收稿日期 2019 06 22 基金項目 十二五 國家科技支撐計劃項目 L0201300245 上海市科技興農(nóng)重點攻關項目 滬農(nóng)科攻字 2011 第1 9號 作者簡介 王宏輝 1989 女 碩士 農(nóng)藝師 主要從事種質資源與遺傳育種相關研究 E mail wanghonghui127 163 com 通信作者 E mail fangwm njau edu cn 上海農(nóng)業(yè)學報 2020 36 6 24 27 http www nyxb sh cn Acta Agriculturae Shanghai DOI 10 15955 j issn1000 3924 2020 06 05 王宏輝 顧俊杰 房偉民 等 不同品種紅掌葉片細胞膜穩(wěn)定性和滲透調節(jié)物質對高溫脅迫的響應 J 上海農(nóng)業(yè)學報 2020 36 6 24 27 不同品種紅掌葉片細胞膜穩(wěn)定性和滲透調節(jié)物質 對高溫脅迫的響應 王宏輝1 2 顧俊杰3 房偉民1 陳發(fā)棣1 張棟梁3 1南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院 南京210095 2通遼市科爾沁區(qū)農(nóng)業(yè)技術推廣中心 通遼028000 3上海鮮花港企業(yè)發(fā)展有限公司 上海201303 摘 要 為探討高溫脅迫下紅掌葉片細胞膜穩(wěn)定性和滲透調節(jié)物質變化的規(guī)律 以耐熱性不同的4個紅掌 盆栽品種 阿瓦托 Arento 馬都拉 Madural 特倫薩 Turenza 甜冠軍 Sweet champion 為材料 測定并分析39 高溫脅迫不同時間后4個品種葉片的相對電導率 REC 丙二醛 MDA 脯氨酸 Pro 和可溶性蛋白含量的變化 結果表明 與對照相比 高溫脅迫下的4個紅掌品種葉片的相對電導率和MDA含量 均增加 但耐熱性越強的品種增加幅度越小 脯氨酸和可溶性蛋白含量隨著時間延長均先升高后降低 但越耐熱 的品種升高的幅度越大 降低幅度越小 綜上 耐熱性越強的紅掌品種細胞膜越穩(wěn)定 滲透調節(jié)物質積累的 越多 關鍵詞 紅掌 高溫脅迫 細胞膜穩(wěn)定性 滲透調節(jié)物質 中圖分類號 S682 14 文獻標志碼 A 文章編號 1000 3924 2020 06 024 04 Response of cell membrane stability and osmotic adjustment substances in leaves of different cultivars of Anthurium andraeanum under high temperature stress WANG Honghui1 2 GU Junjie3 FANG Weimin1 CHEN Fadi1 ZHANG Dongliang3 1 College of Horticulture Nanjing Agricultural University Nanjing 210095 China 2 Agricultural Technology Extension Center of Horqin District in Tongliao Tongliao 028000 China 3 Shanghai Flower Port Enterprise Development Co Ltd Shanghai 201303 China Abstract In order to explore the changes of cell membrane stability and osmotic adjustment substances in leaves of Anthurium andraeanum under high temperature stress relative electric conductivity REC contents of malondialdehyde MDA proline and soluble protein of four Anthurium andraeanum cultivars with different heat resistance such as Arento Madural Madural and Sweet champion treated at 39 for different times were determined and analyzed The results showed that the relative electric conductivity and MDA content of four cultivars increased with time but the stronger the heat resistance was the smaller the relative increase rates of relative electric conductivity and MDA content were Proline and soluble protein content in the four cultivars increased first and then decreased but the stronger the heat resistance was the greater the relative ascent rates of proline and soluble protein content were and the smaller the relative decreasing rates were Therefore the stronger the heat resistance of Anthurium andraeanum cultivars was the better cell membrane stablility was and the more accumulated osmotic regulation substances were Key words Anthurium andraeanum High temperature stress Cell membrane stability Osmotic adjustment substances 上 海 農(nóng) 業(yè) 學 報 高溫脅迫首先傷害植物的細胞膜系統(tǒng) 一方面改變膜脂組成 破壞膜的選擇透過性 引起胞內電解質 外滲 導致滲透勢升高 另一方面高溫產(chǎn)生的活性氧分子會氧化膜脂中的不飽和脂肪酸 進而影響細胞膜 的穩(wěn)定性 1 滲透調節(jié)是植物抵御高溫脅迫和進行自我保護的重要生理機制 植物體通過主動積累滲透 調節(jié)物質來降低滲透勢 避免或減少高溫對機體的傷害 2 其中脯氨酸含量和可溶性蛋白含量是重要的 滲透調節(jié)物質 細胞膜穩(wěn)定性和滲透調節(jié)物質的變化廣泛應用于觀賞鳳梨 Bromeliaceae 3 灰?guī)r皺葉報 春 Primula forrestii 4 海州常山 Clerodendrum trichotomum 5 觀賞海棠 Malus spp 6 杜鵑花 Rhododendron 7 和葡萄 Grape 8 等植物的耐熱性研究 紅掌 Anthurium andraeanum Lind 是天南星科 Araceae 花燭屬 Anthurium Schott 常綠宿根花卉 又 稱安祖花 花燭等 具有艷麗多彩的花苞和優(yōu)美的葉片 廣泛應用于盆栽和切花 9 但紅掌對溫度較為敏 感 當溫度高于35 時 其花苞褪色 壽命縮短 觀賞性降低 迄今為止 關于不同耐熱性紅掌對高溫脅 迫生理響應差異的研究較少 張偉等 10 研究了 火焰 阿拉巴馬 和 粉冠軍 3種不同耐熱性紅掌品種 在高溫脅迫下的超氧物歧化酶 SOD 過氧化物酶 POD 可溶性蛋白和可溶性糖含量的變化 指出耐熱 性強的品種具有較強的細胞滲透調節(jié)能力 蛋白質合成能力以及消除活性氧傷害的能力 但并未對細胞 膜穩(wěn)定性進行研究 本試驗以4個耐熱性不同的紅掌品種為材料 通過測定39 高溫脅迫不同時間下的 相對電導率 丙二醛含量 脯氨酸含量和可溶性蛋白含量 分析不同耐熱性紅掌品種的細胞膜穩(wěn)定性和滲 透調節(jié)物質的變化規(guī)律 以探索紅掌耐熱性機制 1 材料與方法 1 1 供試材料 供試材料為上海鮮花港企業(yè)發(fā)展有限公司提供的株齡為5個月的4個紅掌盆花品種 其耐熱能力由 強到弱依次為 阿瓦托 Arento 馬都拉 Madural 特倫薩 Turenza 甜冠軍 Sweet champion 11 1 2 試驗方法 試驗在南京農(nóng)業(yè)大學實驗室進行 將4種紅掌于RXZ 430A人工氣候室內進行39 高溫6 h 12 h 24 h 36 h 48 h處理 設置空氣相對濕度70 80 光照強度10 000 15 000 lx 對照置于室溫下培 養(yǎng) 每處理5盆 4次重復 每個處理選取5株植株 取上部第1片成熟葉測定各項生理指標 1 3 測定項目 相對電導率 REC 采用電導儀測定 丙二醛 MDA 含量采用硫代巴比妥酸法測定 脯氨酸 Pro 含量 采用酸性茚三酮比色法測定 可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍比色法測定 12 1 4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 采用Excel 2007軟件作圖 運用SPSS 20 0軟件進行方差分析和顯著性檢驗 2 結果與分析 2 1 紅掌品種葉片細胞膜穩(wěn)定性對高溫脅迫的響應 2 1 1 相對電導率的變化 相對電導率是衡量高溫對植物細胞膜透性影響程度的一個指標 13 由圖1可知 高溫處理前 耐熱 性最差的 甜冠軍 的相對電導率 REC 顯著大于其他3個紅掌品種 耐熱性最強的 阿瓦托 的REC最 小 馬都拉 和 特倫薩 的REC沒有顯著差異 高溫處理后 4個紅掌品種葉片的相對電導率隨著脅迫 時間延長呈上升趨勢 脅迫6 h時 4個紅掌品種葉片的REC與對照沒有顯著差異 當脅迫12 h時 甜 冠軍 的REC的升高幅度最大 比對照增加了68 08 阿瓦托 的REC升高幅度最小 比對照增加了 21 25 馬都拉 和 特倫薩 的REC分別比對照增加了38 69 31 72 高溫脅迫48 h時 各品種葉 片的相對電導率由大到小依次為 甜冠軍 特倫薩 馬都拉 阿瓦托 分別比對照增加了1 49倍 1 42倍 1 41倍 1 12倍 差異顯著 2 1 2 丙二醛含量的變化 丙二醛 MDA 是植物在高溫脅迫下膜脂過氧化的重要產(chǎn)物 2 由圖2可知 4個紅掌品種葉片的 52 王宏輝 等 不同品種紅掌葉片細胞膜穩(wěn)定性和滲透調節(jié)物質對高溫脅迫的響應 MDA含量變化趨勢與相對電導率變化趨勢一致 即隨著脅迫時間延長呈上升趨勢 高溫處理前 耐熱性 最差的 甜冠軍 MDA含量顯著大于其他3個紅掌品種 耐熱性最強的 阿瓦托 的MDA含量最小 馬都 拉 和 特倫薩 的MDA含量沒有顯著差異 脅迫6 h時 4個紅掌品種葉片的MDA含量與對照沒有顯著 差異 脅迫12 h時 甜冠軍 MDA含量升高幅度最大 比對照增加了38 34 阿瓦托 的MDA含量升 高幅度最小 比對照增加了10 41 馬都拉 和 特倫薩 的MDA含量分別比對照增加了15 98 17 71 脅迫48 h時 各品種葉片的MDA含量由高到低依次為 甜冠軍 特倫薩 馬都拉 阿瓦托 分別比對照增加了59 41 48 68 47 75 和30 10 差異顯著 55 40 25 10 時 間 h 甜 冠 軍 馬 都 拉 特 倫 薩 阿 瓦 托 相 對 電 導 率 0 6 12 24 36 48 圖1 高溫脅迫后4個紅掌品種葉片相對電導率的變化 Fig 1 The changes of relative electric conductivity in leaves of four cultivars of Anthurium andraeanum Lind under high temperature stress 0 020 0 016 0 012 0 008 時 間 h 甜 冠 軍 馬 都 拉 特 倫 薩 阿 瓦 托 丙 二 醛 含 量 m o l g 1 0 6 12 24 36 48 圖2 高溫脅迫后4個紅掌品種葉片丙二醛含量的變化 Fig 2 The changes of MDA content in leaves of four cultivars of Anthurium andraeanum Lind under high temperature stress 200 160 120 80 時 間 h 脯 氨 酸 含 量 g g 1 0 6 12 24 36 48 甜 冠 軍 馬 都 拉 特 倫 薩 阿 瓦 托 圖3 高溫脅迫后4個紅掌品種葉片脯氨酸含量的變化 Fig 3 The changes of proline content in leaves of four cultivars of Anthurium andraeanum Lind under high temperature stress 2 2 紅掌品種葉片滲透調節(jié)物質對高溫脅迫的響應 2 2 1 脯氨酸含量的變化 由圖3可知 4個紅掌品種的脯氨酸含量在脅迫 過程中均呈先升高后降低的趨勢 但是升高幅度以及 達到峰值所需的時間不同 處理前 耐熱性最差的 甜冠軍 脯氨酸含量顯著大于其他3個品種 而 阿 瓦托 馬都拉 和 特倫薩 間無顯著差異 脅迫6 h 時 阿瓦托 和 馬都拉 的脯氨酸含量顯著大于 特 倫薩 和 甜冠軍 耐熱性最強的 阿瓦托 在脅迫 24 h時脯氨酸含量達到峰值且顯著大于其他3個品 種 比對照增加了82 43 而 馬都拉 特倫薩 和 150 110 70 30 時 間 h 甜 冠 軍 馬 都 拉 特 倫 薩 阿 瓦 托 可 溶 性 蛋 白 含 量 m g g 1 0 6 12 24 36 48 圖4 高溫脅迫后4個紅掌品種葉片可溶性蛋白含量的變化 Fig 4 The changes of soluble protein content in leaves of four cultivars of Anthurium andraeanum Lind under high temperature stress 甜冠軍 均在脅迫12 h時達到峰值 分別比對照增 加了49 88 37 55 和28 86 其中 馬都拉 的 脯氨酸含量顯著大于其他2個品種 但顯著小于 阿 瓦托 脅迫48 h時 阿瓦托 和 馬都拉 脯氨酸含 量均顯著大于對照 分別比對照增加了63 47 和 20 24 而 特倫薩 和 甜冠軍 則比對照減少了 4 04 和12 05 其中 特倫薩 的脯氨酸含量與對 照沒有顯著差異 而 甜冠軍 顯著小于對照 2 2 2 可溶性蛋白含量的變化 由圖4可知 4個紅掌品種的可溶性蛋白含量隨脅 迫時間延長呈先上升后下降的趨勢 處理前 4個紅掌 品種的可溶性蛋白含量沒有顯著差異 脅迫6 h時 特 倫薩 和 甜冠軍 可溶性蛋白含量達到峰值 分別比對照增加了17 72 和21 81 顯著大于 阿瓦托 和 馬都拉 脅迫12 h時 馬都拉 達到峰值 比對照增加了32 90 顯著大于 特倫薩 和 甜冠軍 但與 阿瓦托 間沒有顯著差異 脅迫24 h時 阿瓦托 葉片的可溶性蛋白含量達到峰值 比對照增加了51 48 62 上 海 農(nóng) 業(yè) 學 報 顯著大于其他3個品種 高溫脅迫48 h時 耐熱性最強的 阿瓦托 葉片可溶性蛋白含量顯著大于對照 比對 照增加了22 13 而 馬都拉 特倫薩 和 甜冠軍 分別比對照減少了3 35 42 31 和48 53 其中 馬 都拉 可溶性蛋白含量與對照沒有顯著差異 而 特倫薩 和 甜冠軍 均顯著小于對照 3 討論與結論 細胞膜穩(wěn)定性是衡量植物抗熱性的一個重要指標 14 相對電導率和丙二醛含量可以反應逆境下細胞 膜的穩(wěn)定性 本試驗結果表明 高溫處理前耐熱性強的品種相對電導率和丙二醛含量顯著小于耐熱性差 的品種 隨著脅迫時間延長 4個紅掌品種葉片的相對電導率和丙二醛含量均表現(xiàn)升高趨勢 且耐熱性最 差的 甜冠軍 升高幅度最大 耐熱性最強的 阿瓦托 升高幅度最小 說明越耐熱的品種 細胞膜的穩(wěn)定性 越高 朱鑫等 15 研究指出高溫脅迫下芹菜 Apium graveolens L 耐熱品系的膜穩(wěn)定性高于不耐熱品系 王國霞等 16 研究表明油茶 Camellia oleifera 在高溫脅迫下感熱型品種的葉片相對電導率和丙二醛含量 變化幅度明顯高于耐熱性品種 張景云等 17 研究表明小白菜 Brassica campestris ssp Chinensis 在高溫脅 迫下耐熱材料的相對電導率和丙二醛含量升高幅度低于不耐熱材料 與本研究的結果一致 在一定的逆境脅迫下 植物體可以通過積累脯氨酸和可溶性蛋白等滲透調節(jié)物質來避免或減少傷 害 脯氨酸可以提高原生質膠體的穩(wěn)定性 有利于保持機體的水分 減少蒸騰作用導致的水分散失 可 溶性蛋白質可以增強植物耐脫水能力 保護細胞結構并且延緩衰老 18 本研究表明 所有品種葉片的脯 氨酸含量和可溶性蛋白含量隨著脅迫時間延長均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢 耐熱性越強的品種升高的 幅度越大 達到峰值所需的時間越長 且脅迫結束后仍保持較高的含量 耐熱性較差的 甜冠軍 和 特倫 薩 葉片的可溶性蛋白含量在脅迫6 h后降低 而其脯氨酸含量在12 h才開始降低 可能是高溫使其可溶 性蛋白水解成部分脯氨酸所致 李敏等 19 研究表明水稻 Rice 耐熱性強的品種在開花期高溫脅迫處理 后劍葉游離脯氨酸含量增加幅度大 趙森等 20 研究表明爪哇稻 Oryza stavia L ssp javanica 耐熱品種在 高溫脅迫下保持了較高的可溶性蛋白和脯氨酸含量 楊華庚等 21 研究表明蝴蝶蘭 Phalaenopsis 在高溫 脅迫下耐熱性強的品種脯氨酸積累量越多 可溶性蛋白含量的增幅越大 均與本研究的結果一致 綜上所述 高溫脅迫下耐熱性越強的紅掌品種葉片的相對電導率和MDA含量升高幅度越小 脯氨酸 和可溶性蛋白含量積累量越多 說明紅掌的耐熱能力與細胞膜穩(wěn)定系統(tǒng)及滲透調節(jié)物質有關 可將其作 為紅掌不同品種耐熱性評價的參考指標 參 考 文 獻 1 王濤 田雪瑤 謝寅峰 等 植物耐熱性研究進展 J 云南農(nóng)業(yè)大學學報 2013 28 5 719 726 2 劉志剛 范丙友 王榮 等 植物抗熱的解剖學與生理學研究進展 J 湖北農(nóng)業(yè)科學 2011 50 1 17 20 3 段九菊 王云山 康黎芳 等 高溫脅迫對觀賞鳳梨葉片抗氧化系統(tǒng)和滲透調節(jié)物質積累的影響 J 中國農(nóng)學通報 2010 26 8 164 169 4 張路 張啟翔 高溫脅迫對灰?guī)r皺葉報春生理指標的影響 J 西南農(nóng)業(yè)學報 2011 24 5 1728 1732 5 曾德靜 王鋮 劉軍 等 高溫脅迫對海州常山形態(tài)和生理特性的影響 J 東北林業(yè)大學學報 2013 41 3 90 94 6 劉春風 謝寅峰 張往祥 高溫脅迫下8個觀賞海棠品種的耐熱性比較 J 江蘇農(nóng)業(yè)科學 2017 45 24 129 132 7 申惠翡 趙冰 杜鵑花品種耐熱性評價及其生理機制研究 J 植物生理學報 2018 54 2 335 345 8 吳久赟 廉葦佳 曾曉燕 等 不同品種葡萄對高溫的生理響應及耐熱性評價 J 西北植物學報 2019 39 6 1075 1084 9 杜平 邵小斌 我國紅掌的研究進展 J 江蘇農(nóng)業(yè)科學 2011 39 6 325 326 10 張偉 朱方平 紅掌不同耐熱性品種對高溫脅迫的生理反應 J 農(nóng)業(yè)科技通訊 2014 15 12 108 110 11 王宏輝 顧俊杰 房偉民 等 10個紅掌品種的抗寒性與耐熱性評價 J 植物資源與環(huán)境學報 2015 24 2 40 47 12 高俊鳳 植物生理學實驗指導 M 北京 高等教育出版社 2006 13 CHAITANYA K V SUNDAR D MASILAMANI S et al Variation in heat stress induced antioxidant enzyme activities among three mulberry cuhivars J Plant Growth Regulation 2001 36 2 175 180 14 田學軍 盧煥仙 熱脅迫對油菜種子活力和幼苗抗氧化酶活性的影響 J 江蘇農(nóng)業(yè)科學 2011 39 4 77 78 15 朱鑫 沈火林 高溫脅迫對芹菜幼苗細胞膜穩(wěn)定性的影響 J 北方園藝 2014 7 16 20 16 王國霞 鄧培淵 楊玉珍 等 高溫脅迫對不同油茶品種細胞膜穩(wěn)定性的影響 J 河南農(nóng)業(yè)科學 2013 42 4 59 63 17 張景云 趙曉東 萬新建 等 小白菜耐熱性鑒定及其耐熱性分析 J 核農(nóng)學報 2014 28 1 146 153 18 鄒原東 韓振芹 陳秀新 等 干旱脅迫對藍羊草滲透調節(jié)物質和抗氧化酶活性的影響 J 北方園藝 2013 23 71 75 19 李敏 馬均 王賀正 等 水稻開花期高溫脅迫條件下生理生化特性的變化及其與品種耐熱性的關系 J 雜交水稻 2007 22 6 62 66 20 趙森 于江輝 肖國櫻 高溫脅迫對爪哇稻劍葉光合特性和滲透調節(jié)物質的影響 J 生態(tài)環(huán)境學報 2013 22 1 110 115 21 楊華庚 楊重法 陳慧娟 等 蝴蝶蘭不同耐熱性品種幼苗對高溫脅迫的生理反應 J 中國農(nóng)學通報 2011 27 1 144 150 責任編輯 郭嬌 72