南昌市6種棕櫚科植物低溫脅迫的生理響應(yīng)

徐維杰，袁 婷，楊寅桂，喻蘇琴

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與藝術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330045;2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，江西 南昌 330045)

棕櫚科(Palmae)植物是熱帶地區(qū)重要的代表植物，目前全世界共存210余屬2 800～3 000種，大多分布于熱帶及亞熱帶地區(qū)，以海島及濱海熱帶雨林為主，是熱帶亞熱帶景觀的基本標(biāo)志之一[1]。棕櫚科植物樹形獨特，樹姿優(yōu)美，在我國南方城市園林綠化中起著重要的作用。近年來，上海、四川等地通過引種馴化，在園林應(yīng)用中收到了較好的效果[2－6]。南昌也在園林中應(yīng)用棕櫚科植物[7]，并有進(jìn)一步發(fā)展升溫的趨勢，但在實際應(yīng)用中還存在一定的盲目性和盲從性，前幾年南昌地區(qū)部分住宅區(qū)栽植的棕櫚科植物，在2008年的低溫寒害中部分凍死[8]，寒害和凍害已成為長江流域棕櫚科植物引種的重要限制因子[9－11]，引起了人們的高度重視，一些學(xué)者對棕櫚科植物的抗寒生理以及抗寒機制等方面展開了一些研究[12－19]，旨在探索解決低溫危害的根本方法。本研究以南昌市園林中栽培應(yīng)用的6種棕櫚科植物:蒲葵(Livistona chinensis)、華盛頓棕(Washingtonia robusta)、加拿利海棗(Phoenix canariensis)、銀海棗(Phoenix sylvestris)、布迪椰子(Butia capitata)、美麗針葵(Phoenix roebelnii)為材料，研究其在低溫脅迫下相對電導(dǎo)率、過氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)等生理生化指標(biāo)變化，并配合Logistic方程求其半致死溫度(LT50)[20]，了解它們的抗寒能力，為“南棕北移”尤其是棕櫚科植物在長江流域的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 南昌地區(qū)氣候特點

南昌位于東經(jīng) 115°38'～116°03'，北緯 28°35'～28°55'，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，濕潤溫和，日照充足。年平均氣溫在17.1℃ ～17.8℃，極端最高氣溫達(dá)40.9℃，極端最低氣溫低于－10℃。年降雨量1 600～1 700 mm。年平均降雪日數(shù)8～10 d，積雪日數(shù)4～5 d，最大積雪深度20～40 cm。年無霜期251～272 d。冬季多偏北風(fēng)，夏季多偏南風(fēng)。

1.2 試驗材料

蒲葵、加拿利海棗、銀海棗和華盛頓棕采自南昌市蔣巷鎮(zhèn)國鴻集團(tuán)生態(tài)園，2003年栽植，樹齡約10年;美麗針葵采自南昌市皇冠國際小區(qū)，2008年栽植，樹齡約20年;布迪椰子采自江西農(nóng)業(yè)大學(xué)花卉基地，2005年栽植，樹齡約8年。

本試驗采用葉片離體人工低溫處理方法。2009年11月上旬采集葉片，選取植株中部葉片，每樹種剪取3片葉，采后立即帶回實驗室，每樹種剪取20片小裂片裝入密封的塑料袋中，置于LRH－250CA型低溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行低溫處理，試驗處理設(shè)置5個溫度梯度，分別為:0，－3，－6，－9，－12℃，以南昌地區(qū)11月上旬平均氣溫15℃為對照溫度，每兩個溫度間降溫1 h，降至所需的溫度后處理12 h，然后取出部分材料放置于室溫下解凍12 h，進(jìn)行各種生理指標(biāo)的測定，剩下的材料繼續(xù)下一梯度處理。

1.3 試驗方法

1.3.1 相對電導(dǎo)率及半致死溫度測定 參照鄒琦[21]的方法測定相對電導(dǎo)率。結(jié)合Logistic方程對不同溫度和相對電導(dǎo)率之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，求出曲線的拐點溫度作為半致死溫度[17]。

1.3.2 POD酶活性的測定 采用愈創(chuàng)木酚法[22]測定過氧化物酶(POD)活性。

1.3.3 MDA含量的測定 按高俊鳳的方法[23]測定丙二醛(MDA)含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，應(yīng)用SPSS 13.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對相對電導(dǎo)率的影響

經(jīng)低溫處理后6種棕櫚科植物相對電導(dǎo)率的變化趨勢大體相同，均隨溫度降低呈現(xiàn)增大趨勢(圖1)。從對照溫度到0℃降溫過程中，各種棕櫚的相對電導(dǎo)率都有所上升，但變化幅度不大。隨著溫度繼續(xù)下降，各種棕櫚的相對電導(dǎo)率變化有較大差異。0～－3℃，美麗針葵的相對電導(dǎo)率上升幅度最大，由16.71%上升至61.14%， 上升了44.43%;－6 ℃時，蒲葵、銀海棗、華盛頓棕的相對電導(dǎo)率明顯上升;－6～－9℃，布迪椰子與加拿利海棗的相對電導(dǎo)率急劇升高;－12℃時各種棕櫚的相對電導(dǎo)率達(dá)到最大值，其中相對電導(dǎo)率增長幅度最大的是美麗針葵，蒲葵次之，增長幅度最小的是布迪椰子。

圖1 不同低溫處理對6種棕櫚科植物相對電導(dǎo)率的影響Fig.1 The effect of relative conductivity on six palm plants under low temperature treatment

根據(jù)6種棕櫚科植物相對電導(dǎo)率的變化趨勢，再配合Logistic方程，求出各棕櫚科植物的低溫半致死溫度(LT50)值。幾種棕櫚科植物經(jīng)不同低溫處理后，相對電導(dǎo)率符合Logistic函數(shù)，方程具有較高的擬合度，并達(dá)到極顯著差異水平(表1)。其中布迪椰子的 LT50是6種棕櫚科植物中最低的，可達(dá)－10.4℃，說明它的抗寒性好于其余5種;美麗針葵的LT50為－2.3℃，在6種棕櫚科植物中最不耐寒。

表1 6種棕櫚科植物相對電導(dǎo)率的Logistic方程及半致死溫度LT50 Tab.1 The parameters of Logistic and LT50of six palm plants

2.2 低溫脅迫對POD酶活性的影響

經(jīng)低溫處理后6種棕櫚植物的POD酶活性變化總體呈先升高后降低或先升高后降低再升高的趨勢(圖2)。各種棕櫚在溫度下降初期，POD酶活性均表現(xiàn)出一定的上升趨勢，這能對細(xì)胞膜起到較好的保護(hù)作用。美麗針葵在－3℃時POD酶活性達(dá)到最高，為53.16 U/gFW，是對照溫度的2.97倍，隨后酶活性呈現(xiàn)出迅速下降趨勢，但仍高于對照;－6℃時，銀海棗與蒲葵、華盛頓棕的POD酶活性達(dá)到最高，分別為63.17 U/gFW、63.14 U/gFW、79.66 U/gFW，分別是對照溫度的 2.94 倍、2.13 倍、2.26 倍;當(dāng)溫度降至－9℃時，布迪椰子與加拿利海棗POD酶活性也達(dá)到最高，分別為91.50 U/gFW、83.11 U/gFW，分別為對照溫度的1.64倍、1.94倍。

2.3 低溫脅迫對MDA含量的影響

經(jīng)低溫處理后6種棕櫚科植物的MDA含量隨溫度的下降而呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，且隨著溫度的降低其變化幅度增大(圖3)。當(dāng)溫度下降至0℃時，各種棕櫚的MDA含量略呈上升趨勢，可能是因為植物對低溫有一定的防御反應(yīng)，能減緩膜脂過氧化作用，從0～－3℃降溫過程中，美麗針葵與銀海棗的MDA含量較其他棕櫚增長幅度大，細(xì)胞膜受到了的傷害較大，到達(dá)－3℃時MDA含量也比其他棕櫚都高，含量分別為0.35 μmol/g、0.33 μmol/g。當(dāng)溫度降低到－6 ℃時，美麗針葵的 MDA 含量達(dá)到了最大值，比對照溫度增加了1.05倍。達(dá)－9℃時，蒲葵、華盛頓棕與布迪椰子的MDA含量均達(dá)到了最大值，其中蒲葵的增長幅度最大，布迪椰子的增長幅度最小。從整體來看，美麗針葵、銀海棗的變化幅度相對較大，低溫脅迫時積累的MDA較多，細(xì)胞膜脂過氧化程度較高，其抗寒性較差;而布迪椰子表現(xiàn)最為穩(wěn)定，經(jīng)低溫處理后MDA積累得較少，細(xì)胞膜脂過氧化程度較低，其抗寒性較強。

圖2 不同低溫處理對6種棕櫚科植物POD酶活性的影響Fig.2 The effect on POD activities in six palm plants under different low temperature treatment

3 結(jié)論與討論

植物的相對電導(dǎo)率變化是反映植物受逆境脅迫后細(xì)胞膜透性變化的重要生理指標(biāo)，與植物的抗寒性呈負(fù)相關(guān)[12]。細(xì)胞膜透性的損傷是低溫傷害的本質(zhì)之一，直接反映植物膜系統(tǒng)受傷的程度，而相對電導(dǎo)率大小反映了質(zhì)膜透性的大小[24]。抗寒性較強的植物，膜透性增大程度較小，相對電導(dǎo)率較小;抗寒性較差的植物，膜透性增大程度較大，相對電導(dǎo)率較大。本實驗中，隨處理溫度的降低，6種棕櫚科植物的相對電導(dǎo)率逐漸升高，規(guī)律較明顯，溫度越低對細(xì)胞膜造成的損傷越大，細(xì)胞膜的透性增大，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)相對電導(dǎo)率也增大。根據(jù)電導(dǎo)率變化配合Logistic方程求出植物低溫半致死溫度，布迪椰子、加拿利海棗、華盛頓棕、銀海棗、蒲葵、美麗針葵這6種棕櫚科植物的半致死溫度分別為:－10.4，－9.5，－8.8，－7.5，－6.2，－2.3 ℃。

POD是植物體內(nèi)普遍存在活性較高的一種酶，它在保護(hù)酶系統(tǒng)中主要是起到酶促降解H2O2的作用，避免細(xì)胞膜的過氧化傷害，從而提高植物的抗寒性[25]。本試驗中6種棕櫚科植物經(jīng)低溫處理后POD酶活性的變化大致相同，且與抗寒性呈正相關(guān)關(guān)系，在人工低溫脅迫下，布迪椰子POD酶活性較高，抗寒性較強;美麗針葵POD酶活性較低，抗寒性較弱。

MDA是膜脂過氧化指標(biāo)，表示細(xì)胞膜脂過氧化程度和植物對逆境條件反應(yīng)的強弱。植物在低溫逆境條件下遭受傷害往往發(fā)生膜脂過氧化作用，MDA是膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物，其在組織中含量的多少是膜脂質(zhì)過氧化作用強弱的一個重要指標(biāo)，能有效地反映細(xì)胞膜系統(tǒng)遭受逆境傷害的程度。MDA含量高說明植物膜脂過氧化程度高，反之，則膜脂過氧化程度低[26]。通過本試驗可以看出，低溫脅迫下6種棕櫚科植物的MDA含量均有不同程度的增加，但增長幅度不同。布迪椰子MDA積累較少，細(xì)胞膜脂過氧化程度較低，其抗寒能力較強。美麗針葵、銀海棗MDA積累較多，細(xì)胞膜脂過氧化程度較高，抗寒能力較差。

綜上所述，6種棕櫚科植物抗寒性與細(xì)胞質(zhì)膜透性、保護(hù)酶活性之間存在較密切的關(guān)系，在低溫脅迫下6種棕櫚科植物呈現(xiàn)出保護(hù)性反應(yīng)，保護(hù)酶(POD)活性上升，相對電導(dǎo)率緩慢上升，MDA含量略有升高，之后出現(xiàn)了傷害性反應(yīng)，POD酶活性下降，相對電導(dǎo)率大幅度上升，MDA含量明顯增多。通過本試驗得出結(jié)論，6種棕櫚科植物的抗寒性由強至弱依次為:布迪椰子、加拿利海棗、華盛頓棕、銀海棗、蒲葵、美麗針葵。布迪椰子、加拿利海棗抗寒能力強，可以在南昌園林綠地中應(yīng)用和栽培;銀海棗、華盛頓棕、蒲葵抗寒能力也較強，可在南昌地區(qū)適量應(yīng)用，但寒潮來臨時應(yīng)采取防凍措施;美麗針葵抗寒性較差，在南昌園林綠地中應(yīng)慎用。

圖3 不同低溫處理對6種棕櫚科植物丙二醛含量的影響Fig.3 The effect on the MDA content in six palm plants under different low temperature treatment

[1]鐘如松，何潔英，伍有聲，等.引種棕櫚圖譜[M].合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

[2]張錫九，代仕高.成都市棕櫚科植物引種試驗研究[J].四川林業(yè)科技，2007，6:14－17.

[3]臧小平，徐雪榮.湛江南亞熱帶植物園棕櫚科觀賞植物引種初報[J].亞熱帶植物科學(xué)，2003，32(4):48－51.

[4]何平，陳建雄.攀西地區(qū)耐寒棕櫚植物的引種研究[J].西昌學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版，2008(1):16－20.

[5]鄭建燦.棕櫚科植物在廈門的引種栽培及其應(yīng)用[J].防護(hù)林科技，2003，3:52－53.

[6]張慶費，吳海萍，許東新.上海引種的7種棕櫚科植物凍害狀況分析[J].浙江林學(xué)院學(xué)報，2007，24(1):110－114.

[7]袁婷，李陽春，徐維杰.棕櫚科植物在南昌園林中應(yīng)用現(xiàn)狀及分析[C].2008年年會暨園藝產(chǎn)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)學(xué)術(shù)研討會論文集，2009:188－192.

[8]袁婷，徐清峰，徐維杰.南昌市棕櫚植物凍害調(diào)查與分析[J].現(xiàn)代園藝，2009，3:4－5.

[9]林應(yīng)樞，黃華慶，徐煒.福州市棕擱科植物寒害調(diào)查初報[J].廣東園林，1998(1):29－32.

[10]陳振東，林秀香.福建省棕桐科植物凍害調(diào)查初報[J].福建熱作科技，2001，26(1):33－35.

[11]周昆華.昆明世界園藝博覽園棕櫚科植物的耐寒性調(diào)查[J].熱帶農(nóng)業(yè)科技，2004，27(1):21－23.

[12]阮志平，廖啟炓，丁印龍.4種棕櫚科植物在廈門越冬的生理指標(biāo)比較[J].浙江林學(xué)院學(xué)報，2007，24(1):115－118.

[13]林秀香，陳振東.我國棕櫚科植物的研究進(jìn)展[J].熱帶作物學(xué)報，2007，3:115－119.

[14]陳星，李俊全，王君玲，等.低溫下棕櫚某些生理變化及低溫鍛煉對棕櫚耐寒性的影響[J].北京師范大學(xué)學(xué)報，1999，35(2):257－260.

[15]廖啟蚪，丁印龍，楊盛昌，等.低溫脅迫下加拿利海棗膜脂過氧化及保護(hù)酶活性的變化[J].廈門大學(xué)學(xué)報，2002，41(5):570—573.

[16]楊盛昌，謝潮添，張平，等.冷鍛煉對低溫脅迫下夏威夷椰子膜脂過氧化及保護(hù)酶活性的影響[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報，2002，11(4):25－28.

[17]楊希，隆學(xué)武，曾華浩，等.美麗針葵耐寒性試驗[J].福建林業(yè)科技，2002，29(2):56－57.

[18]阮志平，向平，李振基.布迪椰子、沼地棕和油棕的耐寒性研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008(4):77－81.

[19]廖啟蚪.低溫脅迫下袖珍椰子幼苗的某些生理學(xué)變化[J]，中國農(nóng)學(xué)通報，2009，25(19):298－302.

[20]朱根海.應(yīng)用Logistic方程確定植物組織低溫半致死溫度的研究[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1986(3):11－16.

[21]鄒琦.植物生理學(xué)試驗指導(dǎo)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[22]郝再彬，蒼晶，徐仲.植物生理實驗[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[23]高俊鳳.植物生理學(xué)實驗技術(shù)[M].北京:世界圖書出版社，2000.

[24]Bluma A，Ebercon A.Cell membrane stability as an measure of drought and heat tolerance in wheat[J].Crop Science，1981，(21):43－47.

[25]孫昌祖，劉家琪.低溫脅迫對青楊葉片O2、MDA、膜透性、葉水勢及保護(hù)酶的影響[J].內(nèi)蒙古林學(xué)院學(xué)報，1998，20(3):32－36.

[26]Lirf，Wang L X，Liang Y R.Recent progress in the study of cold resistance of grapes[J].Journal of Inner Mongolia Insititute of Agriculture，1997(6):24－26.