大果櫸對不同低溫的生理響應(yīng)

　　摘要：以大果櫸葉片為試驗材料，分別在-5、-10、-15、-20℃下進(jìn)行低溫處理，測定不同低溫條件下大果櫸葉片的丙二醛含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性，研究大果櫸對不同低溫的生理響應(yīng)。結(jié)果表明，大果櫸對于不同低溫的生理響應(yīng)存在差異，隨著溫度的降低，丙二醛含量逐漸增加，但在-15℃之后略有下降;可溶性蛋白和可溶性糖含量整體呈下降趨勢，變化幅度和趨勢受溫度影響;超氧化物歧化酶活性整體呈先升高后下降的趨勢，其活性在-15℃后大幅降低。-15℃可能是大果櫸葉片的最低忍受溫度，低于此溫度后大果櫸葉片將無法正常生長代謝。

　　本文源自山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2020,48(10):1599-1601.《山西農(nóng)業(yè)科學(xué)》(月刊)創(chuàng)刊于1961年，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院主辦。主要刊載生物技術(shù)、遺傳育種、耕作栽培、生理生化、資源與環(huán)境、植物保護(hù)、貯藏加工、畜牧獸醫(yī)等學(xué)科的研究報告、學(xué)術(shù)論文及綜合述評等。

　　大果櫸(Zelkovasinica)又名小葉櫸、圓齒雞油樹、抱樹，榆科(Ulmaceae)櫸屬(Zelkova)，是我國特有樹種[1]。其常生于海拔800～2500m地帶之山谷、溪旁及較濕潤的山坡疏林中，主要分布在山西南部、甘肅、陜西、四川北部、湖北西北部、河南和河北等地。大果櫸根系發(fā)達(dá)，耐干旱瘠薄，萌蘗性強(qiáng)，同時樹形優(yōu)美，冠幅大，季相變化十分明顯，是良好的園林綠化樹種[2]。大果櫸在山西境內(nèi)主要分布于太谷及南部地區(qū)，北部地區(qū)鮮有分布。為了擴(kuò)大大果櫸的栽培面積，豐富山西北部園林綠化的景觀效果，深入了解其生長發(fā)育特性，加強(qiáng)對大果櫸的過冬防護(hù)與管理，研究大果櫸的抗寒性就變得很有必要。目前國內(nèi)外學(xué)者的研究表明，大果櫸當(dāng)年生實(shí)生苗生長較快，對大果櫸1年生實(shí)生苗進(jìn)行平茬，可以促進(jìn)苗木生長。3年生的大果櫸實(shí)生苗可以在太谷地區(qū)安全越冬[3]。

　　低溫會影響植物生長代謝、生理特性等[4]。在低溫條件下，植物的生物膜系統(tǒng)會受到傷害，導(dǎo)致其膜透性增加，電解質(zhì)外滲。此外，植物受到低溫脅迫時，會影響植物體內(nèi)細(xì)胞的生長代謝平衡。引起凍害的低溫脅迫在植株整個生長發(fā)育過程中均能造成不利的影響，如影響植物的細(xì)胞膜系統(tǒng)，植物的光合作用、呼吸作用，植物的激素含量，酶的活性等[5]，從而使植物生長發(fā)育受損，因此，生理指標(biāo)成為評價植物抗寒性的重要指標(biāo)。

　　本試驗通過對不同溫度處理下的大果櫸葉片進(jìn)行丙二醛含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性的測定，從而分析大果櫸對不同低溫的生理響應(yīng)，以期進(jìn)一步了解大果櫸的抗寒特性，為大果櫸的栽培及推廣提供理論支持。

　　1、材料和方法

　　1.1試驗材料

　　試驗以引種在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院苗圃的大果櫸葉片為研究材料。

　　1.2試驗方法

　　試驗于2019年11月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院實(shí)驗室進(jìn)行。將2019年11月采集的大果櫸葉片裝入保鮮袋迅速帶回實(shí)驗室，分為4組后分別放入-5、-10、-15、-20℃的低溫冰箱中，低溫恒溫處理12h，之后取出放入4℃的冰箱中解凍12h，采用硫代巴比妥酸比色法(TBA)測定其丙二醛(MDA)含量，采用G-250考馬斯亮藍(lán)法測定可溶性蛋白含量，采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量，采用氮藍(lán)四唑法(NBT)測定超氧化物歧化酶(SOD)活性[6,7]。每組重復(fù)3次。

　　1.3數(shù)據(jù)分析

　　數(shù)據(jù)采用SPSS25.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，并采用Excel2010作圖。

　　2、結(jié)果與分析

　　2.1低溫脅迫對大果櫸MDA含量的影響

　　由圖1可知，隨著處理溫度的降低，丙二醛含量整體呈現(xiàn)上升的趨勢，在-15℃時，丙二醛含量達(dá)到最大，-20℃時丙二醛含量較-5℃時仍增加，但低于-15℃時丙二醛含量。這說明在低溫脅迫下，丙二醛含量與溫度呈負(fù)相關(guān)，隨著溫度的降低，大果櫸所受到的傷害越大。

　　2.2低溫脅迫對大果櫸可溶性蛋白含量的影響

　　由圖2可知，隨著處理溫度的降低，可溶性蛋白含量呈降低趨勢。可溶性蛋白含量在-15℃時達(dá)到最低，繼續(xù)降低處理溫度到-20℃時，可溶性蛋白含量較-15℃時略有回升但仍低于-5℃。說明在持續(xù)的低溫處理后，大果櫸細(xì)胞結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，自身產(chǎn)生調(diào)節(jié)物質(zhì)的能力大幅下降。

　　2.3低溫脅迫對大果櫸可溶性糖含量的影響

　　由圖3可知，隨著處理溫度的降低，可溶性糖含量整體呈下降趨勢，變化幅度在不同溫度區(qū)間有所差異，-5～-15℃較-15～-20℃的變化幅度更加明顯，這表明在溫度逐漸降低后，大果櫸的抵抗能力越來越弱，溫度低于-15℃后基本已超出了大果櫸細(xì)胞的耐受范圍。

　　2.4低溫脅迫對大果櫸SOD活性的影響

　　由圖4可知，隨著處理溫度的降低，SOD活性呈現(xiàn)動態(tài)變化，在-15℃時，SOD活性最高，-15℃之后，SOD活性又迅速降低，在-20℃時，SOD活性最低。說明在逆境環(huán)境到來時，大果櫸啟動了細(xì)胞內(nèi)的代謝保護(hù)機(jī)制，SOD活性增加，從而維持了正常的代謝，但是當(dāng)外界低溫超過自身承受能力后，就會對植物產(chǎn)生很大的影響。

　　3、結(jié)論與討論

　　丙二醛含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性都與植物的抗寒性有很大的關(guān)系。本研究對不同低溫脅迫所產(chǎn)生的生理響應(yīng)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在MDA含量測定中，隨著溫度降低，MDA含量整體呈升高趨勢[8]。MDA是膜脂過氧化作用的分解產(chǎn)物，植物在受到逆境脅迫時，細(xì)胞膜會受到傷害，同時植物體內(nèi)的正常代謝也會受到擾亂[9]。當(dāng)溫度降低時，植物受到傷害，細(xì)胞內(nèi)發(fā)生膜脂過氧化作用，生成分解產(chǎn)物，使MDA含量升高[10];到達(dá)一定溫度后，由于植物大部分細(xì)胞已失去生活力，喪失了生理功能，使得MDA含量有所下降，但其含量仍比溫度較高時所產(chǎn)生的MDA含量高。這與陳博等[11]對大果櫸枝條的研究結(jié)果相一致。可溶性蛋白、可溶性糖含量是反映植物抗寒性的一種重要生理指標(biāo)，植物在遭受低溫脅迫時能產(chǎn)生調(diào)節(jié)物質(zhì)，從而使細(xì)胞內(nèi)電解平衡，幫助植物體抵御寒冷，使它們能更好地適應(yīng)低溫環(huán)境[12]。一般來說，在植物遭受低溫時，可溶性蛋白和可溶性糖含量會在一定限度內(nèi)增加，以提高其抗寒能力，但當(dāng)其到達(dá)一定條件后開始減少[13]。在本試驗中，可溶性蛋白和可溶性糖含量整體呈減少趨勢，可能是由于太谷地區(qū)11月的最低溫度在0℃左右，在0～-5℃期間，此時大果櫸已處于低溫環(huán)境中，細(xì)胞會對逆境產(chǎn)生抵抗作用，為了抵御寒冷，短時間內(nèi)產(chǎn)生了許多滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，使可溶性蛋白含量和可溶性糖含量增加[14]，但是之后在-5～-20℃，大果櫸因遭受持續(xù)的顯著低溫傷害后，細(xì)胞超出耐受范圍，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，植物機(jī)體內(nèi)的生理代謝受到影響，因此，可溶性蛋白和可溶性糖含量大幅度下降。這與趙彩霞等[14,15]對油菜和馬尾松的研究結(jié)果一致。SOD與植物的抗寒性也密切相關(guān)，它是最重要的清除氧自由基酶之一，其作用是清除細(xì)胞內(nèi)因低溫等逆境脅迫產(chǎn)生的超氧自由基，同時產(chǎn)生歧化性產(chǎn)物H2O2，從而能夠抵消或消除掉植物在逆境生長時所產(chǎn)生的各種有害物質(zhì)[16]。在SOD活性測定中，隨著溫度降低，酶活性呈先升高后降低，是由于一開始植物在逆境中受到刺激引起植物自身產(chǎn)生應(yīng)激表現(xiàn)，溫度進(jìn)一步降低，到達(dá)植物臨界溫度后，超過了植物體自身調(diào)節(jié)能力所承受的限制，導(dǎo)致細(xì)胞受損，酶活性降低[17,18]。這與唐麗等[18]對菲油果的研究一致。

　　本研究結(jié)果表明，隨著溫度降低，大果櫸的丙二醛含量逐漸增加，在-15℃時達(dá)到最大，之后隨著溫度繼續(xù)降低導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，丙二醛含量略有下降;可溶性蛋白含量逐漸降低，在-15℃時達(dá)到最低，之后有所回升;可溶性糖含量不斷降低，在-15℃后緩慢降低;超氧化物歧化酶活性一開始變化幅度很小，之后迅速升高，在-15℃時達(dá)到最大后又迅速大幅降低。綜合分析可推斷，大果櫸在-15℃的多種生理指標(biāo)發(fā)生了特殊變化，因此，-15℃可能是大果櫸葉片的最低忍受溫度，在低于此溫度的環(huán)境中，大果櫸葉片將無法進(jìn)行正常的生長代謝。為了改善大果櫸在寒冷地區(qū)栽培，提高其園林綠化效果，當(dāng)溫度低于-15℃時需要進(jìn)行保護(hù)。大果櫸自身的抗寒機(jī)制是十分復(fù)雜的，低溫環(huán)境下其他生理指標(biāo)的變化情況還需要做進(jìn)一步研究。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]喬虹,白晉華,張蕓香,等.珍稀鄉(xiāng)土樹種大果櫸研究現(xiàn)狀與展望[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2018,46(8):1421-1424,1428.

　　[2]張若晨,陳蓮蕓,王良民.珍稀鄉(xiāng)土樹種大果櫸在國土綠化中的應(yīng)用[J].山西林業(yè)科技,2010,39(1):38-41.

　　[3]李靜.大果櫸和大葉櫸苗木生長及抗寒特性研究[D].太谷:山西農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

　　[4]何躍君,薛立,任向榮,等.低溫脅迫對六種幼苗生理特性的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2008,27(4):524-531.

　　[5]和紅云,田麗萍,薛琳.植物抗寒性生理生化研究進(jìn)展[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,13(2):10-13.

　　[6]高俊風(fēng).植物生理學(xué)實(shí)驗指導(dǎo)[M].北京:高等教育出版社,2006:142-143.

　　[7]李合生.植物生理生化實(shí)驗原理和技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2000:195-197.

　　[8]衣瑩,張玉龍,郭志富,等.冬小麥葉片對低溫脅迫的生理響應(yīng)[J].華北農(nóng)學(xué)報,2013,28(1):144-148.

　　[9]孟艷瓊,張令峰,王雷宏.低溫脅迫對6種彩葉藤本植物抗寒生理指標(biāo)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2009,36(2):172-177.

　　[10]任雪,楊堯,杜興翠,等.闊葉麥冬對低溫變化的生理響應(yīng)[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2012(2):180-183.

　　[11]陳博,石進(jìn)朝,李迎春.低溫脅迫對大果櫸枝條抗寒性的影響[J].西部林業(yè)科學(xué),2019(6):41-46.

　　[12]王慧,周小梅.低溫脅迫對辣椒相關(guān)生理生化指標(biāo)的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(2):152-154.

　　[13]陳鈺,郭愛華.低溫脅迫下杏花器官內(nèi)POD?相對電導(dǎo)率和可溶性蛋白含量的變化[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(3):30-32.

　　[14]趙彩霞.不同低溫處理對油菜生理生化特性的影響[J].農(nóng)業(yè)科技與信息,2017(2):69-71.

　　[15]譚健輝.馬尾松優(yōu)良種源苗木對人工低溫的生理生化反應(yīng)[J].林業(yè)科學(xué),2013,49(3):51-55.

　　[16]劉慧英,朱祝君.低溫脅迫對嫁接西瓜耐冷性和活性氧清除系統(tǒng)的影響應(yīng)用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2004,15(4):659-662.

　　[17]石如意,王騰飛,李軍,等.低溫脅迫下外源ABA對玉米幼苗抗寒性的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報,2018,33(3):136-143.

　　[18]唐麗,張瑜,袁德義.人工低溫脅迫條件下菲油果各項生理指標(biāo)的變化[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2013,33(11):8-13.