全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2012, 48 (7): 683~688 683
收稿 2012-03-12　　修定 2012-06-01
资助 上海市科技兴农重点公关项目[沪农科攻字(2009)第2-1
号]、上海市闵行区科技项目(2011MH001)和上海市西甜
瓜产业体系项目。
* 通讯作者(E-mail: yy12@saas.sh.cn; Tel: 021-52630133)。
高温胁迫下2,4-表油菜素内酯对甜瓜幼苗生理及光合特性的影响
张永平, 陈幼源*, 杨少军
上海市农业科学院园艺研究所, 上海市设施园艺技术重点实验室, 上海201403
摘要: 研究了高温胁迫下不同浓度2,4-表油菜素内酯(EBR)处理对甜瓜幼苗生长、叶片抗氧化酶活性和光合作用的影响。
结果显示0.5~1.5 mg·L-1 EBR处理能有效缓解甜瓜幼苗高温胁迫下受到的伤害, 显著促进了幼苗生长, 提高了叶片抗氧化酶
活性、脯氨酸和可溶性蛋白含量、净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs); 降低了丙二醛(MDA)含量, 胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速
率(Tr)。研究结果表明, EBR缓解甜瓜幼苗高温胁迫具有剂量效应, 以1.0 mg·L
-1 EBR的效果较好, 有利于甜瓜幼苗在高温胁
迫下抗氧化酶活性的维持和对光能的捕获与转换, 促进生长。
关键词: 2,4-表油菜素内酯; 甜瓜; 高温胁迫; 生理特性; 光合作用
Effects of 2,4-Epibrassinolide on Physiological Characteristics and Photosyn-
thesis of Melon Seedlings under High Temperature Stress
ZHANG Yong-Ping, CHEN You-Yuan*, YANG Shao-Jun
Shanghai Key Laboratory of Protected Horticultural Technology, Horticultural Research Institute, Shanghai Academy of Agricul-
tural Sciences, Shanghai 201403, China
Abstract: Under high temperature condition, the effects of 2,4-epibrassinolide (EBR) on the growth, activities
of antioxidant enzymes and photosynthesis in melon seedling leaves were investigated. The results showed that
the treatment of 0.5–1.5 mg·L-1 EBR could alleviate high temperature damage effectively. At these concentra-
tions, the seedling growth, activities of antioxidant enzymes, contents of proline and soluble protein, net photo-
synthetic rate (Pn) and stomatal conductance (Gs) in leaves were significantly increased, while malondialdehyde
(MDA) content, intercellular carbon dioxide concentration (Ci) and transpiration rate (Tr) in leaves were de-
creased. The above results indicated that there were dosage effect of EBR on the alleviation of high temperature
in melon seedlings, and the better alleviating effect on high temperature damage was 1.0 mg·L-1 EBR. EBR was
favorable for the seedlings to increase the growth, maintain antioxidant enzyme activity, capture and converse
solar energy, and thus improving melon growth.
Key words: 2,4-epibrassinolide; melon; high temperature stress; physiological characteristics; photosynthesis
油菜素内酯(brassinolide, BR)是一类新型的
植物生长调节物质, 被称为第六大类植物激素, 通
过改变植物的生理生化水平以及保护植物免受逆
境胁迫而促进植物的生长发育(Steber和McCourt
2001; 曹云英和赵华2007)。研究结果表明, BR对
许多胁迫如温度、水分、盐分及病害等都具有抗
性。周玉萍等(2002)认为2,4-表油菜素内酯(EBR)
能够提高香蕉幼苗低温胁迫时和低温胁迫后恢复
期叶片过氧化酶活性和相应降低其电导率。朱诚
等(1996)研究发现EBR对黄瓜种子浸种24 h, 能有
效促进幼苗脯氨酸的积累, 提高幼苗对热激的忍
耐性。一定浓度的BR处理可以提高毛豆幼苗根系
活力、脯氨酸含量, 维持细胞膜的完整性, 从而增
强毛豆幼苗对渍水环境的抵抗力, 促进渍水胁迫
下毛豆幼苗的生长(陆晓民等2006)。吴雪霞等
(2011)研究表明0.05 mg·L-1外源EBR能明显缓解叶
片氧化损伤, 增强茄子的耐盐能力, 显著促进盐胁
迫下茄子种子萌发和幼苗生长。屈淑平等(2008)
研究显示, EBR处理南瓜幼苗后降低了疫病病情指
数, 最高降幅达29%。甜瓜是世界十大水果之一,
为重要的园艺作物, 起源于热带且对温度要求较
高, 适宜生长的温度为25~35 ℃, 但不耐高温(齐三
魁等1991)。在南方夏秋季设施栽培中, 高温往往
植物生理学报684
成为影响甜瓜植株正常生长的环境因子。本试验
以甜瓜为材料, 研究外施不同浓度的EBR对高温胁
迫下甜瓜幼苗生长、叶片抗氧化酶活性和光合作
用的影响, 明确高温胁迫下EBR改善甜瓜幼苗生长
的最适浓度及可能的生理生化机制。
材料与方法
1 试验材料
供试甜瓜(Cucumis melo L.)品种为‘白玉香’,
由上海市农业科学院园艺研究所西甜瓜课题组提
供。EBR购于上海源叶生物有限公司, 先用95%的
乙醇溶解, 再用蒸馏水配制100 mg·L-1的母液, 4 ℃
保存, 用时按试验所需浓度进行稀释。
2 试验处理
试验在上海市农业科学院园艺研究所进行。
挑选饱满的甜瓜种子浸种催芽, 出芽后播于直径10
cm、高10 cm的塑料营养钵中, 蛭石作基质。幼苗
培养过程中放置于光照培养箱中, 温度设置昼(30
℃±1 ℃)/夜(20 ℃±1 ℃), 光照12 h, 光照强度为400
μmol·m-2·s-1左右, 相对湿度为80%左右(用培养箱匹
配的加湿器控制)。真叶展开后每2 d浇1/8浓度日
本园试营养液一次, 每株浇50 mL, 3片真叶后每株
浇80 mL。当幼苗具有3~4片真叶时, 选取生长一
致的幼苗作如下处理: 用浓度分别为0、0.05、
0.1、0.5、1.0、1.5 mg·L-1的EBR溶液(含1/8浓度日
本园试营养液)喷施甜瓜幼苗, 每株50 mL, 连续4 d,
以便甜瓜幼苗充分吸收EBR, 4 d后将处理的幼苗
进行高温胁迫(以喷施EBR浓度0、不进行高温胁
迫为对照), 温度为昼(42 ℃±1 ℃)/夜(30 ℃±1
℃)。高温处理与对照培养箱除温度不同外, 光照
和湿度状况均一致。高温胁迫2 d后取第2片真叶
进行各项指标的测定, 每处理10株, 3次重复。
3 测定指标与方法
超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、
过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活
性、丙二醛(MDA)、可溶性蛋白和脯氨酸含量的
测定参照吴雪霞等(2006)的方法; 利用LI-6400光
合仪(美国LI-COR公司生产)测定净光合速率(Pn),
蒸腾速率(Tr), 气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci), 测
定时光照强度约800 μmol·m-2·s-1, 温度为(30±1) ℃,
CO2浓度约为(400±10) μmol·mol
-1; 处理结束后进
行生物量的测定, 利用游标卡尺测量茎粗, 即子叶
展开方向的子叶节的直径; 用去离子水冲洗植株
并吸干水分, 称地上鲜重和地下鲜重; 叶面积公式
采用叶长×叶宽×0.66, 叶长和叶宽的测定以最大值
为基准(王加蓬等2009)。
4 统计分析
每个指标测定重复3次, 取平均值。数据采用
Origin软件绘图, 用SPSS统计软件对平均数用Dun-
can新复极差法进行多重比较。
实验结果
1 EBR对高温胁迫下甜瓜幼苗生长的影响
如表1所示, 高温胁迫时, 甜瓜幼苗茎粗、叶
面积、地上鲜重和地下鲜重均显著低于对照(CK),
分别下降了11.78%、37.24%、26.86%和37.23%。
EBR处理均使幼苗在高温胁迫下的生长量增加, 但
不同浓度EBR处理对甜瓜幼苗生长量积累的影响
存在差异, 与未用EBR处理相比, 0.05和0.1 mg·L-1
EBR处理的差异不显著, 0.5~1.5 mg·L-1 EBR处理
的差异显著(地下鲜重除外), 其中1.0 mg·L-1处理的
生物量增加最大, 茎粗、叶面积、地上和地下鲜重
表1 EBR对高温胁迫下甜瓜幼苗生长的影响
Table 1 Effects of EBR on the growth of melon seedlings under high temperature
EBR浓度/mg·L-1 茎粗/mm 叶面积/cm2 地上鲜重/g 地下鲜重/g
CK 4.020±0.092a 32.023±2.070a 7.174±0.192a 0.863±0.046a
0 3.547±0.150c 20.099±2.013d 5.247±0.471d 0.542±0.052b
0.05 3.597±0.190c 21.586±2.042
cd 5.399±0.336d 0.557±0.054b
0.10 3.730±0.087bc 23.492±0.233bcd 5.578±0.488cd 0.586±0.052b
0.50 3.873±0.087ab 25.225±0.469bc 6.192±0.144bc 0.647±0.049b
1.00 3.987±0.140a 26.737±2.584b 6.674±0.554ab 0.678±0.066b
1.50 3.937±0.127ab 26.182±2.879b 6.588±0.499ab 0.661±0.062b
　　同列数值旁不同小写字母表示差异达5%显著水平。
张永平等: 高温胁迫下2,4-表油菜素内酯对甜瓜幼苗生理及光合特性的影响 685
分别提高了12.41%、33.02%、27.20%和25.23%。
2 EBR对高温胁迫下甜瓜幼苗叶片抗氧化酶活性
的影响
由图1可知, EBR处理对甜瓜幼苗叶片SOD、
POD、CAT和APX的活性具有显著影响, 随着EBR
浓度的增加, 4种酶活性均呈先升高后下降的趋势,
表明EBR对甜瓜幼苗上述4种酶活性的影响具有剂
量效应。
图1 EBR对高温胁迫下甜瓜幼苗叶片抗氧化酶活性的影响
Fig.1 Effects of EBR on activities of antioxidant enzymes in melon seedling leaves under high temperature
同一测定项目不同小写字母表示差异达5%显著水平, 下图同。
从图1-A可知, 高温胁迫时, 甜瓜幼苗叶片SOD
活性显著高于对照(CK)。与未用EBR处理相比,
0.5~1.5 mg·L-1的EBR处理均能提高SOD活性, 其中
以1.0 mg·L-1处理活性最高, 且差异显著, 0.1 mg·L-1
EBR处理差异不显著; 0.05 mg·L-1 EBR处理显著降
低SOD活性。
如图1-B所示, 高温处理时, 甜瓜幼苗叶片POD
活性显著高于对照(CK)。与未用EBR处理相比,
不同浓度的EBR提高了POD活性, 0.5~1.5 mg·L-1
EBR处理差异显著, 其中以1.0 mg·L-1活性最高。
从图1-C可以看出, 高温处理时, 甜瓜幼苗叶
片CAT活性显著高于对照(CK)。0.5~1.5 mg·L-1的
EBR处理的CAT活性均显著高于未用EBR处理, 其
中以1.0 mg·L-1活性最高。
如图1-D所示, 高温胁迫处理时, 甜瓜幼苗叶
片APX活性显著高于对照(CK)。与未用EBR处理
相比, 1.0 mg·L-1的EBR处理显著提高了APX活性,
0.5 mg·L-1和1.5 mg·L-1差异不显著, 0.05和0.1
mg·L-1处理的APX活性降低。
3 EBR对高温胁迫下甜瓜幼苗叶片MDA、脯氨酸
和可溶性蛋白含量的影响
如图2-A所示, 高温胁迫处理时, 甜瓜幼苗叶
片MDA含量显著高于对照(CK), 增加了155.65%。
不同浓度的EBR处理均可降低高温胁迫下MDA的
含量, 其中EBR 1.0 mg·L-1处理最低, 与未用EBR处
理相比, 降低了33.11%, 且差异显著。
由图2-B可知, 高温胁迫时, 脯氨酸含量显著
高于对照(CK)。与未用EBR处理相比, 不同浓度
的EBR处理提高了脯氨酸含量, 0.1~1.5 mg·L-1 EBR
处理差异显著, 其中EBR 1.0 mg·L-1处理的最高, 提
高了50.66%。
如图2-C所示, 高温胁迫处理时, 可溶性蛋白
含量显著低于对照(CK)。不同浓度的EBR处理对
可溶性蛋白含量有一定的影响, 其中以EBR 1.0
mg·L-1处理的可溶性蛋白含量最高, 与未用EBR处
理相比, 提高了33.87%, 且差异显著。
4 EBR对高温胁迫下甜瓜幼苗光合指标的影响
由图3-A和B可知, 高温胁迫处理时, 甜瓜幼苗
植物生理学报686
叶片净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)显著低于对照
(CK)。与未用EBR处理相比, 不同浓度的EBR处理
提高了Pn和Gs, Pn是0.1~1.5 mg·L
-1 EBR处理差异显
著, Gs是0.5~1.5 mg·L
-1 EBR处理差异显著, 其中以
EBR 1.0 mg·L-1的处理升高幅度最大, 分别增加了
54.11%和48.37%。而胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率
(Tr)变化趋势与Pn和Gs正好相反, 高温胁迫时, Ci和
T r高于CK。与未用EBR处理相比 , 不同浓度的
EBR处理均降低Ci和Tr, 不同处理间, Tr存在一定差
异, 而Ci差异不显著。
讨　　论
高温胁迫下, 植物生长受到不同程度的影响,
表观体现于形态结构变化上。在农业生产上, 已
经发现施用外源EBR可以提高作物的产量以及在
盐害和高温等逆境条件下促进植株生长(尚庆茂等
2006; Dhaubhadel等1999)。本试验表明, 高温胁迫
后甜瓜幼苗生物量的积累受到明显抑制, EBR可以
有效缓解高温胁迫对甜瓜幼苗生长的抑制作用(表
1), 这与前人的报道结果一致(朱诚等1996; 张燕和
方力1998; 万正林2007), EBR浓度0.5~1.5 mg·L-1的
缓解效果较好, 其中以EBR 1.0 mg·L-1处理生物量
增加最大。
在正常生长条件下, 植物体内活性氧的产生
图3 EBR对高温胁迫下甜瓜幼苗叶片光合作用的影响
Fig.3 Effects of EBR on photosynthesis in melon seedling leaves under high temperature
图2 EBR对高温胁迫下甜瓜幼苗叶片丙二醛(A)、脯氨酸
(B)和可溶性蛋白(C)含量的影响
Fig.2 Effects of EBR on MDA (A), proline (B) and soluble
protein (C) contents in melon seedling leaves under
high temperature
张永平等: 高温胁迫下2,4-表油菜素内酯对甜瓜幼苗生理及光合特性的影响 687
和清除处于动态平衡, 逆境会使活性氧产生增加,
损伤膜系统, 使细胞受到氧化胁迫。抗氧化酶, 如
SOD、CAT、POD和APX均可清除活性氧, 从而防
止自由基的毒害。前人研究表明, EBR可提高玉米
和羊草的抗旱性(邹华文2002; 韩德复等2007)、水
稻的抗冷性(陈善娜等1997)、黄瓜的耐盐性(尚茂
庆等2006), 同时证明了EBR通过增强植物体内抗
氧化酶活性来提高植物抗逆境的能力。本实验中,
高温胁迫下, 甜瓜幼苗叶片SOD、POD、CAT和
APX活性增加, 说明甜瓜幼苗可通过自身的调节
机制, 维持较高的抗氧化酶活性, 以适应环境胁
迫。与未用EBR处理相比, EBR 1.0 mg·L-1处理显
著提高了甜瓜幼苗抗氧化酶(SOD、POD、CAT和
APX)活性, 有利于及时清除自由基, 减少膜脂过氧
化产物MDA的生成, 保护膜的结构和功能的完
整。渗透调节是植物在胁迫下降低渗透势、抵抗
逆境胁迫的一种重要方式(Gegg等2003), 脯氨酸是
植物体内主要渗透调节物质之一(郁继华等2007),
在高温环境下, 植物会主动积累脯氨酸, 抵抗热胁
迫的伤害(何晓明等2002)。可溶性蛋白对维持细
胞的膨压、抵御或减轻高温伤害具有一定的保护
作用。有研究表明, 在高温胁迫下, 可溶性蛋白含
量增加(马德华等1999); 也有人认为, 植物体内的
可溶性蛋白含量下降(冯兆忠等2005), 可溶性蛋白
的高低可能与植物本身特性和胁迫温度有关。本
实验研究表明, 与对照(CK)相比, 高温胁迫后, 甜
瓜幼苗可溶性蛋白含量显著降低, 脯氨酸含量显
著增加。不同浓度EBR处理, 可溶性蛋白和脯氨酸
含量均不同程度的增加 , 与未用EBR处理相比 ,
EBR 1.0 mg·L-1处理差异显著。EBR对高温胁迫下
促进脯氨酸积累起着显著的作用, 脯氨酸的增加
有助于细胞或组织持水, 增强了植物对不良环境
的抵抗力。可溶性蛋白含量增加的原因可能是由
于高温胁迫下EBR能促进甜瓜幼苗合成更多的热
激蛋白, 产生的热激蛋白可保护机体蛋白质免遭
损伤或修复已受损的蛋白质, 使植物耐热性增强,
但也不排除是不溶性蛋白变成可溶的可能, 还有
待于进一步研究。
光合作用是植物叶片对光能吸收、传递和利
用的过程。高温抑制植物的光合作用, 导致光合
速率下降, 叶片光合速率的降低可能是气孔因素,
也可能是非气孔因素造成的。Farquhar和Sharkey
(1982)认为, 如果Gs下降, 而Ci维持不变甚至上升,
则光合速率的下降应是由叶肉细胞同化能力降低
等非气孔因素所致; 只有C i和Gs同时下降的情况
下, 才能证明光合速率的下降主要是由气孔因素
引起的。本研究结果表明, 高温胁迫后, Pn和Gs值
下降, 但Ci值升高, 表明Pn的下降不是因为Gs下降
使CO2供应减少所致, 而是由于非气孔因素阻碍了
CO2的利用, 与刘书仁等(2010)研究结果一致。而
Tr的升高说明在高温胁迫过程中, 植株可以通过改
变蒸腾速率来调节体温和矿质盐的运转, 从而减
轻高温的伤害。在高温胁迫下, EBR处理能提高甜
瓜幼苗的Gs, 使幼苗能够保持较高的光合速率。高
温胁迫下EBR能一定程度地提高甜瓜幼苗光合作
用, 增加生物量。
综上所述, EBR缓解甜瓜幼苗高温胁迫具有
剂量效应, 以1.0 mg·L-1 EBR的效果较好, 可以提高
抗氧化酶的活性和净光合速率, 从而增强植株的
耐热性, 增加甜瓜幼苗生物量。
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