亚热带农业研究 2017,Vol. 13Issue (2): 88-92   PDF   
DOI: 10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2017.02.004
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张武君, 邹福贤, 陈菁瑛, 刘保财, 黄颖桢, 赵云青
ZHANG Wujun, ZOU Fuxian, CHEN Jingying, LIU Baocai, HUANG Yingzhen, ZHAO Yunqing
高温胁迫对金花茶耐热生理指标的影响
Effect of high temperature stress on physiological indexes of heat tolerance in Camellia nitidissima Chi
亚热带农业研究, 2017, 13(2): 88-92
Subtropical Agriculture Research, 2017, 13(2): 88-92.
DOI: 10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2017.02.004

文章历史

收稿日期: 2017-02-04
高温胁迫对金花茶耐热生理指标的影响
张武君1,2, 邹福贤1, 陈菁瑛1,2, 刘保财1,2, 黄颖桢1,2, 赵云青1,2     
1. 福建省农业科学院药用植物研究中心, 福建 福州 350003;
2. 福建省农业科学院农业生物资源研究所, 福建 福州 350003
摘要:以金花茶枝条和叶片为材料,测定其高温半致死温度及高温胁迫下丙二醛(malondialdehyde,MDA)、可溶性糖、脯氨酸含量及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)活性和相对电导率等生理指标。结果表明,金花茶叶片细胞伤害率随温度升高呈典型"S"型曲线,符合Logistic方程,高温半致死温度为58.9℃;对金花茶叶片进行45℃高温胁迫24 h,其相对电导率、可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD活性均随胁迫时间的增加呈上升趋势,其中脯氨酸含量和SOD活性对高温胁迫反应较敏感,可作为金花茶对热胁迫的较好指标,但MDA含量无显著增加,推测金花茶对短期持续高温胁迫具有一定的耐受性。
关键词金花茶     高温     半致死温度     生理指标    
Effect of high temperature stress on physiological indexes of heat tolerance in Camellia nitidissima Chi
ZHANG Wujun1,2, ZOU Fuxian1, CHEN Jingying1,2, LIU Baocai1,2, HUANG Yingzhen1,2, ZHAO Yunqing1,2     
1. Medicinal Plant Research Center, Fuzhou, Fujian 350003, China;
2. Agricultural Bio-Resource Research Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou, Fujian 350003, China
Abstract: The semi-lethal high temperature and physiological indexes under high temperature stress were measured with Camellia nitidissima Chi branches and leaves as the experimental materials. Based on the results, the cell injury rate of C.nitidissima leaves showed a typical "S" curve when temperature rose, which fit with the logistic equation. The semi-lethal temperature was 58.9℃. During a 24 h-45℃ treatment, increasing levels of electrical conductivity, soluble sugar and proline contents and superoxide dismutase (SOD) activity were observed in C.nitidissima leave cells along with stress time. Proline content and SOD activity were more sensitive to high temperature stress and therefore could be good indicators for heat stress. However, malondialdehyde content did not increase significantly, suggesting that C.nitidissima plants may have some level of tolerance to short-duration sustained high temperature stress.
Key words: Camellia nitidissima Chi     high temperature     semi-lethal temperature     physiological indexes    

金花茶(Camellia nitidissima Chi)为山茶科山茶属多年生常绿灌木,主要分布在我国广西防城港十万大山的兰山支脉一带,有着“茶族皇后”的美称[1],具有消炎、降压、去腻减肥、增进食欲、解酒解渴等功效[2],于2010年被批准为新资源食品[3],在广西、广东[4]、福建[5]等地均有人工栽培。天然金花茶多生长在较荫蔽的沟谷、林下或灌木丛中,一般在上层林冠盖度较大的阴凉环境下分布较多[6]。李辛雷等[7]认为,显脉金花茶、贵州金花茶、离蕊金花茶、常柱金花茶和直脉金花茶属中度热敏感性物种。夏秋季大棚种植易使金花茶处于40 ℃以上的高温胁迫环境,但目前对金花茶耐热性的研究相对较少。

植物耐热性的鉴定方法通常有外部形态鉴定法、微观结构鉴定法、生理生化指标鉴定法等[8],其中,生理生化指标鉴定法因其准确、简便而成为筛选和评价耐热植物的主要方法。植物叶片的膜透性及丙二醛(malondialdehyde, MDA)、脯氨酸、可溶性糖含量和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(peroxidase, POD)活性常作为评价植物抗逆性的指标[9]。本试验对金花茶叶片和枝条进行高温胁迫,测定其生理指标,探讨其动态变化及作为耐热生理评价指标的可行性,以期为金花茶的耐热生理机制研究及高温环境下引种栽培提供依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

供试材料为5年生金花茶,由福建世纪金花茶科技有限公司提供。主要仪器为UV-1600紫外可见分光系统,购自天津市拓普仪器有限公司。

1.2 试验方法 1.2.1 高温半致死温度的测定

随机选取10棵金花茶树,剪取大小相近、完整、无病虫害的当年生春梢自顶向下数第3~4叶位的健康功能叶30片,每棵茶树取3片。将叶片用去离子水洗净并擦干,避开主动脉和边缘,均匀剪成0.5 cm2大小,备用。随机选取并准确称量0.5 g碎叶片置于小烧杯中,加入15 mL去离子水,放入真空干燥器中抽真空2次,每次8 min,使叶片沉入水底。分别在28(室温)、35、40、45、50、55、60、65、70 ℃的恒温水浴中处理30 min,取出后冷却至室温,测定各处理下叶片的电导率(R),然后放入沸水浴中15 min,冷却后测定煮沸电导率(R0),以室温下植物叶片的电导率为对照(RCK),计算细胞伤害率[10]。细胞伤害率/%=[(R-RCK)/(R0-RCK)]×100。每个处理测定3次,取平均值。

对平均处理温度与细胞伤害率进行Logistic方程拟合,Logistic回归方程为:y=K/(1+ae-bx)。其中,y为细胞伤害率/%,x为处理温度/(℃),K为细胞伤害率的最大饱和容量。因本研究消除了底的干扰,故K值取100,ab为方程的参数。将方程进行线性化处理,ln[(K-y)/y]=lna-bx, 令y1=ln[(K-y)/y],则变成细胞伤害率转化值(y1)与处理温度(x)的直线方程[11]。通过直线回归得到lnab值及相关系数R2,求Logistic方程的二阶导数,并令其等于零,获得曲线的拐点x=lna/b[12],即金花茶叶片的高温半致死温度。

1.2.2 生理指标的测定

从12棵金花茶树中随机选取生长方向相同、长势相当的24条当年生健壮春梢(每棵树选取2条)。每个处理随机抽取4条春梢,放入1 000 mL烧杯中,加400 mL水,共6个处理。将其中3个处理置于人工培养箱中进行45 ℃高温胁迫,3个处理置于常温下作为对照(CK),每个处理为1个重复。胁迫0、4、8、16、24 h时取样,每个枝条随机取自顶向下数第3~8叶位的叶片,剪碎混合后称量分装,采用电导率仪法[13]测定相对电导率:相对电导率/%=R/R0×100。其余样品用液氮处理后置于-70 ℃冰箱,待取样完毕后统一进行生理生化指标测定。MDA含量采用硫代巴比妥酸法[11]测定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法[13]测定;脯氨酸含量采用酸性茚三酮法[11]测定;SOD活性采用氮蓝四唑光还原法[13]测定;POD活性采用愈创木酚法[13]测定。每个指标均测定3次取平均值。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析 2.1 细胞伤害率变化与高温半致死温度的确定

高温胁迫使细胞膜体系受破坏,细胞膜透性增大,电解质渗出增多,电导率升高,甚至引起代谢紊乱,最终导致植物死亡。因此,不同高温下叶片的电导率可以反映植物细胞的受伤害程度。高温胁迫对金花茶叶片细胞伤害率的影响见图 1。由图 1可知,金花茶叶片细胞伤害率与处理温度之间呈典型“S”型曲线,胁迫温度为35~50 ℃时伤害率无明显升高,50~60 ℃时则随胁迫温度升高急剧上升,>60 ℃时又趋于平缓,表明金花茶叶片在50~60 ℃之间受高温的伤害最敏感,初步判断叶片膜系统不可逆破坏的临界温度为55~60 ℃。计算各温度下细胞伤害率转化值(y1)与处理温度(x)的直线回归,得到lna=12.262,b=0.208 1,R2=0.963,求得高温半致死温度为58.9 ℃。

图 1 高温胁迫对金花茶叶片细胞伤害率的影响 Figure 1 Effect of high temperature stress on leaf cell injury rate in C.nitidissima
2.2 高温胁迫下金花茶叶片生理指标变化

山茶科植物高温胁迫温度一般采用40、43、45 ℃[14-16],本文参考前人研究的基础上,设置高温胁迫温度为45 ℃,其对金花茶生理指标的影响见图 2。由图 2可知,45 ℃高温胁迫下,金花茶叶片的相对电导率、可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD活性均随胁迫时间的增加呈上升趋势。其中,相对电导率从胁迫前的16.6%提高到26.2%,较胁迫初始增加了57.4%,较CK增加了38.8%;可溶性糖含量从2.6%提高到3.2%,较胁迫前增加了19.7%,较CK增加了10.34%;脯氨酸含量从25 μg·g-1提高到149 μg·g-1,较胁迫前增加了4.97倍,较CK增加了2.09倍;SOD活性从77.35 U·g-1提高到373.5 U·g-1,较胁迫前增加了3.83倍,较CK增加了1.20倍;MDA含量总体呈上升趋势,POD活性呈下降趋势,但变化均不明显。可见,相对电导率、可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD活性均能反映高温胁迫对金花茶叶片生理指标的影响,其中脯氨酸含量和SOD活性改变最为迅速,能更快地反映高温胁迫下金花茶的生理变化。

图 2 45 ℃高温胁迫下金花茶叶片各生理指标变化趋势 Figure 2 Physiological index changes in C.nitidissima leaves under a sustained 45 ℃ high temperature stress
3 讨论与结论 3.1 金花茶对高温胁迫的适应性

采用电导率法测定高温对植物的伤害是评价植物耐热性常用的方法[17]。本研究表明,随着胁迫温度的升高,金花茶叶片细胞伤害率呈现“慢—快—慢”的增长趋势,为典型“S”型曲线;金花茶高温半致死温度为58.9 ℃,表明金花茶有一定的高温适应性。郭亚男等[18]测得的金花茶叶片高温半致死温度为46.3 ℃,低于本研究结果,可能由于其研究样品为1年生金花茶幼苗叶片,且处理时间均为2 h,而本研究样品为5年生金花茶叶片,处理时间为0.5 h。由此可见,高温半致死温度受植物生长状态及处理时间的影响,不一定能真实反映其在自然环境下的极限温度,但可作为耐热性的重要参考指标,可根据测定结果推测其适应的栽培环境,减少人工栽培的盲目性。

3.2 高温胁迫对金花茶叶片生理指标的影响

脯氨酸是水溶性最大的氨基酸,能够增强细胞的抗脱水能力以及蛋白质间的水合作用,保持细胞膜结构的完整性[19]。因此,许多植物在受到逆境胁迫时都能积累高水平的脯氨酸。SOD具有清除自由基、维持细胞膜稳定性的功能[20]。本研究表明,金花茶叶片的相对电导率、可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD活性均随胁迫时间的延长呈上升趋势,其中脯氨酸含量和SOD活性对高温胁迫反应较敏感,可作为金花茶对热胁迫的较好指标。有报道指出,脯氨酸可作为芍药[21]、草坪草[22]、茄子[23]等的耐热性鉴定指标;SOD活性可作为黄瓜[24]、水稻[25]、小白菜[26]等的耐热性鉴定指标。金花茶叶片在45 ℃高温胁迫24 h内,MDA含量无显著增加,推测金花茶对短期高温胁迫具有一定的耐受性,这可能与脯氨酸含量和SOD活性的快速提高有关。王国霞等[27]对高温胁迫下25个油茶品种的渗透调节物质进行研究,发现可溶性糖的增加速度大于游离脯氨酸,而本研究中金花茶脯氨酸增加速度远大于可溶性糖,表明不同物种对高温胁迫的反应不同。韩冬等[28]研究发现,高温胁迫初期茶树叶片SOD活性显著增加,但随着胁迫时间的延长活性呈下降趋势,而本研究仅进行了24 h的高温胁迫,SOD活性是否随着胁迫时间延长而下降,还有待进一步研究。

致谢: 福建世纪金花茶科技有限公司为本研究提供试材,谨此致谢!
参考文献(References)
[1] 黄丹. 在那金花茶盛开的地方[J]. 当代广西, 2013(6): 51.
[2] 曹芬, 樊兰兰. 金花茶研究进展[J]. 中国药业, 2013, 22(4): 95–96.
[3] 郭建. 金花茶等5种物品被批准为新资源食品[J]. 农产品加工, 2010(6): 39.
[4] 苏东霞, 莫木信. 金花茶在广东肇庆地区的栽培及生长表现[J]. 中国园艺文摘, 2014(6): 164–165, 173.
[5] 黄芳. 金花茶在福建三明市的适应性研究[J]. 安徽林业科技, 2015, 41(6): 43–46.
[6] 韦霄, 蒋运生, 韦记青, 等. 珍稀濒危植物金花茶地理分布与生境调查研究[J]. 生态环境, 2007, 16(3): 895–899.
[7] 李辛雷, 李纪元, 范妙华, 等. 山茶属主要物种耐热性研究[J]. 西北植物学报, 2006, 26(9): 1803–1810.
[8] 李爱国, 屈霞, 李小科, 等. 植物耐热性的研究进展[J]. 作物研究, 2007, 21(5): 493–497.
[9] WANG X S, HAN J G. Changes of proline content, activity, and active isoforms of antioxidative enzymes in two alfalfa cultivars under salt stress[J]. Agricultural Sciences in China, 2009, 8(4): 431–440. DOI: 10.1016/S1671-2927(08)60229-1
[10] 赵亚洲, 卓丽环, 张琰. 2种红枫的高温半致死温度与耐热性[J]. 上海农业学报, 2006, 22(2): 51–53.
[11] 何文华, 董丽, 孙震. 几种野生地被植物高温半致死温度的确定[J]. 西南园艺, 2006, 34(3): 10–11.
[12] 盖钧镒. 试验统计方法[M]. 北京: 中国农业出版社, 2000: 56-59.
[13] 王学奎. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.
[14] 李治鑫, 李鑫, 范利超, 等. 高温胁迫对茶树叶片光合系统的影响[J]. 茶叶科学, 2015(5): 415–422.
[15] 王国霞, 邓培渊, 杨玉珍, 等. 高温胁迫对不同油茶品种细胞膜稳定性的影响[J]. 河南农业科学, 2013, 42(4): 59–63.
[16] 李治鑫, 李鑫, 韩文炎, 等. 外源24-表油菜素内酯诱导茶树(Camellia sinensis L.)耐热性的生理机[J]. 浙江农业学报, 2016, 28(6): 959–965.
[17] HE X Y, YE H, MA J L, et al. Semi-lethal high temperature and heat tolerance of eight Camellia species[J]. Phyton, 2012(81): 177–180.
[18] 郭亚男, 李仕裕, 木楠, 等. 4种珍稀濒危植物的半致死温度研究[J]. 林业与环境科学, 2016, 32(6): 20–24.
[19] HAYAT S, HAYAT Q, ALYEMENI M N, et al. Role of proline under changing environments:a review[J]. Plant Signaling & Behavior, 2012, 7(11): 1456–1466.
[20] BOWLER C, VAN MONTAGU M, INZÉ D. Superoxide dismutase and stress tolerance[J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1992, 43: 83–116. DOI: 10.1146/annurev.pp.43.060192.000503
[21] 吕长平, 刘林艳. 高温胁迫对芍药部分生理生化指标的影响[J]. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2008, 34(6): 664–667.
[22] 赵昕, 李玉霖. 高温胁迫下冷地型草坪草几项生理指标的变化特征[J]. 草业学报, 2001, 10(4): 85–91.
[23] 贾开志, 陈贵林. 高温胁迫下不同茄子品种幼苗耐热性研究[J]. 生态学杂志, 2005, 24(4): 398–401.
[24] 孟焕文, 张彦峰, 程智慧, 等. 黄瓜幼苗对热胁迫的生理反应及耐热鉴定指标筛选[J]. 西北农业学报, 2000, 9(1): 96–99.
[25] 李敏. 水稻生育后期耐热性机理及其鉴定指标的筛选[D]. 雅安: 四川农业大学, 2008.
[26] 赵索, 陈丽, 周传余, 等. 小白菜品系的耐热性鉴定[J]. 黑龙江农业科学, 2014(7): 86–91.
[27] 王国霞, 陈丽培, 寇刘秀, 等. 高温胁迫对25个油茶品种渗透调节物质的影响[J]. 河南农业科学, 2012, 41(4): 59–62.
[28] 韩冬, 杨菲, 杨再强, 等. 高温对茶树叶片光合及抗逆特性的影响和恢复[J]. 中国农业气象, 2016, 37(3): 297–306.