均呈现上升趋势,在24 h达到最大值,分别为63和70.4 U/g,较对照分别显著提高20.4%和46.3%。2个品种花器官的PPO酶活性在高温胁迫2、6 h较对照均无显著差异。图8

图8 高温胁迫下枣花器官PPO活性变化

3 讨 论

植物对高温胁迫的响应受到诸多因素的影响,不同品种的植物耐热机制也不尽相同[17]。植物体可以通过渗透调节作用以及抗氧化酶系统来防御高温胁迫,主要表现为渗透调节物质含量和抗氧化酶活性会升高,避免植物的膜系统遭受破坏,保护细胞膜的完整性[18]。李燕等[19]研究表明,甜樱桃花芽萌动期的雌蕊、雄蕊发育过程中对短时间内高温胁迫的敏感时期和敏感性不同。受枣花器官小、人员数量、采样时间等因素限制,试验中采集样品为萼片展平的花朵,而未能将雌蕊、雄蕊等组织分开研究。今后的试验可根据研究需要,采集花中某一组织进行测定,从而更加精准地开展伏脆蜜和骏枣花器官的耐热性研究。

3.1 高温胁迫对相对电导率和MDA含量影响

细胞膜是阻止细胞外物质自由进入细胞的重要屏障,既能维持稳定代谢的细胞内环境,又可以调节和选择物质进出细胞[20]。细胞膜是植物高温损伤的敏感部位,MDA是膜脂质过氧化最重要的产物之一,其和相对电导率是反应植物耐热性的重要指标。高温胁迫下,细胞原生质膜先受到损伤,造成细胞膜透性增大,细胞膜受到破坏,从而导致相对电导率和MDA含量增大[21]。刘敏等[6]对葡萄幼树叶片进行不同温度胁迫后发现,相对电导率和MDA含量均会上升,且在45℃高温胁迫后上升幅度最大,该温度下细胞膜受损程度最大;田佳等[5]在苹果上的研究表明,随着高温胁迫的时间延长,叶片相对电导率逐渐升高,研究结果与此一致。研究中,随着高温胁迫时间的延长,2个品种的花器官MDA含量均呈现先升后降趋势,与张方静等[22]对高温下月季叶片的研究结果一致。高温胁迫后耐热品种叶片的MDA含量增幅较小,热敏品种增幅相对较大,且高温与常温下耐热型品种叶片MDA含量均少于热敏型品种叶片[7],与研究结果一致。

3.2 高温胁迫对渗透调节物质含量的影响

渗透调节是植物适应环境形成的一种重要生理机能,渗透调节物质如可溶性糖、脯氨酸等含量与渗透调节能力密切相关[23]。作物在遭受高温胁迫后,脯氨酸含量升高,会提高细胞膜保护酶活性,维持细胞膨压和膜的稳定性,增强植株对高温胁迫的耐受性[24]。研究中,枣花器官在遭受高温胁迫后,通过提升自身的渗透调节物质来保护自身,TOAN等[25]对杧果进行高温胁迫表明,高温胁迫短期内台农一台可溶性糖含量呈现先上升后下降趋势;吴燕等[26]研究表明,栝楼雌花的脯氨酸含量随高温时间延长呈先上升后下降趋势,均与研究结果一致。此外,靳娟等[27]通过对酸枣和灰枣幼苗叶片进行5 d高温胁迫的研究表明,可溶性糖和脯氨酸含量变化趋势为先下降后上升,变化趋势出现拐点可能因为渗透调节物质变化含量与高温胁迫的温度、时长有关,或是因为此时的渗透调节能力已经达到植物本身的耐受极限。

3.3 高温胁迫对抗氧化酶活性的影响

4 结 论

随着高温胁迫时间的延长,2个品种花器官的相对电导率和MDA含量均显著上升,骏枣花器官的MDA含量增幅大于伏脆蜜,且骏枣花器官的相对电导率和MDA含量始终比伏脆蜜花器官高,说明骏枣细胞膜透性增大,受损更严重,故伏脆蜜花器官细胞膜更稳定;POD、CAT、PPO活性随着高温胁迫时间的延长均显著升高,且伏脆蜜花器官的POD、CAT活性始终大于骏枣花器官,高温胁迫会造成抗氧化酶活性升高,耐热品种伏脆蜜会通过提高抗氧化酶活性抵御高温胁迫。伏脆蜜比骏枣具有更强的耐热性。