全 文 ：植物生理学通讯 第 43卷 第 4期，2007年 8月 643
葡萄幼苗在温度胁迫交叉适应过程中对水杨酸的应答
张俊环 1,2，黄卫东 1,*
1中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083；2北京市农林科学院林业果树研究所，北京 100093
提要：在温度锻炼诱导葡萄幼苗对交叉温度逆境的适应过程中叶片内源 SA变化的结果表明，0 ℃低温胁迫期间，葡萄
幼苗叶片细胞膜系统受到严重伤害，丙二醛(MDA)含量明显升高；此时自由态SA含量呈波动性变化，并随着胁迫进程
的延长，内源SA含量明显低于正常叶片水平。而经过高温锻炼的幼苗，在低温胁迫初期自由态SA含量迅速达到一个高
峰，之后回落并保持在正常叶片的SA水平，MDA含量也相应降低且相对稳定。结合态 SA的变化相对较平稳，并且总
SA含量变化趋势与自由态SA含量的变化趋势相吻合。在45 ℃高温胁迫期间，经过低温锻炼的幼苗的上述各项指标的变
化规律与经过高温锻炼的幼苗在低温胁迫期间的变化趋势相似。
关键词：葡萄幼苗；交叉适应；水杨酸
The Response of Salicylic Acid in Young Grape Plants during Cross Adapta-
tion to Temperature Stresses
ZHANG Jun-Huan1,2, HUANG Wei-Dong1,*
1College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2Institute of Forestry
and Pomology, Beijing Academy of Agricultural and Forestry Science, Beijing 100093, China
Abstract: This research tested the influence of heat acclimation (HA) on chilling resistance and cold acclima-
tion (CA) on heat tolerance and the parallel changes in endogenous SA in leaves of two-year-old young grape
plants. The results showed that the leaf cell was damaged by cold stress (0 ℃) and the malondialdehyde (MDA)
content was rapidly increased under cold stress, the free SA content fluctuated with the cold time and then
dropped to a lower level than that in normal leaves. However, in HA plants, free SA level rapidly increased to a
peak and then dropped back to the normal level. Correspondingly, the MDA concentration remained relative
stability and lower than that in control plants during 0 ℃ cold stress. No obvious changes in conjugated SA
occurred between HA and control plants, and the change trend of total SA content was in according with the
free SA. It is important that, the change tendency of all those indexes in CA plants under 45 ℃ heat stress was
consistent with that in HA plants under cold stress.
Key words: young grape plant; cross adaptation; salicylic acid
收稿 2007-02-06 修定 2007-05-26
资助 国家自然科学基金(30471192)和北京市优秀人才培养项
目(20061D020 0500047)。
* 通讯作者(E-mai l：hu anggwd@26 3.net；Tel：01 0-
6 2 7 3 7 0 2 4 )。
植物通过改变细胞代谢和激发不同的防御机
制来应对生物和非生物胁迫。水杨酸( sa licylic
acid，SA)作为胞内信号分子，参与调节植物的许
多生理过程，尤其在诱导植物的耐热性(Larkindal
和Huang 2003；孙艳和王鹏2003；杜朝昆等2005)
和耐冷性(康国章等 2003；Tasgin等 2006)中都有
明显的作用。但这些研究大多是探讨外源SA提高
植物耐受温度逆境能力的生理效应，而有关内源
SA对逆境应答的报道较少。有研究表明，高温
锻炼能够通过调节葡萄幼苗和芥菜苗内源SA含量
而增强植物的耐热能力(Dat等 1998；王利军等
2002)。另一方面，温度逆境锻炼是提高植物抗
逆性的一种有效手段，并且，交叉适应现象在温
度逆境锻炼中也有所体现。如黑麦经冷锻炼后，
其耐热性有明显提高(Fu等 1998)。高温锻炼和低
温锻炼均可提高黄瓜幼苗的抗高温能力(马德华等
1998)。遗憾的是，目前对植物这种交叉适应性
的研究仅仅局限于对这一现象的确认，而对其内
在机制的研究甚少。我们以前的研究表明，高温
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锻炼和低温锻炼能够诱导葡萄幼苗对交叉温度逆境
的适应能力，保护叶绿体和线粒体等膜结构免受
温度胁迫伤害(Zhang等 2005)，并且微粒体膜
ATPase参与这一适应性反应(Zhang等 2006；张
俊环等2006)。但在此种交叉适应性形成过程中是
否有内源SA的参与呢？至今未见报道。为此，本
文以葡萄幼苗为试材，研究温度锻炼在诱导葡萄
幼苗对交叉温度逆境的适应过程中叶片内源SA的
动态变化，以期进一步揭示温度锻炼所诱导的交
叉适应性机制，为采取有效措施减轻环境温度对
植物的伤害提供参考。
材料与方法
材料为 2年生葡萄‘京秀’(Vitis vinifera L.
cv.‘J ingx iu’)幼苗。幼苗的温室培养在中国农
业科学院植物保护研究所温室进行。2003年 2月
底，将取自中国科学院植物研究所葡萄园上一年
通过嫁接繁殖培养的穴盘小苗移栽于盆口直径 ×
盆底直径 =16 cm×14 cm的黑色塑料盆钵中，盆
栽用土为园土:草炭土:蛭石＝1:1:1。放在温室中缓
苗后，培养一个营养枝。温室中昼夜温度为 25~27
℃/18~20 ℃，相对湿度(RH)为 60%~70%。
试验处理有 2种，(1)高温锻炼与低温胁迫处
理。2003年 3月上旬，选择生长一致的葡萄植株
(具10片功能叶)，在光照培养箱中进行(38±0.5) ℃
的高温锻炼处理，光照强度为 200 µmol·m-2·s-1，
相对湿度(RH)为 70％~80％。以正常生长的植株
为对照，高温处理 10 h后，在室温下恢复 2 h后
将经和未经高温锻炼的植株置于控温玻璃门冰柜中
以(0±0.5) ℃的低温作胁迫处理，不外加光照，处
理时间分别为 0、0.5、1、3、6和 12 h。(2 )低
温锻炼与高温胁迫处理。选择生长一致的葡萄植
株(具 8片功能叶)，在光照培养箱中以(8±0.5) ℃
的低温作锻炼处理，光照强度为 200 µmol·m-2·s-1，
RH为 70%~80％。以正常生长的植株为对照，锻
炼处理 2.5 d后，在室温下恢复 2 h，然后将经
和未经低温锻炼的植株置于光照培养箱中作(45±
0.5) ℃的高温胁迫处理，光照与相对湿度同上，
处理时间分别为 0、0 .5、1、3 和 6 h。每个处
理 6株幼苗，3次重复。处理后，摘取成熟叶片，
放在液氮中速冻后保存于-80 ℃的冰箱中，用于
丙二醛和 SA 的测定。
SA含量测定参照李兆亮等(1997)的方法。取
2 g叶片(18棵植株的混合叶样)，加入 6 mL冷甲
醇(80%)研磨成浆，于 4 ℃下 10 000×g离心 5
min，残渣用 95%甲醇研磨液重复提取一次。合
并上清液，在 -20 ℃冰箱中放置 1 h，然后再以
10 000×g于 4 ℃下离心 5 min，将所得上清液经
旋转真空干燥仪浓缩到原体积的 1/10。加重蒸水
至 4 mL，加入偏磷酸至终浓度为 2% (W/V)，用
2 mL乙酸乙酯提取 3次，有机相用氮气吹干，则
得自由态的 SA粗提液。向水相中加入 6 mmol·L-1
的HCl至终浓度为 1 mmol·L-1，密封后于 80 ℃的
水浴中水解 1 h，冷却后按上述方法制备结合态
SA粗提液。硅胶板层析纯化 SA样品，高效液相
色谱(HPLC)法分析测定游离态和结合态SA含量。
自由态 SA色谱条件为：Waters224型高效液相色
谱仪，Diamonsil C18柱(250 mm×4.6 mm)，检
测温度为室温，采用 UV 238 nm×0.1 UFS检测
器，流动相为 60%甲醇 +5%重蒸水，流速为 0.7
mL·min-1，保留时间为 8 min。结合态 SA色谱条
件为：检测器为 UV 265 nm×0.1 UFS，流动相
为 25% 甲醇 +75% 重蒸水，其他条件同自由态
S A。测定设 3 次重复。
丙二醛(MDA)含量的测定参照 Dhindsa 等
(1981)的 TBA比色法：准确称取 1 g叶片，用 10
mL 10％的三氯乙酸(TC A)研磨提取，匀浆以
4 000×g离心 10 min，上清液即为样品提取液。取
2 mL上清液，加入 2 mL 0.6％的 TCA，混匀物
于沸水浴中反应 15 min，迅速冷却后再离心，取
上清液测定波长 532、600和 450 nm处的消光度，
最后采用公式C (µmol·L-1)=6.45 (D532-D600)-0.56D450计
算MDA浓度，并进一步换算出组织中的MDA含
量[µmol·g-1 (FW)]。测定重复 3次。
实验结果
1 高、低温锻炼对葡萄幼苗叶片耐低、高温胁迫
能力的影响
(1)图 1的结果表明，经过高温锻炼的葡萄幼
苗叶片细胞内丙二醛含量略高于未作高温锻炼的。
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但在低温胁迫过程中，锻炼过的幼苗其MDA含量
只在胁迫初期(0.5 h)有轻微的上升，之后便又下
降，含量相对稳定且接近于正常叶中的水平。而
未作高温锻炼的在胁迫 0.5~1 h期间急剧上升，1 h
时最高，达到 27.9 µmol·g-1 (FW)，以后略有下
降，但含量仍一直明显高于高温锻炼的叶片(图 1-
a)。可见，预先作高温锻炼可稳定细胞膜，降低
电解质外渗率，减轻低温引发的膜伤害。
(2)高温胁迫也可促进葡萄幼苗叶片的膜脂过
氧化作用，胁迫处理 0.5 h后，未作低温锻炼的
图 1 温度胁迫下高温锻炼 /低温锻炼预处理对葡萄幼苗叶中丙二醛含量的影响
Fig.1 Effects of heat-acclimation/cold-acclimation pretreatment on the malondialdehyde content in
the leaves of young grape plants under cold/heat stress
叶中MDA含量比胁迫前大幅度增加，之后虽又有
所回落但仍一直明显高于胁迫前的正常含量。经
过低温锻炼的葡萄幼苗叶片细胞内MDA含量在胁
迫期间也略高于正常叶中的水平，但在各个测定
时期都明显低于相应的未作低温锻炼的叶中MDA
含量(图 1-b)。可见，低温锻炼可增加细胞膜的
稳定性，延缓高温引起的膜脂过氧化作用，从而
减轻高温对葡萄幼苗叶片细胞膜的损伤。
2 高温锻炼对低温胁迫下葡萄幼苗叶中内源SA含
量的影响
(1)如图 2所示，在 0 ℃冷胁迫条件下，未
作高温锻炼的葡萄叶片内源自由态SA含量呈波动
性变化，先是急剧下降，之后又迅速上升至一高
峰，接着又迅速而持续下降，在 3 h以后便明显
低于正常叶中的 SA水平。高温锻炼叶中 SA含量
在低温胁迫初期迅速增加，在 0.5 h达到一峰值2.01
mg·100 g-1 (FW)后又迅速下降到正常叶片 SA含量
1.33 mg·100 g-1 (FW)，之后在此水平保持平稳状
态，并明显高于相应的对照水平(图 2-a)。
(2)相对于自由态 SA的变化而言，高温锻炼
叶中结合态 SA含量变化较平稳。高温锻炼以后，
结合态SA含量高于未作高温锻炼的，并在整个冷
图 2 低温胁迫下高温锻炼预处理对
葡萄幼苗叶中 SA含量的影响
Fig.2 Effects of heat-acclimation pretreatment on SA content
in the leaves of young grape plants under cold stress
植物生理学通讯 第 43卷 第 4期，2007年 8月646
胁迫期间保持平稳，胁迫后期(3~6 h)略有下降，
但仍接近正常叶中的含量。未作高温锻炼的叶片
在低温胁迫后，逐渐下降，1h 后开始回升，并
在 6 h达到一个高峰[3.52 mg·100 g-1 (FW)]后又急
剧下降。并且在整个低温胁迫期间的含量除5~8 h
都显著低于高温锻炼处理叶片(图 2-b)。
总的水杨酸含量变化趋势类似于自由态SA的
变化(图 2-c)。
3 低温锻炼对高温胁迫下幼苗叶中内源SA含量的
影响
低温锻炼2.5 d后并未明显改变葡萄叶片内自
由态SA含量，但在随后的高温胁迫处理期间，与
高温锻炼幼苗在冷胁迫期间自由态SA含量的变化
相似，先是迅速上升至一峰值后又迅速下降至接
近正常叶片的水平，之后保持平稳状态。未作低
温锻炼的叶片在高温胁迫处理期间呈波动性变化
(图 3-a)。低温锻炼叶中的结合态 SA含量在高温
胁迫期间呈平稳的缓慢增加趋势，而未作低温锻
炼的叶中的结合态SA呈波动性变化，并在胁迫前
期与自由态SA的变化呈几乎相反的趋势(图 3-b)。
总 SA含量的变化，未作低温锻炼的与低温
锻炼预处理的有所不同，未作低温锻炼的叶中总
SA的变化类似于自由态 SA的变化趋势，而低温
锻炼预处理叶中总 SA的变化接近于结合态的变
化，呈逐渐增加趋势(图 3-c )。
讨　　论
SA提高植物耐热性的机制之一就是减轻细胞
的膜质过氧化作用。SA可作为信号物质诱导植物
体内热激蛋白(HSPs)的合成(Clarke等 2004；Pan
等2006)，并保持较高的超氧化物歧化酶和过氧化
氢酶活性，增强植物的抗氧化胁迫能力(Da t 等
1998；He等 2005；刘悦萍等 2005)，降低高温
引起的氧化伤害，维持细胞膜的稳定性，从而提
高植物的抗热性。关于低温锻炼对内源SA影响的
研究较少，仅见一篇报道。马德华等(1998)的研
究指出，低温锻炼后的黄瓜叶中自由态的水杨酸
含量分别增加 2.5倍。本文结果表明，低温锻炼
的葡萄幼苗在高温胁迫初期，叶中自由态SA含量
迅速达到一峰值后又迅速回落至正常水平，表现
出SA分子的信号功能特征；并在胁迫处理后期一
直高于相应的未作低温锻炼的处理(图 3-a)，与此
相对应的是，低温锻炼叶中代表细胞氧化伤害的
MDA浓度总是低于相应的未作低温锻炼的处理，
并且 SA的增加在时间上早于MDA的下降(图 1-b
和图 3-a)。自由态SA可能作为胁迫初期的信号物
质，启动抗逆相关的防御反应。而未作低温锻炼
的叶片虽在 1 h时有一 SA高峰，但由于自身细胞
器结构受到高温胁迫的破坏(Zhang等 2005)，防
御能力下降，SA的合成、转化或运转途径受阻，
所以自由态 SA含量持续下降，1 h后就明显低于
正常叶片的 SA水平。因此认为，低温锻炼可能
是通过诱导内源自由态SA的增加而诱导一系列的
防御反应(Zhang等 2006；张俊环等 2006)，减轻
高温对葡萄幼苗的膜质过氧化伤害，从而提高幼
苗对高温胁迫的适应性。
图 3 高温胁迫下低温锻炼预处理对
葡萄幼苗叶中 SA含量的影响
Fig.3 Effects of cold-acclimation pretreatment on SA content
in the leaves of young grape plants under heat stress
植物生理学通讯 第 43卷 第 4期，2007年 8月 647
关于 SA与植物抗冷性的研究，多是集中在
外源SA处理对植物的抗冷性影响方面。张玄兵等
(2004)在龙船花中的研究表明，在低温胁迫下，
外源SA能抑制脯氨酸形成和积累、使可溶性蛋白
质降解，并能提高过氧化物酶活性，抑制MDA
形成和积累，从而提高龙船花的抗寒性。对非洲
菊冷敏感程度不同的 2个基因型幼苗(陈小兰等
2005)、玉米幼苗(黄丽华等 2005)和冬小麦(Tasgin
等 2006)的研究表明，SA处理可增强低温胁迫下
抗氧化酶系的活力，从而提高抗冷力。以上研究
也表明，与提高耐热性的机制相似，SA主要也
是通过增强植物的抗氧化能力而提高抗寒性的。
本文中，高温锻炼预处理诱导的葡萄叶中自由态
SA的增加在时间上早于MDA的降低变化，SA含
量在低温胁迫的早期就高于相应的未作高温锻炼
的，而MDA的减少发生在低温处理 1 h以后(图
1-a和图 2-a)。由此可见，高温锻炼诱导的自由
态 SA含量变化参与了葡萄幼苗抗冷性的增强过
程。
相对于结合态 SA来说，自由态 SA含量变化
与葡萄幼苗对温度逆境的抗性关系更密切。本文
(图 2和图 3)结果显示，无论锻炼预处理与否，在
胁迫条件下自由态SA的变化总是相对敏感而强烈
的。并且，在胁迫处理期间，除了低温锻炼处
理以外，其他处理总SA含量的变化趋势都与自由
态 SA的变化基本相一致；而低温锻炼叶中总 SA
含量的变化类似于结合态SA的变化，可能是由于
结合态SA的基础含量比自由态高，因而掩盖了自
由态 SA的灵敏变化。因此认为，SA主要是以自
由态的活性形式参与温度逆境锻炼诱导交叉适应性
反应的。
高温锻炼诱导出现的自由态SA含量的快速增
加来源于结合态SA向自由态的转化(Liu等2006)，
而 Pan等(2006)的 SA合成抑制剂试验表明，自由
态 SA的增加一部分来自 SA的从头生物合成途
径。根据本文结果也可初步认为，自由态 SA的
增加至少部分由结合态SA转化而来，因为无论是
在高温胁迫还是低温胁迫期间，自由态SA的变化
与结合态 SA的变化几乎呈相反的趋势(图 2、3)。
总之，不论是高温锻炼还是低温锻炼，都能
迅速诱导自由态SA的含量出现高峰，从而发挥其
信号功能，诱导一系列防御反应，减轻温度胁迫
对幼苗的氧化伤害，使葡萄幼苗对温度逆境的交
叉适应能力得以产生。
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