全 文 ：基金项目：山西省科技攻关计划项目“北方日光温室观赏凤梨规模化生产及相关影响因素的研究”（20080311010-2）；山西省农业科学院博士研究基
金项目“观赏凤梨开花调节技术及机理的研究”（YBSJJ0904）。
第一作者简介：段九菊，女，1981年出生，博士，助研，主要从事花卉栽培生理和分子生物学方面的研究。通信地址：030031山西太原市许坦东街21
号山西省农业科学院园艺所，Tel：0351-7828177，E-mail：jiujuduan@tom.com。
通讯作者：曹冬梅，女，1971年出生，博士，副研究员，主要从事花卉栽培生理和分子生物学方面的研究。通信地址：030031山西太原市许坦东街21
号山西省农业科学院园艺所，Tel：0351-7828177，E-mail：caodm787@sohu.com。
收稿日期：2009-11-10，修回日期：2009-12-08。
高温胁迫对观赏凤梨叶片抗氧化系统和
渗透调节物质积累的影响
段九菊，王云山，康黎芳，张 超，王 曼，杜少敏，曹冬梅
（山西省农业科学院园艺研究所，太原 030031）
摘 要：采用盆栽试验，研究了40℃高温胁迫处理对观赏凤梨叶片抗氧化系统及渗透调节物质积累的影
响。结果表明，与 25 ℃对照相比，高温胁迫 8 h内，观赏凤梨叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶
（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性显著升高，脯氨酸（Pro）和热激蛋白（HSP）含量显著增加，同时叶片超氧
阴离子（O2-·）产生速率、过氧化氢（H2O2）和丙二醛（MDA）含量、电解质外渗率、叶绿素含量与对照相比
均无显著变化，植株生长也无明显伤害，表明SOD、POD、CAT活性的提高以及HSP、Pro含量的增加有
利于缓解短期高温胁迫对观赏凤梨的氧化伤害。之后随胁迫时间的延长，叶片SOD、POD、CAT活性逐
渐下降至对照以下，HSP和Pro含量降低，同时叶片O2-·产生速率加快，H2O2和MDA含量升高，电解质外
渗率增加，可溶性蛋白含量降低，游离氨基酸含量增加，叶绿素和类胡萝卜素含量下降，气孔逐渐关闭，
观赏凤梨植株幼叶、成熟叶受伤害症状逐渐加重。
关键词：观赏凤梨；高温胁迫；抗氧化系统；渗透调节物质
中图分类号：S3 文献标志码：A 论文编号：2009-2354
Effects of High Temperature Stress on Antioxidant System and Accumulation of
Osmotic Adjustment Substance of Bromeliaceae
Duan Jiuju, Wang Yunshan, Kang Lifang, Zhang Chao, Wang Man, Du Shaomin, Cao Dongmei
(Institute of Horticulture, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taiyuan 030031)
Abstract: The effects of high temperature (40℃) on antioxidant system and the accumulation of osmotic ad⁃
justment substance of Bromeliaceae seedlings were studied. The results showed that in comparison with con⁃
trol, during the early 8 hour of treatment, the activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and
catalase (CAT) and the contents of proline (Pro) and heat-shock proteins (HSP) increased significantly. The
generation rate of the superoxide free radical (O2-·), electrolytic leakage, the contents of hydrogen peroxide
(H2O2) and malondialdehyde (MDA) changed slightly. No obvious injury was observed in plant growth. The re⁃
sults indicated that the heat tolerance of Bromeliaceae was improved by enhancing the activities of SOD, POD
and CAT and the contents of Pro and HSP. With the time of high temperature continuing, the activities of
SOD, POD and CAT and the contents of Pro, HSP, protein, chlorophyll and carotenoid decreased, but the gen⁃
eration rate of O2-·, electrolytic leakage, the contents of H2O2, MDA and free amino acids increased signifi⁃
cantly. Leaf stomata closed gradually. Young and mature leaves of Bromeliaceae seedlings suffer injury gradu⁃
ally.
Key words: Bromeliaceae；high temperature stress；antioxidant system；osmotic adjustment substance
中国农学通报 2010,26(8):164-169
Chinese Agricultural Science Bulletin
0 引言
观赏凤梨为凤梨科（Bromeliaceae）多年生常绿草
本植物，其品种繁多，株型美丽多变，是一种既可观叶、
又可观花、观果的新潮花卉，已成为风靡中国南北的盆
栽花卉。一般认为观赏凤梨最适宜的生长温度为22~
28℃，对大多数品种而言，若夏季温度超过 37℃，生
长受障碍[1]。温度因子显著影响植株生长速率、叶片
形状、叶片厚度、叶尖焦枯及叶基内卷等表现 [2]。因
此，研究和探讨高温胁迫下观赏凤梨体内生理代谢的
变化，对观赏凤梨抗热害栽培具有重要意义。目前国
内外有关高温胁迫对观赏凤梨的伤害机理以及观赏凤
梨耐热生理的研究较少。此文从活性氧代谢、质膜伤
害、渗透调节物质积累、气孔开闭等方面探讨高温胁迫
下观赏凤梨的伤害机理以及适应机制，为观赏凤梨抗
热害栽培、抗热害育种提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料为温室栽培观赏凤梨，品种为‘丹尼斯’
（Guzmania‘Danis’），盆栽基质为花卉栽培用泥炭，在
植株生长期间，进行正常的水肥管理和病虫害防治。
1.2 试验材料的处理
待观赏凤梨叶片长至约20片叶时，从温室中选择
生长健壮，高度、长势、叶数一致的植株，置于人工气候
箱中进行 40℃高温处理（40℃为预备试验筛选所得
‘丹尼斯’凤梨最为敏感的高温温度），对照为 25℃下
正常管理的植株。分别于处理 0、4、8、12、24、36、48 h
取植株同一叶位叶片进行指标测定，同时观察气孔开
张情况。每处理每次取样3株，3次重复。
1.3 指标测定
超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用氮蓝四唑
（NBT）光还原法[3]，以抑制NBT光化还原的 50%为一
个酶活力单位（U）；过氧化物酶（POD）活性采用Koch-
ba等[4]的方法测定，以OD470nm每分钟增加1为1个酶活
力单位（U）；过氧化氢酶（CAT）活性采用Dhindsa等[3]
的方法测定，以OD240nm每分钟减少0.1为1个酶活力单
位（U）。可溶性蛋白和热激蛋白含量采用Bradford[5]
考马斯亮蓝G-250法测定。
超氧阴离子（O2-·）产生速率参照王爱国等 [6]的
方法测定，以 nmol/(min·gFW)表示；H2O2含量参照林
植芳等 [7]的方法测定；丙二醛（MDA）含量采用赵世
杰等 [8]改进的硫代巴比妥酸法测定；电解质外渗率
采用Gong等 [9]的电导率仪法测定。
叶绿素和类胡萝卜素含量采用乙醇、丙酮、水混
合液浸提法[10]测定。
020
4060
80100
120140
160180
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
SOD
活
性
/ (U
/gFW
) 25℃ 40℃
0
5
10
15
20
25
30
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
POD
活
性
/(U
/gFW
)
25℃ 40℃
图1 高温处理对观赏凤梨叶片SOD、POD、CAT活性的影响
0
1
2
3
4
5
6
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
CAT
活
性
/(U
/gFW
) 25℃ 40℃
段九菊等：高温胁迫对观赏凤梨叶片抗氧化系统和渗透调节物质积累的影响 ·· 165
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脯氨酸含量采用水合茚三酮法[11]测定；游离氨基
酸的提取及含量测定采用王文平[12]的方法。
气孔开张观察：在叶片中部附近的下表皮均匀地
涂一层无色指甲油，待固化后，用透明胶带将印模粘住
轻轻地从叶片上取下，平铺在载玻片上，置光学显微镜
下观察气孔开张情况，计算气孔关闭百分率。每处理
取5片叶，在不同的表皮上各观察10个视野。
1.4 数据整理与统计分析
试验数据分别采用Excel软件、SAS软件Duncan’
s多重比较法（P＜0.05）进行数据整理和统计分析。
2 结果分析
2.1 高温处理对观赏凤梨植株形态的影响
高温处理 0、4、8 h，观赏凤梨叶片表现正常，与对
照相比无差异；处理12 h，植株幼叶失去光泽；处理24
h，幼叶叶尖发褐；处理36 h，幼叶叶尖、叶缘发褐，成熟
叶叶尖发褐；处理 48 h，幼叶整片叶失水变褐，成熟叶
叶尖、叶缘变褐，植株受伤害严重。
2.2 高温处理对观赏凤梨叶片SOD、POD、CAT活性的
影响
由图 1可以看出，40℃高温处理后，观赏凤梨叶
片 SOD、POD、CAT活性均呈先上升后下降的变化趋
势。高温处理 0 h后，叶片 SOD、POD、CAT活性即迅
速升高，SOD、POD活性在胁迫 8 h时达到峰值，分别
比对照增加了 22.1%和 37.6%，CAT活性于处理 4 h时
达到最高值，比对照增加了166.7%。之后三者逐渐降
低，胁迫48 h时均显著低于对照。统计分析表明，高温
处理4 h、8 h时，叶片SOD、POD、CAT活性均显著高于
对照。
2.3 高温处理对观赏凤梨叶片O2-·产生速率、H2O2含量
的影响
图2表明，高温处理8 h前，观赏凤梨叶片O2-·产生
速率、H2O2含量与对照相比无明显变化。处理8 h后，
呈逐渐上升的变化趋势，并显著高于对照。处理 48 h
时，O2-·产生速率、H2O2含量分别增加为对照的 2.53和
0
1
2
3
4
5
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
O 2- ?产
生
速
率
/ (nm
ol/(m
in昰FW
)
)
25℃ 40℃
0
1
2
3
4
5
6
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
H 2O
2含
量
/(祄o
l/gFW
) 25℃ 40℃
图2 高温处理对观赏凤梨叶片O2-·产生速率和H2O2含量的影响
2.47倍。
2.4 高温处理对观赏凤梨叶片MDA含量、电解质外渗
率的影响
由图 3可以看出，高温处理后，观赏凤梨叶片
MDA含量和电解质外渗率呈持续上升的变化趋势。
处理8 h前，与对照相比无显著差异，之后显著高于对
照。处理48 h时，分别增加为对照的1.85和1.75倍。
2.5 高温处理对观赏凤梨叶片可溶性蛋白、游离氨基
0
5
10
15
20
25
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
MDA
含
量
/ (nm
ol/gF
W) 25℃ 40℃
0
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60
80
100
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
电
解
质
外
渗
率
/%
25℃ 40℃
图3 高温处理对观赏凤梨叶片MDA含量、电解质外渗率的影响
·· 166
2.6 高温处理对观赏凤梨叶片热激蛋白、脯氨酸含量
的影响
图5表明，高温处理期间，观赏凤梨叶片热激蛋白
含量呈先上升后下降的变化趋势，4 h时即显著高于对
照，8 h时达到峰值，为对照的 1.51倍，之后开始下降，
处理48 h时与对照相比无显著差异。高温处理后，观
赏凤梨叶片脯氨酸含量呈先上升后下降的变化趋势，
于处理4 h时即达到峰值，为对照的3.49倍，之后开始
图4 高温处理对观赏凤梨叶片可溶性蛋白、总游离氨基酸含量的影响
酸含量的影响
由图 4可以看出，高温处理 4 h时，观赏凤梨叶片
可溶性蛋白含量与对照相比无明显变化，4 h后呈不断
下降的变化趋势，且显著低于对照，处理48 h时，与对
照相比降低了58.0%。高温处理4 h时，观赏凤梨叶片
游离氨基酸含量与对照相比无显著变化，之后呈持续
上升的变化趋势，并显著高于对照，处理48 h时，增加
为对照的1.48倍。
0
2
4
6
8
10
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
可
溶
性
蛋
白
含
量
/ (mg
/gFW
)
25℃ 40℃
0
2
4
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12
14
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
总
游
离
氨
基
酸
含
量
/ (m
g/gF
W)
25℃ 40℃
图5 高温处理对观赏凤梨叶片热激蛋白、脯氨酸含量的影响
0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
热
激
蛋
白
含
量
/ (mg
/gFW
)
25℃ 40℃
0
0.1
0.2
0.3
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
脯
氨
酸
含
量
/ (礸/
gFW
) 25℃ 40℃
下降，处理48 h时降至对照水平。
2.7 高温处理对观赏凤梨叶片叶绿素和类胡萝卜素含
量的影响
图 6表明，处理 8 h前，观赏凤梨叶片Chla、Chlb、
总叶绿素含量与对照相比无显著差异，之后开始下降，
处理 48 h 时，分别比对照降低了 37.4%、48.8%、
32.5%。高温处理期间，观赏凤梨叶片类胡萝卜素含
量呈逐渐下降的变化趋势，整个处理期间均显著低于
对照。
2.8 高温处理对观赏凤梨叶片气孔开张的影响
如表 1所示，高温胁迫 0 h时，观赏凤梨叶片气孔
完全开张，气孔关闭百分率为 0.0%，之后气孔关闭百
分率逐渐增加，高温胁迫48 h后，叶片气孔关闭百分率
达到100.0%，而25℃下正常生长的观赏凤梨叶片气孔
全部处于开张状态。
3 讨论
正常环境条件下，植物体内活性氧代谢处于不断
产生和消除的动态平衡中。逆境胁迫下，植物体内活
性氧大量积累，破坏了活性氧产生与清除的动态平衡，
尤其是O2-·的产生可以转化成H2O2及攻击性更强的·
OH，进而引发膜脂过氧化和脱脂化。而高温胁迫下植
物膜脂过氧化水平升高、细胞膜损伤与质膜透性增加
是高温伤害的本质之一[13]。试验结果表明，高温胁迫
初期，观赏凤梨叶片O2-·产生速率、H2O2含量（图 2）、
MDA和电解质外渗率（图3）均维持在对照水平，但随
着胁迫时间的延长，O2-·产生速率、H2O2含量持续升高
段九菊等：高温胁迫对观赏凤梨叶片抗氧化系统和渗透调节物质积累的影响 ·· 167
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（图 2），进而引起MDA和电解质外渗率的显著升高
（图 3），造成氧化伤害。逆境胁迫引起植物体内活性
氧水平增加的同时启动防御系统，SOD、POD、CAT三
者协调作用，共同组成植物的保护酶系统，清除植物体
内活性氧，提高植物对胁迫的适应性。试验表明，高温
胁迫初期，观赏凤梨叶片SOD、POD、CAT活性显著升
高（图 1），表明观赏凤梨可通过提高自身抗氧化酶活
性来减少或清除活性氧，维持细胞的正常生理功能，以
适应高温逆境，这是植物的保护性应激反应。但抗氧
化酶的防御能力是有限的，随着高温胁迫时间的延长，
其活性明显下降，这可能是由于高温胁迫逐渐超过植
物所能够承受的极限时，破坏酶的活性中心，使得酶活
性下降，导致植株体内活性氧大量积累，造成高温伤
害。
植物体内游离脯氨酸作为渗透调节物质，有利于
植物在逆境胁迫下维持细胞的结构和功能 [14]。试验
中，高温胁迫初期，游离脯氨酸含量即显著升高，之后
随胁迫时间的延长逐渐下降，胁迫末期时降至对照水
平（图5）。胁迫初期积累的游离脯氨酸作为细胞质的
渗透调节物质，可以调节细胞水分环境的变化，增强细
胞质抗渗透胁迫的能力，从而在一定程度上增强生物
体对胁迫环境的适应性。随着高温胁迫时间的延长，
观赏凤梨叶片可溶性蛋白含量持续下降（图 4），同时
伴随有总游离氨基酸的积累（图 4），说明高温胁迫加
剧了蛋白质的水解。但是，高温胁迫也会激活一些蛋
白的表达，产生一些新的蛋白或多肽，表现为高温胁迫
处理后，观赏凤梨叶片热激蛋白含量显著增加（图5），
高温诱导产生的这些热激蛋白富积到细胞膜组分中，
可以起到防止生物膜受热破碎的作用[15]。
植物叶绿素是吸收太阳能进行光合作用的重要
物质。试验中，随着高温胁迫时间的延长，观赏凤梨叶
片叶绿素 a、叶绿素 b、总叶绿素含量呈不同程度的下
降趋势（图 6），表明高温胁迫对观赏凤梨叶片叶绿素
图6 高温处理对观赏凤梨叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的影响
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
叶
绿
素
a/ (m
g/gF
W ) 25℃ 40℃
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
叶
绿
素
b /(m
g/gFW
)
25℃ 40℃
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
总
叶
绿
素
/ (mg
/gFW
) 25℃ 40℃
0
0.01
0.02
0.03
0 4 8 12 24 36 48
处理时间/h
类
胡
萝
卜
素
/ (mg
/gFW
) 25℃ 40℃
表1 高温胁迫对观赏凤梨气孔开张的影响
高温处理时间/h
0
4
8
12
24
36
48
气孔关闭百分率
0.0%
51.2%
67.9%
84.5%
94.5%
98.6%
100.0%
·· 168
具有破坏作用。这可能是由于高温胁迫引起活性氧积
累（图 2），发生氧化破坏，加速了这些色素的降解[16]。
试验中，高温胁迫也引起观赏凤梨叶片类胡萝卜素含
量的持续下降（图 6）。类胡萝素既是光合色素，又是
细胞内源抗氧化剂，它能把吸收的光能传递给叶绿素
a，同时还可保护叶绿素 a，使其免于光氧化。因此，高
温胁迫后，观赏凤梨叶片类胡萝素含量的降低也是叶
绿素含量下降的原因之一。气孔是作物体内外CO2和
水分进行交换的基本门户，它与植物蒸腾、光合、呼吸
等生理过程关系密切，是影响植物光合效率和物质生
产能力的重要因素，其受所处环境条件的修饰。高温
胁迫前，25℃对照和 40℃高温两处理组叶片气孔全
部开张，随着胁迫时间的延长，40℃高温处理组叶片
气孔逐渐关闭，从而影响植株的正常光合。
综上所述，在短时间的高温胁迫下，观赏凤梨叶片
产生并积累较高活性的抗氧化酶，保持较高的抗氧化
酶活性可以保证其较强的自由基清除能力；同时脯氨
酸和热激蛋白含量显著增加，从而减轻高温胁迫初期
对植株所造成的伤害，这可能是观赏凤梨通过自身调
节机制适应高温胁迫的本能。但是随着高温胁迫时间
的延长，一方面，抗氧化酶活性显著降低，活性氧大量
积累，细胞膜脂过氧化作用加强；另一方面，热激蛋白
和脯氨酸含量下降，蛋白质降解加快，叶绿素和类胡萝
卜素含量下降，气孔关闭。表明高温胁迫后期，观赏凤
梨植株自身的调节机制已经减弱，保护系统失调，植株
受到明显伤害。
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