不同种源糖槭的抗热性比较研究

钟景林，任 杰,，任明莹，赵静雯，傅松玲*，丁增成　(.安徽农业大学林学与园林学院，安徽合肥 30036；.安徽省农业科学院农业工程研究所，安徽合肥 3003)



不同种源糖槭的抗热性比较研究

钟景林1，任 杰1,2，任明莹1，赵静雯1，傅松玲1*，丁增成2(1.安徽农业大学林学与园林学院，安徽合肥 230036；2.安徽省农业科学院农业工程研究所，安徽合肥 230031)

糖槭(AcersaccharumMash)为槭树科槭树属植物，树形卵圆形，树势雄伟、典雅，秋季叶片色彩艳丽，成年糖槭可以提取枫糖浆，有着极高的经济价值和观赏价值[1-3]。糖槭原产加拿大，适应性强，分布广泛[4-5]。中国科学院南京中山植物园以及浙江农林大学曾经从加拿大引进糖槭种子，但保存极少。目前我国东北、华东及华南地区有少量栽培[6]。鉴于枫糖浆为少有的保健类糖，我国学者引种栽培糖槭的积极性逐年提高，但目前对其引种栽培的温度等限制性因子研究较少，这些限制性因素直接关系糖槭引种的成败。糖槭原产地纬度较高，温度相对较低，有关糖槭高温胁迫抗热性方面的研究就显得极为重要[7]。该文对来自加拿大南部、中部、北部3个种源的糖槭，测定其在不同温度梯度处理下，叶片伤害度、相对电导率、丙二醛(MDA)、游离脯氨酸(Pro)以及过氧化物酶(POD)等抗性生理指标的变化[8]，以期了解糖槭的抗性机制，为其在我国中南部引种、筛选提供一定的参考。

1材料与方法

1.1供试材料2013年从加拿大安大略省林木种子中心(Ontario Tree Seed Facility)引进来自安大略省、魁北克及马尼托巴3个种源糖槭种子，沙藏后于翌年3月在安徽农业大学农萃园科研试验地内进行播种育苗。选择生长状况相对一致的加拿大南部、中部、北部3个种源的糖槭一年生实生苗为试验材料。

1.2研究方法

1.2.1试验设计。 选取生长状况相对一致的3个种源加拿大糖槭植株各16盆，每盆3株，用清水将植株叶片冲洗干净，然后置于4个不同温度的人工智能培养箱中，每箱4盆，温度设置为27、33、39、45 ℃ 4个梯度，其中以27 ℃为对照，每组处理4盆。光照时间12 h，光强3 000 lx，空气湿度75%，处理期间正常浇水，不受水分胁迫，连续处理3 d后由植株上部向下摘取新鲜叶片测定各项生理生化指标，每项指标进行3次重复测定。

1.2.2指标测定。

(1)叶片伤害度和相对电导率采用李合生等[10]方法测定。

(2)丙二醛(MDA)含量和过氧化物酶(POD)活性测定参考郝再彬等[11]方法并加以改进。丙二醛用硫代巴比妥酸(TAB)与之反应显色；过氧化物酶用愈创木酚比色测定，以每分钟D470变化0.01为1个过氧化物酶活性单位表示酶活性大小。

(3)游离脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮比色法测定[10]。

1.3数据处理采用Excel、Dps等软件对数据进行系统分析。

2结果与分析

2.1高温胁迫对加拿大糖槭叶片伤害度的影响不同温度处理期间，经观察发现，3个种源加拿大糖槭在对照27 ℃均能正常生长；在33 ℃的高温处理下3者叶片轻微失水，有下垂趋势；39 ℃高温处理后叶片失水较严重，尖端和边缘变褐色，叶面出现点状枯焦色块；45 ℃高温处理后叶片严重失水，出现卷缩、焦枯等症状，枯焦面积约占1/4。由表1可知，3个种源加拿大糖槭在33 ℃的高温处理下叶片出现不同程度的伤害，但叶片伤害度均在5.00%以下，不影响其正常生长；而经过39 ℃高温胁迫的叶片伤害度显著增大；45 ℃的处理叶片伤害更为突出，北部种源的加拿大糖槭叶片伤害度高达52.48%，而伤害度最小的南部种源也有34.79%。方差分析结果表明：除对照组外，3个处理温度下南部种源的加拿大糖槭叶片伤害度显著低于中部和北部种源。从叶片伤害度来看，南部种源糖槭抗热性最强，中部次之，北部最弱。

表1　不同温度处理对糖槭叶片伤害度的影响 　%

注：同一列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。下同。

2.2高温胁迫对加拿大糖槭叶片相对导电率的影响植物在高温胁迫下，膜结构和功能受到破坏，透性增大，导致外渗变多，电导率也随之变大。如图1所示，3个种源加拿大糖槭相对电导率在27 ℃时最小，且差别不明显；之后随着胁迫温度的升高相对电导率均在逐渐增大，其中南部增加缓慢，北部在温度超过39 ℃以后显著增加，并在45 ℃达到最大值55.39%，而南部和北部在此温度下相对电导率都超过40.00%，3者均显著高于对照组。其中北部增幅最大，南部最小，中部居中。

2.3高温胁迫对加拿大糖槭叶片MDA含量和Pro含量的影响MDA为高活性的脂质过氧化物，是膜脂过氧化的终解产物之一，可交联脂类、核酸、糖类及蛋白质，在逆境条件下，植物发生膜脂过氧化作用，细胞中MDA的积累量增大导致质膜伤害[12]。由图2可知，随着胁迫温度的上升，3个种源加拿大糖槭的MDA含量均增大。经过45 ℃胁迫后，北部种源的加拿大糖槭MDA含量达到70.3 mol/g FW，增幅最大，是对照的6.51倍，中部次之，南部增幅最小，是对照组的3.67倍，但其初始值最大。说明此温度下南部种源加拿大糖槭的质膜伤害程度轻于其他两者。

该试验测定了不同温度处理下加拿大糖槭叶片游离Pro含量。从图3看出，3个种源加拿大糖槭在不同温度胁迫下，南部和中部种源的Pro含量一直处于上升趋势，45 ℃胁迫后达到80.68 mg/g和74.67 mg/g；北部种源在39 ℃时Pro含量达最大值，重度胁迫(45 ℃)下Pro含量开始下降，这是由于胁迫温度过高导致细胞受到伤害，使细胞内的Pro含量降低，最终经过45 ℃胁迫后的Pro是对照组的6.51倍，增幅最小。从游离Pro这一指标来看，南部和中部种源的加拿大糖槭忍耐重度高温胁迫能力比北部强。

2.4高温胁迫对加拿大糖槭叶片POD活性的影响过氧化物酶是植物保护酶之一，在逆境下其活性可迅速增强。由表2可知，在处理初期27 ℃时，3个种源的加拿大糖槭POD活性存在差异，其中北部的POD活性为464 U/g FW，显著低于其他2个品种。而后，随着胁迫温度的升高，3者POD活性逐渐增强，39 ℃时均达到最大值，此时POD活性最高为南部达1 138.67 U/g FW。北部种源最低只有769.67 U/g FW，是南部的67.59%，升幅只有65.88%。当胁迫温度达到45 ℃时，3个种源加拿大糖槭POD活性均有不同程度的下降。方差分析结果表明，南部加拿大糖槭在各个处理温度下叶片POD活性均显著高于中部和北部，升高幅度也大于中部和北部，说明南部种源糖槭耐高温能力强于中部和北部。

表2　不同温度处理对糖槭叶片POD活性的影响　U/g FW

3结论与讨论

(1)影响植物正常生长的因素众多，高温胁迫作为主要的逆境因子之一，可使植物长势下降，叶片变褐、卷缩焦枯[13]。该试验表明，南部与中部种源加拿大糖槭在高温胁迫下叶片伤害度明显小于北部。说明北部种源加拿大糖槭难以适应高温，而南部和中部在适应高温方面较北部有一定的优势。植物受到高温胁迫时，首先损伤的是细胞膜，其细胞膜透性增加，细胞液外渗，从而使电导率升高[14]。该试验中3个种源的加拿大糖槭相对电导率随胁迫温度的升高而升高，其中北部种源增幅最大，南部增幅最小。说明高温胁迫已经对糖槭造成了伤害，在细胞膜透性上表现尤为突出；同时伤害程度会随着温度的升高而增强，且种源不同伤害程度有差别，南部伤害最弱，北部最强，中部居中。因而南部种源加拿大糖槭在防御高温引起的细胞膜渗透方面具有一定的优势。

(2)MDA作为衡量植物细胞膜热稳定性指标，膜损伤程度的大小与其含量成正比，一般情况下，植物的耐热性越强，膜热稳定性越高[15]。在高温条件下耐热性强的植物MDA增幅低于耐热性弱的。安佳佳等[16]对香蕉的研究结果表明，高温处理后香蕉的MDA大量积累，损害了细胞膜的完整性。该试验中，3个种源加拿大糖槭MDA含量随温度的升高逐渐增加，说明温度越高植物受到的伤害越大；不同种源加拿大糖槭对高温胁迫反应不同，南部种源的加拿大糖槭MDA含量上升幅度明显小于中部和北部的，这可能是因为其膜热稳定性强于其他两者。

(3)游离Pro是一种膜脂保护酶，它的积累可调节和渗透细胞内水分，参与物质代谢，更重要的是阻止膜脂和蛋白发生过氧化反应，从而有效保护膜脂和蛋白[17-18]。高温胁迫在莴苣和蝴蝶兰上的研究均表明，与对照组相比高温处理后Pro含量显著增加，不同品种间的比较中，耐热品种的增幅大于热敏品种[19-20]。该试验中3个加拿大种源糖槭在不同温度胁迫下，39 ℃以前3者Pro含量都一直处于上升趋势，此后出现差异，南部和中部种源持续增加，北部种源在重度胁迫(45 ℃)下Pro含量开始下降，这是由于胁迫温度过高导致细胞受到伤害，使细胞内的Pro含量降低，说明种源为北部的耐热性显著低于其他两者。45 ℃重度胁迫后从Pro上升幅度可以看出，南部的上升幅度明显高于中部，说明南部的抗热性强于中部。

(4)POD作为组成膜保护系统的重要成员，能有效清除植物体内的过氧化氢、自由基以及活性氧，从而确保活性氧的代谢平衡，然而，在高温迫害条件下此种代谢平衡被打破[21]。徐剑锋[22]对甜椒耐热机理的研究表明，随着温度的升高POD活性先上升后下降，并且耐热性强的品种增幅大于耐热性差的。对高温胁迫对蝴蝶兰的研究[20]表明，POD活性的变化与之高度一致。该试验上表明，3个种源糖槭在不同温度处理的前期POD活性均上升，这可能是因为处理前期在受到轻度高温胁迫时，糖槭通过自身机制调节POD活性以适应高温环境。但随着胁迫温度的进一步提高，在39 ℃以上POD活性开始下降，说明在此极端温度下糖槭通过自身调节来适应逆境机制被打破，体内活性氧代谢失调。

(5)植物在正常的生长环境下各种代谢和生理反应是平衡而稳定的，当受到高温逆境迫害时，这种代谢和生理反应因多种因素的影响而发生紊乱，这是植物对高温胁迫的本能反应。该试验供试的3个种源加拿大糖槭，在同等高温胁迫后，南部叶面伤害最轻，相对电导率和MDA增幅小，Pro积累量大，POD活性高。根据这些指标含量的变化得出：3个种源加拿大糖槭抗热性最好的为南部，中部次之，北部最弱。由于影响植物抗热性的因素众多，单从生理生化指标去研究加拿大糖槭的耐热性不够全面，因此要更准确地鉴定其抗热性，还需要进一步研究它的光合作用、生长指标及其他生理指标等。由于供试材料在试验地仅生长1年，为了更好掌握加拿大糖槭的抗热性状况，为其引种提供科学依据，还需后期继续观察和试验。

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摘要[目的] 为不同种源糖槭在我国中南部引种、筛选提供一定的参考。[方法]该研究以加拿大南部、中部、北部种源的糖槭一年生实生苗作为供试材料，分别在27、33、39、45 ℃4个温度梯度胁迫3 d后，测定叶片伤害度、相对电导率、丙二醛(MDA)、游离脯氨酸(Pro)、过氧化物酶(POD)活性等指标。[结果]随着温度升高，3个种源糖槭叶片伤害度、相对电导率、MDA含量增加。北部种源叶片Pro含量在45 ℃胁迫时下降，南部和中部种源的Pro含量一直上升。而3者POD活性在39 ℃胁迫后均开始下降，但是下降幅度不同。南部种源的糖槭经过45 ℃的胁迫叶片伤害度和相对电导率下降最小；其MDA含量增幅最小，但Pro含量增幅最大，分别是对照组的3.67倍和12.57倍；4个温度梯度胁迫中其POD活性始终高于中部和北部的。[结论]由以上指标可知，不同种源糖槭的抗热性强弱依次为南部种源抗热性>中部种源抗热性>北部种源抗热性。

关键词加拿大糖槭；高温胁迫；生理反应；抗热性

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

通讯作者

作者简介钟景林(1988-)，男，安徽铜陵人，硕士研究生，研究方向：园林植物栽培。*，教授，博士生导师，从事园林树木栽培教学及研究。

基金项目国家林业局“948”院长基金(14B1359)资助项目“加拿大糖槭种质资源及培育技术引进”(2013-4-49)。

中图分类号S 722.5

文献标识码A

文章编号0517-6611(2015)18-193-03