中國(guó)農(nóng)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(bǔ)償生長(zhǎng)能力及防御機(jī)制 J.中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象 ,2018,39(2):119- 128 高溫脅迫后小白菜的補(bǔ)償生長(zhǎng)能力及防御機(jī)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(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院 /江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210044； 2.山東省環(huán)境規(guī)劃研究院，濟(jì)南 250100） 摘要： 以小白菜品種“上海青”為研究對(duì)象，進(jìn)行高溫脅迫實(shí)驗(yàn)，設(shè)高溫組（晝 /夜溫度為 37 /30）與對(duì) 照組（ 25 /18） ，對(duì)小白菜高溫脅迫 3d、 6d和 9d后在 25 /18下的生長(zhǎng)及恢復(fù)情況進(jìn)行研究。結(jié)果表明： 高溫下小白菜生長(zhǎng)受到顯著抑制，脅迫 3、 6、 9d 后干物質(zhì)相對(duì)增長(zhǎng)率分別比對(duì)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(dǎo)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(shí)小白菜啟動(dòng)高溫防御應(yīng)答機(jī)制，保護(hù)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(duì)照差異逐漸減小。 3d脅迫處理小白菜在恢復(fù)期的 6 9d呈現(xiàn)超補(bǔ)償生長(zhǎng)，補(bǔ)償指數(shù)為 1.10。 6d 處理則一直呈現(xiàn)低補(bǔ)償， 9d脅迫處理小白菜均在恢復(fù)過(guò)程中死亡。因此，超過(guò) 3d的高溫脅迫將引起小白菜 的不可逆損傷。灰色關(guān)聯(lián)分析表明， P n 、 G s 、可溶性蛋白、 MDA、葉綠素含量對(duì)小白菜的補(bǔ)償生長(zhǎng)起到關(guān)鍵 作用，是小白菜實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償生長(zhǎng)的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)機(jī)制。 關(guān)鍵詞： 光合特性；抗氧化酶；葉綠素含量；灰色關(guān)聯(lián)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(xiàng)目：江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目（ 14KJB170013）；國(guó)家自然科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目 (41475107)；江蘇省科 技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（ BE2015693） 作者簡(jiǎn)介：韓瑋（ 1981-），博士，講師，主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象研究。 E-mail： binzhouhanwei163.com 中 國(guó) 農(nóng) 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(jié)球白菜、 青菜、油菜。原產(chǎn)于中國(guó)，在中國(guó)栽培十分廣泛， 南北各地均有分布，其生長(zhǎng)快，產(chǎn)量高，消費(fèi)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(dǎo)致生長(zhǎng)緩慢，且在自然條件下，夏季氣溫波 動(dòng)較大，研究極端高溫天氣過(guò)后，小白菜的生長(zhǎng)恢 復(fù)情況具有重要意義。 高溫對(duì)植物生長(zhǎng)一般有負(fù)面影響，但是在自然 選擇的作用下，生物存在補(bǔ)償能力，能夠減少或消 除脅迫所帶來(lái)的不利影響，這是對(duì)環(huán)境變化的一種 適應(yīng)性 2 。補(bǔ)償生長(zhǎng)表現(xiàn)為低補(bǔ)償、等補(bǔ)償和超補(bǔ) 償，補(bǔ)償類型因物種、生長(zhǎng)期和脅迫程度而異 3-5 ， 輕度脅迫條件下植物會(huì)發(fā)生超補(bǔ)償或等量補(bǔ)償，但 隨著脅迫強(qiáng)度的增大，可出現(xiàn)低補(bǔ)償反應(yīng) 6-7 。李留 勇 8 發(fā)現(xiàn)，早期高溫處理結(jié)束后，水稻干物質(zhì)增加 量表現(xiàn)出超補(bǔ)償效應(yīng)，這種補(bǔ)償效應(yīng)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(xiàn)高 溫脅迫解除后，遭受低強(qiáng)度脅迫的菊花植株可較快 恢復(fù)生長(zhǎng)，高強(qiáng)度脅迫導(dǎo)致幼苗出現(xiàn)不可逆?zhèn)Α?李婷等 10 發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò) 6d的高溫脅迫后，銅綠微囊藻 生長(zhǎng)速率高于對(duì)照，出現(xiàn)超補(bǔ)償生長(zhǎng)。補(bǔ)償生長(zhǎng)的 出現(xiàn)可能歸因于某些植物應(yīng)答機(jī)制，諸如光合作用 活性增強(qiáng)、葉綠素含量提高、抗氧化酶活力增強(qiáng)， 生長(zhǎng)率增大等 11-13 。 前人對(duì)高溫后植物補(bǔ)償生長(zhǎng)方面有過(guò)不少研 究，但是對(duì)于小白菜的研究多偏重于高溫脅迫對(duì)白 菜生理生化指標(biāo)的影響 14-16 ，如高溫脅迫降低小白 菜生長(zhǎng)量和葉片凈光合速率 14 ，提高細(xì)胞膜傷害率 和丙二醛含量等 15 ，對(duì)高溫脅迫后小白菜的補(bǔ)償生 長(zhǎng)卻鮮有研究。隨著全球氣候變暖，高溫成為作物 生長(zhǎng)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(duì)高溫過(guò)后小白菜在補(bǔ)償 性生長(zhǎng)方面的生理生化機(jī)制進(jìn)行研究，有助于了解 小白菜補(bǔ)償生長(zhǎng)中的特點(diǎn)、規(guī)律和生理機(jī)制，對(duì)準(zhǔn) 確 估測(cè) 小白菜高溫脅迫后的產(chǎn)量補(bǔ)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(fēng)險(xiǎn) 提 供 指導(dǎo)。 本 研究 針 對(duì)小白菜的高溫傷害 癥狀 、產(chǎn)量 補(bǔ)償能力、生理生化作用對(duì)不 同時(shí)間 高溫脅迫的響 應(yīng) 展開 研究， 以 期 查明 小白菜的補(bǔ)償生長(zhǎng)能力 并從 生物 內(nèi)源 性因素方面 探討 小白菜的補(bǔ)償機(jī)制，為夏 季小白菜產(chǎn)量 品 質(zhì) 預(yù)測(cè)及 環(huán)境 調(diào)控 提 供 理 論依據(jù) 和 技術(shù)支持 。 1 材料與方法 1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn) 于 2017年 3- 4月 在南 京信息工 程大 學(xué)江蘇 省 農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室 的人 工 氣候 箱內(nèi) 進(jìn)行。 以 青 梗 類型 “上海 青 ”Brassica chinensis L.為 實(shí)驗(yàn)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(zhǎng) 至三 葉一 心時(shí) ， 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(duì) 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(zhǎng) 至 5片 真 葉 時(shí) ，選 取 長(zhǎng) 勢(shì)基本 一致的植 株進(jìn)行高溫脅迫處理。 根據(jù) 長(zhǎng) 江 中下 游 地 區(qū) 夏季 常 見(jiàn) 的高溫天氣， 實(shí)驗(yàn)設(shè) 高溫 組 （ HT） ，其 晝夜 溫度 設(shè) 為 37 /30， 對(duì)照 組 （ CK）， 晝 /夜 溫度為 25 /18， 每組 3個(gè) 重復(fù)。 實(shí)驗(yàn) 分為 2個(gè)階段： 脅迫 階段 和恢 復(fù) 階段 。 高溫培 養(yǎng)時(shí)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(nèi) 恢復(fù) 生長(zhǎng) 9d。分 別 在高溫脅迫 3、 6、 9d后 以及 恢復(fù)生長(zhǎng) 的 3、 6、 9d后進(jìn)行葉片光合 參數(shù)測(cè) 定， 并取樣測(cè) 定 葉綠素含量、可 溶 性 蛋 白含量、丙二醛（ MDA）和 保護(hù) 酶活性。由于高溫脅迫 9d后的小白菜均在恢復(fù) 過(guò)程中 死亡 ，因 此該 處理 無(wú) 恢復(fù)期 數(shù)據(jù) 。 1.2 觀測(cè)項(xiàng)目 （ 1）小白菜干重 測(cè) 定 ： 在高溫脅迫的 0d、 3d、 6d、 9d以及 恢復(fù)期的 3d、 6d、 9d將 植株地 上部 分和 地下 部 分在 通風(fēng) 干 燥箱內(nèi) 105 殺 青，然后 80 烘 第 2期 韓瑋 等 ： 高溫脅迫后小白菜的補(bǔ)償生長(zhǎng)能力 及防御 機(jī)制 121 至恒 重， 稱 重 小白菜干物質(zhì) 相 對(duì)增量指 當(dāng)次測(cè) 量的 植株干重 與 前一 次測(cè) 量的干重之 差 。 （ 2）光合 參數(shù) 的 測(cè) 定 ： 選 取 植株第 3或第 4片 展開 葉，用 LI-6400便攜式 光合 儀測(cè) 定葉片的凈光合 速率、胞 間 CO 2 濃 度、氣 孔 導(dǎo)度、 蒸騰 速率， 每個(gè) 處 理重復(fù) 測(cè) 定 3次 。 葉 室 （ 2cm3cm） 內(nèi)設(shè) 定溫度 20， 輻射 強(qiáng)度為 600molm -2 s - 1 。 （ 3）葉綠素含量的 測(cè) 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(jì) UV-1800（ 日本島津 ） 中 采 用 比色法測(cè) 定光 密 度 值 21 （ 4） 酶活性 參數(shù) 的 測(cè) 定 ： 超氧化物 歧 化酶 （ SOD） 活性用 氮藍(lán)四唑 （ NBT） 法測(cè) 定， 以抑 制 NBT光化 學(xué)還 原的 50%為 1個(gè) 酶活性 單位； 過(guò)氧化物酶 （ POD） 活性用 愈創(chuàng)木酚法測(cè) 定， 以每克 鮮重 每 分 鐘 在 470nm 處光 吸收值 變化 0.1為 1個(gè) 酶活性 單位； 過(guò)氧化 氫 酶 （ CAT）活性 測(cè) 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(gè) 酶活性 單位 22 。 （ 5）可 溶 性 蛋 白含量的 測(cè) 定 ：采 用 考馬斯亮藍(lán) G-250法測(cè) 定 22 。 （ 6）丙二醛（ MDA）的 測(cè) 定 ：采 用 硫代巴比妥 酸 （ TBA） 法測(cè) 定 22 。 1.3 數(shù)據(jù)分析 補(bǔ)償指 數(shù) （ G/C）為 相同時(shí)段內(nèi)實(shí)驗(yàn)組與 對(duì)照 組 生長(zhǎng)量的 比值 ，用 以 表 示 生物的補(bǔ)償生長(zhǎng) 模式 。 G 為 實(shí)驗(yàn)組 補(bǔ)償量， C為對(duì)照 組 生長(zhǎng)量， G/C 1為超 補(bǔ)償， G/C=1為等補(bǔ)償， G/C 1為低補(bǔ)償 6 。 應(yīng)用 SPSS19.0軟 件， 采 用 Duncan法 進(jìn)行 差 異 顯著 性分 析 。利用 灰色關(guān)聯(lián)法 對(duì)各指標(biāo) 與 補(bǔ)償指 數(shù) 的 關(guān)系 進(jìn)行分 析 。 2 結(jié)果與分析 2.1 高溫脅迫不同天數(shù)后小白菜的補(bǔ)償生長(zhǎng)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(duì)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(duì)照的生物量 相 對(duì)增 加量 穩(wěn) 定在 0.45g左右 ?？?見(jiàn) ，在 此 高溫條件下， 小白菜植株生長(zhǎng)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(jié)束后，植株在適 宜 溫度下 恢復(fù)， 3d、 6d和 9d后其生長(zhǎng)表現(xiàn)不 同 ，脅迫 3d組 干物質(zhì)增加量 迅 速 上升 ， 恢復(fù)生長(zhǎng) 3d后其增加量 尚 顯著 低于對(duì)照，但恢復(fù)生長(zhǎng) 6天后，其干物質(zhì)增加 量等于或高于對(duì)照，而脅迫 6d組 生長(zhǎng) 逐步 恢復(fù)，但 其生長(zhǎng)速率一 直顯著 低于對(duì)照 ； 脅迫 9d后小白菜多 數(shù)死亡 ， 即停止 生長(zhǎng)。 說(shuō)明 經(jīng) 3d高溫脅迫后，小白 菜的生長(zhǎng) 仍 可 達(dá)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(fù)后（ b）小白菜生物量相對(duì)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(guó) 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第 39卷 122 進(jìn)一 步計(jì)算 脅迫結(jié)束恢復(fù)生長(zhǎng)后小白菜的生長(zhǎng) 補(bǔ)償指 數(shù) ，結(jié) 果見(jiàn)圖 2。由 圖 可 見(jiàn) ， 3d脅迫 組 小白 菜在恢復(fù)的 6d以內(nèi) 補(bǔ)償指 數(shù) 均小于 1，為低補(bǔ)償 階 段 ，但是在恢復(fù)的 6 9d則呈 現(xiàn)超補(bǔ)償，補(bǔ)償指 數(shù) 達(dá)到 1.10。 6d脅迫 組則 在 整個(gè) 恢復(fù)期均 呈 現(xiàn)低補(bǔ)償。 可 見(jiàn) ，經(jīng)過(guò)不 同時(shí)間 的高溫脅迫小白菜出現(xiàn)了不 同 程度的補(bǔ)償效應(yīng)，補(bǔ)償能力 與 脅迫 時(shí)間 有 關(guān) 。 推測(cè) 經(jīng)過(guò)不 同時(shí)間 的高溫脅迫，小白菜的各 項(xiàng) 生理生化 指標(biāo)，如光合能力、 保護(hù) 酶活性等可能產(chǎn)生了一 系 列 的應(yīng) 激調(diào)整 ， 從 而影響植株的補(bǔ)償能力。 圖 2 高溫脅迫后恢復(fù)期的補(bǔ)償指數(shù) Fig. 2 Compensation indices (CI) of the relative increment of dry biomass of Chinese cabbage during the recovery phase 注：補(bǔ)償指數(shù)（ CI）為相同時(shí)段內(nèi)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組生物量相 對(duì)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(shù)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(fù)生長(zhǎng)期小白菜葉片葉綠素 總 量 隨 時(shí)間 的變化如 圖 3所 示 。由 圖 可 見(jiàn) ，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(shì) ， 高于對(duì)照處理水 平 ，之后 則呈 下降 趨勢(shì) ， 9d低于對(duì) 照水 平 ， 比 對(duì)照下降了 16.96%。脅迫 3d、 6d時(shí) 葉綠 素 總 量分 別 為 3.03、 2.82mgg - 1 ，比 對(duì)照 升 高了 28.26% 和 18.49%。在恢復(fù) 階段 ，脅迫 3d組 葉綠素含量 逐漸 下降，處理 組與 對(duì)照 組 的 差 異 逐漸 減小， 直至 降 至 對(duì)照水 平 ，而脅迫 6d組 ，葉綠素含量 則逐漸 下降 至 低于對(duì)照水 平 。 圖 3 高溫脅迫（ 3、 6、 9d）后及恢復(fù)（ 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(biāo)，凈光合速率的高低 基本 反 映 了葉片光合生理 功 能的強(qiáng) 弱 。如 圖 4所 示 ，在脅迫 階段 ，葉片 P n 呈持 續(xù)下降 趨勢(shì) ， 并 在脅迫 9d時(shí) 出現(xiàn)負(fù) 值 。 G s 和 T r 也 隨 著高溫脅迫 時(shí)間 的增加而 持 續(xù)下降?？?見(jiàn) 高溫有可 能影響了葉片 上 氣 孔 的 開關(guān) 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(shí)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(xiàn)負(fù) 相關(guān) ， 說(shuō)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(fù) 階段 ， 3d處理 組 葉片 P n 、 G s 、 T r 快速 上升并 高于對(duì)照水 平 ， 6d處理 組 P n 、 G s 、 T r 雖 也呈 現(xiàn) 上升 趨勢(shì) ，但 始終 低于對(duì)照?？?見(jiàn) ， 3d的 短 期高溫脅迫 可能 觸 發(fā)了了小白菜的某些 防御 應(yīng)答機(jī)制， 使 光合 速率出現(xiàn)超補(bǔ)償，有利于植株的快速恢復(fù)， 說(shuō)明 3d 短 期的高溫脅迫不 足 以 對(duì)光合 系統(tǒng)造 成不可恢復(fù)性 的影響。而 6d長(zhǎng)期高溫脅迫 則 會(huì)對(duì)小白菜 造 成不可 逆的 損 害， 即 使 在恢復(fù)期，光合能力 也 不能 達(dá)到 對(duì) 照水 平 。 2.3 高溫脅迫不同天數(shù)后小白菜葉片 MDA、可溶 性蛋白和保護(hù)酶活性的比較 蛋 白質(zhì)是生物 體 的重要 組 成 部 分，可 調(diào) 節(jié) 植物 生長(zhǎng)發(fā) 育 和抗性 形 成等過(guò)程，大多 數(shù) 酶 也 是 蛋 白質(zhì)， 細(xì)胞在適應(yīng)環(huán)境脅迫的過(guò)程中， 需 調(diào) 節(jié) 自 身 蛋 白質(zhì) 的合成 與 分解。由 圖 5a可 見(jiàn) ，高溫脅迫期，小白菜 第 2期 韓瑋 等 ： 高溫脅迫后小白菜的補(bǔ)償生長(zhǎng)能力 及防御 機(jī)制 123 可 溶 性 蛋 白含量 顯著上升 ， 顯著 高于對(duì)照（ 圖 5a）， 說(shuō)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(fù) 階段 ， 3d處理 組 與 6d處理 組 可 溶 性 蛋 白在恢復(fù)的前 6d均 繼 續(xù) 呈 現(xiàn) 上升趨勢(shì) ，之后 迅 速下降 至 對(duì)照水 平 。 MDA 含量可反應(yīng)細(xì)胞在高溫脅迫中受 損 傷的 嚴(yán) 重程度和抗逆性的強(qiáng) 弱 。由 圖 5b可 以看 出，高溫 脅迫 階段 ，隨著高溫脅迫 時(shí)間 的 推 移 ， MDA含量 持 續(xù)增加，含量 顯著 高于對(duì)照，高溫處理 3d、 6d和 9d 組 的含量 比 對(duì)照分 別 提高 36.13%、 57.66%和 63.24%，脅迫 時(shí)間 越 長(zhǎng)， MDA含量 越 高，細(xì)胞受 損 越嚴(yán) 重。在恢復(fù) 階段 ， 3d脅迫 組 和 6d脅迫 組 MDA 含量均 呈 下降 趨勢(shì) ，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(fù)期小白菜凈光合速率（ a）、氣孔導(dǎo)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(fù)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(guó) 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第 39卷 124 SOD、 CAT、 POD 是抗氧化酶 系 的重要成 員 ， 負(fù) 責(zé)清 除有氧 呼 吸相 伴 產(chǎn)生的活性氧 及 自由 基 ， 以 避 免 細(xì)胞質(zhì)膜等受 到 過(guò)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(shì) ， 顯著 高于對(duì)照，高溫處理 3、 6和 9d組 的 SOD活性 分 別比 對(duì)照提高 21.66%、 27.45%和 24.88%， CAT活 性分 別比 對(duì)照提高 10.17%、 22.13%和 16.00%。因?yàn)?脅迫會(huì) 引 起活性氧增加，細(xì)胞 則通 過(guò)提高自 身 抗氧 化 系統(tǒng) 的酶活性和抗氧化 劑 的含量來(lái) 清 除過(guò)量的氧 自由 基 。而恢復(fù) 階段 ， 保護(hù) 酶的變化 趨勢(shì) 較復(fù) 雜 ， 3d處理 組 SOD、 CAT、 POD保護(hù) 酶活性 逐漸 恢復(fù) 至 對(duì)照水 平 ， 與 對(duì)照的 差 異 逐漸 減小。而 6d處理 組 在 恢復(fù) 階段 SOD和 POD活性 持 續(xù) 上升 ，高于對(duì)照水 平 ， CAT持 續(xù)下降，低于對(duì)照水 平 ，出現(xiàn)一定的 紊亂 。 圖 6 脅迫期及恢復(fù)期小白菜超氧化物歧化酶（ a）、過(guò)氧化氫酶（ b）和過(guò)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(shù)后小白菜補(bǔ)償生長(zhǎng)的機(jī)制分析 利用 每個(gè) 生理生化指標(biāo)的歸一化 數(shù)值 繪 制 雷 達(dá) 圖 ， 以 確 定小白菜生長(zhǎng) 限 制指標(biāo)（ 圖 7）。 每個(gè) 獨(dú)立 的 數(shù) 軸 對(duì)應(yīng)一 個(gè) 生理生化指標(biāo)， 數(shù) 軸 呈輻射狀 分布 在中 心 點(diǎn) 周 圍 ， 把 不 同數(shù) 軸 上 的指標(biāo)歸一化 數(shù)值 用 折線 連 接 起來(lái)所 形 成的 曲線 代 表不 同 的處理。 越靠 近 數(shù) 軸 的 外 側(cè) ， 代 表對(duì)應(yīng)指標(biāo)有利于小白菜生長(zhǎng)， 越靠近 數(shù) 軸 的原點(diǎn)， 代 表指標(biāo)不利于小白菜生長(zhǎng)。 由 圖 可 見(jiàn) ，在 3d處理 組 ，各 項(xiàng) 指標(biāo)歸一化指標(biāo) 評(píng) 分 均較高，各指標(biāo)的 評(píng)價(jià) 值 除 CAT和 MDA外 均為 最 大 值 ， 評(píng) 分結(jié) 果 所 構(gòu) 成的多 邊形 面 積 在 3個(gè) 處理中 最 大，可 見(jiàn) ， 3d處理各 項(xiàng) 生長(zhǎng)指標(biāo)較 好 ，在恢復(fù)過(guò) 程中 達(dá)到 了較 好 狀 態(tài) ，因 此 ，其恢復(fù)生長(zhǎng)后期干重 增長(zhǎng)速率高于對(duì)照，可出現(xiàn)超補(bǔ)償現(xiàn)象 ； 而對(duì)于 6d 處理和 CK， 評(píng) 分結(jié) 果 構(gòu) 成的多 邊形向圓 心明顯收 縮 ， 說(shuō)明 各 項(xiàng) 指標(biāo) 綜 合 狀 況較 差 。 雷 達(dá)圖 不 僅綜 合 反 映 了 評(píng)價(jià) 對(duì)象的 好壞 ， 更 直接 表現(xiàn)了其在 單個(gè) 指 標(biāo) 上 的 優(yōu)劣 。在 6d處理 組 ， P n 、 G s 、葉綠素和 MDA 含量的 評(píng)價(jià) 值 靠近圓 心 ， 說(shuō)明 它 在這方面具有 很 明 顯 的 劣 勢(shì) ， P n 、 G s 、葉綠素和 MDA含量是 6d處理 的生長(zhǎng) 限 制因素 ； 在 CK處理中， 保護(hù) 酶活性和可 溶 性 蛋 白含量的 評(píng)價(jià) 值 靠近圓 心 ， 說(shuō)明 它 在 保護(hù) 酶活 性和可 溶 性 蛋 白方面較 劣 勢(shì) 。 為了研究小白菜補(bǔ)償生長(zhǎng) 與 生理生化指標(biāo)的具 體 關(guān)系 ，利用 灰色關(guān)聯(lián)法 分 析 了 10項(xiàng) 具 體 的生理生 化指標(biāo)（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(zhì)增加量的 關(guān)系 。 影響因素對(duì) 目 標(biāo)因素的重要性 越 大， 關(guān)聯(lián)系數(shù) 越 高。 由表 1可 見(jiàn) ， 與 小白菜干物質(zhì)增加量 關(guān)聯(lián)密 切 的因 圖 7 基于 10項(xiàng)指標(biāo)的小白菜恢復(fù)期生長(zhǎng)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(bǔ)償生長(zhǎng)能力 及防御 機(jī)制 125 表 1 恢復(fù)期小白菜干重相對(duì)增量與生理生化指標(biāo)之間的灰色關(guān)聯(lián)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(biāo) Biochemical factors Chl Pn Gs Tr Ci Pro SOD CAT POD MDA 干物質(zhì)相對(duì)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(shuō)明 這些因 子與 小白菜干重增加有較 密 切 關(guān)系 ，是影響小白菜補(bǔ)償生長(zhǎng)速率的主要因素。 3 結(jié)論與討論 灰色關(guān)聯(lián) 分 析 表 明 ， 與 小白菜恢復(fù)生長(zhǎng)速率 關(guān) 系最密 切 的指標(biāo)為 P n 。 周 瑞蓮 等 12 研究 也 發(fā)現(xiàn) 單 葉 蔓荊 補(bǔ)償生長(zhǎng) 與 P n 呈顯著正相關(guān) 。有 關(guān) 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(fù)期， 3d處理 迅 速恢復(fù) 甚 至 超過(guò)對(duì)照 水 平 ， 6d處理 也 有緩慢恢復(fù)，但是一 直顯著 低于對(duì) 照水 平 ， 說(shuō)明 長(zhǎng)期的高溫脅迫會(huì)對(duì)小白菜的光合作 用 造 成 嚴(yán) 重影響。諸多其 它 作物 上 的 實(shí)驗(yàn)也 證 明 了 這點(diǎn)，孫憲芝等 9 研究表 明 ， 5d內(nèi) 33/28 短 期處理 后菊花的光合作用可 以 在較 短 時(shí)間內(nèi) 得 到 恢復(fù)，而 脅迫 時(shí)間 大于 5d的 P n 在 短 期 正常 條件下不能 完 全恢 復(fù)。 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(nèi)也 很難 完 全恢復(fù)，處理 時(shí) 間 越 長(zhǎng)，光合作用恢復(fù)的 時(shí)間也將 越 長(zhǎng)。然而 王晨 陽(yáng) 等 25 發(fā)現(xiàn)小 麥 經(jīng)過(guò) 36h的 38高溫處理后，在恢 復(fù)期小 麥旗 葉的 P n 略 呈上升趨勢(shì) 。這 與本 研究中 3d 處理 迅 速恢復(fù) 甚 至 超過(guò)對(duì)照水 平相 似 。因 此 ，小白 菜對(duì)高溫脅迫較 敏感 ， 3d以上 的高溫傷害 將 對(duì)產(chǎn)量 造 成 嚴(yán) 重影響。 根據(jù)灰色關(guān)聯(lián) 分 析 ， 與 小白菜恢復(fù)生長(zhǎng)速率 關(guān) 系密 切 的指標(biāo)為 G s 。一般 認(rèn) 為氣 孔 對(duì) CO 2 和水 汽 進(jìn) 出葉片的 共同控 制作用是葉片光合- 蒸騰 耦 合 關(guān)系 形 成的原因， 它 是 決 定植物光合強(qiáng)度和水分 蒸騰 強(qiáng) 度的重要因素，氣 孔調(diào) 節(jié) 在植物適應(yīng)環(huán)境變化和環(huán) 境 壓 力中起著 關(guān) 鍵 作用 26 。 灰色關(guān)聯(lián) 分 析還 表 明 ， 與 小白菜生長(zhǎng)速率 關(guān)系 密 切 的指標(biāo)為可 溶 性 蛋 白。 趙偉潔 等 13 研究 也 發(fā)現(xiàn)， 糜 子 的補(bǔ)償生長(zhǎng) 與 可 溶 性 蛋 白含量 呈顯著正相關(guān) 。 在脅迫期，植物可 溶 性 蛋 白一 直呈上升趨勢(shì) ，在恢 復(fù)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(xì)胞適應(yīng) 高溫的一種 保護(hù) 策略 ，增加的 蛋 白質(zhì)含量可能表 明 增強(qiáng)生理 代 謝 27 。一方面可能 與 合成 更 能適應(yīng)溫度 脅迫環(huán)境的 蛋 白 即 熱 激蛋 白有 關(guān) 27 ； 另 一方面可能 是高溫 誘 導(dǎo)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(nèi) 的可 溶 性 蛋 白含量 呈上升趨勢(shì) ，表 明 小白菜 體 內(nèi) 的可 溶 性 蛋 白在 抵 御 高溫脅迫過(guò)程中起 到 積 極的 作用。 MDA是膜 脂 過(guò)氧化過(guò)程中的分解產(chǎn)物，表 示 膜 脂 過(guò)氧化程度和對(duì)逆境反應(yīng)的強(qiáng) 弱 。 MDA含量 越 高， 則損 傷 越 大 21 。 MDA具有細(xì)胞 毒 性，能 引 起細(xì)胞膜 功 能 紊亂 28 。在高溫脅迫期， MDA含量 累積 ，隨著 脅迫 時(shí)間 的增加而增加。這表 明 雖 然抗氧化酶隨脅 迫 時(shí)間 的 推 移 而 升 高，但增高的抗氧化酶活性 仍 然 不 足 以 應(yīng) 付越 來(lái) 越 多的自由 基 ，導(dǎo)致細(xì)胞膜 脂 過(guò)氧 化程度加重， MDA 增加。然而，在恢復(fù)期， MDA 含量 顯著 下降，表 明當(dāng) 受 損 細(xì)胞處于 修 復(fù) 階段時(shí) ， 膜 功 能 逐漸 恢復(fù)，小白菜的生長(zhǎng) 逐漸 恢復(fù) 正常 。 有研究發(fā)現(xiàn)，植物補(bǔ)償生長(zhǎng) 與 葉綠素含量 呈顯 著正相關(guān) 13 。葉綠素是植物重要的光合 色 素，在光 子 捕獲 、光能 轉(zhuǎn)換 和 電 子 傳遞 等過(guò)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(duì)溫度 的反應(yīng)中起 關(guān) 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(shì) ，高于對(duì)照水 平 ， 之后 則呈 下降 趨勢(shì) ， 9d低于對(duì)照水 平 。在恢復(fù) 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(duì)照水 平 。 雖 然多種作物葉綠素含 量會(huì)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(guān) ，可能是 被 響應(yīng)和抗氧化 相關(guān)基 因 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 氣 象 第 39卷 126 在 轉(zhuǎn)錄 水 平控 制 引 起的，植物 以此 對(duì)抗高溫脅迫。 SOD、 CAT和 POD是細(xì)胞 抵 御 活性氧傷害的重 要 保護(hù) 性酶， 它們 在 清 除 O 2- 、 H 2 O 2 和過(guò)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(guān) 31-32 。 正常 條件下，植物細(xì)胞 內(nèi) 自由 基 的產(chǎn)生 與 清 除之 間 保持 著動(dòng) 態(tài) 平衡狀 態(tài) ，但在逆境條件下，植物細(xì)胞 內(nèi) 的活性氧產(chǎn)生 與 清 除的 平衡關(guān)系 受 到 破壞 ， 積累 的自由 基 就 會(huì)對(duì)細(xì)胞 造 成傷害 33 。 本實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)， SOD、 CAT、 POD含量在脅迫期大多 呈 現(xiàn) 上升趨勢(shì) ， 恢復(fù)期 則 緩慢下降。這可能是植物的自 身 保護(hù) 機(jī)制， 熱 應(yīng) 激 可能 誘 發(fā)表 達(dá) 氧化 代 謝 的變化， 激 活 基 因表 達(dá) ，增加抗氧化酶活性 34 。 Wang等 35-36 也 發(fā)現(xiàn)高溫 脅迫下小 麥 SOD活性增加， 查 倩 等 30 發(fā)現(xiàn)高溫導(dǎo)致 抗氧化酶活性增高。 當(dāng) 然過(guò)度的高溫傷害 也 會(huì) 引 起 保護(hù) 酶活性的降低 37 。 高溫是 抑 制夏季小白菜生長(zhǎng)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(zhǎng)受 阻 ，高溫傷害對(duì)小白菜傷害主要是降低葉片光 合速率，提高細(xì)胞膜 脂 過(guò)氧化程度，小白菜在不 良 條件下 難 以完 成 正常 生理活動(dòng)， 從 而導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng) 遲 緩、產(chǎn)物合成能力下降 38 。超補(bǔ)償是生物 與 環(huán)境 的長(zhǎng)期 博弈 中 形 成的抗逆機(jī)理的重要 組 成 部 分，適 度脅迫下，作物自 身 調(diào)控 潛 力可 實(shí) 現(xiàn)超補(bǔ)償生長(zhǎng) 7 。 本實(shí)驗(yàn) 中，不 同 脅迫 時(shí)間 處理補(bǔ)償能力不 同 ，這 與 王 利 彬 等 3 研究結(jié) 論相 近 ， 即 補(bǔ)償效應(yīng) 與 脅迫程度有 關(guān) ，重度脅迫 尤 其是長(zhǎng) 時(shí)間 重度脅迫會(huì)降低補(bǔ)償效 應(yīng) 甚 至 產(chǎn)生傷害效應(yīng)，而適度脅迫可產(chǎn)生超補(bǔ)償效 應(yīng)。 3d脅迫 組 由于植株機(jī) 體 應(yīng) 激調(diào)整