不同種源糖槭的抗熱性比較研究

鐘景林，任 杰,，任明瑩，趙靜雯，傅松玲*，丁增成　(.安徽農業大學林學與園林學院，安徽合肥 30036；.安徽省農業科學院農業工程研究所，安徽合肥 3003)

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不同種源糖槭的抗熱性比較研究

鐘景林1，任 杰1,2，任明瑩1，趙靜雯1，傅松玲1*，丁增成2(1.安徽農業大學林學與園林學院，安徽合肥 230036；2.安徽省農業科學院農業工程研究所，安徽合肥 230031)

糖槭(AcersaccharumMash)為槭樹科槭樹屬植物，樹形卵圓形，樹勢雄偉、典雅，秋季葉片色彩艷麗，成年糖槭可以提取楓糖漿，有著極高的經濟價值和觀賞價值[1-3]。糖槭原產加拿大，適應性強，分布廣泛[4-5]。中國科學院南京中山植物園以及浙江農林大學曾經從加拿大引進糖槭種子，但保存極少。目前我國東北、華東及華南地區有少量栽培[6]。鑒于楓糖漿為少有的保健類糖，我國學者引種栽培糖槭的積極性逐年提高，但目前對其引種栽培的溫度等限制性因子研究較少，這些限制性因素直接關系糖槭引種的成敗。糖槭原產地緯度較高，溫度相對較低，有關糖槭高溫脅迫抗熱性方面的研究就顯得極為重要[7]。該文對來自加拿大南部、中部、北部3個種源的糖槭，測定其在不同溫度梯度處理下，葉片傷害度、相對電導率、丙二醛(MDA)、游離脯氨酸(Pro)以及過氧化物酶(POD)等抗性生理指標的變化[8]，以期了解糖槭的抗性機制，為其在我國中南部引種、篩選提供一定的參考。

1材料與方法

1.1供試材料2013年從加拿大安大略省林木種子中心(Ontario Tree Seed Facility)引進來自安大略省、魁北克及馬尼托巴3個種源糖槭種子，沙藏后于翌年3月在安徽農業大學農萃園科研試驗地內進行播種育苗。選擇生長狀況相對一致的加拿大南部、中部、北部3個種源的糖槭一年生實生苗為試驗材料。

1.2研究方法

1.2.1試驗設計。 選取生長狀況相對一致的3個種源加拿大糖槭植株各16盆，每盆3株，用清水將植株葉片沖洗干凈，然后置于4個不同溫度的人工智能培養箱中，每箱4盆，溫度設置為27、33、39、45 ℃ 4個梯度，其中以27 ℃為對照，每組處理4盆。光照時間12 h，光強3 000 lx，空氣濕度75%，處理期間正常澆水，不受水分脅迫，連續處理3 d后由植株上部向下摘取新鮮葉片測定各項生理生化指標，每項指標進行3次重復測定。

1.2.2指標測定。

(1)葉片傷害度和相對電導率采用李合生等[10]方法測定。

(2)丙二醛(MDA)含量和過氧化物酶(POD)活性測定參考郝再彬等[11]方法并加以改進。丙二醛用硫代巴比妥酸(TAB)與之反應顯色；過氧化物酶用愈創木酚比色測定，以每分鐘D470變化0.01為1個過氧化物酶活性單位表示酶活性大小。

(3)游離脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮比色法測定[10]。

1.3數據處理采用Excel、Dps等軟件對數據進行系統分析。

2結果與分析

2.1高溫脅迫對加拿大糖槭葉片傷害度的影響不同溫度處理期間，經觀察發現，3個種源加拿大糖槭在對照27 ℃均能正常生長；在33 ℃的高溫處理下3者葉片輕微失水，有下垂趨勢；39 ℃高溫處理后葉片失水較嚴重，尖端和邊緣變褐色，葉面出現點狀枯焦色塊；45 ℃高溫處理后葉片嚴重失水，出現卷縮、焦枯等癥狀，枯焦面積約占1/4。由表1可知，3個種源加拿大糖槭在33 ℃的高溫處理下葉片出現不同程度的傷害，但葉片傷害度均在5.00%以下，不影響其正常生長；而經過39 ℃高溫脅迫的葉片傷害度顯著增大；45 ℃的處理葉片傷害更為突出，北部種源的加拿大糖槭葉片傷害度高達52.48%，而傷害度最小的南部種源也有34.79%。方差分析結果表明：除對照組外，3個處理溫度下南部種源的加拿大糖槭葉片傷害度顯著低于中部和北部種源。從葉片傷害度來看，南部種源糖槭抗熱性最強，中部次之，北部最弱。

表1　不同溫度處理對糖槭葉片傷害度的影響 　%

注：同一列數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。下同。

2.2高溫脅迫對加拿大糖槭葉片相對導電率的影響植物在高溫脅迫下，膜結構和功能受到破壞，透性增大，導致外滲變多，電導率也隨之變大。如圖1所示，3個種源加拿大糖槭相對電導率在27 ℃時最小，且差別不明顯；之后隨著脅迫溫度的升高相對電導率均在逐漸增大，其中南部增加緩慢，北部在溫度超過39 ℃以后顯著增加，并在45 ℃達到最大值55.39%，而南部和北部在此溫度下相對電導率都超過40.00%，3者均顯著高于對照組。其中北部增幅最大，南部最小，中部居中。

2.3高溫脅迫對加拿大糖槭葉片MDA含量和Pro含量的影響MDA為高活性的脂質過氧化物，是膜脂過氧化的終解產物之一，可交聯脂類、核酸、糖類及蛋白質，在逆境條件下，植物發生膜脂過氧化作用，細胞中MDA的積累量增大導致質膜傷害[12]。由圖2可知，隨著脅迫溫度的上升，3個種源加拿大糖槭的MDA含量均增大。經過45 ℃脅迫后，北部種源的加拿大糖槭MDA含量達到70.3 mol/g FW，增幅最大，是對照的6.51倍，中部次之，南部增幅最小，是對照組的3.67倍，但其初始值最大。說明此溫度下南部種源加拿大糖槭的質膜傷害程度輕于其他兩者。

該試驗測定了不同溫度處理下加拿大糖槭葉片游離Pro含量。從圖3看出，3個種源加拿大糖槭在不同溫度脅迫下，南部和中部種源的Pro含量一直處于上升趨勢，45 ℃脅迫后達到80.68 mg/g和74.67 mg/g；北部種源在39 ℃時Pro含量達最大值，重度脅迫(45 ℃)下Pro含量開始下降，這是由于脅迫溫度過高導致細胞受到傷害，使細胞內的Pro含量降低，最終經過45 ℃脅迫后的Pro是對照組的6.51倍，增幅最小。從游離Pro這一指標來看，南部和中部種源的加拿大糖槭忍耐重度高溫脅迫能力比北部強。

2.4高溫脅迫對加拿大糖槭葉片POD活性的影響過氧化物酶是植物保護酶之一，在逆境下其活性可迅速增強。由表2可知，在處理初期27 ℃時，3個種源的加拿大糖槭POD活性存在差異，其中北部的POD活性為464 U/g FW，顯著低于其他2個品種。而后，隨著脅迫溫度的升高，3者POD活性逐漸增強，39 ℃時均達到最大值，此時POD活性最高為南部達1 138.67 U/g FW。北部種源最低只有769.67 U/g FW，是南部的67.59%，升幅只有65.88%。當脅迫溫度達到45 ℃時，3個種源加拿大糖槭POD活性均有不同程度的下降。方差分析結果表明，南部加拿大糖槭在各個處理溫度下葉片POD活性均顯著高于中部和北部，升高幅度也大于中部和北部，說明南部種源糖槭耐高溫能力強于中部和北部。

表2　不同溫度處理對糖槭葉片POD活性的影響　U/g FW

3結論與討論

(1)影響植物正常生長的因素眾多，高溫脅迫作為主要的逆境因子之一，可使植物長勢下降，葉片變褐、卷縮焦枯[13]。該試驗表明，南部與中部種源加拿大糖槭在高溫脅迫下葉片傷害度明顯小于北部。說明北部種源加拿大糖槭難以適應高溫，而南部和中部在適應高溫方面較北部有一定的優勢。植物受到高溫脅迫時，首先損傷的是細胞膜，其細胞膜透性增加，細胞液外滲，從而使電導率升高[14]。該試驗中3個種源的加拿大糖槭相對電導率隨脅迫溫度的升高而升高，其中北部種源增幅最大，南部增幅最小。說明高溫脅迫已經對糖槭造成了傷害，在細胞膜透性上表現尤為突出；同時傷害程度會隨著溫度的升高而增強，且種源不同傷害程度有差別，南部傷害最弱，北部最強，中部居中。因而南部種源加拿大糖槭在防御高溫引起的細胞膜滲透方面具有一定的優勢。

(2)MDA作為衡量植物細胞膜熱穩定性指標，膜損傷程度的大小與其含量成正比，一般情況下，植物的耐熱性越強，膜熱穩定性越高[15]。在高溫條件下耐熱性強的植物MDA增幅低于耐熱性弱的。安佳佳等[16]對香蕉的研究結果表明，高溫處理后香蕉的MDA大量積累，損害了細胞膜的完整性。該試驗中，3個種源加拿大糖槭MDA含量隨溫度的升高逐漸增加，說明溫度越高植物受到的傷害越大；不同種源加拿大糖槭對高溫脅迫反應不同，南部種源的加拿大糖槭MDA含量上升幅度明顯小于中部和北部的，這可能是因為其膜熱穩定性強于其他兩者。

(3)游離Pro是一種膜脂保護酶，它的積累可調節和滲透細胞內水分，參與物質代謝，更重要的是阻止膜脂和蛋白發生過氧化反應，從而有效保護膜脂和蛋白[17-18]。高溫脅迫在萵苣和蝴蝶蘭上的研究均表明，與對照組相比高溫處理后Pro含量顯著增加，不同品種間的比較中，耐熱品種的增幅大于熱敏品種[19-20]。該試驗中3個加拿大種源糖槭在不同溫度脅迫下，39 ℃以前3者Pro含量都一直處于上升趨勢，此后出現差異，南部和中部種源持續增加，北部種源在重度脅迫(45 ℃)下Pro含量開始下降，這是由于脅迫溫度過高導致細胞受到傷害，使細胞內的Pro含量降低，說明種源為北部的耐熱性顯著低于其他兩者。45 ℃重度脅迫后從Pro上升幅度可以看出，南部的上升幅度明顯高于中部，說明南部的抗熱性強于中部。

(4)POD作為組成膜保護系統的重要成員，能有效清除植物體內的過氧化氫、自由基以及活性氧，從而確?；钚匝醯拇x平衡，然而，在高溫迫害條件下此種代謝平衡被打破[21]。徐劍鋒[22]對甜椒耐熱機理的研究表明，隨著溫度的升高POD活性先上升后下降，并且耐熱性強的品種增幅大于耐熱性差的。對高溫脅迫對蝴蝶蘭的研究[20]表明，POD活性的變化與之高度一致。該試驗上表明，3個種源糖槭在不同溫度處理的前期POD活性均上升，這可能是因為處理前期在受到輕度高溫脅迫時，糖槭通過自身機制調節POD活性以適應高溫環境。但隨著脅迫溫度的進一步提高，在39 ℃以上POD活性開始下降，說明在此極端溫度下糖槭通過自身調節來適應逆境機制被打破，體內活性氧代謝失調。

(5)植物在正常的生長環境下各種代謝和生理反應是平衡而穩定的，當受到高溫逆境迫害時，這種代謝和生理反應因多種因素的影響而發生紊亂，這是植物對高溫脅迫的本能反應。該試驗供試的3個種源加拿大糖槭，在同等高溫脅迫后，南部葉面傷害最輕，相對電導率和MDA增幅小，Pro積累量大，POD活性高。根據這些指標含量的變化得出：3個種源加拿大糖槭抗熱性最好的為南部，中部次之，北部最弱。由于影響植物抗熱性的因素眾多，單從生理生化指標去研究加拿大糖槭的耐熱性不夠全面，因此要更準確地鑒定其抗熱性，還需要進一步研究它的光合作用、生長指標及其他生理指標等。由于供試材料在試驗地僅生長1年，為了更好掌握加拿大糖槭的抗熱性狀況，為其引種提供科學依據，還需后期繼續觀察和試驗。

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摘要[目的] 為不同種源糖槭在我國中南部引種、篩選提供一定的參考。[方法]該研究以加拿大南部、中部、北部種源的糖槭一年生實生苗作為供試材料，分別在27、33、39、45 ℃4個溫度梯度脅迫3 d后，測定葉片傷害度、相對電導率、丙二醛(MDA)、游離脯氨酸(Pro)、過氧化物酶(POD)活性等指標。[結果]隨著溫度升高，3個種源糖槭葉片傷害度、相對電導率、MDA含量增加。北部種源葉片Pro含量在45 ℃脅迫時下降，南部和中部種源的Pro含量一直上升。而3者POD活性在39 ℃脅迫后均開始下降，但是下降幅度不同。南部種源的糖槭經過45 ℃的脅迫葉片傷害度和相對電導率下降最??；其MDA含量增幅最小，但Pro含量增幅最大，分別是對照組的3.67倍和12.57倍；4個溫度梯度脅迫中其POD活性始終高于中部和北部的。[結論]由以上指標可知，不同種源糖槭的抗熱性強弱依次為南部種源抗熱性>中部種源抗熱性>北部種源抗熱性。

關鍵詞加拿大糖槭；高溫脅迫；生理反應；抗熱性

Study on Heat Resistance ofAcersaccharumMash

ZHONG Jing-lin1, REN Jie1,2, REN Ming-ying1et al(1.School of Forestry and Landscape Architecture, Anhui Agricultural University, Hefei, Anhui 230036;2.Institute of Agricultural Engineering, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei , Anhui 230031)

Abstract[Objective] To provide certain reference for introducing and screening Acer saccharum Mash to central and southern China.[Method]Annual seedling of Acer saccharum Mash in three provenances of southern(SSM), central (CSM) and northern Canada (NSM) were treated under heat stress. Leaf damage degree, relative electrolyte leakage, malondialdehyde (MDA) content, free proline content and peroxidase(POD) activity were measured respectively under the heat stress by 27,33,39,45 ℃ after 3 days later. [Result]The results show that the leaf damage degree, relative electrolyte leakage and MDA content of three provenances increased with the increase of temperature. The Pro content of SSM and CSM increased in an order of 27,33,39,45 ℃, but the Pro content of NSM increased from 27 ℃ and peaked in 39 ℃. With the increase of temperature, the POD activity in three provenances increased and peaked in 39 ℃. The leaf damage degree and relative electrolyte leakage in the provenance of SSM got a nadir after the heat stress of 45 ℃. Compared with the control group, the increase of MDA content was 3.67 times and the increase of Pro content was 12.57 times. The POD activity of SSM was highest than other provenances in all heat stress treatments. [Conclusion]Our result indicated that the heat resistance of Acer saccharum Mash in southern was better than others.

Key wordsAcer saccharum Mash; Heat stress; Physiological reaction; Heat resistance

收稿日期2015-04-29

通訊作者

作者簡介鐘景林(1988-)，男，安徽銅陵人，碩士研究生，研究方向：園林植物栽培。*，教授，博士生導師，從事園林樹木栽培教學及研究。

基金項目國家林業局“948”院長基金(14B1359)資助項目“加拿大糖槭種質資源及培育技術引進”(2013-4-49)。

中圖分類號S 722.5

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)18-193-03