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一串红品种神州红和帝王对高温胁迫的响应刘辉基金项目：杭州市科技局科研院所专项（20080732N05）第一作者简介：刘辉（1979-），男，山东泰安人，在职博士，农艺师，现从事观赏植物栽培技术与分子育种研究.Tel E-mail:.，2，张国平1，沈国正2，傅巧娟2，阮松林3（1杭州市农业科学研究院 园艺研究所，浙江 杭州 310024；2浙江大学 农业与生物技术学院 作物科学研究所 浙江 杭州 310029；3杭州市农业科学研究院 生物技术研究所，浙江 杭州 310024）摘 要：以自育的一串红新品种神州红与进口品种帝王为材料，在田间模拟自然高温及人工气候箱高温胁迫（40）条件下，研究高温胁迫对一串红生育期和田间生长指标以及一串红叶片叶绿素含量（SPAD值）、Fv/Fm(光系统II最大光化学效率)、过氧化氢酶(CAT)活性、过氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)和脯氨酸含量的影响，并比较2个品种耐热性差异。结果表明：田间模拟自然高温条件下，神州红比帝王耐热性强，具体表现在神州红花期较长，冠幅和花序长度均比帝王受高温影响程度小；人工气候箱高温胁迫条件下，2个一串红品种叶绿素含量均降低，但两个品种未显示出耐热性差异；高温胁迫明显降低2个品种Fv/Fm值和SOD酶活性，显著增加CAT和POD活性以及MDA和脯氨酸含量，且2品种间以上性状受高温影响的程度有明显差异；与“帝王”相比，“神州红”光保护机制和活性氧清除系统较强。关键词：一串红；耐热性；形态指标；生理指标中图分类号：S681.4 文献标识码：ALIU Hui1,2,ZHANG Guo-ping1,SHEN Guo-zheng2,FU Qiao-juan2,RUAN Song-lin3(1.Institute of Crop Science,College of AgricultureBiotechnology, Zhejiang University,Hangzhou 310029,China;2.Department of Horticulture, Hangzhou Academy of Agricultural Sciences,Hangzhou 310024,China; 3.Department of Biotechnology, Hangzhou Academy of Agricultural Sciences,Hangzhou 310024,China)Responses of Salvia Splendens Varieties Shenzhouhongand Emperor to thermo-stressAbstract:In order to study the thermo-tolerance of two Salvia splendens Ker-Gawl cultivars,i.e.Shenzhouhong, a nationally-bred variety,and Emperor,an imported variety, some morphological and physiological traits were measured under high temperature stress,including relative content of chlorophyll (SPAD value),Fv/Fm (maximum quantum yield of Photosystem photochemistry),CAT (catalase),POD (peroxidase) and SOD (superoxide dismutase) activities,MDA (malondialdehyde) and proline contents.High temperature stresses were conducted in the field with natural high temperature and in the intelligent climate incubator with 40.The results showed that Shenzhouhong had longer florescence,and its rown diameter,inflorescence duration length were less affected by thermo-stress than Emperor under naturally high temperature.In growth incubator with 40,there was no significant difference in SPAD values between two varieties.While thermo-stress resulted in significant reduction of Fv/Fm and SOD activity,and significant increase of CAT and POD activities,MDA and proline contents.Moreover the changed extent of these physiological traits under high temperature differed greatly between two varieties.The results suggested that Shenzhouhong showed much greater ability than Emperor in developing light protective and active oxygen scavenging system in response to thermo-stress.Key words：Salvia splendens Ker-Gawl;thermo-tolerance;morphological trait; physiological trait一串红(Salvia splendens Ker-Gawl)属于唇形科( Labiatae)，鼠尾草属(Salvia L) 多年生草本植物，原产南美洲热带地区，现在中国各地普遍栽培，常作一年生栽培。一串红具有生长周期短、植株矮壮、适应性强、花色艳丽等特点，因此广泛用来布置城市广场、花坛、花境、道路、庭院等，且其花萼、花冠的红艳色泽为其他花草所不及，宜与浅色花卉配合布置，是中国节日里装点环境、烘托节日喜庆气氛的最为常用的红色草花1。目前国内一串红的育种工作尚处于起步阶段，市场上每年所需的一串红优质种子大部分依赖进口2。一串红喜温暖忌炎热，生长适温20-25 C，温度长时间超过30 C时，会严重影响其正常生长和开花。为此，一串红育种上均以耐热性作为主要目标3。近年来，杭州市农业科学研究院以花色鲜艳、花期长、抗逆性好等为选育目标开展了一串红的育种工作。新品种神州红是进口品种帝王经我国神舟4号飞船航天搭载后，经地面多代系统选育于2006年育成的新品种4。本研究利用田间自然高温和人工气候箱高温处理研究以上2个一串红品种的生长表现和生理生化特性变化，研究它们耐热性差异及其机理，从而为一串红耐热品种的选育和制订耐高温栽培技术提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验材料本试验于2008年12月至2009年7月在杭州农科院园艺所基地内进行。供试品种神州红和帝王于2008年12月29日穴盘苗中播种，2009年2月16日将育成的小苗移到610 cm的塑料花盆中，土质为营养土和珍珠岩比例为8：1。4月1日开始，将高度10 cm左右，但尚未开花的植株进行高温胁迫处理。处理期间及时供水，以防水分亏缺。1.2 研究方法1.2.1 田间自然高温胁迫处理参考姜春明等的方法5，大棚采用0.1 mm厚无色透明聚乙烯塑料薄膜遮盖。将生长状态一致的每品种盆栽苗放入棚中，不盖遮阳网，自然光照，对供试植株进行持续高温处理，直至一串红开花结束，以未用塑料薄膜遮盖为对照（CK）。试验采用随机区组设计，重复3次。每小区随机选取10株用于实验期间的观察记载。试验期间，测定或记录始花期（第一花序开花的时间）、株高（盛花期地面至叶面高度）、冠幅（盛花期）、谢花期、花期天数、花序长度（盛花期最长花序）和花序数（盛花期）。1.2.2 人工气候箱高温胁迫处理选取生长状态一致的每品种盆栽苗36盆置于人工气候箱内，在25 C、光照为200 molm-2s-1和光周期为13h（6：00-19：00）的条件下预培养2 d后，进行以下处理：.常温（对照），温度为(251) C；.高温胁迫处理，温度为(401) C，两处理光照同预处理相同。每处理12盆，共处理5 d，选取植株生理状态基本一致的健壮成熟叶片，测定以下生理指标：叶绿素荧光参数Fv/Fm(光系统II最大光化学效率)、叶绿素含量（SPAD值），CAT（过氧化氢酶）活性、POD（过氧化物酶）活性、SOD活性（超氧化物歧化酶）、MDA（丙二醛）和脯氨酸含量。分别在处理后第1、3和5 d测定Fv/Fm和SPAD值，各处理随机测6盆，每盆测2片叶；同时，各处理剪取大小一致的叶片用于测定CAT、POD和SOD活性以及MDA和脯氨酸含量。Fv/Fm的测定：叶片充分暗适应（15 min以上）后，用Min-PAM-2000（Walz，Germany）便携式叶绿素荧光仪测定。SPAD值的测定：用叶绿素含量测定仪（SPAD-502）测定。CAT、POD和SOD活性以及MDA和脯氨酸含量测定：按王学奎6的方法测定。2 结果与分析2.1高温胁迫对2个一串红品种生育期和植物学性状的影响从图1可以看出，4月1日至5月31日期间，实验大棚内的日最高温度30 C的有40 d，棚内最高温度达42.5 C，而棚外日最高温度30 C以上仅有13 d，最高温度为36.4 C，说明在棚内一串红的整个生育阶段受到高温胁迫。图1 实验期间大棚内、外日最高温度变化曲线Fig.1 Changes of the daily maximum temperature inside and outside the green house2个品种的出苗时间没有差异，均为12 d（表1）。从图1可见，4月14日以前棚外最高温不超过25 C，相比较棚内温度更适于一串红生长，因此始花期两品种对照均晚于高温处理，帝王对照4月13日才开花（表1）。本研究以一串红的大部分花序开始变白、基本没有观赏价值的时间为谢花期，高温处理导致2品种谢花期提前，帝王高温处理的花期仅38 d，而神州红相应长达42 d。显然，神州红花期耐高温的能力比帝王强，表现为高温下有较长观赏期。从表1可见，与对照相比，高温胁迫对株高的影响，2品种均无显著差异，但对冠幅影响较大，表现为高温处理导致冠幅下降；不过，2品种降低程度不同，以神州红降幅较小。另外，高温处理后，帝王花序长度下降明显，比对照减少21.7，而神州红仅减少7。高温对2品种的花序数影响均不显著。表1高温胁迫对2个一串红品种生育期和生物学性状的影响Table 1 Influence of thermo-stress on growth and some botanical straits of two Salvia splendens varieties品种播种期(年/月/日)出苗期(年/月/日)移栽期(月/日)始花期(月/日)平均株高（cm）平均冠幅（cm）谢花期（月/日)平均花序长度（cm）平均花序数（个）花期天数（d）帝王对照2008/12/292009/1/102/164/1312.70Aab13.80ABab5/249.20Aa5.2Aa41处理2008/12/292009/1/102/164/1012.30Ab13.00Bb5/187.20Bb4.90Aa38神州红对照2008/12/292009/1/102/164/1213.40Aa14.90Aa5/2610.10Aa5.5Aa44处理2008/12/292009/1/102/164/1013.60Aa14.13ABab5/229.40Aa5.20Aa42注：不同小写字母表示处理间= 0. 05 水平差异显著,不同大写字母表示处理间= 0. 01 水平差异显著2.2 高温胁迫对2个一串红品种叶绿素含量和Fv/Fm的影响从图2a可见，处理初期神州红和帝王叶片叶绿素含量相近，且一串红对照的叶绿素含量均逐渐升高，而40 C高温处理2 d后，2个品种的叶绿素含量都逐渐降低，且随着胁迫时间越长与对照的差异也越明显，但帝王与神州红品种间差异不显著。Fv/Fm（光系统最大光化学效率）反映了PS的最大光能转化效率，在遭受环境胁迫时该值会有明显的下降，是表明抗环境胁迫程度的良好指标和探针。从图2b可见，神州红和帝王高温胁迫2 d后与对照相比Fv/Fm无明显下降，说明短期高温并没有对2个品种的生长造成显著影响；但高温胁迫4 d后，Fv/Fm下降明显，且帝王下降的幅度比神州红大，说明高温胁迫对帝王光系统影响较大，由此判断神州红的耐热性比帝王强。I：神州红，:帝王（下同）图2高温胁迫对2个一串红品种叶绿素含量和Fv/Fm的影响Fig.2 Influence of thermo-stress on the relative chlorophyll content and Fv/Fm of two Salvia splendens varieties2.3 高温胁迫对2个一串红品种氧化酶活性的影响图3a表明，试验期间神州红对照CAT酶活性较为稳定，而帝王对照CAT酶活性不断下降；经人工高温胁迫处理后，神州红CAT酶活性明显上升，而帝王叶片CAT酶的活性却先下降后上升，但上升幅度明显低于神州红，表明高温胁迫虽然均导致神州红与帝王CAT酶的活性得到提高，但神州红CAT活性更容易得到激发，表现出较强的耐热性。从图3b可见，高温胁迫处理2 d后，与对照相比，神州红和帝王POD酶活性无显著变化，但高温胁迫4 d后，POD酶活性急剧上升，且神州红上升幅度比帝王显著。POD活性的这一变化能够反映神州红和帝王耐热性的差异。图3c表明，试验期间神州红对照和帝王对照SOD酶活性变化基本一致，初期稳定，后期上升，而高温胁迫导致两个品种SOD酶活性均明显下降，但与对照相比神州红下降比例小于帝王，表明在胁迫条件下神州红比帝王有较高SOD酶活性。 图3 高温胁迫对2个一串红品种氧化酶活性的影响Fig.3 Influence of thermo-stress on CAT,POD and SOD activity of two Salvia splendens varieties2.4 高温胁迫对2个一串红品种MDA和脯氨酸含量的影响MDA是鉴别生物膜受胁迫条件危害程度的重要指标之一7。本研究表明(图4a)，高温胁迫导致帝王MDA含量与对照相比显著增加，且胁迫时间越长增加幅度越明显；而神州红MDA含量在高温胁迫初期与对照相比变化不显著，但高温胁迫4d后MDA含量显著增加，且增加程度小于帝王。这一结果表明，帝王比神州红的耐热性差。植物体内脯氯酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性。本研究表明（图4b），高温胁迫处理后2个一串红品种脯氨酸含量不断增加，且胁迫时间越长脯氨酸含量增加越明显。神州红与帝王相比，神州红脯氨酸含量增加幅度显著，因此从植物叶片脯氨酸含量的变化所反映的耐热性水平看，神州红抗热性比帝王强。图4 高温胁迫对2个一串红品种MDA和脯氨酸含量的影响Fig.4 Influence of thermo-stress on MDA and Proline concent of two Salvia splendens varieties3 讨论一串红原产南美洲热带地区，属于喜热植物，不如一些喜凉植物对高温造成的胁迫反应敏感，但长时间高温胁迫会严重影响一串红观赏价值8。本研究表明，自育的一串红品种神州红与进口品种帝王在出苗时间、始花期、平均株高及平均花数等性状上差异不明显，而在冠幅、花序长度及花期天数等性状上神州红要优于帝王（表1）。田间模拟自然高温条件下，神州红比帝王耐热性强，具体表现在神州红花期较长达到了42 d，以及冠幅和花序长度均比帝王受高温的影响程度小等方面（表1）。在整体表现上，神州红比帝王品种表现出了较高的观赏价值。此外，我们在杭州转塘、笕桥、萧山及衢州等地开展了神州红与帝王品种的田间品比试验，结果也表明神州红与帝王相比有生长势较强、耐热性强、株型紧凑丰满、花序长及观赏期长等优势（数据未发表）。高温胁迫条件下，植物的外部形态往往发生反常的变化，从而影响植物的正常生长发育，使其经济性状发生变化。课题组前期对国内常用的一串红品种耐热性研究表明不同品种间在株高、冠幅、花序长度、花序数和花期上存在显著差异，但高温并未对一串红的正常开花起到显著影响2。本研究表明，自然高温胁迫对神州红和帝王田间性状的影响主要表现在冠幅、花序长度和花期天数上，造成这一现象的原因可能是神州红是由帝王经太空诱变而来，它们在基因型上有一定的同源性，同时也存在着显著差异9。研究一串红在高温胁迫条件下的生理生化变化，有助于了解高温对一串红伤害的机理，同时也能为今后一串红耐热品种的选育和制订耐高温栽培技术提供理论依据。目前研究认为，高温胁迫条件下植物光合机构的主要破坏位点是光系统10，而Fv/Fm的降低反映了光系统的失活11。本研究结果（图2b）表明，高温胁迫均会导致神州红和帝王光系统的失活，并且与对照相比帝王受到高温影响程度更显著，说明神州红的耐热性比帝王强，有更强的光保护机制，但是光系统的这种失活是可逆失活还是不可逆失活还有特进一步研究。一般情况下，植物体内的氧代谢是处于平衡状态的，但是强光、高温、干旱等一些逆境条件皆能间接或直接导致体内氧化代谢的改变，生成具有破坏性的活性氧12。研究表明，植物可以通过提高体内的活性氧清除系统清除体内过多的活性氧，起到热保护作用，作用的结果可能是酶活性的上升或下降13，但不同植物间变化规律可能不同14。植物的酶促防御系统，包括CAT、POD和SOD等都具有清除活性氧的能力，能减轻膜脂过氧化程度，与植物的抗热性密切相关14。前面研究结果（图2b）表明，高温胁迫导致神州红和帝王光系统失活，说明高温胁迫条件下，一串红积累了过多的热能，体内产生了过多的活性氧15。本研究表明，高温胁迫能显著提高神州红和帝王CAT和POD活性（图3a、b），这一结果说明，持续高温胁迫条件下，一串红通过显著提高CAT和POD的活性来增强自身清除叶绿体内活性氧的能力。尽管高温胁迫使SOD活性下降（图3c），但与帝王相比，神州红同样保持较高的SOD活性来清除体内的活性氧。另外，MDA是高活性的脂过氧化物，能交联脂类、核酸、糖类及蛋白质，在逆境条件下，其在细胞中的积累量常导致质膜伤害7。逆境伤害的最明显变化之一就是膜脂过氧化后产生MDA。本研究结果（图4a）表明高温胁迫处理后同对照相比神州红MDA含量比帝王增加较少，保持了较低的MDA含量，说明神州红的叶绿体膜脂过氧化程度比帝王弱，验证了在高温胁迫条件下神州红比帝王有较强的活性氧清除系统。此外，在正常条件下，植物体内游离脯氨酸含量很低，但在逆境条件下植物体内的脯氨酸含量便会大量积累，作为渗透调节物、膜和酶的保护物质及自由基清除剂等而对植物起保护作用，且积累指数与植物抗逆性有关16。本研究表明，与对照相比，高温胁迫2 d后2个一串红品种脯氨酸含量少量增加，但持续高温胁迫4 d后显著增加（图4b），且神州红增加幅度更明显。这一结果与董爱香3的研究结果相一致，说明脯氨酸与一串红的耐热性有一定的相关性，可以作为鉴定神州红和帝王耐热性强弱的生理指标之一，但是对其在一串红体内所起的具体生理作用还有特进一步研究。References:1 LI Feng-lan,LIU Rong-mei,HU Guo-fu,et al.(李凤兰,刘荣梅,胡国富,等).Research advance of Saliva splendensJ.Journal of Northeast Agricultural University(东北农业大学学报), 2008, 39(8):131-135.(in Chinese)2 LIU Hui,ZHANG Guo-ping,SHENG Guo-zhneg,et al.(刘辉,张国平,沈国正,等).Study on difference of growth and flowering in Salvia Splendens Varieties at high temperatureJ.Chinese Agricultural Science Bulletin(中国农学通报),2010,26(5):184-188.(in Chinese)3 DONG Ai-xiang,HAO Bao-gang,ZHANG XI-xi,et al.(董爱香,郝宝刚,张西西,等).Heat tolerance identification of five varieties of Salvia SplendensJ.Chinese Agricultural Science Bulletin(中国农学通报),2007,23(4):265-269.(in Chinese)4 FU Qiao-juan,SHEN Guo-zheng,Chen Yi,et al.(傅巧娟,沈国正,陈一,等).A new Scarlet Sage cultivar ShenzhouhongJ.Aca Horticulturae Sinica(园艺学报),2009,36(10):1557-1558.(in Chinese)5 JIANG Chun-ming,YIN Yan-ping,LIU Xia,et 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