灯盏花[Erigeron breviscapus (Vant.) H.-Mazz]，又名灯盏细辛或短葶飞蓬，为菊科（Asteraceae）飞蓬属植物[1]，主要分布于我国云南、四川、贵州和西藏等地区，其中，云南省是灯盏花野生资源的主要分布地，同时也是灯盏花产业的重要基地，供应了全国超过97%的药材原料，灯盏花被列为云南省“十大云药”和“五大天然系列”药物之一的重点开发对象[2-3]。灯盏乙素为灯盏花的主要活性物质，具有散寒解表、祛风除湿、舒筋活血、消积止痛等功效，广泛用于治疗心脑血管疾病[4]，市场对灯盏花的需求量大，但由于野生资源的过度采集，目前市场上的灯盏花大多为人工栽培，且灯盏花适宜生长在海拔较高、地势平缓、光照充足的地方[3]。
有研究[5-6]表明工业化以来全球平均温度显著升高，预计21世纪气温将进一步上升1.5~4.5 ℃，1971-2022年增温速率达到0.34 ℃/10年。高温是限制药用植物生长发育及地理分布的重要环境因素，深入研究植物对高温胁迫的响应规律，解析药用植物的耐热机制，不仅具有重要的理论意义，而且对于指导药用植物栽培具有重要意义。光合作用是对高温最为敏感的生物学过程之一，当温度过高时，灯盏花会出现光抑制现象，可能会对植物造成不可逆的损伤[7]。热驯是提高植物耐热性的途径之一，经过适度的非致死高温处理能够促使植物调节生理生化过程来提高其耐热性。热驯处理可以缓解高温对杜鹃[8]、龙须菜[9]及拟南芥[10]细胞的损伤，提高其高温抗性。本研究对灯盏花实施热驯化处理，通过评估热害指数、测定相对含水量以及分析渗透调节物质等方法，深入探究热驯化处理对高温胁迫下灯盏花抗高温能力影响，为全球气候变化下灯盏花的栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料与试验地概况
灯盏花种子购自宣威市龙津生物科技有限责任公司，其母株由云南中医药大学郑国伟研究员鉴定为菊科（Asteraceae）飞蓬属植物。本试验共播种120盆，每个托盘放12盆，每盆3株，土壤为腐殖土:珍珠岩=5:1，放置于云南省昆明市云南中医药大学温室（102°49′12.24″ E，24°50′23.67″ N，海拔1887.6 m），昼夜生长环境温度22 ℃/18 ℃，湿度80%，种植期间保持水分充足，定期交换各托盘及托盘中每盆灯盏花的位置，避免环境差异的影响，待灯盏花叶片长至8~9 cm时进行试验处理，通过前期预试验确定热驯及热胁迫条件。
1.2 试验设计
将长势一致且健康的灯盏花随机分为2组，热驯组（T）和对照组（CK），每组9盆。前期试验确定热驯条件为（36.0±0.5）℃热驯1 d，高温胁迫条件为（48.0±0.5）℃热胁迫4 h，在（36.0±0.5）℃下恢复3 h，CK为22 ℃培养相同时间后直接进行热胁迫和恢复处理。
1.3 样品采集
分别于热驯后、高温胁迫后、恢复后取样，每组处理随机选取植株最底层1~2片叶片测定相关指标，每个处理重复3次。样品采集后迅速称量记录，经液氮速冻后放入-80 ℃超低温冰箱保存，用于各生理指标的测定。
1.4 测定指标与方法
1.4.1 热害指数
参照侯赵玉等[11]方法，根据灯盏花高温胁迫后的伤害情况，将耐热能力级别分为5级，其中0级为无热伤害症状；1级：1~2片叶开始失水枯萎；2级：1~2片叶枯萎，2片叶枯死；3级：3~4片叶枯死；4级：4片叶以上枯死；5级：整个植株枯死。
热害指数=Σ（热害级数×相应株数）/（最高级数×总株数）。
1.4.2 相对含水量（RWC）
参照周余华等[12]的方法计算RWC，RWC（%）=(FW-DW)/(TW-DW)× 100，式中，FW为鲜重，TW为膨胀重量，DW为干重。
1.4.3 相对电导率（REC）
参照户金鸽等[13]的方法，称取灯盏花叶片0.2 g，用去离子水清洗2遍，剪为大小均匀的碎片放入装有20 mL去离子水的试管中，放于摇床4 h，取出检测电导率（C1），然后置于沸水中煮30 min，冷却后检测电导率（C2）。
REC（%）=C1/C2×100。
1.4.4 叶绿素及胡萝卜素含量
参照罗文秀等[14]的N-N-2甲基甲酰胺提取法，提取液于480、647、664 nm处测量吸光度。
1.4.5 生理生化指标
1.5 数据处理
使用SPSS 19对数据进行单因素方差分析，采用SPSS 19进行独立样本t检验（P<0.05时认为差异显著），使用GraphPad Prism 9进行绘图。
2 结果与分析
2.1 高温胁迫对灯盏花热害指数和表型形态的影响
表1 灯盏花高温胁迫后伤害情况统计
Table 1
| 处理 Treatment | 热害指数级别株数 Number of plants of thermal damage index grade | 总株数 Total number of plants | 热害指数 Thermal damage index | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
| CK | 0 | 0 | 2 | 4 | 5 | 16 | 27 | 0.8592 |
| T | 8 | 8 | 4 | 2 | 2 | 3 | 27 | 0.3333 |
图1
图1
各处理阶段灯盏花表型
(a) 热胁迫前；(b) 热胁迫后；(c) 恢复后。
Fig.1
Phenotype of E.breviscapus in each treatment stage
(a) before heat stress; (b) after heat stress; (c) after recovery.
2.2 高温胁迫对灯盏花叶片RWC和REC的影响
由图2a可知，热驯化后灯盏花的RWC较CK升高但差异不显著，在经（48.0±0.5）℃高温胁迫4 h后的CK和T处理的RWC均大幅减小，但T处理的减小幅度小于CK，且两组间存在显著性差异，当恢复3 h后T处理的RWC恢复到81.73%，比CK高22.78%，且存在显著性差异。结果表明灯盏花热驯化后在应对高温胁迫时可以缓解叶片脱水，并且高温胁迫后在适宜的环境下有一定的恢复能力。
图2
图2
高温胁迫后灯盏花叶片RWC和REC的变化
不同小写字母表示差异显著（P < 0.05），下同。
Fig.2
Changes in RWC and REC of E.breviscapus leaves after high temperature stress
Different lowercase letters indicate significant differences (P < 0.05), the same below.
由图2b可知，热驯1 d后T的REC较CK大且差异显著（P<0.05），当高温胁迫后CK和T的REC分别增大49.53%、12.65%，CK比T的REC高出30.63%并具有显著性差异。在（36±0.5）℃下恢复3 h后T的REC急剧减小，而CK的REC较高温胁迫后只减小了0.96%。结果表明CK经高温胁迫后细胞膜已基本被损害，不再具备恢复能力，而T处理经高温胁迫后细胞膜只是暂时性的受损，依旧具备一定的恢复能力。
2.3 高温胁迫对灯盏花叶绿素和胡萝卜素含量的影响
图3
图3
高温胁迫后灯盏花叶绿素和胡萝卜素含量的变化
Fig.3
Changes in chlorophyll and carotene contents of E.breviscapus after high temperature stress
2.4 高温胁迫对灯盏花渗透调节物质的影响
2.4.1 对叶片MDA含量的影响
图4
图4
高温胁迫后灯盏花渗透调节物质的变化
Fig.4
Changes of osmotic adjustment substances in E.breviscapus after high temperature stress
2.4.2 对叶片Pro含量的影响
2.4.3 对叶片可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响
由图4c~d可知，高温胁迫后灯盏花叶片中可溶性糖和可溶性蛋白含量的变化趋势基本一致，CK 2个时段都是上升趋势。而T处理呈先上升后下降趋势。
3 讨论
高温胁迫是限制植物生长发育的关键逆境因素之一，通过缩短植物生命周期并加速其衰老过程对作物生产构成了严峻挑战。在这种不利环境下，植物所承受的伤害程度往往直观体现在其表型上，这成为了评估热害影响的一个直接且有效的指标[19]，在本研究中，热驯化处理后的灯盏花热害指数为0.3333，明显低于对照组的热害指数（0.8592）。这一结果有力地证明了热驯化处理能够有效缓解灯盏花在高温逆境中的受害程度，表明植物通过热驯化耐热性获得了一定的提升。叶片萎蔫与干枯现象本质上是由于细胞水分丧失导致叶片RWC的减少，这一过程直接体现了植物在逆境条件下水分平衡状态的失衡，耐热性强的品种能够在高温下保持较高的RWC[20]。在本试验中，热驯化处理后的灯盏花在高温胁迫后RWC的下降幅度小于对照组，且在后续的恢复期内，T组的RWC大幅升高，而CK的基本不变，说明热驯化可以提高灯盏花抗高温胁迫能力，这与刘柳等[21]研究的高温胁迫下月季叶片含水量变化一致。
植物叶片的REC是评估细胞膜受损程度的一项关键生理参数，它直接反映植物在逆境胁迫下的受害情况[22]。当植物遭遇如高温等逆境时，细胞膜的完整性受损，导致膜透性增强，电解质外渗增加，这一过程伴随着膜脂过氧化作用的加剧。为了减轻此类伤害，植物会激活一系列保护酶系统，旨在抑制脂质过氧化，维护细胞膜的稳定性和选择透过性。然而，高温胁迫往往会打破植物体内活性氧产生的动态平衡，促使REC上升及MDA含量累积，两者均为衡量膜脂过氧化程度及细胞受损情况的常用指标[23]。其中，REC越高代表电解质外渗越严重，MDA积累量大则表示细胞膜损伤更为剧烈[24]。本研究结果显示，尽管在高温胁迫处理期间，CK与T处理的REC与MDA含量均呈现出上升趋势，但热驯化处理显著缓解了这种增长，T处理的增量较CK处理小，且在恢复期后，T处理的REC与MDA含量明显下降至较低水平，而CK处理则无显著改善，证明了经过热驯化的灯盏花在面对高温胁迫时，展现出更强的抵御能力，其细胞膜稳定性及抗氧化防御机制得到显著提升，进一步证实了热驯化处理在增强植物抗逆性方面的有效性。
光合作用强度不仅是植物生长势的直接体现，也是衡量植物耐受逆境能力的一个关键指标[25]，这一过程与叶绿素含量紧密相关，因为叶绿素作为光合作用的主要色素，其含量直接影响到光能的吸收和转化效率。在高温逆境下，植物常常面临叶绿素降解加速或合成受阻的挑战，这些变化会显著削弱光合作用效率，进而影响植物的生长发育[26]。本研究中，T处理的总叶绿素含量在整个试验过程中始终保持在比CK更高的水平上，即使在遭受高温胁迫后亦是如此。这一结果不仅验证了灯盏花对高温环境的适应性，更重要的是它直接证明了热驯化预处理能够有效提升灯盏花的耐热性，通过维持甚至提高叶绿素含量来增强其光合作用性能，从而在逆境中保持较强的生长潜力和生产力。这一发现不仅丰富了我们对植物耐热机理的认识，也为筛选和培育高耐热性作物品种提供了参考。
渗透调节机制是植物在逆境条件下维持细胞稳态和生存的关键适应策略，其中脯氨酸、可溶性蛋白质和可溶性糖作为主要的渗透调节物质在调节细胞渗透势、维持水分平衡及保护细胞结构中发挥主要作用[27]。尤其是在高温胁迫下，植物通过增加Pro含量来增强细胞膜的稳定性和保护酶活性，从而缓解由高温引起的氧化损伤和水分流失，大量的研究[28-
4 结论
本研究表明，经过热驯化处理的灯盏花在面临高温胁迫时，展现出显著增强的抗逆性能。具体表现为热驯化组植物的热害指数显著低于未经热驯化的对照组，表明其遭受的高温损伤程度减轻。在高温暴露期间，热驯化灯盏花维持了较高的RWC和叶绿素含量，同时观察到较低的REC和MDA含量，这些生理指标的变化反映了细胞膜系统的稳定性得以保持，以及活性氧产生的有效抑制，从而减少了氧化损伤。此外，热驯化促进了灯盏花对渗透调节物质的累积，这一策略在后续的极端高温挑战中发挥关键作用，通过调节细胞渗透势，维持了细胞水分平衡，平缓了渗透调节物质的动态变化，增强了植物的水分保持能力。当热驯化处理的灯盏花在（36.0±0.5）℃下恢复3 h后，其各项生理指标迅速复原至接近正常水平，而未经热驯化的对照组植物则大多出现严重的干枯乃至死亡现象。
参考文献
药用植物灯盏花MYC转录因子家族生物信息学及表达模式分析
Mechanisms and adaptation strategies to improve heat tolerance in rice. A review
Thermal acclimation in Arabidopsis lyrata: genotypic costs and transcriptional changes
DOI:10.1111/jeb.13208
PMID:29134788
[本文引用: 1]
Frost and heat events can be challenging for sessile organisms that cannot escape thermal extremes. However, adverse effects of thermal stress on fitness may be reduced by pre-exposure to cold or heat, a process known as acclimation. To understand the ecological and evolutionary implications of acclimation, we investigated (1) the reduction in performance due to stress pre-exposure, (2) the magnitude of increased leaf resistance to subsequent stress, (3) the costs of acclimation and (4) the genes differing in expression due to stress pre-exposure. Plants of Arabidopsis lyrata were raised under three treatments of pre-exposure: bouts of frost, bouts of heat or constant temperature. Resistance of leaves to subsequent frost and heat stress was then measured by electrolyte leakage. RNA-seq analysis was performed to examine the genes differentially expressed between stress-pre-exposed and control plants. Pre-exposure to stress during growth decreased plant size and increased leaf resistance to subsequent stress independent of whether pre-exposure was to frost or heat. But the highest increase in leaf resistance to frost was found after pre-exposure to frost (as a trend) and in leaf resistance to heat after pre-exposure to heat. No evidence for costs of acclimation was detected. RNA-sequencing suggested that acclimation by frost and heat pre-exposure was caused by distinct mechanisms: modification of the chloroplast membrane and modification of the cell wall and membrane, respectively. Our results suggest that thermal resistance is a labile complex of traits, strongly affected by the previously experienced stress environment, with undetermined costs.© 2017 European Society For Evolutionary Biology. Journal of Evolutionary Biology © 2017 European Society For Evolutionary Biology.
芍药耐热性评价及其鉴定指标筛选
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.015
[本文引用: 1]
【目的】采用多元统计分析方法评价不同芍药品种的耐热能力、筛选芍药耐热性鉴定指标，建立更加全面可靠的芍药耐热性评价体系。【方法】本研究以140个芍药品种为材料，采用田间试验，在芍药经过夏季高温胁迫后于8月份测定热害指数、株高、冠幅、叶绿素相对含量（SPAD）等8个形态结构指标以及丙二醛（MDA）、相对电导率（REC）等13个生理指标。采用相关性分析、隶属函数分析、主成分分析、聚类分析和逐步回归分析对芍药耐热性进行综合评价并筛选耐热性鉴定指标。【结果】21个指标之间存在不同程度的变异，变异系数范围为6.66%—78.02%，变异系数具体表现为：过氧化氢酶（CAT）>过氧化物酶（POD）>净光合速率（Pn）>非光化学猝灭系数（qN）>超氧化物歧化酶（SOD）>气孔密度>栅栏/海绵组织>可溶性糖含量（SSC）>可溶性蛋白含量（SPC）>热害指数>SPAD>实际光合效率（Y(Ⅱ)）>色相（b）>丙二醛（MDA）>非调节性能量耗散（Y(NO)）>冠幅>叶片厚度>株高>相对电导率（REC）>有效光化学量子产量（Fv/Fm）>色度角（H），其中变异系数最大的为CAT，变异系数最小的为H；通过对各项指标进行相关性分析发现，X<sub>1</sub>（热害指数）与X<sub>2</sub>（株高）、X<sub>3</sub>（冠幅）、X<sub>4</sub>（SPAD）、X<sub>7</sub>（Fv/Fm）、X<sub>12</sub>（叶片厚度）、X<sub>17</sub>（SSC）呈极显著负相关，与X<sub>6</sub>（Pn）、X<sub>8</sub>[Y(Ⅱ)]、X<sub>13</sub>（气孔密度）、X<sub>20</sub>（CAT）呈显著负相关，与X<sub>5</sub>（REC）、X<sub>9</sub>[Y(NO)]、X<sub>16</sub>（MDA）、X<sub>18</sub>（SPC）呈极显著正相关，各指标之间存在不同程度的相关性，较为复杂；通过主成分分析法将21个指标提取为7个主成分因子，贡献率分别为20.50%、11.66%、8.24%、7.24%、7.06%、5.31%和4.85%，累计贡献率达到64.87%；利用隶属函数分析法计算出140个芍药品种的综合得分值（W），在此基础之上采用聚类分析将芍药品种分为“优”“良”“中”“差”4个耐热等级，其中“优”占比14.3%，“良”占比26.4%，“中”占比46.4%，“差”占比12.9%；进一步利用逐步回归分析建立最优线性回归方程W=0.228-0.166X<sub>1</sub>+0.002X<sub>4</sub>+0.325X<sub>7</sub>-0.257X<sub>9</sub>+0.112X<sub>10</sub>+ 0.00028X<sub>13</sub>+ 0.002X<sub>17</sub>+0.00015X<sub>19</sub>+0.001X<sub>20</sub>，从21个指标中筛选出X<sub>1</sub>（热害指数）、X<sub>4</sub>（SPAD）、X<sub>7</sub>（Fv/Fm）、X<sub>9</sub>[Y(NO)]、X<sub>10</sub>（qN）、X<sub>13</sub>（气孔密度）、X<sub>17</sub>（SSC）、X<sub>19</sub>（SOD）、X<sub>20</sub>（CAT）这9个指标作为芍药耐热性的鉴定指标。【结论】采用多元统计分析的方法评价芍药耐热性，将140个芍药品种分为4类（优、良、中、差），筛选出热害指数、SPAD值等9个指标作为芍药耐热性鉴定指标，快速评价芍药的耐热能力，从而显著提高芍药耐热性鉴定的效率。
滇黄精对长期CO2浓度升高的响应
高温胁迫下8个绣球品种的生理生化响应
DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2022.04.018
[本文引用: 2]
中国南方地区夏季高温是限制绣球在该地区引种栽植与园林应用的重要因素之一,探讨绣球在高温胁迫下生理生化的响应机理,对绣球在特殊立地条件下的应用有重要参考意义。试验以8个绣球品种为材料,利用人工气候箱模拟高温胁迫44℃/33℃（昼/夜）下9项指标的生理生化指标变化。结果表明,高温胁迫下,8个绣球品种的热害指数呈上升趋势,且由高到低依次为‘灵感’>‘银边’>‘纱织小姐’>‘小町’>‘爱莎’>‘含羞叶’>‘花手鞠’>‘头花’;相对电导率、丙二醛呈持续上升趋势,‘纱织小姐’‘银边’及‘小町’叶片的相对电导率与丙二醛含量增幅最大,‘爱莎’‘头花’及‘含羞叶’叶片的相对电导率与丙二醛含量增幅均最小;过氧化物酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性均产生显著影响,适度的高温诱导了绣球叶片上述3种酶活性的上升;可溶性糖含量在高温胁迫前期变化较小,但总体呈上升趋势;可溶性蛋白含量呈上升趋势,‘银边’与‘灵感’的蛋白质合成速率最低,‘头花’与‘含羞叶’的蛋白质合成速率最高;游离脯氨酸含量呈上升趋势,‘花手鞠’与‘头花’通过游离脯氨酸进行渗透调节的能力显著强于其他品种,‘灵感’与‘银边’通过游离脯氨酸进行渗透调节的能力显著弱于其他品种。利用模糊隶属函数分析8个绣球品种耐高温能力,‘纱织小姐’为最耐高温的品种,其次为‘含羞叶’‘小町’‘花手鞠’‘头花’‘灵感’‘爱莎’,‘银边’为最不耐高温的品种。本研究为探究绣球品种在高温胁迫下的生理生化响应机制提供了理论依据。
4种常春藤对高温胁迫的生理响应
高温胁迫对枣花器官生理特性的影响
DOI:10.6048/j.issn.1001-4330.2023.06.022
[本文引用: 1]
【目的】分析高温胁迫下伏脆蜜和骏枣花器官的生理特征差异,为红枣花器官的耐热性研究提供理论依据。【方法】以3年生伏脆蜜和骏枣盆栽苗为材料,测定45℃高温胁迫不同时间(0、2、6、24 h)对2个品种花器官相对电导率、丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶等相关生理指标的影响。【结果】随着高温胁迫时间的延长,2个品种的相对电导率显著上升,细胞膜遭受高温胁迫后受损伤程度增大,且在不同时长高温胁迫处理下骏枣花器官的相对电导率和MDA含量始终大于伏脆蜜,高温胁迫下骏枣花器官细胞膜受损害程度较大。随着高温胁迫时间的延长,2个品种花器官脯氨酸和可溶性糖含量均呈现先上升后下降趋势,但骏枣花器官脯氨酸含量比伏脆蜜提前下降。2个品种的抗氧化酶活性随着温度的升高基本呈现上升趋势,且伏脆蜜花器官的POD、CAT酶活性始终大于骏枣,伏脆蜜提高更多的自身抗氧化酶活性以此抵御高温胁迫。【结论】高温胁迫下,伏脆蜜花器官细胞膜稳定性优于骏枣,在生理特征上表现出比骏枣花器官有更强的耐热性。
深圳市耐高温月季品种筛选研究
