高温胁迫后小白菜的补偿生长能力及防御机制.pdf

中国农业气象（ Chinese Journal of Agrometeorology） 2018年 doi10.3969/j.issn.1000-6362.2018.02.006 韩玮 ,孙晨曦 ,赵和丽 ,等 .高温胁迫后小白菜的补偿生长能力及防御机制 [J].中国农业气象 ,2018,392119- 128 高温胁迫后小白菜的补偿生长能力及防御机制 * 1 韩 玮 1 ，孙晨曦 2 ，赵和丽 1 ，胡 琪 1 ，郑箐舟 1 ，宋星林 1（ 1.南京信息工程大学应用气象学院 /江苏省农业气象重点实验室，南京 210044； 2.山东省环境规划研究院，济南 250100） 摘要 以小白菜品种“上海青”为研究对象，进行高温胁迫实验，设高温组（昼 /夜温度为 37℃ /30℃）与对 照组（ 25℃ /18℃） ，对小白菜高温胁迫 3d、 6d和 9d后在 25℃ /18℃下的生长及恢复情况进行研究。结果表明 高温下小白菜生长受到显著抑制，胁迫 3、 6、 9d 后干物质相对增长率分别比对照下降 32.68、 82.86、 100.00。高温引起叶片净光合速率（ P n ） 、气孔导度（ G s ）、蒸腾速率（ T r ）下降，胞间 CO 2 浓度（ C i ）升高， 丙二醛（ MDA）含量升高，同时小白菜启动高温防御应答机制，保护酶活性上升，可溶性蛋白积累，叶绿素 含量提高。胁迫解除后， 3d及 6d胁迫组 P n 、 G s 、 T r 升高， C i 下降， MDA含量、可溶性蛋白与酶活性下降， 处理组与对照差异逐渐减小。 3d胁迫处理小白菜在恢复期的 6～ 9d呈现超补偿生长，补偿指数为 1.10。 6d 处理则一直呈现低补偿， 9d胁迫处理小白菜均在恢复过程中死亡。因此，超过 3d的高温胁迫将引起小白菜 的不可逆损伤。灰色关联分析表明， P n 、 G s 、可溶性蛋白、 MDA、叶绿素含量对小白菜的补偿生长起到关键 作用，是小白菜实现补偿生长的内在驱动机制。 关键词 光合特性；抗氧化酶；叶绿素含量；灰色关联分析 Compensatory Ability and Defense Mechanism of Chinese Cabbage under High Temperature Stress HAN Wei 1 , SUN Chen-xi 2 , ZHAO He-li 1 , HU Qi 1 , ZHENG Qing-zhou 1 , SONG Xing-lin 1（ 1.College of Applied Meteorology, Nanjing University of Ination Science 2.Shandong Academy of Environmental Planning, Jinan 250100） Abstract Chinese cabbage was taken as experimental material, which were cultured in a climate chamber with 12h/12h photoperiod under 37℃ /30℃ for 3d, 6d, and 9d respectively before transferred to normal conditions 25℃ /18℃ . The samples were then cultured for 9d for recovery. Chinese cabbage cultured constantly under 25℃ /18℃ was set as the control. The results showed that the growth of Chinese cabbage was hindered significantly by high temperature. The growth rate was 32.68, 82.86, and 100.00 lower than the control after stressed for 3, 6, and 9 days, respectively. The net photosynthetic rate P n , stomatal conductance G s , transpiration rate T r decreased with increased treatment time of high temperature, while malondialdehyde MDA and intercellular CO 2concentration C i increased. However, chlorophyll content, soluble protein, and antioxidant enzyme activities increased, which means defense mechanism of Chinese cabbage was motivated. During the recovery phase, the samples treated for 3 days and 6 days both increased in P n , G s , and T r , while decreased in C i , MDA content, soluble protein, and enzyme activities. The Chinese cabbage cultured under 37℃ /30℃ for 3 days exhibited over- compensation during the 6 th - 9 thday of recovery phase, the compensation index was 1.10. Chinese cabbage cultured * 收稿日期 2017- 06- 26 基金项目江苏省高校自然科学研究面上项目（ 14KJB170013）；国家自然科学基金面上资助项目 41475107；江苏省科 技支撑计划项目（ BE2015693） 作者简介韩玮（ 1981-），博士，讲师，主要从事设施农业气象研究。 E-mail 中 国 农 业 气 象 第 39卷 120 under 37℃ /30℃ for 6 days exhibited under-compensation, while which cultured for 9 days died during the recovery phase. The results indicated that high temperature treatment for more than 3 days can cause irreversible damage to Chinese cabbage. Grey correlation analysis revealed that the P n , G s , soluble protein, MDA, and chlorophyll content play key roles in the compensatory growth of Chinese cabbage, which were major driving factors for the compensatory growth of Chinese cabbage. Key words Photosynthetic characteristics;Antioxidant enzymes;Chlorophyll content;Grey correlation analysis 小白菜 （ Brassica chinensis L.） 又名不结球白菜、 青菜、油菜。原产于中国，在中国栽培十分广泛， 南北各地均有分布，其生长快，产量高，消费量居 各类蔬菜之首 [1] 。由于其喜冷凉气候条件，夏季高温 障碍导致生长缓慢，且在自然条件下，夏季气温波 动较大，研究极端高温天气过后，小白菜的生长恢 复情况具有重要意义。 高温对植物生长一般有负面影响，但是在自然 选择的作用下，生物存在补偿能力，能够减少或消 除胁迫所带来的不利影响，这是对环境变化的一种 适应性 [2] 。补偿生长表现为低补偿、等补偿和超补 偿，补偿类型因物种、生长期和胁迫程度而异 [3-5] ， 轻度胁迫条件下植物会发生超补偿或等量补偿，但 随着胁迫强度的增大，可出现低补偿反应 [6-7] 。李留 勇 [8] 发现，早期高温处理结束后，水稻干物质增加 量表现出超补偿效应，这种补偿效应可能在减轻水 稻高温伤害方面起一定的作用。孙宪芝等 [9] 发现高 温胁迫解除后，遭受低强度胁迫的菊花植株可较快 恢复生长，高强度胁迫导致幼苗出现不可逆伤害。 李婷等 [10] 发现经过 6d的高温胁迫后，铜绿微囊藻 生长速率高于对照，出现超补偿生长。补偿生长的 出现可能归因于某些植物应答机制，诸如光合作用 活性增强、叶绿素含量提高、抗氧化酶活力增强， 生长率增大等 [11-13] 。 前人对高温后植物补偿生长方面有过不少研 究，但是对于小白菜的研究多偏重于高温胁迫对白 菜生理生化指标的影响 [14-16] ，如高温胁迫降低小白 菜生长量和叶片净光合速率 [14] ，提高细胞膜伤害率 和丙二醛含量等 [15] ，对高温胁迫后小白菜的补偿生 长却鲜有研究。随着全球气候变暖，高温成为作物 生长面临的主要逆境 [17-20] 。但是，自然条件下，高 温天气往往是不连续的，对高温过后小白菜在补偿 性生长方面的生理生化机制进行研究，有助于了解 小白菜补偿生长中的特点、规律和生理机制，对准 确 估测 小白菜高温胁迫后的产量补偿能力具有重要 意义，可为自然条件下小白菜合理规 避 高温 风险 提 供 指导。 本 研究 针 对小白菜的高温伤害 症状 、产量 补偿能力、生理生化作用对不 同时间 高温胁迫的响 应 展开 研究， 以 期 查明 小白菜的补偿生长能力 并从 生物 内源 性因素方面 探讨 小白菜的补偿机制，为夏 季小白菜产量 品 质 预测及 环境 调控 提 供 理 论依据 和 技术支持 。 1 材料与方法 1.1 实验设计 实验 于 2017年 3- 4月 在南 京信息工 程大 学江苏 省 农业气象重点 实验室 的人 工 气候 箱内 进行。 以 青 梗 类型 “上海 青 ”Brassica chinensis L.为 实验材料 ， 选 取籽粒饱满 ， 整齐 一致的种 子 6～ 8 粒直播 于高 30cm， 直径 20cm的 塑料盆 中 ｡长 至三 叶一 心时 ， 每 盆 定植 3株。栽培条件为 昼 /夜 温度为 25℃ /18℃， 光照条件 2000lx，光 暗周 期 12h/12h， 空 气 相 对 湿 度 75， 每 2d浇 1次 水，用 称 重 法将土壤 含水量 控 制 在 田间持 水量的 80左右 ｡养 分条件 维持 在适 宜 水 平 ｡ 待 小白菜长 至 5片 真 叶 时 ，选 取 长 势基本 一致的植 株进行高温胁迫处理。 根据 长 江 中下 游 地 区 夏季 常 见 的高温天气， 实验设 高温 组 （ HT） ，其 昼夜 温度 设 为 37℃ /30℃， 对照 组 （ CK）， 昼 /夜 温度为 25℃ /18℃， 每组 3个 重复。 实验 分为 2个阶段 胁迫 阶段 和恢 复 阶段 。 高温培 养时间 分 别 为 3d、 6d和 9d， 处理后， 均 置 于 昼 /夜 温度为 25℃ /18℃的光照培 养箱内 恢复 生长 9d。分 别 在高温胁迫 3、 6、 9d后 以及 恢复生长 的 3、 6、 9d后进行叶片光合 参数测 定， 并取样测 定 叶绿素含量、可 溶 性 蛋 白含量、丙二醛（ MDA）和 保护 酶活性。由于高温胁迫 9d后的小白菜均在恢复 过程中 死亡 ，因 此该 处理 无 恢复期 数据 。 1.2 观测项目 （ 1）小白菜干重 测 定 在高温胁迫的 0d、 3d、 6d、 9d以及 恢复期的 3d、 6d、 9d将 植株地 上部 分和 地下 部 分在 通风 干 燥箱内 105℃ 杀 青，然后 80℃ 烘 第 2期 韩玮 等 高温胁迫后小白菜的补偿生长能力 及防御 机制 121 至恒 重， 称 重 ｡小白菜干物质 相 对增量指 当次测 量的 植株干重 与 前一 次测 量的干重之 差 。 （ 2）光合 参数 的 测 定 选 取 植株第 3或第 4片 展开 叶，用 LI-6400便携式 光合 仪测 定叶片的净光合 速率、胞 间 CO 2 浓 度、气 孔 导度、 蒸腾 速率， 每个 处 理重复 测 定 3次 。 叶 室 （ 2cm3cm） 内设 定温度 20℃， 辐射 强度为 600molm -2 s - 1 。 （ 3）叶绿素含量的 测 定 选 取每棵 植株 上 第 3 或第 4片 展开 叶， 洗 净 擦 干， 剪碎 ， 称取 0.2g， 置 于 95乙醇 中 48h直至 叶片中的叶绿素 完 全 被 提 取 出 ｡取 提 取液 在 紫外 分光光度 计 UV-1800（ 日本岛津 ） 中 采 用 比色法测 定光 密 度 值 [21] ｡ （ 4） 酶活性 参数 的 测 定 超氧化物 歧 化酶 （ SOD） 活性用 氮蓝四唑 （ NBT） 法测 定， 以抑 制 NBT光化 学还 原的 50为 1个 酶活性 单位； 过氧化物酶 （ POD） 活性用 愈创木酚法测 定， 以每克 鲜重 每 分 钟 在 470nm 处光 吸收值 变化 0.1为 1个 酶活性 单位； 过氧化 氢 酶 （ CAT）活性 测 定用 紫外吸收法 ， 以每克 鲜重 每 分 钟 在 240nm处光 吸收值 变化 0.1为 1个 酶活性 单位 [22] 。 （ 5）可 溶 性 蛋 白含量的 测 定 采 用 考马斯亮蓝 G-250法测 定 [22] 。 （ 6）丙二醛（ MDA）的 测 定 采 用 硫代巴比妥 酸 （ TBA） 法测 定 [22] 。 1.3 数据分析 补偿指 数 （ G/C）为 相同时段内实验组与 对照 组 生长量的 比值 ，用 以 表 示 生物的补偿生长 模式 。 G 为 实验组 补偿量， C为对照 组 生长量， G/C＞ 1为超 补偿， G/C1为等补偿， G/C＜ 1为低补偿 [6] 。 应用 SPSS19.0软 件， 采 用 Duncan法 进行 差 异 显著 性分 析 。利用 灰色关联法 对各指标 与 补偿指 数 的 关系 进行分 析 。 2 结果与分析 2.1 高温胁迫不同天数后小白菜的补偿生长量比较 由 图 1a 可 以看 出， 与 胁迫前 相比 ，高温胁迫 3d、 6d和 9d后，小白菜生物量 相 对增加量 逐渐 减 小， 3d处理为 0.309g， 6d为 0.072g，高温处理 9d 后植株 死亡 ，增加量为 0，而对照的生物量 相 对增 加量 稳 定在 0.45g左右 。可 见 ，在 此 高温条件下， 小白菜植株生长受 到明显抑 制，其中高温处理 3d 组 受 到 的 抑 制 最 小，处理 6d组 居中，处理 9d组 的 伤害 最 大， 直接造 成植株 死亡 。 图 1b显示 ，处理 3d组 和处理 6d组 胁迫结束后，植株在适 宜 温度下 恢复， 3d、 6d和 9d后其生长表现不 同 ，胁迫 3d组 干物质增加量 迅 速 上升 ， 恢复生长 3d后其增加量 尚 显著 低于对照，但恢复生长 6天后，其干物质增加 量等于或高于对照，而胁迫 6d组 生长 逐步 恢复，但 其生长速率一 直显著 低于对照 ； 胁迫 9d后小白菜多 数死亡 ， 即停止 生长。 说明 经 3d高温胁迫后，小白 菜的生长 仍 可 达到正常 水 平 ， 6d和 9d的高温 则引 起小白菜的不可逆 损 伤。 图 1 高温胁迫后（ a）及恢复后（ b）小白菜生物量相对增量的比较 Fig. 1 The relative increment of dry biomass of Chinese cabbage during the stress phase a and the recovery phase b 中 国 农 业 气 象 第 39卷 122 进一 步计算 胁迫结束恢复生长后小白菜的生长 补偿指 数 ，结 果见图 2。由 图 可 见 ， 3d胁迫 组 小白 菜在恢复的 6d以内 补偿指 数 均小于 1，为低补偿 阶 段 ，但是在恢复的 6～ 9d则呈 现超补偿，补偿指 数 达到 1.10。 6d胁迫 组则 在 整个 恢复期均 呈 现低补偿。 可 见 ，经过不 同时间 的高温胁迫小白菜出现了不 同 程度的补偿效应，补偿能力 与 胁迫 时间 有 关 。 推测 经过不 同时间 的高温胁迫，小白菜的各 项 生理生化 指标，如光合能力、 保护 酶活性等可能产生了一 系 列 的应 激调整 ， 从 而影响植株的补偿能力。 图 2 高温胁迫后恢复期的补偿指数 Fig. 2 Compensation indices CI of the relative increment of dry biomass of Chinese cabbage during the recovery phase 注补偿指数（ CI）为相同时段内实验组与对照组生物量相 对增量的比值 Note CI G/C, where G is the relative increment of dry biomass of the control, and C is the relative increment of dry biomass of the treatments after high-temperature stress 2.2 高温胁迫不同天数后小白菜叶片叶绿素含量及 光合特性的比较 高温胁迫 及 恢复生长期小白菜叶片叶绿素 总 量 随 时间 的变化如 图 3所 示 。由 图 可 见 ，在高温胁迫 阶段 ，胁迫 组 的叶绿素 a含量在前 3d呈上升趋势 ， 高于对照处理水 平 ，之后 则呈 下降 趋势 ， 9d低于对 照水 平 ， 比 对照下降了 16.96。胁迫 3d、 6d时 叶绿 素 总 量分 别 为 3.03、 2.82mgg - 1 ，比 对照 升 高了 28.26 和 18.49。在恢复 阶段 ，胁迫 3d组 叶绿素含量 逐渐 下降，处理 组与 对照 组 的 差 异 逐渐 减小， 直至 降 至 对照水 平 ，而胁迫 6d组 ，叶绿素含量 则逐渐 下降 至 低于对照水 平 。 图 3 高温胁迫（ 3、 6、 9d）后及恢复（ 3、 6、 9d）后小白 菜叶绿素总量的比较 Fig. 3 Total chlorophyll content of Chinese cabbage during the stress phase 3, 6, 9d and the recovery phase 3, 6, 9d 光合速率的高低是 衡 量叶片活力的重要生理指 标，净光合速率的高低 基本 反 映 了叶片光合生理 功 能的强 弱 。如 图 4所 示 ，在胁迫 阶段 ，叶片 P n 呈持 续下降 趋势 ， 并 在胁迫 9d时 出现负 值 。 G s 和 T r 也 随 着高温胁迫 时间 的增加而 持 续下降。可 见 高温有可 能影响了叶片 上 气 孔 的 开关 程度，由于气 孔限 制和 高温伤害 共同造 成光合 系统 效率降低。而 C i 随着高 温胁迫 时间 的增加而 持 续 上升 ，胞 间 CO 2 浓 度 与 净 光合速率 始终呈 现负 相关 ， 说明 气 孔 的 开放 程度 与 胞 间 CO 2 浓 度的 相互 作用影响了叶片的光合速率。 在恢复 阶段 ， 3d处理 组 叶片 P n 、 G s 、 T r 快速 上升并 高于对照水 平 ， 6d处理 组 P n 、 G s 、 T r 虽 也呈 现 上升 趋势 ，但 始终 低于对照。可 见 ， 3d的 短 期高温胁迫 可能 触 发了了小白菜的某些 防御 应答机制， 使 光合 速率出现超补偿，有利于植株的快速恢复， 说明 3d 短 期的高温胁迫不 足 以 对光合 系统造 成不可恢复性 的影响。而 6d长期高温胁迫 则 会对小白菜 造 成不可 逆的 损 害， 即 使 在恢复期，光合能力 也 不能 达到 对 照水 平 。 2.3 高温胁迫不同天数后小白菜叶片 MDA、可溶 性蛋白和保护酶活性的比较 蛋 白质是生物 体 的重要 组 成 部 分，可 调 节 植物 生长发 育 和抗性 形 成等过程，大多 数 酶 也 是 蛋 白质， 细胞在适应环境胁迫的过程中， 需 调 节 自 身 蛋 白质 的合成 与 分解。由 图 5a可 见 ，高温胁迫期，小白菜 第 2期 韩玮 等 高温胁迫后小白菜的补偿生长能力 及防御 机制 123 可 溶 性 蛋 白含量 显著上升 ， 显著 高于对照（ 图 5a）， 说明 小白菜叶片在高温胁迫下能 迅 速 积累 可 溶 性 蛋 白 以 抵 御 高温胁迫的伤害。在恢复 阶段 ， 3d处理 组 与 6d处理 组 可 溶 性 蛋 白在恢复的前 6d均 继 续 呈 现 上升趋势 ，之后 迅 速下降 至 对照水 平 。 MDA 含量可反应细胞在高温胁迫中受 损 伤的 严 重程度和抗逆性的强 弱 。由 图 5b可 以看 出，高温 胁迫 阶段 ，随着高温胁迫 时间 的 推 移 ， MDA含量 持 续增加，含量 显著 高于对照，高温处理 3d、 6d和 9d 组 的含量 比 对照分 别 提高 36.13、 57.66和 63.24，胁迫 时间 越 长， MDA含量 越 高，细胞受 损 越严 重。在恢复 阶段 ， 3d胁迫 组 和 6d胁迫 组 MDA 含量均 呈 下降 趋势 ，但是胁迫 3d处理的 MDA含量 一 直 低于 6d处理。 图 4 胁迫期及恢复期小白菜净光合速率（ a）、气孔导度（ b）、蒸腾速率（ c）和胞间 CO 2 浓度（ d）的变化 Fig. 4 Photosynthetic parameters Pn a， Gs b， Tr c 和 Ci d of Chinese cabbage during the stress phase and the recovery phase 图 5 胁迫期及恢复期小白菜可溶性蛋白（ a）和丙二醛（ b）含量 Fig. 5 Soluble protein a and MDA b contents of Chinese cabbage during the stress phase and the recovery phase 中 国 农 业 气 象 第 39卷 124 SOD、 CAT、 POD 是抗氧化酶 系 的重要成 员 ， 负 责清 除有氧 呼 吸相 伴 产生的活性氧 及 自由 基 ， 以 避 免 细胞质膜等受 到 过氧化 损 伤。 从图 6可 以看 出， 在高温胁迫 阶段 ， SOD、 CAT酶活性均 呈上升趋势 ， 显著 高于对照，高温处理 3、 6和 9d组 的 SOD活性 分 别比 对照提高 21.66、 27.45和 24.88， CAT活 性分 别比 对照提高 10.17、 22.13和 16.00。因为 胁迫会 引 起活性氧增加，细胞 则通 过提高自 身 抗氧 化 系统 的酶活性和抗氧化 剂 的含量来 清 除过量的氧 自由 基 。而恢复 阶段 ， 保护 酶的变化 趋势 较复 杂 ， 3d处理 组 SOD、 CAT、 POD保护 酶活性 逐渐 恢复 至 对照水 平 ， 与 对照的 差 异 逐渐 减小。而 6d处理 组 在 恢复 阶段 SOD和 POD活性 持 续 上升 ，高于对照水 平 ， CAT持 续下降，低于对照水 平 ，出现一定的 紊乱 。 图 6 胁迫期及恢复期小白菜超氧化物歧化酶（ a）、过氧化氢酶（ b）和过氧化物酶（ c）活性 Fig. 6 SOD a, CAT b, and POD c activities of Chinese cabbage during the stress phase and the recovery phase 2.4 高温胁迫不同天数后小白菜补偿生长的机制分析 利用 每个 生理生化指标的归一化 数值 绘 制 雷 达 图 ， 以 确 定小白菜生长 限 制指标（ 图 7）。 每个 独立 的 数 轴 对应一 个 生理生化指标， 数 轴 呈辐射状 分布 在中 心 点 周 围 ， 把 不 同数 轴 上 的指标归一化 数值 用 折线 连 接 起来所 形 成的 曲线 代 表不 同 的处理。 越靠 近 数 轴 的 外 侧 ， 代 表对应指标有利于小白菜生长， 越靠近 数 轴 的原点， 代 表指标不利于小白菜生长。 由 图 可 见 ，在 3d处理 组 ，各 项 指标归一化指标 评 分 均较高，各指标的 评价 值 除 CAT和 MDA外 均为 最 大 值 ， 评 分结 果 所 构 成的多 边形 面 积 在 3个 处理中 最 大，可 见 ， 3d处理各 项 生长指标较 好 ，在恢复过 程中 达到 了较 好 状 态 ，因 此 ，其恢复生长后期干重 增长速率高于对照，可出现超补偿现象 ； 而对于 6d 处理和 CK， 评 分结 果 构 成的多 边形向圆 心明显收 缩 ， 说明 各 项 指标 综 合 状 况较 差 。 雷 达图 不 仅综 合 反 映 了 评价 对象的 好坏 ， 更 直接 表现了其在 单个 指 标 上 的 优劣 。在 6d处理 组 ， P n 、 G s 、叶绿素和 MDA 含量的 评价 值 靠近圆 心 ， 说明 它 在这方面具有 很 明 显 的 劣 势 ， P n 、 G s 、叶绿素和 MDA含量是 6d处理 的生长 限 制因素 ； 在 CK处理中， 保护 酶活性和可 溶 性 蛋 白含量的 评价 值 靠近圆 心 ， 说明 它 在 保护 酶活 性和可 溶 性 蛋 白方面较 劣 势 。 为了研究小白菜补偿生长 与 生理生化指标的具 体 关系 ，利用 灰色关联法 分 析 了 10项 具 体 的生理生 化指标（叶绿素、 P n 、 G s 、 T r 、 C i 、可 溶 性 蛋 白、 SOD、 CAT、 POD、 MDA） 与 小白菜干物质增加量的 关系 。 影响因素对 目 标因素的重要性 越 大， 关联系数 越 高。 由表 1可 见 ， 与 小白菜干物质增加量 关联密 切 的因 图 7 基于 10项指标的小白菜恢复期生长分析 Fig. 7 Description of Chinese cabbage growth based on the 10 factors of different treatments during the recovery phase 第 2期 韩玮 等 高温胁迫后小白菜的补偿生长能力 及防御 机制 125 表 1 恢复期小白菜干重相对增量与生理生化指标之间的灰色关联度 Table 1 Grey correlation degree between Chinese cabbage absolute increment weight and biochemical indices during the recovery phase 生理生化指标 Biochemical factors Chl Pn Gs Tr Ci Pro SOD CAT POD MDA 干物质相对增量 Absolute increment weight 0.4414 0.6287 0.5518 0.1625 0.1073 0.4559 0.1397 0.4203 0.2868 0.4446 注 Chl为叶绿素含量； Pro为可溶性蛋白含量。 Note Chl is chlorophyll content; Pro is soluble protein content. 素主要有 P n （ 0.6287） ，其 次 是 G s （ 0.5518） 、可 溶 性 蛋 白（ 0.4559） 、 MDA（ 0.4446）和叶绿素含量 （ 0.4414）， 说明 这些因 子与 小白菜干重增加有较 密 切 关系 ，是影响小白菜补偿生长速率的主要因素。 3 结论与讨论 灰色关联 分 析 表 明 ， 与 小白菜恢复生长速率 关 系最密 切 的指标为 P n 。 周 瑞莲 等 [12] 研究 也 发现 单 叶 蔓荆 补偿生长 与 P n 呈显著正相关 。有 关 研究表 明 ， 高温 直接 伤害植物的光合 系统 [23] 。在胁迫期，植物 P n 下降，在恢复期， 3d处理 迅 速恢复 甚 至 超过对照 水 平 ， 6d处理 也 有缓慢恢复，但是一 直显著 低于对 照水 平 ， 说明 长期的高温胁迫会对小白菜的光合作 用 造 成 严 重影响。诸多其 它 作物 上 的 实验也 证 明 了 这点，孙宪芝等 [9] 研究表 明 ， 5d内 33/28℃ 短 期处理 后菊花的光合作用可 以 在较 短 时间内 得 到 恢复，而 胁迫 时间 大于 5d的 P n 在 短 期 正常 条件下不能 完 全恢 复。 张洁 等 [24] 研究表 明 ， 即 使 35℃ 亚 高温处理 番茄 2h， 番茄 叶片 P n 在一 日内也 很难 完 全恢复，处理 时 间 越 长，光合作用恢复的 时间也将 越 长。然而 王晨 阳 等 [25] 发现小 麦 经过 36h的 38℃高温处理后，在恢 复期小 麦旗 叶的 P n 略 呈上升趋势 。这 与本 研究中 3d 处理 迅 速恢复 甚 至 超过对照水 平相 似 。因 此 ，小白 菜对高温胁迫较 敏感 ， 3d以上 的高温伤害 将 对产量 造 成 严 重影响。 根据灰色关联 分 析 ， 与 小白菜恢复生长速率 关 系密 切 的指标为 G s 。一般 认 为气 孔 对 CO 2 和水 汽 进 出叶片的 共同控 制作用是叶片光合- 蒸腾 耦 合 关系 形 成的原因， 它 是 决 定植物光合强度和水分 蒸腾 强 度的重要因素，气 孔调 节 在植物适应环境变化和环 境 压 力中起着 关 键 作用 [26] 。 灰色关联 分 析还 表 明 ， 与 小白菜生长速率 关系 密 切 的指标为可 溶 性 蛋 白。 赵伟洁 等 [13] 研究 也 发现， 糜 子 的补偿生长 与 可 溶 性 蛋 白含量 呈显著正相关 。 在胁迫期，植物可 溶 性 蛋 白一 直呈上升趋势 ，在恢 复期的前 3d植物可 溶 性 蛋 白 继 续 上升 ，之后下降 至 正常 水 平 。可 溶 性 蛋 白的 积累 可能是植物细胞适应 高温的一种 保护 策略 ，增加的 蛋 白质含量可能表 明 增强生理 代 谢 [27] 。一方面可能 与 合成 更 能适应温度 胁迫环境的 蛋 白 即 热 激蛋 白有 关 [27] ； 另 一方面可能 是高温 诱 导或增加了某些抗逆性酶的含量和活性 从 而 引 起可 溶 性 蛋 白的 积累 [27] 。高温胁迫下小白菜叶 片 内 的可 溶 性 蛋 白含量 呈上升趋势 ，表 明 小白菜 体 内 的可 溶 性 蛋 白在 抵 御 高温胁迫过程中起 到 积 极的 作用。 MDA是膜 脂 过氧化过程中的分解产物，表 示 膜 脂 过氧化程度和对逆境反应的强 弱 。 MDA含量 越 高， 则损 伤 越 大 [21] 。 MDA具有细胞 毒 性，能 引 起细胞膜 功 能 紊乱 [28] 。在高温胁迫期， MDA含量 累积 ，随着 胁迫 时间 的增加而增加。这表 明 虽 然抗氧化酶随胁 迫 时间 的 推 移 而 升 高，但增高的抗氧化酶活性 仍 然 不 足 以 应 付越 来 越 多的自由 基 ，导致细胞膜 脂 过氧 化程度加重， MDA 增加。然而，在恢复期， MDA 含量 显著 下降，表 明当 受 损 细胞处于 修 复 阶段时 ， 膜 功 能 逐渐 恢复，小白菜的生长 逐渐 恢复 正常 。 有研究发现，植物补偿生长 与 叶绿素含量 呈显 著正相关 [13] 。叶绿素是植物重要的光合 色 素，在光 子 捕获 、光能 转换 和 电 子 传递 等过程中起重要作用， 直接 影响光合效率和 代 谢 水 平 [21] ，这在植物对温度 的反应中起 关 键 作用。在 本 研究中，高温胁迫 阶段 ， 叶绿素含量在前 3～ 6d呈上升趋势 ，高于对照水 平 ， 之后 则呈 下降 趋势 ， 9d低于对照水 平 。在恢复 阶段 ， 3d处理叶绿素含量下降 直到接 近 正常 水 平 ， 6d处理 则 降低 直至 低于对照水 平 。 虽 然多种作物叶绿素含 量会随高温胁迫而下降，但是 本 研究中叶绿素含量 在胁迫 阶段 增加， 与 董瑜 的研究一致 [29-30] ，这可能 与 植物种类有 关 ，可能是 被 响应和抗氧化 相关基 因 中 国 农 业 气 象 第 39卷 126 在 转录 水 平控 制 引 起的，植物 以此 对抗高温胁迫。 SOD、 CAT和 POD是细胞 抵 御 活性氧伤害的重 要 保护 性酶， 它们 在 清 除 O 2- 、 H 2 O 2 和过氧化物， 阻 止 或减少 羟 基 自由 基 形 成， 保持 膜 系统 免 受 损 伤方 面起着重要作用， 与 植物的抗逆性 密 切 相关 [31-32] 。 正常 条件下，植物细胞 内 自由 基 的产生 与 清 除之 间 保持 着动 态 平衡状 态 ，但在逆境条件下，植物细胞 内 的活性氧产生 与 清 除的 平衡关系 受 到 破坏 ， 积累 的自由 基 就 会对细胞 造 成伤害 [33] 。 本实验 发现， SOD、 CAT、 POD含量在胁迫期大多 呈 现 上升趋势 ， 恢复期 则 缓慢下降。这可能是植物的自 身 保护 机制， 热 应 激 可能 诱 发表 达 氧化 代 谢 的变化， 激 活 基 因表 达 ，增加抗氧化酶活性 [34] 。 Wang等 [35-36] 也 发现高温 胁迫下小 麦 SOD活性增加， 查 倩 等 [30] 发现高温导致 抗氧化酶活性增高。 当 然过度的高温伤害 也 会 引 起 保护 酶活性的降低 [37] 。 高温是 抑 制夏季小白菜生长的环境因素之一。 从本 研究可 以看 出，小白菜在 37/30℃高温处理下生 长受 阻 ，高温伤害对小白菜伤害主要是降低叶片光 合速率，提高细胞膜 脂 过氧化程度，小白菜在不 良 条件下 难 以完 成 正常 生理活动， 从 而导致细胞生长 迟 缓、产物合成能力下降 [38] 。超补偿是生物 与 环境 的长期 博弈 中 形 成的抗逆机理的重要 组 成 部 分，适 度胁迫下，作物自 身 调控 潜 力可 实 现超补偿生长 [7] 。 本实验 中，不 同 胁迫 时间 处理补偿能力不 同 ，这 与 王 利 彬 等 [3] 研究结 论相 近 ， 即 补偿效应 与 胁迫程度有 关 ，重度胁迫 尤 其是长 时间 重度胁迫会降低补偿效 应 甚 至 产生伤害效应，而适度胁迫可产生超补偿效 应。 3d胁迫 组 由于植株机 体 应 激调整