外源植物激素对高温胁迫下水培绿萝耐热性的影响

陈中惠 ， 李景蕻

湖北第二师范学院化学与生命科学学院，植物抗癌活性物质提纯与应用湖北省重点实验室，武汉 430205

植物在生长过程中会遭受各种逆境胁迫，植物对逆境胁迫的应答一直是国内外研究的热点［1］。绿萝（Epipremnum aureum）属于天南星科麒麟叶属常绿藤本，喜温暖潮湿，较耐荫，不能受阳光长期直射，叶片碧绿圆润，观赏价值高，且具有净化空气的作用［2］。水培绿萝简便易行，植株清新雅致，受到很多人的喜爱［3］。水培也是研究植物生理过程的有效手段。然而，随着温室效应的不断增强，不利于绿萝在夏季温度较高（35～38 ℃）的地区生长。绿萝受高温胁迫后叶片会焦枯坏死［4-5］，植物根系受损，吸水能力下降［6］，且组织相对含水量（relative water content，RWC）降低［7］。同时，植物细胞内会产生一些渗透调节物质（如脯氨酸等）以提高细胞质浓度增强其保水能力［8］，或通过提高抗氧化酶活性减缓高温对植物氮代谢的影响，从而提高植物耐热性［9］。组织相对含水量、根系活力和脯氨酸含量常作为反映植物耐热性强弱的重要指标［10］。已有研究表明，水杨酸（salicylic acid，SA）、表油菜素内酯（epibrassinolide，epi-BR）、脱落酸（abscisic acid，ABA）等外源激素都可在不同程度上提高植物的耐热性［11-15］。多效唑（PP333）可以使植物矮化，促进生根，保护植物免受环境胁迫，例如，邓斌等［16］发现PP333浸种可提高高温下黑麦草脯氨酸的含量，从而减轻伤害。此外，外源激素在提高盾叶薯蓣和水稻等植物抗逆性方面也有研究报道［17-18］。总体而言，对于外源激素对植物耐热性的研究多集中在蔬菜、农作物等方面［19］，而在观赏植物耐热性方面的研究较少，本文以水培绿萝为研究对象，探索不同浓度脱落酸、多效唑和烯效唑对其耐热性的影响，以期得到较合适的处理方法，以提高绿萝在高温地区或高温季节的观赏价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

从武汉市南湖花木城购买生长健壮的绿萝，经过移栽驯化后用清水诱导出水生根，从中选取长势相当（新叶2叶、新生水生根2个，新生根平均长近1 cm）且生长良好的绿萝备用。

1.2 实验设计及处理

在绿萝的新生水生根平均根长近1 cm时，将其放入改良的霍格兰营养液（配方见表1，pH6.0）中培养，以适应营养液环境［20］。在上述绿萝的营养液中分别加入3个不同浓度的脱落酸、多效唑和烯效唑，然后放入35 ℃的培养箱中培养，同时在相同温度下设置对照组（CK1）和正常温度（25 ℃）的空白对照组（CK2）。共11种处理方式（表2），每处理10株绿萝，重复3次。在培养5 d后测量其形态指标及生理指标的变化，包括组织相对含水量、脯氨酸含量和根系活力。常温对照组放入25 ℃、3600 lx、光暗比12 h∶12 h的培养箱中培养，其余10种处理均放入35 ℃、3600 lx、光暗比12 h∶12 h的培养箱中胁迫培养，定期记录各植物的形态指标及生理指标，营养液均3 d换1次。

表2 实验处理方式Table 2 Experimental processing method

1.3 测量指标与方法

生理指标测量采用混合取样法［21］，在高温处理胁迫第6天时测量各组绿萝的新增叶数、新增根数及新根增长值等形态指标，每个指标设3个重复，取平均值。采用烘干法［22-23］分别在热处理前和热胁迫第1、4、7天后测量各组绿萝的相对含水量；采用氯化三苯基四氮唑（triphenyl tetrazolium chloride，TTC）法［24-25］和磺基水杨酸法［26］在热胁迫前和热胁迫第3、6、9天分别测量各组绿萝的根系活力和脯氨酸含量。

1.4 数据处理

应用SASS统计分析软件进行方差分析，并采用邓肯氏（Duncan）多重差异范围测验法进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对高温胁迫下绿萝形态指标的影响

研究结果显示，高温胁迫第6天绿萝新增叶数、新增根数均有不同程度变化（图1）：高温处理使绿萝生长不良，CK1的2项生长指标都远低于CK2。通过外源激素处理后，各处理均表现出高温胁迫对绿萝的伤害减轻。其中，2.5 mg·L-1脱落酸和2.0 mg·L-1烯效唑处理的绿萝新增叶数目、新增根数目值较大，方差分析表明，2.5 mg·L-1脱落酸处理的生长量分别和0.5 mg·L-1、1.5 mg·L-1脱落酸处理相比差异达极显著水平（P＜0.01），2.0 mg·L-1烯效唑处理的生长量分别和0.5 mg·L-1、8.0 mg·L-1烯效唑处理相比差异达极显著水平（P＜0.01）；0.5 mg·L-1多效唑处理绿萝的新根数较多，与2.0 mg·L-1、8.0 mg·L-1多效唑处理相比差异达极显著水平（P＜0.01）。随着脱落酸浓度的增加，绿萝2项生长量指标都有上升的趋势，烯效唑处理表现先升后降，而多效唑随着浓度增高，对新增叶数表现为促进，而对新增根数表现为抑制，两者效应相反。由此说明，在同一条件下，每种激素对植物的效应不同，浓度适宜才能促进植物生长，在本研究中2.5 mg·L-1脱落酸、2.0 mg·L-1烯效唑处理绿萝的形态指标在高温胁迫下表现较好。

图1 各处理新增叶数、新增根数的变化Fig. 1 Changes of added leaf number, added root number of different treatments

2.2 不同处理对高温胁迫下绿萝相对含水量的影响

植物RWC是很好的水分状况指标，热胁迫下含水量较高的植物耐热性更强［27-28］。图2表示不同浓度脱落酸、烯效唑和多效唑在不同的热胁迫处理时期的RWC。已知，在诱导绿萝长出水生根期间，绿萝的RWC较低，但长出水生根后其含水量明显上升；在高温胁迫时，3种外源激素处理后，绿萝组织RWC的总趋势较为一致，均呈现先降后升再下降的趋势。CK1的RWC含量在测量期一直下降，而CK2变化不大，说明用部分激素处理过的绿萝耐热性在前期有所提升，但到了后期仍然会降低。其中，2.5 mg·L-1脱落酸在热胁迫7 d后RWC值比0.5 mg·L-1和1.5 mg·L-1脱落酸高，差异达极显著水平（P＜0.01），从图2中可以看出2.0 mg·L-1烯效唑和2.0 mg·L-1多效唑的RWC在胁迫4 d左右明显升高，这表明2.5 mg·L-1脱落酸、2.0 mg·L-1烯效唑和2.0 mg·L-1多效唑处理在一定范围内可以明显提高绿萝的保水能力。

图2 各处理在不同热胁迫时期的相对含水量变化Fig. 2 Changes of relative water content in different heat stress period

2.3 不同处理对高温胁迫下绿萝根系活力的影响

根系活力越高表明植物抗热性更强，参考王学奎等［25，29］方法制作出TTC标准曲线，然后计算出单位质量鲜根的四氮唑还原强度，以此来表示根系活力的大小。图3分别表示不同浓度脱落酸、烯效唑和多效唑在不同的热胁迫处理时期下单位质量绿萝鲜根的四氮唑还原强度折线图。可见，CK1处理的根系活力变化不大，随着胁迫时间的延长逐渐降低，而CK2以及激素处理绿萝的根系活力变化比较剧烈，在整个热胁迫期间均处于相对较高的位置，说明这些激素可以提高高温下绿萝的根系活力。其中，0.5 mg·L-1和2.5 mg·L-1脱落酸处理的绿萝变化比较剧烈，在胁迫6 d后根系活力回升明显；0.5 mg·L-1和2.0 mg·L-1烯效唑处理的根系在胁迫第9天均有所回升，且2.0 mg·L-1处理活力最高，8.0 mg·L-1烯效唑处理的根活力在胁迫期间一直较高，在胁迫6 d后下降但仍大于CK处理；2.0 mg·L-1多效唑处理的根活力一直相对较高，8.0 mg·L-1多效唑处理根活力变化比较剧烈。说明2.5 mg·L-1脱落酸、2.0 mg·L-1和8.0 mg·L-1烯效唑、2.0 mg·L-1和8.0 mg·L-1多效唑处理的效果较好，都能在胁迫一段时间内提高绿萝根系活力。但从整个胁迫期间来看，能更持久地维持绿萝根系活力的是2.5 mg·L-1脱落酸、2.0 mg·L-1烯效唑和2.0 mg·L-1多效唑处理。

图3 各处理在不同热胁迫时期根系活力情况变化Fig. 3 Changes of root activity in different heat stress periods

2.4 不同处理对高温胁迫下绿萝脯氨酸含量的影响

在逆境中脯氨酸含量高，可以减轻对植物体的伤害。参考邹琦等［26］方法制作标准曲线，计算不同浓度脱落酸、烯效唑和多效唑在不同热胁迫时期绿萝的脯氨酸含量，从图4可以看出，在高温胁迫下脯氨酸含量增加，且总趋势表现为先升后降，随胁迫时间的延长，脯氨酸含量再次升高。外源激素处理后，大部分激素浓度处理均表现出脯氨酸含量提高，随着脱落酸浓度的增加，绿萝脯氨酸含量有上升的趋势，其中A3处理绿萝的脯氨酸含量一直较高，分别和0.5 mg·L-1脱落酸、1.5 mg·L-1脱落酸、空白对照、A2、CK1、CK2处理相比差异达显著（P＜0.05）或极显著（P＜0.01）水平；0.5 mg·L-1烯效唑处理变化比较剧烈且不稳定，2.0 mg·L-1烯效唑处理在胁迫期间脯氨酸含量大于8.0 mg·L-1和2个空白处理；2.0 mg·L-1和8.0 mg·L-1多效唑处理在胁迫期间大部分脯氨酸含量积累较多。综合以上，说明2.5 mg·L-1脱落酸，2.0 mg·L-1烯效唑和2.0 mg·L-1多效唑处理可以使绿萝在热胁迫下积累较多的脯氨酸。

图4 各处理在不同热胁迫时期脯氨酸含量变化Fig. 4 Changes of proline content in different heat stress periods

3 讨论

植物在漫长的进化过程中，体内发展出一系列应对温度胁迫的生理反应机制［30］。本研究结果表明，绿萝在35 ℃高温胁迫下，通过3种外源激素的处理均可提高植株的抗逆性，不管是植株形态指标还是生理效应大都表现良好。然而，对于不同的外源激素及不同的浓度，植物的生理效应不同。本试验中，高浓度脱落酸（2.5 mg·L-1）、中等浓度烯效唑（2.0 mg·L-1）处理的绿萝形态指标在高温胁迫下表现较好。而各项生理指标显示，高浓度的脱落酸（2.5 mg·L-1）、中等浓度的烯效唑（2.0 mg·L-1）和中等浓度多效唑（2.0 mg·L-1）处理的绿萝，在高温胁迫下RWC、根系活力和Pro含量都相对较高，且高于对照组。这表明35 ℃高温胁迫下，脱落酸、烯效唑和多效唑3种激素都能在一定程度上提高植物的耐热性。在3种外源植物激素、多个不同浓度梯度的对比试验中，发现高浓度脱落酸（2.5 mg·L-1）、中等浓度烯效唑（2.0 mg·L-1）处理效果最好，而多效唑处理的规律性并不明显。在形态指标中，多效唑浓度的高低对新增叶数的作用和对新增根数的作用是相反的，这也是本试验仍需开展后续研究工作的原因之一。在夏季气温较高地区，为保证水培绿萝保持持久的观赏价值，可以在营养液中加入2.5 mg·L-1脱落酸、2.0 mg·L-1烯效唑或者2.0 mg·L-1多效唑，即可提高耐热性，提升观赏价值。此外，研究结果还可以为类似绿萝等不耐高温的水培植物如何度过高温季节提供一定的理论和实际指导。然而，提高植物耐热性的内在机理尚不明确，有待今后进一步的研究，同时更多的植物外源激素及其不同的浓度梯度如何作用于植物，又具有何种生理效应也值得进一步深入探究。