不同红树莓品种对自然高温的生理响应及耐热性综合评价

邱佳奇，张立业，卢凯政，袁 旭，常飞杨，张雪梅

(河北农业大学林学院，河北保定 071000)

红树莓(L.)是蔷薇科(Rosaceae)悬钩子属的多年生落叶半灌木，又称托盘、覆盆子等。红树莓果实酸甜可口，享有“第三代黄金水果”美称，不仅含有维生素、鞣花酸等丰富的营养成分及活性物质，还可以提高免疫力，广泛应用于医药、美容等领域。树莓具有一定的经济效益和生态效益，近年来对红树莓的需求量也不断增加，成为极具发展潜力的新兴产业。树莓生长适温为20～25 ℃，抗寒不耐高温，近年来高温天气频繁发生，华北地区极端气温高达42 ℃，高温逆境成为限制树莓生长发育及生产栽培的重要因素之一。

目前有关红树莓的研究主要集中在引种栽培、产业发展现状、果蝇防治、多酚、黄酮含量等活性物质测定等方面，有关红树莓耐热性研究仅见张琪对安徽地区“红宝石”“中林18号”“秋福”红树莓的光合特性及耐高温研究，尚鲜见对华北地区树莓品种耐热性综合性评价。笔者在自然高温条件下，研究7个不同品种红树莓的相对生长量以及叶片的相对含水量、细胞膜透性、渗透调节物质含量和抗氧化酶活性等生理指标对高温胁迫的响应，并对其耐热性进行综合评价，以期为红树莓耐热机理研究及耐热品种的选育提供科学依据。

1 材料与方法

7个不同红树莓品种栽植于河北农业大学苗圃，该地区位于115°48′E、38°85′N，海拔26 m，属于暖温带大陆性季风气候，夏季高温炎热，冬季寒冷干燥。年平均气温13.4 ℃，年平均降水量为500 mm左右，年均日照时数为2 511 h。

2020年8月当气温连续3 d达到35 ℃以上时(前期研究表明该温度条件下红树莓果实发育不良)，每品种随机抽取3株，采集中上部健康叶片，进行生理指标测定。

生长指标测定。用钢卷尺测量株高、结果枝长度，用游标卡尺测定茎粗，并统计平均节间长度、好果数量及坏果数量(高温导致果实发育不良)。

生理指标测定。用饱和称重法测定叶片含水量；采用便携式叶绿素仪SPAD测定各品种叶片的叶绿素含量；用电导仪法测定相对电导率；用硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)含量；分别用蒽酮比色法、考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性糖、可溶性蛋白含量；用氮蓝四唑(NBT)光还原法、愈创木酚法、过氧化氢法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性、氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性。

利用模糊隶属函数法对不同品种红树莓的生理指标进行分析，分别对各项指标求隶属函数值，公式如下：

(1)

(2)

式中，为各指标测定值，和分别为各指标的最大值和最小值，如果某一指标与耐热性呈正相关用式(1)，呈负相关用式(2)。

运用Excel软件对7个红树莓品种的生理指标进行统计作图，并用SPSS软件进行方差和显著性分析。

2 结果与分析

高温胁迫条件下不同品种红树莓叶片相对生长量的变化情况见表1。由表1可知，自然高温胁迫下7个品种红树莓的株高和茎粗均以“D果”最高，且株高显著高于其他品种；“波尔卡”的株高最低，“海尔特兹”的茎粗最小，分别为100.00 cm、11.06 mm，较“D果”分别下降了34.02%、23.72%。另外，“海尔特兹”的平均节间长度最大，为4.12 cm，显著高于其他品种(除“D果”)。各品种坐果情况以“D果”最好，好果率达到67.54%，显著高于其他品种，坏果率为32.46%。而“海尔特兹”的好果率仅为16.48%，坏果率达到83.52%，说明高温胁迫对其果实品质造成严重影响。

高温胁迫条件下不同品种红树莓叶片相对含水量的变化情况如图1所示。从图1可见，自然高温胁迫下7个品种红树莓相对含水量以“D果”最高，为76.07%，与“中林18号”的相对含水量之间无显著差异，显著高于其他品种，表明其在高温条件下有更高的持水力；“海尔特兹”的相对含水量最低，仅59.27%，较“D果”降低了22.08%，表明其在高温条件下脱水严重。“中林18号”与“波尔卡”“龙园秋丰”“金秋”间均无显著差异，与“海尔特兹”“红宝石”间差异显著。

表1 高温胁迫对不同品种红树莓相对生长量的影响Table 1 Effects of high temperature stress on the relative growth of different varieties of Rubus idaeus

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05) Note：Different lowercase letters indicate significant differences between treatments(P<0.05)图1 高温胁迫后不同品种红树莓叶片相对含水量Fig.1 The relative water content of different varieties Rubus idaeus under high temperature stress

对相对电导率的影响。高温胁迫条件下不同品种红树莓叶片相对电导率的变化情况如图2所示。由图2可知，自然高温胁迫下7个品种红树莓相对电导率以“海尔特兹”最高，达到66.89%，且显著高于其他品种；“D果”的相对电导率最低，仅25.74%，较“海尔特兹”低61.52%；“金秋”与其他品种间差异显著，“龙园秋丰”“中林18号”“红宝石”间无显著差异，与“波尔卡”“D果”差异显著。

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05) Note：Different lowercase letters indicate significant differences between treatments(P<0.05)图2 高温胁迫后不同品种红树莓叶片相对电导率Fig.2 The relative conductivity of different varieties Rubus idaeus under high temperature stress

对MDA含量的影响。高温胁迫条件下不同品种红树莓叶片MDA的变化情况如图3所示。从图3可见，自然高温胁迫下7个品种红树莓MDA含量以“海尔特兹”最高，为4.12 μmol/g，显著高于其他品种，表明其在高温胁迫条件下细胞膜受害程度最严重，“D果”的MDA含量最低，仅为1.86 μmol/g，较“海尔特兹”低54.85%，“金秋”与“红宝石”“龙园秋丰”之间均无显著差异。

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05) Note：Different lowercase letters indicate significant differences between treatments(P<0.05)图3 高温胁迫后不同品种红树莓叶片MDA含量Fig.3 The MDA content of different varieties Rubus idaeus under high temperature stress

高温胁迫条件下不同品种红树莓叶片叶绿素含量变化如图4所示。从图4可知，自然高温胁迫下7个品种红树莓叶绿素含量以“D果”最高，为34.37，与“波尔卡”的叶绿素含量之间无显著差异，显著高于其他品种。“海尔特兹”的叶绿素含量最低，为21.10，较“D果”低38.61%。“波尔卡”与“中林18号”之间无显著差异，与其他品种之间差异显著。

逆境条件下，植物体产生的可溶性糖可以降低逆境对植物造成的伤害。高温胁迫后不同品种红树莓叶片可溶性糖含量和可溶性蛋白含量变化如图5所示。由图5可知，自然高温胁迫条件下7个品种红树莓可溶性糖含量以“金秋”最高，为36.49 mg/g，显著高于其他品种，“D果”的可溶性糖含量最低，仅23.84 mg/g，较“金秋”低34.67%，“龙园秋丰”和“红宝石”之间无显著差异，“波尔卡”“海尔特兹”“中林18号”之间无显著差异。自然高温胁迫条件下7个品种红树莓可溶性蛋白含量以“波尔卡”最高，达到5.30 mg/g，与“金秋”“中林18号”的可溶性蛋白含量之间无显著差异；“D果”的可溶性蛋白含量最低，且显著低于其他品种，仅3.09 mg/g，较“波尔卡”低41.70%。“金秋”“海尔特兹”“中林18号”“红宝石”可溶性蛋白含量之间差异不显著。

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05) Note：Different lowercase letters indicate significant differences between treatments(P<0.05)图4 高温胁迫后不同品种红树莓叶片叶绿素含量Fig.4 The chlorophyll content of different varieties Rubus idaeus under high temperature stress

由表2可知，自然高温胁迫条件下7个品种红树莓SOD活性以“D果”最高，达到8.49 U/(g·min)，与“波尔卡”“红宝石”的SOD活性之间无显著差异，“海尔特兹”的SOD活性最低，仅6.88 U/(g·min)，较“D果”低18.96%，“龙园秋丰”“金秋”“中林18号”之间无显著差异。POD活性以“海尔特兹”最高，达到63.61 U/(g·min)，与“波尔卡”之间无显著差异，显著高于其他品种，“D果”的POD活性最低，仅为28.08 U/(g·min)，较“海尔特兹”低55.86%，与“中林18号”无显著差异。CAT活性以“D果”最高，达到173.33 U/(g·min)，与“龙园秋丰”和“红宝石”之间无显著差异，显著高于其他品种，“海尔特兹”的CAT活性最低，仅83.73 U/(g·min)，较“D果”低51.69%，与其他品种差异显著。

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05) Note：Different lowercase letters indicate significant differences between treatments(P<0.05)图5 高温胁迫后不同品种红树莓叶片可溶性糖含量和可溶性蛋白含量Fig.5 The soluble sugar and soluble protein content of different varieties Rubus idaeus under high temperature stress

表2 高温胁迫对不同品种红树莓叶片抗氧化酶活性的影响Table 2 Effects of high temperature stress on antioxidant enzyme activities in different varieties Rubus idaeus leaves

将14个指标进行模糊隶属函数分析，结果见表3。由表3可知，“D果”和“波尔卡”耐热能力较强，隶属度平均值在0.913、0.725；“中林18号”“龙园秋丰”“红宝石”“金秋”耐热能力中等，隶属度平均值在0.479～0.599；“海尔特兹”的耐热能力较差，隶属度平均值为0.260。7个品种耐热性综合表现为“D果”>“波尔卡”>“中林18号”>“龙园秋丰”>“红宝石”>“金秋”>“海尔特兹”。

表3 不同红树莓品种耐热性综合分析Table 3 Comprehensive analysis of heat resistance of different varieties Rubus idaeus

3 讨论与结论

高温胁迫条件下，植物的形态特征变化是植物经历高温胁迫最直观的表现之一，同时也反映出不同植物的抗热胁迫能力。前人把花粉活力、柱头可授性列为研究高温胁迫的热点指标，笔者选择株高、茎粗、好果率、坏果率等最直观的形态指标直接反映红树莓受高温伤害的程度。该试验中，“D果”的株高、茎粗均为最高，节间长度适中，且好果率显著高于其他品种，说明其良好的营养生长可减缓高温胁迫对果实品质的伤害，具体营养生长与果实品质之间的联系需进一步研究。而“海尔特兹”株高和节间长度相对较高，茎粗小于其他品种，植株呈现细高的表型，发生徒长，受高温影响严重，导致坏果率高于其他品种。这与袁慧敏等研究得出高温阻碍番茄幼苗生长的结论一致。

植物在高温逆境条件下会产生一系列的生理生化变化，以抵御和减缓热胁迫带来的伤害。高温可以加快植物的蒸腾作用，产生水分胁迫，导致植物细胞脱水，因此高温胁迫条件下叶片相对含水量(RWC)可以作为评价耐热性指标，耐热性强的品种在高温下保持较高的相对含水量。在该试验中，7个品种红树莓叶片在自然高温胁迫下的相对含水量呈现不同的趋势，其中“D果”和“中林18号”的相对含水量高于其他品种，“海尔特兹”的相对含水量最低。说明高温胁迫下“海尔特兹”的脱水较严重，耐热能力较差，这与王宏辉等研究的4个红掌盆栽品种的相对含水量的结论一致。

高温会改变细胞膜结构，使细胞内的电解质向外渗出，破坏细胞膜结构的完整性和热稳定性，丙二醛(MDA)作为脂膜过氧化的最终产物，高温胁迫后相对电导率的变化和MDA含量可以直接反映植物细胞膜受害程度，细胞膜被认为是植物受伤害的主要部位。大量试验表明，相对电导率的大小和MDA含量的高低与植物耐热能力呈负相关。杨华等通过对鹿角杜鹃进行高温胁迫，研究发现，叶片电导率不断上升。该试验研究表明，7个品种红树莓叶片在自然高温胁迫下，“海尔特兹”的相对电导率和MDA含量显著高于其他品种，说明“海尔特兹”的细胞膜被破坏程度最高。

植物进行光合作用的主要色素是叶绿素，高温胁迫会破坏叶绿体的结构和功能，抑制叶绿素的合成，不利于植物的光合作用，进而影响植物生长。宰学明等对花生幼苗的研究表明，热胁迫时间越长，叶绿素含量越低，在42 ℃高温胁迫下，随着热处理时间的延长，叶绿素含量出现了明显的下降。但也有研究发现，高温胁迫后银杏叶绿素含量会出现短暂的上升。在该试验中，“海尔特兹”的叶绿素含量较“D果”降低了38.61%，可见高温胁迫对“D果”叶绿素的影响最弱，对“海尔特兹”的影响最强。

渗透调节物质是维持植物细胞生理活动稳定的重要物质，在受到逆境胁迫时，植物自身会通过积累渗透调节物质维持细胞保水能力，从而应对外界刺激，可溶性糖和可溶性蛋白是植物细胞内重要的渗透调节物质。王一飞研究发现，随着外界温度的升高，木瓜的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量均逐渐下降。该研究中，“D果”为7个红树莓品种中可溶性糖含量和可溶性蛋白含量最低的品种，这可能是在高温胁迫下合成蛋白的酶没有失活，对其光合作用的影响较小(植物通过光合速率产生糖类)，维持了“D果”体内蛋白质和糖类物质的合成速率，而其他品种受到高温后启动了自身渗透调节机制，通过提高可溶性糖和可溶性蛋白含量达到自我保护。

逆境条件下，植物体内产生过量的活性氧自由基会导致脂膜过氧化，造成植物损伤，甚至死亡，此时植物会启动自身的抗氧化系统来清除过多的活性氧。SOD、POD、CAT是酶促防御体系中重要的保护酶，它们能使自由基处于平衡状态，维持膜系统的稳定性。该试验中，均以“D果”的SOD和CAT活性最高，“海尔特兹”最低，POD的变化情况与SOD和CAT相反。可能是“D果”在应对高温胁迫时相对其他红树莓品种可及时作出应激反应，清除过多的活性氧，不同程度地缓解高温胁迫带来的伤害，在此过程中，SOD和CAT起主导作用，而POD可能受到NDA的抑制。杨华庚等对蝴蝶兰的研究同样得出耐热性品种具有更好的抵御活性氧伤害能力的结论。

李辉等运用模糊隶属函数法分别对不同杜鹃和辣椒品种的耐热性进行了综合评价，都得到了满意结果。笔者利用模糊隶属函数，综合评价不同品种红树莓的耐热性，其结果与田间形态表现一致。同时该研究数据是在自然高温条件下获得的，所得结果对红树莓耐热品种选育及栽培具有参考意义。