低溫脅迫下北美香柏抗寒動態(tài)特征研究

趙明晶，劉羽飛，武博，楊帆，李嬌

（沈陽工學院生命工程學院，遼寧撫順113122）

低溫脅迫下北美香柏抗寒動態(tài)特征研究

趙明晶，劉羽飛，武博，楊帆，李嬌

（沈陽工學院生命工程學院，遼寧撫順113122）

[目的]為北美香柏的區(qū)域栽培和推廣應用提供理論依據(jù)。[方法]分別于休眠初期、中期和末期取北美香柏小枝及葉進行不同梯度低溫處理，測定相應生理指標。[結(jié)果]在低溫（脅迫）處理過程中，組織內(nèi)游離脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量變化顯著，隨氣溫降低而上升；整個越冬期組織內(nèi)SOD活性隨氣溫降低而增強，并在休眠中期達到最高，休眠末期氣溫回升，SOD活性隨之下降；鱗葉內(nèi)葉綠素含量先降低后升高。[結(jié)論]葉片內(nèi)可溶性糖、游離脯氨酸、丙二醛含量、葉綠素和SOD活性均可以作為評價北美香柏抗寒性的相關指標。

北美香柏；引種栽培；生理指標；低溫脅迫

北美香柏（ThujaoccidentalisL.），系柏科（Cupressaceae）崖柏屬（ThujaL.）常綠喬木。原產(chǎn)北美，枝葉具發(fā)香油腺點，樹形美觀，生長速度較快，壽命長，耐修剪，抗煙塵和有毒氣體能力強，為優(yōu)良園林綠化樹種和香料樹種[1]。北美香柏為陽性樹種，在寒冷地區(qū)生長勢弱，越冬困難，北方引種苗期多枯梢。為豐富區(qū)域植物種類，該試驗以沈陽工學院生命工程學院設施苗圃引種的北美香柏為材料，研究其在撫順地區(qū)低溫脅迫條件下體內(nèi)的生理生化變化規(guī)律，為北美香柏在撫順地區(qū)的引種栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試材料。北美香柏4年生實生苗引種自熊岳果樹所樹木園。2012年4月露地栽培于開放式溫室中，進行正常栽培及養(yǎng)護管理。

1.1.2 儀器與試劑。儀器為分光光度計、離心機、水浴鍋。試劑為磺基水楊酸、冰醋酸、酸性茚三酮、甲苯、蒽酮乙酸乙酯試劑、濃硫酸、乙醇、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、磷酸、甲硫氨酸、氮藍四唑、EDTA-二鈉、核黃素。

1.2 方法。分別于休眠初期（2012年11月）、休眠中期（2013年1月）、休眠末期（2013年3月），取北美香柏小枝及葉放入冰箱。處理溫度分別為5℃、0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃、-25℃、-30℃、-35℃，每個溫度下處理24 h，低溫處理后0℃回溫l h，用蒸餾水清洗后進行試驗。游離脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮法[2]；葉綠素含量的測定采用95%乙醇提取比色法[2]；可溶性糖含量測定采用蒽酮法[3]；SOD含量的測定采用NBT光化還原法[3]；丙二醛含量的測定采用TBA比色法[3]。試驗所得數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對北美香柏葉片中丙二醛（MDA）含量的影響

從圖1可以看出，在5～-5℃處理區(qū)間，植株體內(nèi)MDA含量變化均十分平穩(wěn)，維持在30 nmol/g以內(nèi)。在-5～-20℃處理區(qū)間，植物組織內(nèi)MDA含量呈線性遞增變化，-20℃時，休眠初期、中期、末期MDA的積累量均達到峰值，分別為38.96 nmol/g、47.05 nmol/g和45.41 nmol/g。

圖1 低溫脅迫下北美香柏實生苗組織中丙二醛含量變化

2.2 低溫脅迫對北美香柏葉片中游離脯氨酸含量的影響

從圖2可以看出，在不同時期低溫脅迫下，休眠中期脯氨酸的含量與休眠末期相近，含量差異小于7 μg/g，高于休眠初期。5～-10℃間，變化平穩(wěn)，維持在45 μg/g以內(nèi)；-10～-25℃間，隨處理溫度降低，組織內(nèi)游離脯氨酸含量呈線性遞增變化，到-25℃時，休眠初期、中期、末期的最大脯氨酸達到峰值，分別為80.48 μg/g、96.02 μg/g和92.84 μg/g，隨后脯氨酸含量平穩(wěn)下降，說明短時間低溫變化對北美香柏組織中游離脯氨酸含量變化影響較大。

圖2 低溫脅迫下北美香柏實生苗組織中游離脯氨酸含量變化

2.3 低溫脅迫對北美香柏葉片中葉綠素含量的影響

從圖3可以看出，整個越冬休眠過程中，北美香柏葉片內(nèi)葉綠素含量在休眠初期、中期、末期的變化趨勢是先降低再升高。5～-20℃間，植株體內(nèi)葉綠素含量下降緩慢，植株在休眠初、中、后期的葉綠素含量分別下降了10.94%、25.75%、26.09%；-25～-35℃間，植株體內(nèi)葉綠素含量降幅增大。3個不同的休眠時期，葉綠素含量降低導致的直接后果為植株失綠，觀賞性降低。

圖3 低溫脅迫下北美香柏實生苗組織中葉綠素含量變化

2.4 低溫脅迫對北美香柏葉片中SOD含量的影響

從圖4可以看出，隨著采樣時自然氣溫的逐步降低，試材組織內(nèi)SOD活性有上升趨勢，組織內(nèi)SOD活性在越冬初期到中期變化尤其明顯。

在5～-5℃間，植株體內(nèi)SOD活性下降。這是因為此溫度范圍內(nèi)，植株組織的酶保護系統(tǒng)尚未被激活，無法避免細胞被活性氧毒害；在-5～-25℃處理區(qū)間，處于休眠各時期的北美香柏體內(nèi)SOD活性都迅速增強，并達到峰值。

圖4 低溫脅迫下北美香柏實生苗組織中超氧化物歧化酶含量變化

2.5 低溫脅迫對北美香柏葉片中可溶性糖含量的影響

從圖5可以看出，北美香柏在低溫脅迫下葉片內(nèi)可溶性糖含量總趨勢是隨著處理溫度的下降而上升的，這與前人研究結(jié)果基本一致。在0～-15℃處理區(qū)間，幼苗體內(nèi)可溶性糖含量積累迅速；在-15～-35℃處理區(qū)間，含量變化趨于平穩(wěn)?？偟膩碚f，休眠初期北美香柏體內(nèi)可溶性糖含量較中、后期少。

圖5 低溫脅迫下北美香柏實生苗組織中可溶性糖含量變化

3 結(jié)論與討論

3.1 整個越冬過程中北美香柏組織內(nèi)MDA含量變化比較明顯，呈上升趨勢，說明休眠初期的低溫加劇了膜脂過氧化作用，在此時可對北美香柏植株進行低溫鍛煉，以提高其抗寒性；游離脯氨酸含量的增加有助于提高植株抗寒性，維持細胞結(jié)構(gòu)、細胞運輸和調(diào)節(jié)滲透壓，在低溫脅迫時對植物起保護作用，有研究表明低溫處理過程中稻葉中脯氨酸極顯著增加，且不抗寒品種顯著高于抗寒品種[5]；有研究表明低溫脅迫能夠破壞葉綠體的超微結(jié)構(gòu)，引起葉綠素降解[6]與該研究此結(jié)論相似，說明葉綠素在一定程度的降解可能提高植物抗寒性；SOD含量變化的可保護北美香柏的細胞膜系統(tǒng)，隨處理溫度的降低而下降，以休眠中期下降幅度最大，過低的溫度造成的傷害最終打破了體內(nèi)的代謝平衡，酶活性不可逆轉(zhuǎn)地下降，清除自由基的能力降低[7]；可溶性糖含量的變化有助于植物抗寒力的提高。

3.2 對于北美香柏而言，其原生質(zhì)的耐凍性是主要的抗寒方式。植株本身可以通過增加體內(nèi)低分子含氮物質(zhì)和可溶性碳水化合物的含量來獲得此種抗性。撫順與北美同為季節(jié)性氣候地區(qū)，作為陸生植物，北美香柏的生理的變化是其從抗性預備狀態(tài)到抗性狀態(tài)轉(zhuǎn)變的先決條件。因此，在進入休眠以前植株體能通過調(diào)節(jié)自身的生理物質(zhì)獲得在胞外結(jié)冰條件下存活的能力，且在不同休眠期的抗寒性不同。在撫順地區(qū)，只要種植在露地條件下的北美香柏一直保持休眠狀態(tài)，那么在休眠期結(jié)束后，植株能恢復正常生長，其鍛煉能力便開始逐步喪失。

[1]潘志剛，游應天.中國主要外來樹種引種栽培[M].北京：北京科學技術(shù)出版社，1994.

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[3]李合生.植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000，195-260.

[4]謝古蓉.在自然降溫過程中南方紅豆杉（Taxus chinensis var. mairei）抗寒性的變化及其適應性的研究[D].成都：西南師范大學碩士學位論文，2001.

[5]龔明，劉友良，朱培仁.低溫下稻苗葉片中蛋白質(zhì)及游離脯氨酸的變化[J].植物生理學通訊，1989（4）：18-22.

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（責任編輯 戚佳妮）

Study on Cold Resistance Dynamic Characteristics of Thuja occidentalis L. under Low Temperature Stress

ZHAO Ming-jinget al.(Life Engineering College of Shenyang Insititute of Technology,Fushun,Liaoning 113122)

[Objective]The study would provide theoretical foundation for regional cultivation and extension of Thuja occidentalisL..[Method]The branches and leaves from early,middle,and last stages of dormant period were treated under different low temperature gradient treatment.The physiological indexes were meamured. [Result]In the process of cold stress,the contents of free proline,soluble sugar and MDA changed dramatically, which increased when the temperature decreased.SOD activity increased when temperature delining during wintering period,with the maximum in the middle stage.With the temperature went up in the last stage SOD activity falled down.The content of chlorophyll in the leaves went from low to high.[Conclusion]The contents of soluable sugar,free proline,MDA,chlorophyll as well as SOD activity should be taken as physiological indices to evaluate the cold resistance ofThuja occidentalisL..

Thuja occidentalisL.;Introduction and Cultivation;Physiological index;Cold stress

Q949.747.1

A

2095-0896（2014）01-004-01

2013年遼寧省大學生課外創(chuàng)新團隊立項課題（撫順地區(qū)引種栽培北美香柏的可行性研究）。

趙明晶（1982-），女，遼寧沈陽人，碩士，講師，主要從事園林植物景觀配置及植物生理生態(tài)栽培教學工作。

2013-12-02