黑殼楠對低溫脅迫的生理響應(yīng)及耐寒性分析

黑殼楠對低溫脅迫的生理響應(yīng)及耐寒性分析

以1年生黑殼楠(LinderamegaphyllaHemsl)實(shí)生苗為材料，觀察4種溫度(5、0、-5、-10℃)脅迫下黑殼楠幼苗葉的形態(tài)變化，測定葉片中游離脯氨酸(Pro)含量、丙二醛(MDA)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)活性的變化，研究黑殼楠的耐寒性。結(jié)果表明，1年生黑殼楠幼苗在5℃下生長發(fā)育良好，但0℃以下易使幼苗葉片發(fā)黃枯萎，葉片中Pro和MDA含量總體呈先上升后下降趨勢，SOD活性則隨脅迫時(shí)間延長持續(xù)下降。說明黑殼楠具備一定的抗寒能力，但0℃以下低溫易使幼苗產(chǎn)生凍害癥狀。

黑殼楠(LinderamegaphyllaHemsl)；低溫脅迫；抗寒性；生理指標(biāo)

黑殼楠(LinderamegaphyllaHemsl)是樟科山胡椒屬常綠喬木，又名楠木、八角香、枇杷楠等，主要分布于我國陜西、甘肅、四川、貴州、湖北、湖南、安徽、江西、福建、廣東、廣西等省，多生于山坡、谷地、溪邊海拔600～2000m的常綠闊葉林中[1-2]。其木材黃褐色，通直圓滿、紋理美觀、結(jié)構(gòu)致密、奇香不衰，是建筑、家具和裝飾薄木的上等良材；黑殼楠為常綠闊葉樹種，葉大色亮、樹形優(yōu)美，還具備驅(qū)蟲、凈化空氣和藥用等多種功效，是集觀賞、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)于一體的庭院觀賞和園林綠化樹種。但黑殼楠不耐寒，對低溫反應(yīng)敏感，大大限制了這一優(yōu)良的園林樹種在北方地區(qū)的推廣應(yīng)用[3]。前人對黑殼楠幼苗低溫脅迫下的生理效應(yīng)和膜胝過氧化作用進(jìn)行了初步的研究[3]。本研究以人工馴化的黑殼楠為材料，分析不同溫度條件下黑殼楠葉片中游離脯氨酸(Pro)含量、丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性變化，以期為黑殼楠種質(zhì)創(chuàng)新以及抗寒新品種的培育奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的黑殼楠為種植在長江大學(xué)柑橘園內(nèi)的黑殼楠1年生實(shí)生苗。

1.2 方法

于2011年3月選取長勢一致的幼苗移栽于相同口徑的花盆中，每盆1株，置于溫室中，常規(guī)管理。待新葉形成后，選取生長一致的苗木分別放于(5±1)℃(對照處理)、(0±1)、(-5±1)、(-10±1)℃的培養(yǎng)箱中進(jìn)行低溫處理，每組5盆，光照強(qiáng)度的5000lx。并于處理當(dāng)天和處理后第3、6、9d后進(jìn)行觀測和統(tǒng)計(jì)，判斷處理苗木的受凍情況，并測定其葉片中Pro、MDA含量和SOD活性。Pro含量測定采用酸性茚三酮比色法[4]，MDA含量測定采用硫代巴比妥酸法[5]，SOD活性參照李合生的方法[6]。取樣時(shí)間為上午8:00～9:00，同一生理指標(biāo)的測定選取自下而上第二片起的同一序號葉片，重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫下黑殼楠的生長發(fā)育狀況及形態(tài)變化

從處理的第2天開始，植株均表現(xiàn)出了不同程度的萎蔫。5℃處理后，隨著處理時(shí)間的延長，植株能逐漸恢復(fù)正常，并生長良好；0℃下的植株老葉枯黃，嫩葉從葉緣葉尖向中心枯萎；-5、-10℃下植物葉面出現(xiàn)冰晶，葉色明顯變淺變黃，沿著葉脈出現(xiàn)凍傷癥狀。

2.2 低溫脅迫下黑殼楠的生理響應(yīng)

圖1 持續(xù)低溫脅迫下黑殼楠葉片脯氨酸含量的影響

圖2 持續(xù)低溫脅迫對黑殼楠葉片丙二醛含量的影響

圖3 持續(xù)低溫脅迫對黑殼楠葉片SOD活性的影響

(1)低溫脅迫對黑殼楠葉片中Pro含量的變化 由圖1可見，5℃處理下黑殼楠葉片中Pro含量隨時(shí)間的延長持續(xù)增加。而在0、-5℃處理下Pro含量均出現(xiàn)波動(dòng)，表現(xiàn)出先增后降然后又增加的趨勢，但在-10℃的處理下，Pro含量在處理后第6d達(dá)到最高值后，開始持續(xù)下降。另一方面，在0、-5、-10℃處理3d時(shí)，Pro含量相對于對照都有50%以上的增加；但在處理后第9d，0℃脅迫下Pro含量趨近于對照，但-5、-10℃處理下Pro含量遠(yuǎn)低于對照。

(2)低溫脅迫對黑殼楠葉片中MDA含量的變化 由圖2可見，各溫度脅迫下黑殼楠葉片中MDA含量隨脅迫時(shí)間的延長總體均呈先增后減的趨勢，但在不同溫度脅迫下MDA含量的波動(dòng)幅度和變化頻率完全不同。5℃處理下，MDA的含量隨脅迫時(shí)間的延長持續(xù)增加，在第6天達(dá)到最高值后持續(xù)下降；0℃處理時(shí)MDA的含量在處理后第3天達(dá)到最高值，然后下降，到第9天時(shí)MDA的含量趨近于對照；-5℃處理時(shí)MDA的含量隨脅迫時(shí)間的延長持續(xù)增加，在第6天達(dá)到最高值后，開始持續(xù)下降；而-10℃處理時(shí)MDA含量在處理后第3天達(dá)到最高值，然后持續(xù)下降。從增幅來看，在低溫脅迫后的第3天和第9天，MDA的含量隨脅迫強(qiáng)度的增加而增加。

(3)低溫脅迫下黑殼楠葉片中SOD活性的變化 由圖3可見，除-10℃處理外，各溫度脅迫下黑殼楠葉片中SOD活性隨脅迫時(shí)間延長呈持續(xù)下降趨勢；而-10℃處理下，SOD活性表現(xiàn)出先下降，后上升，直到處理后第6天升到最高，后又持續(xù)下降。從變化幅度來看，5℃處理下，SOD活性下降幅度最大，而0、-5℃下，SOD活性的下降幅度最接近。

3 討論與結(jié)論

葉是植物對環(huán)境溫度反應(yīng)最靈敏的器官。對耐寒性差的植物而言，冷害(0℃以上低溫)能加速植物葉片的衰老；凍害(0℃以下低溫)則易造成植株死亡。從低溫脅迫下黑殼楠葉片的形態(tài)來看，黑殼楠幼苗能忍受5℃低溫，正常生長發(fā)育；但0℃以下低溫易對幼苗造成傷害，使葉片枯老死亡[3]。

Pro是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，當(dāng)植物經(jīng)受逆境脅迫時(shí)，細(xì)胞內(nèi)就會迅速積累大量Pro，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢和維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使植物呈現(xiàn)抗逆性[7]；而且Pro具有水溶性、水勢高和在細(xì)胞內(nèi)積累無毒性等特點(diǎn)，因而在植物的低溫脅迫過程中，能作為防脫水劑從而保護(hù)植物[8]。本研究中，5℃處理下黑殼楠葉片中Pro含量隨時(shí)間的延長持續(xù)增加，說明在5℃的溫度脅迫下，黑殼楠能根據(jù)脅迫的程度作出積極的生理響應(yīng)，產(chǎn)生抗寒性。而在0、-5、-10℃低溫下，葉片中Pro含量總體表現(xiàn)先增后降的趨勢，前期增加可能主要是植物對環(huán)境變溫作出的本能應(yīng)激反應(yīng)，但隨著低溫脅迫時(shí)間的延長，細(xì)胞內(nèi)代謝紊亂，Pro含量下降，這與形態(tài)學(xué)觀察的結(jié)果基本一致。

MDA是一種膜脂過氧化的產(chǎn)物之一，能強(qiáng)烈地與細(xì)胞內(nèi)部各種成分發(fā)生反應(yīng)而引起酶和膜的嚴(yán)重?fù)p傷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和生理完整性的破壞，是膜系統(tǒng)受傷害的重要指標(biāo)，其含量高低，可反映細(xì)胞膜脂過氧化程度[9-10]。本研究中，各溫度脅迫下黑殼楠葉片中MDA含量隨脅迫時(shí)間的延長總體呈先增后減的趨勢，但在不同脅迫溫度下葉片中MDA含量的波動(dòng)幅度完全不同，而且葉片中MDA的含量隨脅迫強(qiáng)度的增加而增加。說明溫度越低，黑殼楠葉細(xì)胞中膜系統(tǒng)的損傷越嚴(yán)重，這與形態(tài)學(xué)觀察的結(jié)果基本吻合。

在細(xì)胞中，SOD是一種活性氧清除劑，能清除細(xì)胞內(nèi)過多的活性氧，起到保護(hù)膜系統(tǒng)的作用[11]。本研究中，低溫脅迫下黑殼楠葉片中SOD活性隨脅迫時(shí)間延長總體呈持續(xù)下降趨勢，說明黑殼楠葉細(xì)胞對活性氧的清除能力下降，從而使膜氧化產(chǎn)物積累增多，導(dǎo)致MDA等積累，這與本研究葉片中MDA含量變化的結(jié)果基本吻合。而SOD經(jīng)低溫脅迫后活性總體下降可能與酶本身的最適反應(yīng)溫度相關(guān)。

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10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.02.007

Q945.78；Q949.747.5

A

1673-1409(2012)02-S018-03

2011-11-24

國務(wù)院三峽辦資助項(xiàng)目(國三峽辦規(guī)函字[2009]01號;鄂移[2009]176號)；國家科技部資助項(xiàng)目(國科發(fā)農(nóng)[2009]51號)

周 敏(1984-)，女，湖北宜都人，碩士生，助教，主要從事園林植物種資源評價(jià)與利用研究。

費(fèi)永俊，E-mail:fyj2010@163.com