熱鍛煉對龍須菜高溫脅迫響應的影響

付 峰, 隋正紅, 李秉鈞, 郭振義, 鞠曉丹

(1. 煙臺大學 海洋學院, 山東 煙臺 264005; 2. 中國海洋大學 海洋生命學院, 山東 青島 266003)

熱鍛煉對龍須菜高溫脅迫響應的影響

付 峰1, 隋正紅2, 李秉鈞1, 郭振義1, 鞠曉丹1

(1. 煙臺大學 海洋學院, 山東 煙臺 264005; 2. 中國海洋大學 海洋生命學院, 山東 青島 266003)

夏季高溫是限制龍須菜(Gracilariopsis lemaneiformis)生長和發育的一個主要問題。本研究以野生龍須菜作為材料, 經過28℃的熱鍛煉預處理72 h, 再分別置于32、36、40℃高溫脅迫24 h, 并測定了高溫脅迫條件下龍須菜的丙二醛(MDA)、過氧化氫(H2O2)和可溶性蛋白質的含量, 以及超氧化物歧化酶(SOD)活性和抗壞血酸(AsA)水平等生理指標, 研究了龍須菜對高溫脅迫的響應。結果表明: 熱鍛煉能維持藻體較低的MDA含量, 降低H2O2的產生速率, 緩解藻體的膜脂過氧化傷害; 同時熱鍛煉緩解了可溶性蛋白質的降解, 增加了SOD酶的比活力, 緩解了AsA的下降速率, 說明熱鍛煉能緩解高溫脅迫對藻體的傷害, 有效地提高了龍須菜對高溫脅迫響應的能力。

龍須菜(Gracilariopsis lemaneiformis); 高溫脅迫; 熱鍛煉

龍須菜(Gracilariopsis lemaneiformis)是一種主要的產瓊膠海藻, 目前廣泛栽培在遼寧、山東、浙江、福建、廣東等地[1], 具有重要的經濟價值。但是在夏季水溫較高時, 藻體會出現變白, 甚至潰爛[2], 嚴重影響龍須菜的栽培及其產量。因此, 研究高溫脅迫下龍須菜的生理響應, 對于提高其耐熱性具有重要的意義。

植物體經溫和的或亞致死高溫的預處理后可以產生耐熱性, 這種預處理即為熱鍛煉或熱馴化[3-4]。對于高等植物的許多研究表明[5-7], 熱鍛煉可以誘導植物獲得耐熱性, 提高其抵御高溫脅迫的能力。熱鍛煉在藻類中的研究不多, 目前對集胞藻Synechocystis sp. PCC6803的研究發現, 熱鍛煉對其光合系統耐受環境溫度的變化非常重要[8]。對海帶(Laminaria japonica)的研究也顯示, 熱鍛煉預處理可以有效減輕海帶葉片的氧化損傷, 提高其耐熱性, 推測熱鍛煉獲得的耐熱性可能與體內水楊酸含量的提高有關[9]。丁柳麗等[10]發現在高溫脅迫過程中, 高溫(24℃)生長的龍須菜比正常溫度(20℃)生長的龍須菜光合作用系統表現出更突出的耐熱性能。

本研究以野生型龍須菜為材料, 對其進行28℃熱鍛煉72 h預處理后, 分別置于32、36和40℃的高溫脅迫24 h, 以不經熱鍛煉組為對照, 研究熱鍛煉和不同溫度的高溫脅迫對龍須菜體內各項生理指標的影響, 以期為深入了解熱鍛煉對提高龍須菜耐高溫機制提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

選用采自青島湛山灣的野生龍須菜, 樣品采集后除去表面雜藻后置于常溫25℃光照培養箱中培養, 光強2 500 lx, 光周期12 h︰12 h, 每周更換新鮮的f/2培養液。

1.2 實驗設計

將常溫(25)℃培養的龍須菜, 取適量置于500 mL三角燒瓶中, 加入含有f/2的滅菌海水。熱鍛煉組設置為, 藻體在28℃的培養箱中熱鍛煉72 h, 然后分別再置于32、36和40℃培養箱中進行高溫脅迫; 不經熱鍛煉的對照組藻體在25℃的培養箱中培養72 h, 然后與熱鍛煉的藻體一起置于32、36和40℃培養箱, 進行高溫脅迫, 均設置為光強2 500 lx, 光周期12 L︰12 D。24 h后, 取脅迫后藻體進行各生理指標的測定, 每個脅迫條件設置3個平行。

1.3 實驗方法

1.3.1 丙二醛(MDA)含量的測定

參考高俊鳳等[11]的方法。稱取0.2 g鮮質量龍須菜, 液氮研磨, 加入4 mL的磷酸鈉緩沖液(0.05 mol/L, pH 7.8), 混勻后轉移到離心管中。加入4 mL 0.5%的硫代巴比妥酸溶液充分搖勻, 沸水浴10 min, 冷卻后于4℃、12 000 r/min離心15 min, 取上清, 測450、532和600 nm處的吸光值。MDA含量計算如下: MDA(μmol/g WF)= [6.45×(A652–A600)–0.56×A450] × Vt/ (1 000×WF), 其中, Vt: 上清的體積(mL); WF: 樣品鮮質量(g)。

1.3.2 過氧化氫(H2O2)含量的測定

參考Sergiev等的方法[12]。稱取0.2 g鮮質量龍須菜, 液氮研磨, 加入0.1%的三氯乙酸3 mL, 混勻后轉移到離心管中, 4 1℃2 000 r/min離心15 min。取1 mL的上清液, 加入1 mL的0.1 mol/L的磷酸鉀緩沖液(pH7.0)和2 mL的1 mol/L的碘化鉀溶液, 黑暗靜置1 h后, 測定A390, 并通過標準曲線查得過氧化氫物質的量。H2O2含量(nmol/g)= n×V /(Vs×WF), 其中n為標準曲線查得的溶液中過氧化氫物質的量(nmol); V為樣品提取液總體積(mL); Vs為吸取樣品液總體積(mL); WF為樣品鮮質量(g)。

1.3.3 可溶性蛋白質含量的測定

參考高俊鳳[11]的方法。稱取0.2 g鮮質量龍須菜,液氮研磨, 加入4 mL的0.05 mol/L的磷酸鈉緩沖液(pH 7.8), 將勻漿轉移到試管中, 于4 1℃2 000 r/min離心15 min, 收集上清液。吸取1 mL提取液, 加入考馬斯亮藍溶液5 mL, 混勻, 放置20 min, 在595 nm處測吸光值, 并通過標準曲線查得蛋白質含量。可溶性蛋白質質量比(mg/g)= C×VT/(1 000V1×WF), 其中C為查得的標準曲線值(μg); VT為提取液體積(mL); V1為測定時加樣量(mL); WF為樣品鮮質量(g)。

1.3.4 超氧化物歧化酶(SOD)比活力的測定

參考高俊鳳的方法[11]。稱取0.2 g鮮質量龍須菜,液氮研磨, 加入4 mL的0.5 mol/L pH7.8的磷酸鈉緩沖液, 將勻漿轉移到試管中, 于4 1℃2 000 r/min離心15 min, 收集上清液。依次加入50 mmol/L 磷酸緩沖液(pH 7.8)3 mL, 130 mmol/L 的甲硫氨酸 600 μL, 0.75 mmol/L 氮藍四唑(NBT) 600 μL, 0.1 mmol/L的EDTA·Na2600 μL和 0.02 mmol/L 核黃素 600 μL,置于35°C, 光照強度為 2 500 lx。顯色 20 min。反應結束后立即用遮光布完全遮蓋試管, 終止反應。測定反應液560 nm處吸光值。SOD總活力(U/g)= (A0–As)×Vt/(0.5A0×WF×V1), SOD比活力(U/mg)=SOD活力/總蛋白含量。其中A0為無酶反應液吸光值; As為待測樣品的吸光值; Vt為提取液總體積(mL); V1為測定時吸取的提取液體積(mL); WF為樣品鮮質量(g)。

1.3.5 抗壞血酸(AsA)含量的測定

參考劉泳的方法[13]。取0.2 g鮮質量龍須菜, 液氮研磨, 加入4 mL 5%的偏磷酸, 轉移到試管中, 12 000 r/min下離心10 min。取上清液1 mL, 分別加入75 mmol/L的磷酸鈉緩沖液(pH 7.4)0.8 mL, 10%的偏磷酸0.8 mL, 44%的磷酸0.8 mL, 4%的二聯吡啶0.8 mL和3%的氯化鐵0.4 mL, 測525 nm處吸光值, 根據標準曲線查得抗壞血酸物質的量(nmol)。抗壞血酸含量(nmol/g)= V×n /(Vt×WF), 其中n為抗壞血酸物質的量(nmol); Vt為所用樣品提取液體積(mL); V為樣品提取液總體積(mL); WF為樣品鮮質量(g)。

1.3.6 數據分析方法

所有數據運用EXCEL和SPSS 20.0進行統計和方差分析, 采用最小顯著差數(LSD)法比較差異顯著性, 以P＜0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 熱鍛煉對龍須菜藻體膜脂過氧化和過氧化氫含量的影響

高溫脅迫下, 龍須菜體內丙二醛(MDA)含量增加, 隨著脅迫溫度的升高MDA含量升高。高溫脅迫下, 熱鍛煉處理組的MDA水平顯著低于未經熱鍛煉處理組(P＜0.05)。經熱鍛煉的藻體在40℃高溫脅迫下, MDA含量比初始上升了140.03%, 而未經熱鍛煉組含量上升了169.72%, 表明熱鍛煉能有效緩解藻體膜脂過氧化的程度, 提高藻體抵抗高溫的能力。

圖1 熱鍛煉對高溫脅迫下龍須菜丙二醛含量的影響Fig. 1 Effects of heat acclimation pretreatment on MDA contents in Gracilaria lemaneiformis under heat stress. Two samples within the same treatment condition sharing a common letter were not significantly different, whereas在同一處理溫度內, 相同的字母表示差異不顯著, 不同字母表示差異顯著(P＜0.05), 下同those with different letters were significantly different at P ＜ 0.05, the same below

圖2 熱鍛煉對高溫脅迫下龍須菜過氧化氫含量的影響Fig. 2 Effects of heat acclimation pretreatment on hydrogen peroxide contents in Gracilaria lemaneiformis under heat stress

高溫脅迫下, 龍須菜體內H2O2的含量出現明顯的積累。經熱鍛煉的藻體, 高溫脅迫下體內H2O2含量低于未經熱鍛煉的, 而且差異極顯著(P＜0.01)。經熱鍛煉的藻體在40℃脅迫下, H2O2含量比初始上升了642.43%, 而未經熱鍛煉組含量上升了857.31%,表明熱鍛煉能有效減少藻體過氧化氫的產生, 避免過量活性氧帶來的傷害, 提高藻體抵抗高溫的能力。

2.2 熱鍛煉對龍須菜藻體可溶性蛋白質含量和SOD比活力的影響

實驗結果表明, 高溫脅迫24 h后, 藻體內可溶性蛋白質含量降低, 但是熱鍛煉組的可溶性蛋白質含量始終高于未經熱鍛煉組。在40℃高溫脅迫24 h后, 經熱鍛煉的藻體內可溶性蛋白質含量比初始降低了75.92%, 未經熱鍛煉組降低了88.48%, 二者差異極顯著(P＜0.01)。

實驗結果表明, 高溫脅迫下龍須菜體內SOD比活力升高, 隨脅迫溫度升高, SOD比活力增加, 熱鍛煉處理組保持較高的SOD比活力, 而且在高溫脅迫下, 顯著高于未經熱鍛煉處理組(P＜0.01)。表明熱鍛煉能夠有效提高SOD酶的比活力, 清除活性氧帶來的傷害, 提高藻體的耐高溫能力。

圖3 熱鍛煉對高溫脅迫下龍須菜可溶性蛋白質含量的影響Fig. 3 Effects of heat acclimation pretreatment on soluble protein contents in Gracilaria lemaneiformis under heat stress

圖4 熱鍛煉對高溫脅迫下龍須菜SOD比活力的影響Fig. 4 Effects of heat acclimation pretreatment on the specific activity of SOD in Gracilaria lemaneiformis under heat stress

2.3 熱鍛煉對龍須菜藻體抗壞血酸含量的影響

實驗結果表明, 高溫脅迫下龍須菜體內抗壞血酸(AsA)含量下降, 隨脅迫溫度升高AsA含量呈下降趨勢。在高溫脅迫下, 熱鍛煉處理組的AsA含量下降幅度低于未經熱鍛煉處理組, 差異極顯著(P＜0.01),經熱鍛煉的藻體在40℃脅迫下, AsA含量比初始下降了87.46%, 而未經熱鍛煉組下降了94.72%。

圖5 熱鍛煉對高溫脅迫下龍須菜抗壞血酸含量的影響Fig. 5 Effects of heat acclimation pretreatment on the AsA content in Gracilaria lemaneiformis under heat stress

3 討論

通常高于環境溫度10～15℃的溫度的快速升高稱為熱休克或者熱脅迫[14]。野生龍須菜生長的最適溫度在12～23℃, 根據前期的預實驗結果, 同時為了保證藻體的存活, 熱脅迫溫度設置為32、36和40℃共3個溫度, 處理時間為24 h。對高等植物的研究顯示, 一定程度的熱鍛煉能夠有效提高植物的耐高溫性, 不同的研究者針對不同的物種選擇的熱鍛煉方式不同[3], 本實驗中設置熱鍛煉溫度為28℃, 時間為72 h。本實驗結果顯示, 28℃熱鍛煉時間72 h可以有效誘導龍須菜的獲得耐熱性, 可以為后期龍須菜熱鍛煉的研究提供相應參考。

高溫脅迫能夠引起細胞膜脂過氧化, 加劇細胞膜受傷害的程度, 而丙二醛是膜脂過氧化的主要產物,是衡量高溫下細胞膜受傷害程度的重要指標[15-16]。本研究結果顯示, 高溫脅迫導致龍須菜體內MDA含量增加, 脅迫溫度越高對藻體細胞膜的傷害越嚴重,表現為MDA的含量越高, 這與孫雪等[17]對高溫脅迫下龍須菜的研究結果一致。Sairam等[18]對溫度敏感性不同的3種小麥進行高溫脅迫, 結果顯示耐高溫的種類在高溫脅迫下的MDA含量較低。本研究中,經熱鍛煉預處理的龍須菜在高溫脅迫下藻體內MDA的含量顯著低于未經熱鍛煉的, 說明經過熱鍛煉預處理的藻體膜脂過氧化程度較輕, 熱鍛煉能夠通過緩解高溫脅迫對藻體細胞膜的傷害提高藻體的耐高溫能力。

高溫脅迫下植物體內的氧化還原代謝平衡會被打破, 導致體內活性氧的大量積累[19-20]。H2O2是活性氧的一種, 高溫脅迫下會產生過量的H2O2, 加劇植物細胞的氧化脅迫[21]。本研究顯示, 隨脅迫溫度的升高, 龍須菜體內H2O2的含量極顯著增加, 其中經熱鍛煉龍須菜在高溫脅迫下藻體內H2O2的增加量有所緩解, 說明熱鍛煉能夠有效提高藻體抗氧化能力,這與對高等植物熱鍛煉的研究結果相似。Dat等[22]研究顯示熱鍛煉能誘導芥菜產生耐熱性, 組織中的H2O2含量明顯降低。Xu等[16]對兩種耐熱性不同的冷季型草坪草的研究顯示, 高溫脅迫下兩種草葉內H2O2都有明顯的累積, 在熱鍛煉的草葉中累積的水平較低, 而且經過熱鍛煉的敏感型的草坪草葉中的H2O2含量高于較耐熱種類。

細胞內可溶性總蛋白在植物抵御高溫脅迫的過程中發揮著重要的作用。本研究顯示, 高溫脅迫下可溶性蛋白質含量下降, 說明高溫脅迫會導致可溶性蛋白的降解[23], 而且高溫能影響細胞內各種酶的活性, 抑制蛋白質的正常合成, 也可能是導致高溫時藻體可溶性蛋白質含量降低的原因[24]。本研究中熱鍛煉處理組可溶性蛋白質含量略高于未經熱鍛煉組,推測在高溫脅迫下藻體會發生應激反應, 產生大量的熱激蛋白[25], 參與藻體內蛋白質的運輸、折疊, 保護蛋白質不被降解, 維持正常的細胞代謝, 熱鍛煉通過增加熱激蛋白含量緩解了高溫對藻體的傷害。

SOD是普遍存在的一種含金屬輔基的酶, 是藻體抗氧化防御系統中應對高溫脅迫的關鍵酶, 它能催化超氧陰離子自由基(O2–)的歧化反應, 生成H2O2和O2[26], 其他抗氧化酶類通過與SOD的協同作用,共同防御活性氧對細胞生物大分子的破壞[27]。張元等[28]對高溫脅迫下壇紫菜葉狀體的研究也顯示, SOD酶比活力隨著脅迫時間的延長而逐漸升高, 認為SOD活性受O2–誘導極顯著提高。本實驗結果顯示, 高溫脅迫下, SOD比活力升高, 并且脅迫溫度越高, SOD比活力越高, 推測SOD活力在整個脅迫過程中持續增強[27]。實驗結果顯示經過熱鍛煉處理的藻體SOD比活力明顯高于未經熱鍛煉的藻體, 說明熱鍛煉處理的藻體維持了較高的SOD比活力, 能夠有效提高自身對活性氧等有害物質的清除能力, 延緩高溫脅迫對藻體細胞的抗氧化損傷[6-7]。

植物抗氧化防御系統包括酶促抗氧化系統和非酶促抗氧化系統, AsA是植物體非酶促抗氧化系統的主要組成部分[29], 是清除活性氧的重要抗氧化劑,在抵御高溫脅迫方面具有非常重要的作用[30]。徐偉君[31]研究發現, 高溫脅迫下黃瓜幼苗AsA含量降低明顯, 其相對降低量與黃瓜耐高溫能力呈負相關關系。Wang等[32]研究顯示, 隨著高溫脅迫時間的延長,葡萄葉片ASA含量急劇下降, 經熱鍛煉葉片的ASA含量始終高于未經熱鍛煉組。劉泳[13]對海帶的研究發現, 耐熱性相對較差的品種RC隨高溫脅迫時間的延長體內AsA含量呈現下降趨勢, 耐熱性較強的品種901變化趨勢相反, 推測這種變化差異是由于耐熱性強的品種自身AsA合成酶的較強穩定性所致。本實驗結果顯示, 高溫脅迫下, AsA的含量下降, 而且脅迫溫度越高, AsA含量越低, 這可能是由于一方面高溫脅迫下AsA作為抗氧化劑參與自由基清除反應時部分被氧化, 另一方面是AsA的合成受到了高溫脅迫的抑制[7,33]; 熱鍛煉藻體的AsA含量下降幅度顯著低于未經熱鍛煉的, 表明熱鍛煉可以減緩藻體內AsA含量的降低, 提高藻體抵御高溫脅迫的能力。

綜上所述, 熱鍛煉可以緩解藻體的膜脂過氧化傷害, 降低藻體活性氧(H2O2)的產生速率, 維持較高的可溶性蛋白質含量, 提高SOD的比活力, 緩解抗氧化物質AsA的下降速率, 來降低高溫脅迫對龍須菜藻體的氧化傷害, 提高藻體的抵御高溫脅迫的能力。目前, 熱鍛煉對提高藻體耐高溫性的研究主要集中在生理響應方面, 近些年隨著分子生物學技術的發展, 還有待于在轉錄組、蛋白質組或者代謝組等方面的深入研究, 以期進一步揭示藻類對高溫脅迫的響應機制, 為藻類的耐高溫育種提供科學基礎。

[1] 張學成, 費修綆, 王廣策, 等. 江蘺屬海藻龍須菜的基礎研究與大規模栽培[J]. 中國海洋大學學報, 2009, 39(5): 947-954. Zhang Xuecheng, Fei Xiugeng, Wang Guangce, et al. Genetic Studies and Large Scale Cultivation of Gracilaria lemaneiformis[J]. Periodical of Ocean University of China, 2009, 39(5): 947-954.

[2] 付峰, 隋正紅, 常連鵬, 等. 龍須菜果孢子的紫外誘變及優勢突變體的篩選[J]. 中國海洋大學學報, 2014, 44(3): 50-56. Fu Feng, Sui Zhenghong, Chang Lianpeng, et al. UV-irradiation mutation on carpospores of Gracilariopsis lemaneiformis and screening of thermo-tolerant strains[J]. Periodical of Ocean University of China, 2014, 44(3): 50-56.

[3] Yeh C H, Kaplinsky N J, Hu C, et al. Some like it hot, some like it warm: Phenotyping to explore thermotolerance Diversity [J]. Plant Science, 2012, 195: 10-23.

[4] 陳思婷, 郭房慶. 植物耐熱性及熱激信號轉導機制研究進展[J]. 中國科學: 生命科學, 2013, 43(12): 1072-1081. Chen Siting, Guo Fangqing. Heat stress tolerance and signaling in plants [J]. Scientia Sinica Vitae, 2013, 43(12): 1072-1081.

[5] Larkindale J, Vierling E. Core genome responses involved in acclimation to high temperature[J]. Plant Physiol, 2008, 146: 748-761.

[6] 何亞麗, 劉友良, 陳權, 等. 水楊酸和熱鍛煉誘導的高羊茅幼苗的耐熱性與抗氧化的關系[J]. 植物生理與分子生物學學報, 2002, 28(2): 89-95. He Yali, Liu Youliang, Chen Quan, et al. Thermotolerance related to antioxidation induced by salicylic acid and heat hardening in tall fescue seedlings[J]. Journal of Plant Physiology and Molecular Biology, 2002, 28(2): 89-95.

[7] 徐勝, 何興元, 陳瑋, 等. 熱鍛煉對高羊茅(Festuca arundinacea)和多年生黑麥草(Lolium perenne)高溫能力的影響[J]. 生態學報, 2008, 28(1): 162-171. Xu Sheng, He Xingyuan, Chen Wei, et al. Effects of heat acclimation on high-temperature stress resistance and heat-tolerance mechanism of Festuca arundinacea and Lolium perenne [J]. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(1): 162-171.

[8] Rowland J G, Pang X, Suzuki I, et al. Identification of components associated with thermal acclimation of photosystem Ⅱ in Synechocystis sp. PCC6803[J]. PLoS One, 2010, 5(5): e10511.

[9] Zhou B, Tang X X, Wang Y. Salicylic acid and heat acclimation pretreatment protects Laminaria japonica sporophyte (Phaeophyceae) from heat stress[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2010, 28(4): 924-932.

[10] 丁柳麗, 鄒定輝, 劉露, 等. 氣候變化對海藻龍須菜生長與光合作用耐熱特性的影響[J]. 生態學報, 2015, 35(10): 3267-3277. Ding Liuli, Zou Dinghu, Liu Lu, et al. Effect of climate change on the growth and photosynthetic thermal tolerance in the marine macroalga Gracilaria lemaneiformis[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(10): 3267-3277.

[11] 高俊鳳. 植物生理學實驗指導[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006. Gao Junfeng. Experimental Guide for Plant Physiology[M]. Beijing: Higher Education Press, 2006.

[12] Sergiev I, Alexieva V, Karanov E. Effect of spermine, atrazine and combination between them on some endogenous protective systems and stress markers in plants[J]. Compt Rend Acad Bulg Sci, 1997, 51: 121-124.

[13] 劉泳. 高溫脅迫對海帶生長的影響及其作用機理的初步探討[D]. 青島: 中國海洋大學, 2004. Liu Yong. The effeets of heat stress on the growth of Laminaria japonica and the Preliminary study on the effective meehanism[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2004.

[14] Wahid A, Gelani S, Ashraf M, et al. Heat tolerance in plants: An overview[J]. Environment and Experimental Botany, 2007, 61: 199-223.

[15] Liu X Z, Huang B R. Heat stress injury in relation to membrane lipid peroxidation in creeping bentgrass [J]. Crop Science, 2000, 40(2): 503-510.

[16] Xu S, Li J L, Zhang X Q, et al. Effects of heat acclimation pretreatment on changes of membrane lipid peroxidation, antioxidant metabolites, and ultrastructure of chloroplasts in two cool-season turfgrass species under heat stress[J]. Environment and Experimental Botany, 2006, 56: 274-285.

[17] 孫雪, 蔡西栗, 徐年軍. 海洋紅藻龍須菜對2種逆境溫度脅迫的應激生理響應[J]. 水生生物學報, 2013, 37(3): 535-540. Sun Xue, Cai Xili, Xu Nianjun. Physiological response of marine red algae Gracilaria lemaneiformis to two kinds of adverse temperature stress[J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2013, 37(3): 535-540.

[18] Sairam R K, Srivastava G C, Saxena D C. Increasedantioxidant activity under elevated temperatures: A mechanism of heat stress tolerance in wheat genotypes [J]. Biologia Plantarum, 2000, 43(2): 245-251.

[19] Mallick N, Mohn F H. Reactive oxygen species: response of algal cells [J]. Journal of Plant Physiology, 2000, 157(2): 183-193.

[20] Gill S S, Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2010, 48: 909-930.

[21] Anderson J A. Catalase activity, hydrogen peroxide content and thermotolerance of pepper leaves[J]. Scientia Horticulturae, 2002, 95(4): 277-284.

[22] Dat J F, Lopez-Delgado H, Foyer C H, et al. Parallel changes in H2O2and catalase during thermotolerance induced by salicylic acid or heat acclimation in mustard seedlings[J]. Plant Physiol, 1998, 116(4): 1351-1357.

[23] 周人綱, 樊志和, 李曉芝, 等. 熱鍛煉對小麥葉片細胞膜及有關酶活性的影響[J]. 作物學報, 1995, 21(5): 568-572. Zhou Rengang, Fan Zhihe, Li Xiaozhi, et al. The effect of heat acclimation on membrane thermostability and relative enzyme activity [J]. Acta Agronomica Sinaca, 1995, 21(5): 568-572.

[24] 凌晶宇, 梁洲瑞, 王飛久, 等. 溫度脅迫對掌狀海帶幼苗生長、抗氧化系統及葉綠素熒光的影響[J]. 海洋科學, 2015, 39(12): 39-45. Ling Jingyu, Liang Zhourui, Wang Feijiu, et al. Effects of temperature stress on the growth, antioxidant system, and chlorophyll fluorescence of Laminaria digitata [J]. Marine Sciences, 2015, 39(12): 39-45.

[25] Kotak S, Larkindale J, Lee U, et al. Complexity of the heat stress response in plants[J]. Current Opinion in Plant Biology, 2007, 10: 310-316.

[26] Lu N, Zang X N, Zhang X C, et al. Gene Cloning, Expression and Activity Analysis of Manganese Superoxide Dismutase from Two Strains of Gracilaria lemaneiformis (Gracilariaceae, Rhodophyta) under Heat Stress[J]. Molecules, 2012, 17: 4522-4532.

[27] 鹿寧, 臧曉南, 張學成, 等. 高溫脅迫下不同龍須菜品系抗氧化能力的比較[J]. 武漢大學學報(理學版), 2010, 56(5): 570-577. Lu Ning, Zang Xiaonan, Zhang Xuecheng, et al. Comparison of antioxidant activities of different strains of Gracilaria Leamaneiformis under high-temperature stress[J]. Journal of Wuhan University (Nat Sci Ed), 2010, 56(05): 570-577.

[28] 張元, 謝潮添, 陳昌生, 等. 高溫脅迫下壇紫菜葉狀體的生理響應[J]. 水產學報, 2011, 35(3): 379-386. Zhang Yuan, Xie Chaotian, Chen Changsheng, et al. Physiological responses of gametophytic blades of Porphyra haitanensis to rising temperature stresses[J]. Journal of Fisheries of China, 2011, 35(3): 379-386.

[29] 臧曉南, 張學成, 張璐, 等. 藻類高溫脅迫分子響應的研究進展[J]. 武漢大學學報(理學版), 2008, 54(06): 732-738. Zang Xiaonan, Zhang Xuecheng, Zhang Lu, et al. Review of Molecular Biological Response of Alga to Heat Stress[J]. Journal of Wuhan University (Nat Sci Ed), 2008, 54(6): 732-738.

[30] 孫軍利, 趙寶龍, 郁松林. SA對高溫脅迫下葡萄幼苗AsA - GSH循環的影響[J]. 核農學報, 2015, 29(4): 799-804. Sun Junli, Zhao Baolong, Yu Songlin. Effects of exogenous salicylic acid (SA) on ascorbate glutathione cycle (AsA-GSH) circulation metabolism in grape seedlings under high temperature stress[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2015, 29(4): 799-804.

[31] 徐偉君. 高溫脅迫對黃瓜幼苗抗壞血酸代謝影響的研究[D]. 西安: 西北農林科技大學, 2007. Xu Weijun. Study on the effects of high temperature on the metabolism of ascorbic acid in cucumber seedlings [D]. Northwest Agriculture and Forestry University, 2007.

[32] Wang L J, Li S H. Thermotolerance and related antioxidant enzyme activities induced by heat acclimation and salicylic acid in grape (Vitis vinifera L.) leaves[J]. Plant Growth Regulation, 2006, 48: 137-144.

[33] 孫艷, 徐偉君. 高溫脅迫對不同黃瓜品種幼苗中抗壞血酸代謝的影響[J]. 西北農業學報, 2007, 16(6): 164-169. Sun Yan, Xu Weijun. Effect of High Temperature Stress on the Metabolism of Ascorbic Acid in Cucumber Seedlings [J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2007, 16(6): 164-169.

Effects of heat acclimation on high temperature stress response of Gracilariopsis lemaneiformis

FU Feng1, SUI Zheng-hong2, LI Bing-jun1, GUO Zhen-yi1, JU Xiao-dan1
(1. Ocean college, Yantai University, Yantai 264005, China; 2. College of marine life, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

Jul. 21, 2016

Gracilariopsis lemaneiformis; high temperature stress; heat acclimation Abstract: High temperatures in summer are a major problem in the growth and development of Gracilariopsis lemaneiformis. In this study, the wild-type G. lemaneiformis was used as material. After heat acclimation pretreatment at 28°C for 72 h, the algae were placed under conditions of high temperature stress of 32, 36, and 40°C for 24 h. The physiological indices such as MDA, hydrogen peroxide (H2O2) and soluble protein content, superoxide dismutase (SOD) activity, and ascorbic acid (ASA) content in G. lemaneiformis were measured under conditions of high temperature stress to assess the effects of high-temperature stress response of G. lemaneiformis. The results revealed that heat acclimation can maintain low MDA levels, reduce the production rate of active oxygen species (H2O2), and alleviate the damage of cell membrane lipid peroxidation. Furthermore, heat acclimation alleviated the degradation of soluble proteins, improved the specific activity of SOD, and relieved the declining AsA rate, indicating that heat acclimation can amend the harm of high temperatures in the algae and can improve the capacity of G. lemaneiformis to respond to high temperature stress.

S968.43

A

1000-3096(2017)04-0010-07

10.11759/hykx20160505001

(本文編輯: 梁德海)

2016-07-21;

2017-01-15

煙臺大學博士啟動金項目(HX14B04); 山東省高等學校科技計劃項目(J16LE13)

[Foundation: The doctoral scientific research foundation of Yantai University, No.HX14B04; A project of Shandong Province higher educational science and technology program, No.J16LE13]

付峰(1979-), 女, 山東煙臺人, 講師, 博士, 主要從事海藻抗逆研究, 電話: 0535-6706010, E-mail: fufeng@ytu.edu.cn