Physiological and biochemical indexes of exogenous salicylic acid on chrysanthemum seedlings with high temperature stress

本研究于2014年3月至9月在江苏农林职业技术学院实验室进行。供试材料为夏菊品种‘粉荷’。3月20日选取生长整齐一致的植株脚芽，修剪整齐后在扦插床[蛭石：珍珠岩=2：1(体积比)]上生根。20 d后将生根苗移入8 cm的营养钵，在15~28 ℃温室中进行正常栽培管理。5月1日将幼苗放入光照培养箱，内温度设置18~28 ℃进行5 d预培养，将浓度设为0(空白)，15，30，45，60 mmol·L^-1的水杨酸溶液均匀喷施于菊花幼苗叶面，至溶液欲滴为度，然后转入光照培养箱进行40 ℃/30 ℃高温胁迫处理，采用倒数取点移入培养箱，分别进行0(对照)，24，48，72 h高温处理，处理结束后统一取样。自上往下取第3~4片成熟的叶片，用蒸馏水洗净、混匀，测定SOD，POD，过氧化氢酶(CAT)活性和叶绿素、可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛、脯氨酸，测定方法参照李合生^[6]的方法。3次重复，测幼苗10株·次^-1。采用Excel 2010进行数据处理，结合SPSS 16.0软件进行方差分析。

由图 1可知：在高温胁迫下菊花幼苗‘粉荷’叶绿素的质量分数呈现先升高再降低的趋势，并且在处理24 h时达到最高值，其中30 mmol·L^-1水杨酸处理的幼苗叶绿素质量分数最高，比对照增加了26.0%，达到了24.05 mg·g^-1，此后叶绿素的质量分数便逐渐降低。在处理72 h后，叶绿素质量分数达到了最低值，各处理分别比对照降低了18.0%，13.1%，1.7%，10.5%和10.6%，水杨酸处理幼苗的叶绿素质量分数始终高于对照，并以30 mmol·L^-1水杨酸处理的植株降低最少，仍保持相对较高水平。

Figure 1.  Chlorophyll content in response to different contents of SA under high temperature stress

图 2显示：随着处理时间的延长，菊花幼苗叶片丙二醛的质量摩尔浓度逐渐增加，在处理72 h以后都达到最大值，对照叶片的丙二醛质量摩尔浓度增加了158.2%。水杨酸处理叶片的丙二醛质量摩尔浓度也均增加，30 mmol·L^-1处理的叶片丙二醛质量摩尔浓度增加了86.8%，为4.76 μmol·g-1，其余3个处理的叶片丙二醛质量摩尔浓度均增加了110.0%以上，但水杨酸处理的幼苗叶片丙二醛质量摩尔浓度均低于对照。

Figure 2.  MDA content in response to different contents of SA under high temperature stress

由图 3A表明：高温胁迫下细胞脯氨酸质量分数均有不同程度的增加，其中水杨酸处理的菊花幼苗叶片脯氨酸质量分数都显著高于对照，在处理48 h时45 和60 mmol·L^-1处理的叶片分别达到了最大值，为3.27 mg·g^-1和3.25 mg·g^-1，分别比对照增加了90.6%和86.4%；处理72 h时，30 mmol·L^-1水杨酸处理幼苗的叶片脯氨酸质量分数达到最大值为3.55 mg·g^-1，比对照增加了94.3%。

Figure 3.  roline, soluble sugar and soluble content in leaf in response to different contents of SA under high temperature stress

可溶性糖也是渗透调节的一类重要物质，在高温处理后均出现先升高后降低的趋势，其中30~60 mmol·L^-1的水杨酸处理的菊花幼苗叶片的可溶性糖质量分数均显著高于其他2个处理(图 3B)，且30 mmol·L^-1的水杨酸处理的菊花叶片可溶性糖质量分数最高，为3.35 mg·g^-1，比对照增加了112.1%；45和60 mmol·L^-1水杨酸处理的叶片比对照也分别增加了67.7%和104.2%。而0(空白)和15 mmol·L^-1水杨酸处理的菊花幼苗叶片可溶性糖质量分数的增加较少，分别仅有24.9%和50.6%。

可溶性蛋白质量分数随着处理时间的加长先降低再升高，其中在72 h时均达到最大值，15~60 mmol·L^-1水杨酸处理的菊花幼苗叶片比对照分别增加了22.5%，80.0%，56.7%和65.9%(图 3C)，0 mmol·L^-1(空白)仅比对照增加了24.8%。

由图 4A可知：在高温胁迫的过程中，叶片的SOD活性变化趋势基本相同。在高温胁迫24 h后SOD的活性升高到最大值，60 mmol·L^-1水杨酸处理的幼苗SOD活性最高为274×16.67 nkat·g^-1，比对照增加53.7%，30 mmol·L^-1水杨酸处理的幼苗活性比对照增加了37.4%；胁迫48 h后SOD的活性开始降低，水杨酸处理的对幼苗SOD活性的增加不明显，但30 mmol·L^-1的水杨酸处理幼苗SOD活性比对照的高；72 h后水杨酸处理的幼苗SOD活性均比对照活性高，说明水杨酸处理能够提高菊花幼苗SOD活性，并且以30 mmol·L^-1的水杨酸效果最好。

Figure 4.  Activities of SOD, POD, CAT in leaf in response to different contents of SA under high temperature stress

POD活性的变化趋势与SOD活性变化不同，随着处理时间的延长POD的活性逐渐升高，并且在处理72 h后达最高值，并且水杨酸处理对于菊花幼苗POD活性的增加效果显著，且30 mmol·L^-1的水杨酸处理对于菊花幼苗POD活性的增加最显著，达到了1.77×16.67 nkat·g^-1·min^-1(图 4B)，比对照增加了43.0%。CAT活性的变化与POD有相似的趋势，也是随着处理时间的延长活性逐渐增加，并且在72 h达到了最大值。各处理幼苗叶片CAT活性均比对照增加了80%以上(图 4C)，其中30 mmol·L^-1水杨酸处理的幼苗叶片比对照增高了103.8%，增加幅度最大。

植物在受到逆境胁迫时会导致体内一系列的生理变化，如叶绿素降解，膜透性增大，活性氧增多，诱导使体内的渗透调节系统和抗氧化系统应答。水杨酸作为一种新型的植物生长调节物质，能够有效减轻高温、干旱等逆境对植物的影响^[7]。水杨酸主要通过提高植物体内可溶性物质质量分数、增加抗氧化系统的活性来提高植物适应逆境的能力。近年来对于水杨酸的研究成了新的热点。高温胁迫会引起植物膜脂过氧化，甚至破坏叶绿体结构，降低叶绿素质量分数，但随着胁迫时间的延长，叶绿素质量分数则趋于稳定^[8]。本研究中叶绿素的质量分数也出现先升高后降低，逐渐趋于稳定。虽然水杨酸处理并没有改变叶绿素降低的趋势，但水杨酸处理的幼苗叶片的叶绿素质量分数始终高于对照，说明水杨酸处理能够减轻叶片的高温伤害，提高叶片的抗高温能力。这与杨岚等^[8]在铁皮石斛Dendrobium officinale中的研究相一致。

植物受高温胁迫时，细胞内活性氧产生加速，清除活性氧的能力下降，活性氧的增加使得细胞膜发生脂质过氧化作用同时产生丙二醛，植物体内丙二醛质量摩尔浓度的高低是植物活性氧浓度和脂质过氧化程度的重要指标。植物在受到逆境伤害后也能够通过自身的游离脯氨酸、可溶性糖等渗透调节物质来增加细胞的渗透势从而减轻细胞所受的伤害，它也可以通过诱导特异蛋白的表达来减轻细胞的伤害程度。可溶性渗透调节物质在植物的抗逆过程中起着重要作用，它们可以保持原生质体与环境的渗透平衡，防止细胞质脱水^{[1, 8]}。本试验中水杨酸处理减少了夏菊叶片丙二醛的质量摩尔浓度，增加了叶片可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸的质量分数，并且以30 mmol·L^-1的水杨酸效果最好。这说明水杨酸处理降低了高温下细胞膜脂质过氧化作用，通过增加渗透调节物质从而减轻了细胞膜的伤害，与孙军利^[9]、曹淑红等^[3]的研究结果一致。

超氧化物岐化酶(SOD)，过氧化物酶(POD)以及过氧化氢酶(CAT)是细胞清除活性氧系统的重要酶^[10-11]，在植物抵抗不良环境中起到重要的作用。叶凡等^[12]研究表明，耐热性强的白菜Brassica pekinensis幼苗在受到高温胁迫时，SOD，CAT和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性都较不耐热的品种稳定。水德聚等^[7]在研究外源水杨酸对高温下白菜耐热性时表明，外源水杨酸能够提高SOD和POD等酶的活性，来提高白菜幼苗的耐热性。本试验中通过测量SOD，CAT和POD等3种酶的活性变化表明：在高温胁迫下水杨酸处理的夏菊幼苗的3种酶活性均高于对照，其中高温胁迫对于SOD活性影响最大，在水杨酸处理后呈现先升高后降低的趋势。POD和CAT的活性在高温处理后则一直呈现上升的趋势，说明高温胁迫下夏菊叶片中POD和CAT更好地起到了清除胁迫产生的活性氧和过氧化物的作用，防止细胞膜发生膜脂过氧化，降低高温对叶片的伤害。在整个过程中，水杨酸处理后叶片CAT和POD活性与对照相比大部分能提高，说明水杨酸处理起到了提高保护酶的活性作用，这与前人的研究一致^[13-14]，并且30 mmol·L^-1的水杨酸处理效果最好。