謝英贊，馬立輝，劉 楊，黃世友，晏 巧，方 文*

(1.重慶市林業(yè)科學(xué)研究院，重慶 400036；2.重慶瀚業(yè)園林工程有限公司，重慶 400036)

【研究意義】礬根是虎耳草科(Saxifragaceae)礬根屬(Heuchera)觀賞植物的統(tǒng)稱。礬根屬植物，喜陽(yáng)耐陰，是少有的彩葉陰生植物，性耐寒，可耐-34 ℃低溫?！白仙珜m殿”(Heucheramicrantha‘Palace Purple’)為礬根屬多年生草本觀賞植物園藝新品種，是礬根植物中最受歡迎的品種之一[1]?！白仙珜m殿”株高20～40 cm，葉色深紫，株型優(yōu)美，長(zhǎng)勢(shì)快、抗性強(qiáng)，觀賞價(jià)值較高[2]?！白仙珜m殿”自市場(chǎng)化以來(lái)，在上海、北京等地引種馴化成功。因其特殊的生物學(xué)特征及生態(tài)學(xué)習(xí)性，在盆栽觀賞、花園、庭院和花境地被造景[3]等方面得到了較為廣泛的推廣應(yīng)用?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】2016年4月，重慶市林業(yè)科學(xué)研究院引進(jìn)紫色宮殿進(jìn)行栽植和繁育，目的是為重慶市民在觀賞花卉品種方面提供更多選擇。礬根適宜種植在半遮陰、較為冷涼的環(huán)境，應(yīng)避免強(qiáng)烈陽(yáng)光直曬。而重慶地區(qū)夏季高溫高濕，白天平均氣溫32 ℃以上，極端天氣下甚至達(dá)40 ℃以上。高溫是影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育的重要非生物因子之一，高溫使植物葉片的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損，使細(xì)胞的持水能力下降，導(dǎo)致葉片變黃、枯萎，影響其生長(zhǎng)，降低其觀賞性[4-6]。重慶夏季的高溫環(huán)境勢(shì)必會(huì)對(duì)引進(jìn)的“紫色宮殿”的生長(zhǎng)生理產(chǎn)生影響。因此，通過(guò)植物的生長(zhǎng)生理狀況能夠判斷植物的生長(zhǎng)狀態(tài)和其對(duì)環(huán)境條件的響應(yīng)狀況?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本文通過(guò)對(duì)礬根生長(zhǎng)生理的測(cè)定，旨在了解“紫色宮殿”在重慶地區(qū)的生長(zhǎng)適應(yīng)性。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為其在重慶地區(qū)的栽培適應(yīng)性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地

試驗(yàn)場(chǎng)地位于重慶市沙坪壩區(qū)歌樂(lè)山鎮(zhèn)高店子重慶市林業(yè)科學(xué)研究院綜合樓花境植物引種馴化試驗(yàn)田(E106.42007，N29.57908)，海拔540 m。歌樂(lè)山屬于中亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候區(qū)，氣候溫和、四季分明、雨量充沛。最冷月平均氣溫5.8 ℃，最熱月平均氣溫27.5 ℃，年平均氣溫16.3 ℃，無(wú)霜期321.9 d，具有冬暖夏熱和春秋多變的特點(diǎn)。年降水量1082.9 mm。試驗(yàn)期間(2017年8月8-27日)試驗(yàn)場(chǎng)地白天最高溫度41 ℃，最低溫度35 ℃；夜晚最高溫度31 ℃，最低溫度27 ℃(圖1)。

1.2 供試材料

供試材料：“紫色宮殿”采購(gòu)自上海，2017年3月將生長(zhǎng)基本一致的植株120株移栽于塑料花盆中，盆高18 cm，內(nèi)徑20 cm，土壤厚度15 cm，每盆1株，種植后將其放置于重慶市林業(yè)科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)化育苗溫室中緩苗。根據(jù)天氣預(yù)報(bào)信息，試驗(yàn)定于2017年7月19日開(kāi)始。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)設(shè)置2種處理：高溫處理組和對(duì)照組，高溫處理組即將植株放置于重慶市林業(yè)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)苗圃內(nèi)空曠無(wú)遮擋處，讓其直接接受夏季陽(yáng)光的直射(白天的溫度達(dá)到35 ℃以上，夜晚溫度達(dá)27 ℃以上)；對(duì)照組則將花盆放置在標(biāo)準(zhǔn)化控溫溫室，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，設(shè)置為白天30 ℃、夜晚20 ℃(根據(jù)實(shí)際測(cè)量，溫室溫度白天約28～31 ℃，夜晚約20～23 ℃)。澆透水，當(dāng)水分不足初始值60 %時(shí)根據(jù)損失量適當(dāng)補(bǔ)水(水分損失量 = 初始盆重-測(cè)定時(shí)盆重)。每個(gè)處理隨機(jī)選擇50株作為測(cè)試植株，每10株作為一組，分別在實(shí)驗(yàn)后的0、5、10、15、20 d進(jìn)行取樣測(cè)定。取樣時(shí)每次隨機(jī)取5株將其整株挖出，用自來(lái)水沖洗干凈后用吸水紙吸干水分，稱量其單株鮮重后置于烘箱中烘干至恒重，測(cè)定其干重。另取5株作為生理指標(biāo)取樣，取樣時(shí)選取自上而下第3、4片葉片，分別稱量其鮮重，作為生理測(cè)試葉片。

超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(Nitro-blue tetrazolium, NBT)法[7]。過(guò)氧化物酶(Peroxidase, POD)活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[7]。過(guò)氧化氫酶(Catalase, CAT)活性測(cè)定采用過(guò)氧化氫氧化法，以每分鐘內(nèi)吸光值減少0.1為1個(gè)酶活力單位[7]。丙二醛(Malondialdehyde, MDA)含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸(Thiobarbituric acid, TBA)氧化法，可溶性蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)顯色法，游離脯氨酸含量測(cè)定采用磺基水楊酸法，用茚三酮比色法測(cè)定其含量[7]。吸光值均采用紫外分光光度計(jì)(UV-2550)測(cè)定。植株鮮重、干重使用萬(wàn)分之一天平測(cè)定，測(cè)定結(jié)果保留2位小數(shù)。

圖1 試驗(yàn)期間試驗(yàn)地溫度走勢(shì)變化Fig.1 Changes of temperature of the study site

圖2 高溫下礬根“紫色宮殿”葉片電導(dǎo)率變化Fig.2 Changes of relative electric conductivity of Heuchera micrantha ‘Palace Purple’ under high temperature

1.4 數(shù)據(jù)分析和圖表制作

所測(cè)定結(jié)果取平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤，使用SPSS 16.0分析軟件分析數(shù)據(jù)，使用Microsoft Excel 2003統(tǒng)計(jì)軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫對(duì)礬根“紫色宮殿”葉片電導(dǎo)率的影響

葉片細(xì)胞膜透性通常用相對(duì)電導(dǎo)率反映[8]，如圖2所示，高溫處理下紫色宮殿的葉片電導(dǎo)率隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸升高，各處理時(shí)間差異顯著，而對(duì)照組的葉片電導(dǎo)率則無(wú)顯著性變化。至處理結(jié)束，高溫處理組的葉片電導(dǎo)率達(dá)10.17 %，較實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)增加了6.11倍，較對(duì)照組也增加了6.14倍，說(shuō)明高溫對(duì)紫色宮殿的細(xì)胞膜透性產(chǎn)生了顯著的影響。

2.2 高溫對(duì)礬根“紫色宮殿”MDA含量的影響

MDA作為脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的一個(gè)產(chǎn)物，其含量可以反映細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化程度和植物對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱[9]。如圖3所示，高溫處理下礬根“紫色宮殿”的MDA含量隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸升高，各處理時(shí)間差異顯著，而對(duì)照組的葉片MDA含量則無(wú)顯著性變化。至處理結(jié)束，高溫處理組的葉片MDA含量達(dá)64.5 μmol/g，較實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)增加了2.17倍，較對(duì)照組也增加了2.14倍，說(shuō)明高溫對(duì)紫色宮殿的細(xì)胞膜透性產(chǎn)生了顯著的影響。

2.3 高溫對(duì)礬根“紫色宮殿”抗氧化酶活性的影響

2.3.1 高溫對(duì)礬根“紫色宮殿”SOD活性的影響 如圖4所示，對(duì)照組礬根“紫色宮殿”的SOD活性長(zhǎng)期穩(wěn)定，略有波動(dòng)。高溫處理下礬根“紫色宮殿”的SOD活性隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升高后降低的

圖3 高溫下礬根“紫色宮殿”MDA含量變化Fig.3 Changes of MDA content of Heuchera micrantha ‘Palace Purple’ under high temperature

趨勢(shì)，試驗(yàn)開(kāi)始5 d后，高溫組SOD活性升高(56.15±2.77)U，顯著高于對(duì)照組，為對(duì)照組的1.22倍。至試驗(yàn)10 d后，高溫組SOD活性回落(46.50±1.17)U，與對(duì)照組(48.54±1.29)U相當(dāng)。試驗(yàn)至15 d時(shí)，高溫組SOD活性繼續(xù)降低(42.47±1.59)U，但仍未顯著低于對(duì)照組(47.64±1.63)U，試驗(yàn)20 d后，高溫組SOD活性降低(39.59±1.22)U，顯著低于對(duì)照組(48.22±1.77)U。說(shuō)明高溫環(huán)境條件下，礬根“紫色宮殿”可以依賴自身SOD活性的調(diào)節(jié)應(yīng)對(duì)不利條件的影響，且其調(diào)節(jié)能力相對(duì)較強(qiáng)。

2.3.2 高溫對(duì)礬根“紫色宮殿”P(pán)OD活性的影響 如圖4所示，對(duì)照組礬根‘紫色宮殿’的POD活性長(zhǎng)期穩(wěn)定，略有波動(dòng)。高溫處理下礬根‘紫色宮殿’的POD活性隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升高后降低的趨勢(shì)，試驗(yàn)開(kāi)始5 d后，高溫組POD活性升高(290.00±4.76)U，顯著高于對(duì)照組(218.10±3.66)，為對(duì)照組的1.33倍。至試驗(yàn)15 d后，高溫組POD活性回落(223.20±4.63)U，略高于對(duì)照組(219.40±5.32)U。試驗(yàn)至20 d時(shí)，高溫組POD活性繼續(xù)降低(203.81±2.63)U，顯著低于對(duì)照組(220.98±3.73)U。說(shuō)明高溫環(huán)境條件下，礬根“紫色宮殿”能夠通過(guò)對(duì)自身POD活性的調(diào)節(jié)來(lái)應(yīng)對(duì)不利條件的影響，且其調(diào)節(jié)能力相對(duì)較強(qiáng)。

2.3.3 高溫對(duì)礬根“紫色宮殿”CAT活性的影響 過(guò)氧化氫酶是植物防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶之一，其生物學(xué)功能是催化細(xì)胞內(nèi)過(guò)氧化氫分解，防止過(guò)氧化，以保護(hù)植物機(jī)體、細(xì)胞及生理健康。根據(jù)圖4所示，有利環(huán)境條件下(CK)，“紫色宮殿”CAT活性長(zhǎng)期相對(duì)穩(wěn)定。高溫環(huán)境條件下，“紫色宮殿”CAT活性隨著時(shí)間的推移，表現(xiàn)出持續(xù)降低的現(xiàn)象。至試驗(yàn)開(kāi)始后15 d時(shí)，“紫色宮殿”CAT活性(69.20±1.393)U開(kāi)始顯著低于對(duì)照組(79.76±2.272)U，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)“紫色宮殿”CAT活性(63.81±2.245)

圖4 高溫下礬根“紫色宮殿”SOD、POD和CAT酶活性變化Fig.4 Changes of SOD, POD and CAT activity of Heuchera micrantha ‘Palace Purple’ under high temperature

U僅為對(duì)照組(80.42±2.241)的79.35 %。表明了CAT活性對(duì)高溫環(huán)境條件具有一定的耐受性，但不能長(zhǎng)期(15 d以上)持續(xù)耐受。

2.4 高溫對(duì)礬根“紫色宮殿”滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

如圖5所示，礬根“紫色宮殿”在有利環(huán)境條件下其主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖、可溶性蛋白及游離脯氨酸含量基本處于長(zhǎng)期穩(wěn)定狀態(tài)。高溫環(huán)境條件下，“紫色宮殿”主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)出現(xiàn)了不同的變化趨勢(shì)?？扇苄蕴恰⒖扇苄缘鞍缀勘憩F(xiàn)出先升高后降低的整體趨勢(shì)，但在試驗(yàn)開(kāi)始10 d后高溫組可溶性蛋白含量(21.42±0.477)mg/g即顯著低于對(duì)照組(24.29±0.655)mg/g，并在之后持續(xù)降低?？扇苄蕴呛侩m出現(xiàn)降低情況，但除試驗(yàn)伊始外整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)高溫組可溶性糖含量均顯著高于對(duì)照組。高溫環(huán)境條件下，“紫色宮殿”游離脯氨酸含量在整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)呈現(xiàn)出持續(xù)升高的現(xiàn)象，試驗(yàn)開(kāi)始5 d后“紫色宮殿”游離脯氨酸含量(14.20±0.488)μg/g即顯著高于對(duì)照組(10.31±0.151)μg/g，至試驗(yàn)開(kāi)始后20 d時(shí)，高溫組游離脯氨酸含量(32.81±0.797)μg/g，為對(duì)照組(10.39±0.283)μg/g的3.16倍。

圖5 高溫下礬根“紫色宮殿”可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖含量變化Fig.5 Changes of soluble protein, proline and soluble sugar content of Heuchera micrantha ‘Palace Purple’ under high temperature

時(shí)間(d)Date鮮重(g)Fresh weight干重(g)Drought weight鮮重/干重(%)Fresh weight /drought weightCKHTCKHTCKHT030.81±1.655a31.20±1.158a4.39±0.171a4.41±0.135a7.01±0.115a7.07±0.067a535.42±0.927b34.01±0.707ab5.03±0.054b4.67±0.047a*7.05±0.233a7.29±0.214a1040.20±1.281c36.62±0.927bc*5.80±0.169c4.66±0.047a**6.93±0.176a7.85±0.189b*1544.81±1.562d37.03±0.707bcd**6.49±0.105d4.58±0.056a**6.89±0.161a8.09±0.133b*2050.83±1.241e38.21±0.583d**7.41±0.083e4.38±0.065a**6.86±0.137a8.73±0.210b*

注：CK表示對(duì)照處理；HT表示高溫處理；同一列不同小寫(xiě)字母表示二者間差異顯著(P<0.05)；*表示同時(shí)間相同指標(biāo)(鮮重、干重或鮮重/干重)間差異顯著(P<0.05)；**表示同時(shí)間相同指標(biāo)間差異達(dá)到極顯著(P<0.01)程度。

Note: CK indicates control treatment; HT indicates high temperature treatment; The same column with different lowercase letters indicates significant difference between the two data (P<0.05); * indicating significant difference between the same indexes (fresh weight, dry weight or fresh weight/dry weight) at the same time (P< 0.05); ** indicating significant difference between the same indexes at the same time (P< 0.01).

2.5 高溫對(duì)礬根“紫色宮殿”生物量及鮮干物質(zhì)比的影響

生物量變化是直接反應(yīng)植株對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力的指標(biāo)之一，生物量積累越快，其對(duì)象應(yīng)環(huán)境的適應(yīng)能力越強(qiáng)，生物量積累越慢，則表明植物對(duì)環(huán)境呈現(xiàn)不耐受現(xiàn)象。如表1可以看出，對(duì)照組“紫色宮殿”在試驗(yàn)過(guò)程中鮮重、干重均表現(xiàn)出快速增長(zhǎng)現(xiàn)象，試驗(yàn)伊始‘紫色宮殿’平均植株鮮重為30.8 g，其后每5 d的測(cè)定結(jié)果顯示“紫色宮殿”干、鮮重增長(zhǎng)顯著，至20 d時(shí)，其植株鮮重增加了20 g，干重增加了3.02 g，分別為初始值的1.65和1.69倍；高溫環(huán)境下，干重‘紫色宮殿’生長(zhǎng)受到抑制。試驗(yàn)初始時(shí)，2組“紫色宮殿”平均植株鮮重、干重差異不顯著，且高溫組植株鮮、干重均略高于對(duì)照組。至試驗(yàn)結(jié)束，高溫組平均植株鮮重、干重僅為對(duì)照組的75.2 %和59.1 %，差異達(dá)到極顯著水平。通過(guò)對(duì)“紫色宮殿”鮮重/干重值的測(cè)定，對(duì)照組植株含水量長(zhǎng)期保持穩(wěn)定略有降低(7.01 %～6.86 %)，而高溫組則表現(xiàn)出植株含水量逐漸升高的現(xiàn)象(7.07 %～8.73 %)。

3 討 論

高溫下植物葉片溫度升高，繼而帶來(lái)蒸騰作用加強(qiáng)、植物的葉片缺水、植物細(xì)胞內(nèi)環(huán)境損傷等[10-11]。本研究中，礬根“紫色宮殿”的電導(dǎo)率在脅迫5 d后開(kāi)始增加，即細(xì)胞膜透性增大，并隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)顯著增加，說(shuō)明電導(dǎo)率與植物的耐熱能力和受害狀況有關(guān)[12]，礬根“紫色宮殿”對(duì)重慶夏季的連續(xù)高溫環(huán)境耐受時(shí)間有限，長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)高溫環(huán)境下“紫色宮殿”表現(xiàn)出受害癥狀。

高溫脅迫除了能導(dǎo)致植物的細(xì)胞質(zhì)膜透性增加外，還能導(dǎo)致植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的氧自由基如過(guò)氧化氫、活性氧自由基等，使植物受到氧化脅迫的傷害[13-16]。氧化脅迫使膜脂發(fā)生過(guò)氧化作用，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)破壞，是引起植物損傷甚至死亡的重要原因。MDA是膜脂過(guò)氧化的重要產(chǎn)物。大量研究表明，高溫脅迫通常會(huì)導(dǎo)致MDA的含量顯著升高[17-18]。在本研究中，高溫下礬根“紫色宮殿”的MDA含量顯著增加，且隨著時(shí)間延長(zhǎng)，其含量逐漸增高，表明高溫導(dǎo)致其發(fā)生膜脂過(guò)氧化，其受害程度逐漸增加。因此，礬根“紫色宮殿”對(duì)重慶夏季的高溫脅迫敏感。

植物在適應(yīng)逆境的過(guò)程中形成了一套清除逆境脅迫產(chǎn)生的自由基或活性氧的保護(hù)酶體系，即酶促防御體系。其中，SOD、CAT、POD等是植物體內(nèi)自由基的清除劑，三者協(xié)調(diào)一致使生物自由基維持在正常水平，從而防止自由基傷害。前人研究表明，高溫脅迫誘導(dǎo)保護(hù)酶活性增強(qiáng)，其活性大小與植物的耐熱性密切相關(guān)[19-20]。在本研究中，礬根“紫色宮殿”的SOD、POD活性先升高后下降，說(shuō)明在脅迫的初期，礬根“紫色宮殿”對(duì)高溫脅迫做出了積極的響應(yīng)，但隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，植株的調(diào)節(jié)能力超過(guò)其耐受限度，導(dǎo)致酶活性下降。CAT活性在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間均呈下降趨勢(shì)，表明礬根“紫色宮殿”主要依賴SOD和POD來(lái)抵御高溫脅迫環(huán)境。

脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖可溶性蛋白均為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，逆境下，植物體內(nèi)積累一定量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)有利于維持細(xì)胞滲透壓的穩(wěn)定，有利于植物體對(duì)逆境脅迫的抵抗[21]。本研究中，礬根“紫色宮殿”的可溶性糖和可溶性蛋白均先升高后降低，表明短期高溫脅迫，礬根“紫色宮殿”通過(guò)可溶性糖和可溶性蛋白來(lái)維持細(xì)胞的膨壓，但隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，傷害逐漸加劇。體現(xiàn)在生物量積累上，高溫環(huán)境條件下礬根“紫色宮殿”植株鮮重、干重積累速度下降，植株生物量顯著低于對(duì)照組。前人研究表明，高溫導(dǎo)致植物機(jī)體缺水萎蔫[22]，但本研究中“紫色宮殿”在高溫環(huán)境條件下相對(duì)含水量逐漸提高，應(yīng)當(dāng)與采樣時(shí)間集中在上午7：00，經(jīng)過(guò)夜間恢復(fù)后充分吸水導(dǎo)致，表明了“紫色宮殿”能夠通過(guò)主動(dòng)吸收和補(bǔ)充水分來(lái)應(yīng)對(duì)白天的高溫環(huán)境。