中國農業(yè)氣象（ Chinese Journal of Agrometeorology） 2018年 doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2018.02.006 韓瑋 ,孫晨曦 ,趙和麗 ,等 .高溫脅迫后小白菜的補償生長能力及防御機制 J.中國農業(yè)氣象 ,2018,39(2):119- 128 高溫脅迫后小白菜的補償生長能力及防御機制 * 1 韓 瑋 1 ，孫晨曦 2 ，趙和麗 1 ，胡 琪 1 ，鄭箐舟 1 ，宋星林 1（ 1.南京信息工程大學應用氣象學院 /江蘇省農業(yè)氣象重點實驗室，南京 210044； 2.山東省環(huán)境規(guī)劃研究院，濟南 250100） 摘要： 以小白菜品種“上海青”為研究對象，進行高溫脅迫實驗，設高溫組（晝 /夜溫度為 37 /30）與對 照組（ 25 /18） ，對小白菜高溫脅迫 3d、 6d和 9d后在 25 /18下的生長及恢復情況進行研究。結果表明： 高溫下小白菜生長受到顯著抑制，脅迫 3、 6、 9d 后干物質相對增長率分別比對照下降 32.68%、 82.86%、 100.00%。高溫引起葉片凈光合速率（ P n ） 、氣孔導度（ G s ）、蒸騰速率（ T r ）下降，胞間 CO 2 濃度（ C i ）升高， 丙二醛（ MDA）含量升高，同時小白菜啟動高溫防御應答機制，保護酶活性上升，可溶性蛋白積累，葉綠素 含量提高。脅迫解除后， 3d及 6d脅迫組 P n 、 G s 、 T r 升高， C i 下降， MDA含量、可溶性蛋白與酶活性下降， 處理組與對照差異逐漸減小。 3d脅迫處理小白菜在恢復期的 6 9d呈現超補償生長，補償指數為 1.10。 6d 處理則一直呈現低補償， 9d脅迫處理小白菜均在恢復過程中死亡。因此，超過 3d的高溫脅迫將引起小白菜 的不可逆損傷。灰色關聯分析表明， P n 、 G s 、可溶性蛋白、 MDA、葉綠素含量對小白菜的補償生長起到關鍵 作用，是小白菜實現補償生長的內在驅動機制。 關鍵詞： 光合特性；抗氧化酶；葉綠素含量；灰色關聯分析 Compensatory Ability and Defense Mechanism of Chinese Cabbage under High Temperature Stress HAN Wei 1 , SUN Chen-xi 2 , ZHAO He-li 1 , HU Qi 1 , ZHENG Qing-zhou 1 , SONG Xing-lin 1（ 1.College of Applied Meteorology, Nanjing University of Information Science 2.Shandong Academy of Environmental Planning, Jinan 250100） Abstract: Chinese cabbage was taken as experimental material, which were cultured in a climate chamber with 12h/12h photoperiod under 37 /30 for 3d, 6d, and 9d respectively before transferred to normal conditions (25 /18 ). The samples were then cultured for 9d for recovery. Chinese cabbage cultured constantly under 25 /18 was set as the control. The results showed that the growth of Chinese cabbage was hindered significantly by high temperature. The growth rate was 32.68%, 82.86%, and 100.00% lower than the control after stressed for 3, 6, and 9 days, respectively. The net photosynthetic rate (P n ), stomatal conductance (G s ), transpiration rate (T r ) decreased with increased treatment time of high temperature, while malondialdehyde (MDA) and intercellular CO 2concentration (C i ) increased. However, chlorophyll content, soluble protein, and antioxidant enzyme activities increased, which means defense mechanism of Chinese cabbage was motivated. During the recovery phase, the samples treated for 3 days and 6 days both increased in P n , G s , and T r , while decreased in C i , MDA content, soluble protein, and enzyme activities. The Chinese cabbage cultured under 37 /30 for 3 days exhibited over- compensation during the 6 th - 9 thday of recovery phase, the compensation index was 1.10. Chinese cabbage cultured * 收稿日期： 2017- 06- 26 基金項目：江蘇省高校自然科學研究面上項目（ 14KJB170013）；國家自然科學基金面上資助項目 (41475107)；江蘇省科 技支撐計劃項目（ BE2015693） 作者簡介：韓瑋（ 1981-），博士，講師，主要從事設施農業(yè)氣象研究。 E-mail： binzhouhanwei163.com 中 國 農 業(yè) 氣 象 第 39卷 ·120· under 37 /30 for 6 days exhibited under-compensation, while which cultured for 9 days died during the recovery phase. The results indicated that high temperature treatment for more than 3 days can cause irreversible damage to Chinese cabbage. Grey correlation analysis revealed that the P n , G s , soluble protein, MDA, and chlorophyll content play key roles in the compensatory growth of Chinese cabbage, which were major driving factors for the compensatory growth of Chinese cabbage. Key words: Photosynthetic characteristics;Antioxidant enzymes;Chlorophyll content;Grey correlation analysis 小白菜 （ Brassica chinensis L.） 又名不結球白菜、 青菜、油菜。原產于中國，在中國栽培十分廣泛， 南北各地均有分布，其生長快，產量高，消費量居 各類蔬菜之首 1 。由于其喜冷涼氣候條件，夏季高溫 障礙導致生長緩慢，且在自然條件下，夏季氣溫波 動較大，研究極端高溫天氣過后，小白菜的生長恢 復情況具有重要意義。 高溫對植物生長一般有負面影響，但是在自然 選擇的作用下，生物存在補償能力，能夠減少或消 除脅迫所帶來的不利影響，這是對環(huán)境變化的一種 適應性 2 。補償生長表現為低補償、等補償和超補 償，補償類型因物種、生長期和脅迫程度而異 3-5 ， 輕度脅迫條件下植物會發(fā)生超補償或等量補償，但 隨著脅迫強度的增大，可出現低補償反應 6-7 。李留 勇 8 發(fā)現，早期高溫處理結束后，水稻干物質增加 量表現出超補償效應，這種補償效應可能在減輕水 稻高溫傷害方面起一定的作用。孫憲芝等 9 發(fā)現高 溫脅迫解除后，遭受低強度脅迫的菊花植株可較快 恢復生長，高強度脅迫導致幼苗出現不可逆?zhèn)Α?李婷等 10 發(fā)現經過 6d的高溫脅迫后，銅綠微囊藻 生長速率高于對照，出現超補償生長。補償生長的 出現可能歸因于某些植物應答機制，諸如光合作用 活性增強、葉綠素含量提高、抗氧化酶活力增強， 生長率增大等 11-13 。 前人對高溫后植物補償生長方面有過不少研 究，但是對于小白菜的研究多偏重于高溫脅迫對白 菜生理生化指標的影響 14-16 ，如高溫脅迫降低小白 菜生長量和葉片凈光合速率 14 ，提高細胞膜傷害率 和丙二醛含量等 15 ，對高溫脅迫后小白菜的補償生 長卻鮮有研究。隨著全球氣候變暖，高溫成為作物 生長面臨的主要逆境 17-20 。但是，自然條件下，高 溫天氣往往是不連續(xù)的，對高溫過后小白菜在補償 性生長方面的生理生化機制進行研究，有助于了解 小白菜補償生長中的特點、規(guī)律和生理機制，對準 確 估測 小白菜高溫脅迫后的產量補償能力具有重要 意義，可為自然條件下小白菜合理規(guī) 避 高溫 風險 提 供 指導。 本 研究 針 對小白菜的高溫傷害 癥狀 、產量 補償能力、生理生化作用對不 同時間 高溫脅迫的響 應 展開 研究， 以 期 查明 小白菜的補償生長能力 并從 生物 內源 性因素方面 探討 小白菜的補償機制，為夏 季小白菜產量 品 質 預測及 環(huán)境 調控 提 供 理 論依據 和 技術支持 。 1 材料與方法 1.1 實驗設計 實驗 于 2017年 3- 4月 在南 京信息工 程大 學江蘇 省 農業(yè)氣象重點 實驗室 的人 工 氣候 箱內 進行。 以 青 梗 類型 “上海 青 ”Brassica chinensis L.為 實驗材料 ， 選 取籽粒飽滿 ， 整齊 一致的種 子 6 8 粒直播 于高 30cm， 直徑 20cm的 塑料盆 中 長 至三 葉一 心時 ， 每 盆 定植 3株。栽培條件為 ：晝 /夜 溫度為 25 /18， 光照條件 2000lx，光 暗周 期 12h/12h， 空 氣 相 對 濕 度 75%， 每 2d澆 1次 水，用 稱 重 法將土壤 含水量 控 制 在 田間持 水量的 80%左右 養(yǎng) 分條件 維持 在適 宜 水 平 待 小白菜長 至 5片 真 葉 時 ，選 取 長 勢基本 一致的植 株進行高溫脅迫處理。 根據 長 江 中下 游 地 區(qū) 夏季 常 見 的高溫天氣， 實驗設 高溫 組 （ HT） ，其 晝夜 溫度 設 為 37 /30， 對照 組 （ CK）， 晝 /夜 溫度為 25 /18， 每組 3個 重復。 實驗 分為 2個階段： 脅迫 階段 和恢 復 階段 。 高溫培 養(yǎng)時間 分 別 為 3d、 6d和 9d， 處理后， 均 置 于 晝 /夜 溫度為 25 /18的光照培 養(yǎng)箱內 恢復 生長 9d。分 別 在高溫脅迫 3、 6、 9d后 以及 恢復生長 的 3、 6、 9d后進行葉片光合 參數測 定， 并取樣測 定 葉綠素含量、可 溶 性 蛋 白含量、丙二醛（ MDA）和 保護 酶活性。由于高溫脅迫 9d后的小白菜均在恢復 過程中 死亡 ，因 此該 處理 無 恢復期 數據 。 1.2 觀測項目 （ 1）小白菜干重 測 定 ： 在高溫脅迫的 0d、 3d、 6d、 9d以及 恢復期的 3d、 6d、 9d將 植株地 上部 分和 地下 部 分在 通風 干 燥箱內 105 殺 青，然后 80 烘 第 2期 韓瑋 等 ： 高溫脅迫后小白菜的補償生長能力 及防御 機制 ·121· 至恒 重， 稱 重 小白菜干物質 相 對增量指 當次測 量的 植株干重 與 前一 次測 量的干重之 差 。 （ 2）光合 參數 的 測 定 ： 選 取 植株第 3或第 4片 展開 葉，用 LI-6400便攜式 光合 儀測 定葉片的凈光合 速率、胞 間 CO 2 濃 度、氣 孔 導度、 蒸騰 速率， 每個 處 理重復 測 定 3次 。 葉 室 （ 2cm×3cm） 內設 定溫度 20， 輻射 強度為 600µmolm -2 ·s - 1 。 （ 3）葉綠素含量的 測 定 ： 選 取每棵 植株 上 第 3 或第 4片 展開 葉， 洗 凈 擦 干， 剪碎 ， 稱取 0.2g， 置 于 95%乙醇 中 48h直至 葉片中的葉綠素 完 全 被 提 取 出 取 提 取液 在 紫外 分光光度 計 UV-1800（ 日本島津 ） 中 采 用 比色法測 定光 密 度 值 21 （ 4） 酶活性 參數 的 測 定 ： 超氧化物 歧 化酶 （ SOD） 活性用 氮藍四唑 （ NBT） 法測 定， 以抑 制 NBT光化 學還 原的 50%為 1個 酶活性 單位； 過氧化物酶 （ POD） 活性用 愈創(chuàng)木酚法測 定， 以每克 鮮重 每 分 鐘 在 470nm 處光 吸收值 變化 0.1為 1個 酶活性 單位； 過氧化 氫 酶 （ CAT）活性 測 定用 紫外吸收法 ， 以每克 鮮重 每 分 鐘 在 240nm處光 吸收值 變化 0.1為 1個 酶活性 單位 22 。 （ 5）可 溶 性 蛋 白含量的 測 定 ：采 用 考馬斯亮藍 G-250法測 定 22 。 （ 6）丙二醛（ MDA）的 測 定 ：采 用 硫代巴比妥 酸 （ TBA） 法測 定 22 。 1.3 數據分析 補償指 數 （ G/C）為 相同時段內實驗組與 對照 組 生長量的 比值 ，用 以 表 示 生物的補償生長 模式 。 G 為 實驗組 補償量， C為對照 組 生長量， G/C 1為超 補償， G/C=1為等補償， G/C 1為低補償 6 。 應用 SPSS19.0軟 件， 采 用 Duncan法 進行 差 異 顯著 性分 析 。利用 灰色關聯法 對各指標 與 補償指 數 的 關系 進行分 析 。 2 結果與分析 2.1 高溫脅迫不同天數后小白菜的補償生長量比較 由 圖 1a 可 以看 出， 與 脅迫前 相比 ，高溫脅迫 3d、 6d和 9d后，小白菜生物量 相 對增加量 逐漸 減 小， 3d處理為 0.309g， 6d為 0.072g，高溫處理 9d 后植株 死亡 ，增加量為 0，而對照的生物量 相 對增 加量 穩(wěn) 定在 0.45g左右 ?？?見 ，在 此 高溫條件下， 小白菜植株生長受 到明顯抑 制，其中高溫處理 3d 組 受 到 的 抑 制 最 小，處理 6d組 居中，處理 9d組 的 傷害 最 大， 直接造 成植株 死亡 。 圖 1b顯示 ，處理 3d組 和處理 6d組 脅迫結束后，植株在適 宜 溫度下 恢復， 3d、 6d和 9d后其生長表現不 同 ，脅迫 3d組 干物質增加量 迅 速 上升 ， 恢復生長 3d后其增加量 尚 顯著 低于對照，但恢復生長 6天后，其干物質增加 量等于或高于對照，而脅迫 6d組 生長 逐步 恢復，但 其生長速率一 直顯著 低于對照 ； 脅迫 9d后小白菜多 數死亡 ， 即停止 生長。 說明 經 3d高溫脅迫后，小白 菜的生長 仍 可 達到正常 水 平 ， 6d和 9d的高溫 則引 起小白菜的不可逆 損 傷。 圖 1 高溫脅迫后（ a）及恢復后（ b）小白菜生物量相對增量的比較 Fig. 1 The relative increment of dry biomass of Chinese cabbage during the stress phase (a) and the recovery phase (b) 中 國 農 業(yè) 氣 象 第 39卷 ·122· 進一 步計算 脅迫結束恢復生長后小白菜的生長 補償指 數 ，結 果見圖 2。由 圖 可 見 ， 3d脅迫 組 小白 菜在恢復的 6d以內 補償指 數 均小于 1，為低補償 階 段 ，但是在恢復的 6 9d則呈 現超補償，補償指 數 達到 1.10。 6d脅迫 組則 在 整個 恢復期均 呈 現低補償。 可 見 ，經過不 同時間 的高溫脅迫小白菜出現了不 同 程度的補償效應，補償能力 與 脅迫 時間 有 關 。 推測 經過不 同時間 的高溫脅迫，小白菜的各 項 生理生化 指標，如光合能力、 保護 酶活性等可能產生了一 系 列 的應 激調整 ， 從 而影響植株的補償能力。 圖 2 高溫脅迫后恢復期的補償指數 Fig. 2 Compensation indices (CI) of the relative increment of dry biomass of Chinese cabbage during the recovery phase 注：補償指數（ CI）為相同時段內實驗組與對照組生物量相 對增量的比值 Note: CI= G/C, where G is the relative increment of dry biomass of the control, and C is the relative increment of dry biomass of the treatments after high-temperature stress 2.2 高溫脅迫不同天數后小白菜葉片葉綠素含量及 光合特性的比較 高溫脅迫 及 恢復生長期小白菜葉片葉綠素 總 量 隨 時間 的變化如 圖 3所 示 。由 圖 可 見 ，在高溫脅迫 階段 ，脅迫 組 的葉綠素 a含量在前 3d呈上升趨勢 ， 高于對照處理水 平 ，之后 則呈 下降 趨勢 ， 9d低于對 照水 平 ， 比 對照下降了 16.96%。脅迫 3d、 6d時 葉綠 素 總 量分 別 為 3.03、 2.82mg·g - 1 ，比 對照 升 高了 28.26% 和 18.49%。在恢復 階段 ，脅迫 3d組 葉綠素含量 逐漸 下降，處理 組與 對照 組 的 差 異 逐漸 減小， 直至 降 至 對照水 平 ，而脅迫 6d組 ，葉綠素含量 則逐漸 下降 至 低于對照水 平 。 圖 3 高溫脅迫（ 3、 6、 9d）后及恢復（ 3、 6、 9d）后小白 菜葉綠素總量的比較 Fig. 3 Total chlorophyll content of Chinese cabbage during the stress phase (3, 6, 9d) and the recovery phase (3, 6, 9d) 光合速率的高低是 衡 量葉片活力的重要生理指 標，凈光合速率的高低 基本 反 映 了葉片光合生理 功 能的強 弱 。如 圖 4所 示 ，在脅迫 階段 ，葉片 P n 呈持 續(xù)下降 趨勢 ， 并 在脅迫 9d時 出現負 值 。 G s 和 T r 也 隨 著高溫脅迫 時間 的增加而 持 續(xù)下降?？?見 高溫有可 能影響了葉片 上 氣 孔 的 開關 程度，由于氣 孔限 制和 高溫傷害 共同造 成光合 系統(tǒng) 效率降低。而 C i 隨著高 溫脅迫 時間 的增加而 持 續(xù) 上升 ，胞 間 CO 2 濃 度 與 凈 光合速率 始終呈 現負 相關 ， 說明 氣 孔 的 開放 程度 與 胞 間 CO 2 濃 度的 相互 作用影響了葉片的光合速率。 在恢復 階段 ， 3d處理 組 葉片 P n 、 G s 、 T r 快速 上升并 高于對照水 平 ， 6d處理 組 P n 、 G s 、 T r 雖 也呈 現 上升 趨勢 ，但 始終 低于對照?？?見 ， 3d的 短 期高溫脅迫 可能 觸 發(fā)了了小白菜的某些 防御 應答機制， 使 光合 速率出現超補償，有利于植株的快速恢復， 說明 3d 短 期的高溫脅迫不 足 以 對光合 系統(tǒng)造 成不可恢復性 的影響。而 6d長期高溫脅迫 則 會對小白菜 造 成不可 逆的 損 害， 即 使 在恢復期，光合能力 也 不能 達到 對 照水 平 。 2.3 高溫脅迫不同天數后小白菜葉片 MDA、可溶 性蛋白和保護酶活性的比較 蛋 白質是生物 體 的重要 組 成 部 分，可 調 節(jié) 植物 生長發(fā) 育 和抗性 形 成等過程，大多 數 酶 也 是 蛋 白質， 細胞在適應環(huán)境脅迫的過程中， 需 調 節(jié) 自 身 蛋 白質 的合成 與 分解。由 圖 5a可 見 ，高溫脅迫期，小白菜 第 2期 韓瑋 等 ： 高溫脅迫后小白菜的補償生長能力 及防御 機制 ·123· 可 溶 性 蛋 白含量 顯著上升 ， 顯著 高于對照（ 圖 5a）， 說明 小白菜葉片在高溫脅迫下能 迅 速 積累 可 溶 性 蛋 白 以 抵 御 高溫脅迫的傷害。在恢復 階段 ， 3d處理 組 與 6d處理 組 可 溶 性 蛋 白在恢復的前 6d均 繼 續(xù) 呈 現 上升趨勢 ，之后 迅 速下降 至 對照水 平 。 MDA 含量可反應細胞在高溫脅迫中受 損 傷的 嚴 重程度和抗逆性的強 弱 。由 圖 5b可 以看 出，高溫 脅迫 階段 ，隨著高溫脅迫 時間 的 推 移 ， MDA含量 持 續(xù)增加，含量 顯著 高于對照，高溫處理 3d、 6d和 9d 組 的含量 比 對照分 別 提高 36.13%、 57.66%和 63.24%，脅迫 時間 越 長， MDA含量 越 高，細胞受 損 越嚴 重。在恢復 階段 ， 3d脅迫 組 和 6d脅迫 組 MDA 含量均 呈 下降 趨勢 ，但是脅迫 3d處理的 MDA含量 一 直 低于 6d處理。 圖 4 脅迫期及恢復期小白菜凈光合速率（ a）、氣孔導度（ b）、蒸騰速率（ c）和胞間 CO 2 濃度（ d）的變化 Fig. 4 Photosynthetic parameters Pn (a)， Gs (b)， Tr (c) 和 Ci (d) of Chinese cabbage during the stress phase and the recovery phase 圖 5 脅迫期及恢復期小白菜可溶性蛋白（ a）和丙二醛（ b）含量 Fig. 5 Soluble protein (a) and MDA (b) contents of Chinese cabbage during the stress phase and the recovery phase 中 國 農 業(yè) 氣 象 第 39卷 ·124· SOD、 CAT、 POD 是抗氧化酶 系 的重要成 員 ， 負 責清 除有氧 呼 吸相 伴 產生的活性氧 及 自由 基 ， 以 避 免 細胞質膜等受 到 過氧化 損 傷。 從圖 6可 以看 出， 在高溫脅迫 階段 ， SOD、 CAT酶活性均 呈上升趨勢 ， 顯著 高于對照，高溫處理 3、 6和 9d組 的 SOD活性 分 別比 對照提高 21.66%、 27.45%和 24.88%， CAT活 性分 別比 對照提高 10.17%、 22.13%和 16.00%。因為 脅迫會 引 起活性氧增加，細胞 則通 過提高自 身 抗氧 化 系統(tǒng) 的酶活性和抗氧化 劑 的含量來 清 除過量的氧 自由 基 。而恢復 階段 ， 保護 酶的變化 趨勢 較復 雜 ， 3d處理 組 SOD、 CAT、 POD保護 酶活性 逐漸 恢復 至 對照水 平 ， 與 對照的 差 異 逐漸 減小。而 6d處理 組 在 恢復 階段 SOD和 POD活性 持 續(xù) 上升 ，高于對照水 平 ， CAT持 續(xù)下降，低于對照水 平 ，出現一定的 紊亂 。 圖 6 脅迫期及恢復期小白菜超氧化物歧化酶（ a）、過氧化氫酶（ b）和過氧化物酶（ c）活性 Fig. 6 SOD (a), CAT (b), and POD (c) activities of Chinese cabbage during the stress phase and the recovery phase 2.4 高溫脅迫不同天數后小白菜補償生長的機制分析 利用 每個 生理生化指標的歸一化 數值 繪 制 雷 達 圖 ， 以 確 定小白菜生長 限 制指標（ 圖 7）。 每個 獨立 的 數 軸 對應一 個 生理生化指標， 數 軸 呈輻射狀 分布 在中 心 點 周 圍 ， 把 不 同數 軸 上 的指標歸一化 數值 用 折線 連 接 起來所 形 成的 曲線 代 表不 同 的處理。 越靠 近 數 軸 的 外 側 ， 代 表對應指標有利于小白菜生長， 越靠近 數 軸 的原點， 代 表指標不利于小白菜生長。 由 圖 可 見 ，在 3d處理 組 ，各 項 指標歸一化指標 評 分 均較高，各指標的 評價 值 除 CAT和 MDA外 均為 最 大 值 ， 評 分結 果 所 構 成的多 邊形 面 積 在 3個 處理中 最 大，可 見 ， 3d處理各 項 生長指標較 好 ，在恢復過 程中 達到 了較 好 狀 態(tài) ，因 此 ，其恢復生長后期干重 增長速率高于對照，可出現超補償現象 ； 而對于 6d 處理和 CK， 評 分結 果 構 成的多 邊形向圓 心明顯收 縮 ， 說明 各 項 指標 綜 合 狀 況較 差 。 雷 達圖 不 僅綜 合 反 映 了 評價 對象的 好壞 ， 更 直接 表現了其在 單個 指 標 上 的 優(yōu)劣 。在 6d處理 組 ， P n 、 G s 、葉綠素和 MDA 含量的 評價 值 靠近圓 心 ， 說明 它 在這方面具有 很 明 顯 的 劣 勢 ， P n 、 G s 、葉綠素和 MDA含量是 6d處理 的生長 限 制因素 ； 在 CK處理中， 保護 酶活性和可 溶 性 蛋 白含量的 評價 值 靠近圓 心 ， 說明 它 在 保護 酶活 性和可 溶 性 蛋 白方面較 劣 勢 。 為了研究小白菜補償生長 與 生理生化指標的具 體 關系 ，利用 灰色關聯法 分 析 了 10項 具 體 的生理生 化指標（葉綠素、 P n 、 G s 、 T r 、 C i 、可 溶 性 蛋 白、 SOD、 CAT、 POD、 MDA） 與 小白菜干物質增加量的 關系 。 影響因素對 目 標因素的重要性 越 大， 關聯系數 越 高。 由表 1可 見 ， 與 小白菜干物質增加量 關聯密 切 的因 圖 7 基于 10項指標的小白菜恢復期生長分析 Fig. 7 Description of Chinese cabbage growth based on the 10 factors of different treatments during the recovery phase 第 2期 韓瑋 等 ： 高溫脅迫后小白菜的補償生長能力 及防御 機制 ·125· 表 1 恢復期小白菜干重相對增量與生理生化指標之間的灰色關聯度 Table 1 Grey correlation degree between Chinese cabbage absolute increment weight and biochemical indices during the recovery phase 生理生化指標 Biochemical factors Chl Pn Gs Tr Ci Pro SOD CAT POD MDA 干物質相對增量 Absolute increment weight 0.4414 0.6287 0.5518 0.1625 0.1073 0.4559 0.1397 0.4203 0.2868 0.4446 注： Chl為葉綠素含量； Pro為可溶性蛋白含量。 Note: Chl is chlorophyll content; Pro is soluble protein content. 素主要有 P n （ 0.6287） ，其 次 是 G s （ 0.5518） 、可 溶 性 蛋 白（ 0.4559） 、 MDA（ 0.4446）和葉綠素含量 （ 0.4414）， 說明 這些因 子與 小白菜干重增加有較 密 切 關系 ，是影響小白菜補償生長速率的主要因素。 3 結論與討論 灰色關聯 分 析 表 明 ， 與 小白菜恢復生長速率 關 系最密 切 的指標為 P n 。 周 瑞蓮 等 12 研究 也 發(fā)現 單 葉 蔓荊 補償生長 與 P n 呈顯著正相關 。有 關 研究表 明 ， 高溫 直接 傷害植物的光合 系統(tǒng) 23 。在脅迫期，植物 P n 下降，在恢復期， 3d處理 迅 速恢復 甚 至 超過對照 水 平 ， 6d處理 也 有緩慢恢復，但是一 直顯著 低于對 照水 平 ， 說明 長期的高溫脅迫會對小白菜的光合作 用 造 成 嚴 重影響。諸多其 它 作物 上 的 實驗也 證 明 了 這點，孫憲芝等 9 研究表 明 ， 5d內 33/28 短 期處理 后菊花的光合作用可 以 在較 短 時間內 得 到 恢復，而 脅迫 時間 大于 5d的 P n 在 短 期 正常 條件下不能 完 全恢 復。 張潔 等 24 研究表 明 ， 即 使 35 亞 高溫處理 番茄 2h， 番茄 葉片 P n 在一 日內也 很難 完 全恢復，處理 時 間 越 長，光合作用恢復的 時間也將 越 長。然而 王晨 陽 等 25 發(fā)現小 麥 經過 36h的 38高溫處理后，在恢 復期小 麥旗 葉的 P n 略 呈上升趨勢 。這 與本 研究中 3d 處理 迅 速恢復 甚 至 超過對照水 平相 似 。因 此 ，小白 菜對高溫脅迫較 敏感 ， 3d以上 的高溫傷害 將 對產量 造 成 嚴 重影響。 根據灰色關聯 分 析 ， 與 小白菜恢復生長速率 關 系密 切 的指標為 G s 。一般 認 為氣 孔 對 CO 2 和水 汽 進 出葉片的 共同控 制作用是葉片光合- 蒸騰 耦 合 關系 形 成的原因， 它 是 決 定植物光合強度和水分 蒸騰 強 度的重要因素，氣 孔調 節(jié) 在植物適應環(huán)境變化和環(huán) 境 壓 力中起著 關 鍵 作用 26 。 灰色關聯 分 析還 表 明 ， 與 小白菜生長速率 關系 密 切 的指標為可 溶 性 蛋 白。 趙偉潔 等 13 研究 也 發(fā)現， 糜 子 的補償生長 與 可 溶 性 蛋 白含量 呈顯著正相關 。 在脅迫期，植物可 溶 性 蛋 白一 直呈上升趨勢 ，在恢 復期的前 3d植物可 溶 性 蛋 白 繼 續(xù) 上升 ，之后下降 至 正常 水 平 。可 溶 性 蛋 白的 積累 可能是植物細胞適應 高溫的一種 保護 策略 ，增加的 蛋 白質含量可能表 明 增強生理 代 謝 27 。一方面可能 與 合成 更 能適應溫度 脅迫環(huán)境的 蛋 白 即 熱 激蛋 白有 關 27 ； 另 一方面可能 是高溫 誘 導或增加了某些抗逆性酶的含量和活性 從 而 引 起可 溶 性 蛋 白的 積累 27 。高溫脅迫下小白菜葉 片 內 的可 溶 性 蛋 白含量 呈上升趨勢 ，表 明 小白菜 體 內 的可 溶 性 蛋 白在 抵 御 高溫脅迫過程中起 到 積 極的 作用。 MDA是膜 脂 過氧化過程中的分解產物，表 示 膜 脂 過氧化程度和對逆境反應的強 弱 。 MDA含量 越 高， 則損 傷 越 大 21 。 MDA具有細胞 毒 性，能 引 起細胞膜 功 能 紊亂 28 。在高溫脅迫期， MDA含量 累積 ，隨著 脅迫 時間 的增加而增加。這表 明 雖 然抗氧化酶隨脅 迫 時間 的 推 移 而 升 高，但增高的抗氧化酶活性 仍 然 不 足 以 應 付越 來 越 多的自由 基 ，導致細胞膜 脂 過氧 化程度加重， MDA 增加。然而，在恢復期， MDA 含量 顯著 下降，表 明當 受 損 細胞處于 修 復 階段時 ， 膜 功 能 逐漸 恢復，小白菜的生長 逐漸 恢復 正常 。 有研究發(fā)現，植物補償生長 與 葉綠素含量 呈顯 著正相關 13 。葉綠素是植物重要的光合 色 素，在光 子 捕獲 、光能 轉換 和 電 子 傳遞 等過程中起重要作用， 直接 影響光合效率和 代 謝 水 平 21 ，這在植物對溫度 的反應中起 關 鍵 作用。在 本 研究中，高溫脅迫 階段 ， 葉綠素含量在前 3 6d呈上升趨勢 ，高于對照水 平 ， 之后 則呈 下降 趨勢 ， 9d低于對照水 平 。在恢復 階段 ， 3d處理葉綠素含量下降 直到接 近 正常 水 平 ， 6d處理 則 降低 直至 低于對照水 平 。 雖 然多種作物葉綠素含 量會隨高溫脅迫而下降，但是 本 研究中葉綠素含量 在脅迫 階段 增加， 與 董瑜 的研究一致 29-30 ，這可能 與 植物種類有 關 ，可能是 被 響應和抗氧化 相關基 因 中 國 農 業(yè) 氣 象 第 39卷 ·126· 在 轉錄 水 平控 制 引 起的，植物 以此 對抗高溫脅迫。 SOD、 CAT和 POD是細胞 抵 御 活性氧傷害的重 要 保護 性酶， 它們 在 清 除 O 2- 、 H 2 O 2 和過氧化物， 阻 止 或減少 羥 基 自由 基 形 成， 保持 膜 系統(tǒng) 免 受 損 傷方 面起著重要作用， 與 植物的抗逆性 密 切 相關 31-32 。 正常 條件下，植物細胞 內 自由 基 的產生 與 清 除之 間 保持 著動 態(tài) 平衡狀 態(tài) ，但在逆境條件下，植物細胞 內 的活性氧產生 與 清 除的 平衡關系 受 到 破壞 ， 積累 的自由 基 就 會對細胞 造 成傷害 33 。 本實驗 發(fā)現， SOD、 CAT、 POD含量在脅迫期大多 呈 現 上升趨勢 ， 恢復期 則 緩慢下降。這可能是植物的自 身 保護 機制， 熱 應 激 可能 誘 發(fā)表 達 氧化 代 謝 的變化， 激 活 基 因表 達 ，增加抗氧化酶活性 34 。 Wang等 35-36 也 發(fā)現高溫 脅迫下小 麥 SOD活性增加， 查 倩 等 30 發(fā)現高溫導致 抗氧化酶活性增高。 當 然過度的高溫傷害 也 會 引 起 保護 酶活性的降低 37 。 高溫是 抑 制夏季小白菜生長的環(huán)境因素之一。 從本 研究可 以看 出，小白菜在 37/30高溫處理下生 長受 阻 ，高溫傷害對小白菜傷害主要是降低葉片光 合速率，提高細胞膜 脂 過氧化程度，小白菜在不 良 條件下 難 以完 成 正常 生理活動， 從 而導致細胞生長 遲 緩、產物合成能力下降 38 。超補償是生物 與 環(huán)境 的長期 博弈 中 形 成的抗逆機理的重要 組 成 部 分，適 度脅迫下，作物自 身 調控 潛 力可 實 現超補償生長 7 。 本實驗 中，不 同 脅迫 時間 處理補償能力不 同 ，這 與 王 利 彬 等 3 研究結 論相 近 ， 即 補償效應 與 脅迫程度有 關 ，重度脅迫 尤 其是長 時間 重度脅迫會降低補償效 應 甚 至 產生傷害效應，而適度脅迫可產生超補償效 應。 3d脅迫 組 由于植株機 體 應 激調整