高温胁迫下蝴蝶豆的生理响应和耐热性评价

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(中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业部热带作物种质资源利用重点开放实验， 海南 儋州 571737)

蝴蝶豆(CentrosemapubescensBenth.)，豆科距瓣豆属，又名距瓣豆或毛蝶豆，多年生草质藤本植物。我国广东、广西、云南和福建等省区有较大面积的种植，是橡胶园、油棕园及放牧场中的常用覆盖作物，兼作绿肥、牧草[1]。国内对蝴蝶豆的研究主要集中在耐荫性及产量评价等方面[2]。杨春霞等2006—2007年对云南胶园林下豆科进行了调查研究，结果表明，蝴蝶豆比含羞草、决明、大花虫豆、毛蔓豆等更加耐荫[3]。黄梅芬等对蝴蝶豆进行了产量评比试验，结果表明，蝴蝶豆在湿热赤红壤的条件下年均产量为2.82 t/hm2[4]，在干热燥红壤的条件下年均产量为1.650 t/hm2。蝴蝶豆还可同旗草(Brachiariabriantha)、潘哥拉草(Digitarladecumbensstent)等禾本科草混播，建植人工草地供放牧利用[5]。在国外，对蝴蝶豆的研究包括饲草料的使用[6-7]和蝴蝶豆的固氮作用[8-9]。

植物在生长发育过程中会受到各种非生物因子的胁迫，其中温度是制约植物产量和品质的主要环境因子[10-11]。随着极端高温天气频繁发生，植物的耐热性研究越发受到重视。在蔬菜、花卉、牧草等部分种质上，电导率、丙二醛、叶绿素等指标已被作为耐热性鉴定评价指标[12-16]。本研究采用田间观测法研究高温胁迫对蝴蝶豆的生长及生理指标的影响，对11份蝴蝶豆的耐热性进行综合评价，探讨蝴蝶豆耐热性评价的适宜指标，筛选耐热强的蝴蝶豆种质，以期为今后蝴蝶豆抗性选育提供参考数据，为后续深入探讨其抗逆性的生理机制奠定基础。

表1 蝴蝶豆种质材料

编号国家库统一编号材料来源海拔(m)经度(E)纬度(N)C1CF011902海南万宁长丰新加22.6110°12'18°50'C2CF012453海南省儋州市宝岛新村145.5109°29'19°31'C3CF012800海南三亚田独1.6109°34'18°16'C4CF012466海南乐东千家镇响水乡96.6109°00'18°34'C5CF012863海南乐东千家镇响水乡172.5109°03'18°30'C6CF047892海南保亭七仙岭270.1109°41'18°42'C7CF043225海南白沙邦溪镇13.7109°03'19°25'C8CF043040海南白沙县城188.9109°26'19°13'C9CF047893海南琼中什运262.4109°35'19°00'C10CF012761哥伦比亚国际热带农业中心C11CF011906哥伦比亚国际热带农业中心

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验安排在农业部海南儋州热带牧草种质圃内进行，地块属热带季风气候区，年均温24.0 ℃，7—8月为最高温月，极端高温可达48.0 ℃(气象资料由海南省气象服务中心儋州国家气象站提供)。

1.2 试验材料

参试材料源于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所海南儋州热带牧草备份库，详见表1。

1.3 试验方法

试验于2014年7月在中国热带农业科学院品资所农业部热带牧草种质圃进行。在晴天10：00时左右，随机选择健壮植株，分别摘取上、中、下 3个部位的叶片，用冰盒带回实验室，混合均匀后随机取样，测定相对电导率、丙二醛(MDA)含量、叶绿素SPAD值、叶片相对含水量及叶片厚度，计算其平均值。对照为遮荫棚内种植材料，3次重复。

1.4 测定方法

相对电导率值采用浸泡法测定，丙二醛采用硫代巴比妥酸法测定，叶绿素测定采用SPAD-502型叶绿素仪。叶片厚度使用数显游标卡尺测量，叶片含水量采用烘干法测定[17]。

1.5 数据处理

数据分析用Excel处理完成。采用模糊综合评判法，计算各参试材料的隶属函数(Xn)。公式为Xn=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)，式中，X为各材料某一指标的测定均值，Xmax为各材料该指标测定值中的最大值，Xmin为该指标中的最小值。将各材料耐热性指标的隶属函数值进行累加，计算其平均值即为各品种耐热型综合值，综合值越大，其耐热性越强。

2 结果与分析

2.1 高温胁迫对蝴蝶豆叶片厚度的影响

水分、温度、光照等环境因素在一定程度上对叶片的厚度有影响[18]。在高温胁迫下，叶片加厚有利于减弱蒸腾作用，减少水分散失，提高耐热性[19]。从图1可以看出，棚内外的叶片厚度变化明显，C 3、C 7、C 9、C 10、C 11的棚外叶片厚度值比棚内的高，其中C 7的棚外叶片厚度最大，为0.38 mm，C 1、C 5、C 6的棚外叶片厚度较棚内低。表明蝴蝶豆材料高温发生抵抗响应，C 7的耐热性最强，C 1、C 5、C 6的耐热性较低。

图1 高温胁迫下11份参试材料的叶片厚度

2.2 高温胁迫对蝴蝶豆叶片含水量的影响

水参与植物几乎所有的代谢过程，影响植物形态、生理生化代谢及地理分布范围等[20]。相对含水量的变化是植物遭受热胁迫时最直接的表现，含水量越大，表明植物耐热性越高[21]。从图2可以看出，在高温胁迫下，棚内和棚外的蝴蝶豆叶片含水量差异不大，其中C 9棚外叶片含水量比棚内减少的最多，表明C 9不耐热。C 10的叶片含水量棚内外的值都相对较高，较耐热。

2.3 高温胁迫对蝴蝶豆叶片叶绿素的影响

叶绿素是植物进行光合作用最重要的色素，叶片叶绿素含量的多少直接影响光合作用的强弱，因此耐热性差的植物膜脂氧化分解程度大，叶绿体降解加快，使叶绿素含量偏低，光合能力下降[22-24]。由图3可知，在高温环境下参试材料的棚内外叶绿素含量的变化幅度不大，其中C 7、C 8、C 10棚外叶绿素含量相比棚内略微降低，C 1、C 4、C 5、C 9、C 11的棚外叶绿素含量比棚内降低幅度较大。C 7和C 8的棚内外叶绿素含量均较高，说明其耐热性较强，而C 4、C 5、C 9含量较低，不耐热。

图2 高温胁迫下11份参试材料的叶片含水量

图3 高温胁迫下11份参试材料的叶片叶绿素含量

2.4 高温胁迫对蝴蝶豆叶片细胞膜透性的影响

高温会使植物细胞膜受到损伤，导致细胞内电解质外渗，外渗液的电导率值越大，表明植物受到的伤害就越大，其耐热性越弱[25]。从图4可看出，高温胁迫下，参试材料的相对电导率差异显著，棚外蝴蝶豆的相对电导率明显高于棚内，棚内电导率值相差不大，棚外材料C 4、C 5、C 9、C 11的电导率相对较高，和棚内差值较大；C 7、C 10较低，和棚内差值较小。表明C 7、C10材料对高温的抵抗力较高，耐热性较强，C 4、C 5、C 9、C 11对高温的耐受性较弱。

图4 高温胁迫下11份参试材料的叶片电导率值

2.5 高温胁迫对蝴蝶豆叶片丙二醛含量的影响

高温胁迫下，植物丙二醛含量越高，细胞膜脂过氧化水平越高，细胞膜受损越大，其耐热性越差，反之则耐热性越好[26-27]。从图5可以看出，参试材料丙二醛含量棚内外差异显著，C 1、C 2、C 6、C 7、C 8的棚外丙二醛含量相比棚内低，C 7的棚内外相差值最大，说明其抗氧化能力较强，对高温的抵抗力较强。C 4的丙二醛含量棚外比棚内高出最多，说明C 4的不耐热。

图5 高温胁迫下11份参试材料的叶片丙二醛含量

2.6 隶属函数综合分析

通过隶属函数综合分析将蝴蝶豆材料大致为3个耐热级别：1级(相对耐热)，2级(中等耐热)，3级(相对热敏感)。相对耐热的材料有C 7、C 8、C 10，中等耐热材料有C 1、C 2、C 3、C 6，热敏材料有C 4、C 5、C 9、C 11。

表2 11份蝴蝶豆材料隶属函数分析

编号叶片厚度叶片含水量叶绿素电导率丙二醛平均值耐热级别C10.2920.4350.6161.0000.6530.5992级C20.2920.6090.3520.6670.5790.5002级C30.4580.7390.2670.3330.9670.5532级C40.2080.8260.0000.5830.0000.3243级C50.2080.5220.1970.5000.4710.3803级C60.2500.7830.6310.0000.8680.5062级C71.0000.9571.0000.5001.0000.8911级C80.1250.9570.7360.5000.9670.6571级C90.1670.1300.1960.1670.8840.3093级C100.0001.0000.3181.0000.7850.6211级C110.2920.0000.7080.4170.9010.4643级

3 讨 论

高温可使植物外部形态、组织结构发生变化，本研究发现，材料C 7的叶片厚度最大，通过隶属函数综合分析耐热级别为1级，与冉茂林等[28]、刘春风等[29]的研究结果一致。本研究中，蝴蝶豆材料C 10的含水量最大，通过隶属函数综合分析耐热级别为1级。C 9的含水量最小，耐热级别为3级，与孙彦等[30]的研究结果一致。材料C 7和C 8在高温胁迫后的叶绿素含量降幅较小，耐热级别为1级，C 4、C 5、C 9降幅较大，为热敏材料，与李云等[31]、赵美华等[12]的研究结果一致，在高温胁迫后，叶绿素含量降低，对于耐热性较强的材料影响不大，基本保持正常或有略微下降。高温胁迫后蝴蝶豆材料C 7、C 10相对电导率低于C 4、C 5、C 9、C 11，为相对耐热材料，与刘凯歌等[32]的研究结果一致，热敏品种的相对电导率始终高于耐热品种。本研究发现，高温胁迫后材料C 7、C 8的丙二醛含量增幅低于C 4，通过隶属函数综合分析耐热级别为1级，与何铁光等[33]研究高温胁迫后辣椒生理响应结果一致。

本试验在田间自然高温环境下进行，更加符合实际生产需要，更能表现出参试材料在自然高温胁迫后的生理响应，但因外部其它天气原因等影响不可控性较大，使得鉴定结果重复性较差，误差较大[34]。下一步将于人工控制的环境下模拟高温胁迫进行数据对照确定试验结果的可靠性，为更加方便快速进行耐热鉴定与筛选提供依据。

4 结 论

通过对自然高温胁迫后蝴蝶豆材料的叶片厚度、叶片相对含水量、叶绿素值、相对电导率、丙二醛含量等指标与遮阴对照相比较，得出以上指标可以作为蝴蝶豆耐热性鉴定评价指标，可使蝴蝶豆耐热品种选育途径更准确，更可靠。参试材料C 7、C 8、C 10的综合表现较好，相比其它材料具有较好的耐热特性。

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