低溫脅迫對香樟抗寒生理生化指標的影響

文利均

(武勝縣綠化委員會辦公室，四川 武勝 638400)

低溫脅迫對香樟抗寒生理生化指標的影響

文利均

(武勝縣綠化委員會辦公室，四川 武勝 638400)

本研究通過不同的低溫脅迫處理，對香樟有關(guān)抗寒性的4個生理生化指標進行了測試分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著脅迫溫度的降低，電導(dǎo)率呈現(xiàn)“S”型曲線上升的趨勢，游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量呈先降后升的變化?？梢姡@4個指標都和香樟的抗寒性相關(guān)，它們相互協(xié)調(diào)作用可增強香樟抵御脅迫的能力。

香樟；抗寒性；低溫脅迫

溫度在植物正常的生長發(fā)育過程中起著至關(guān)重要的作用，是植物正常生長必不可少的環(huán)境因素，但是任何因素的作用都是雙向的。研究表明，當溫度較低時，植物的個體形態(tài)發(fā)育會受到抑制，溫度過低環(huán)境下甚至可能致死。在諸多非生物脅迫中，低溫是限制植物北引的主要環(huán)境脅迫因子[1]，主要影響植物的外部形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化特性[2]。香樟(Cinnamomumcamphora) 屬于樟科常綠喬木，是珍貴的生態(tài)環(huán)境保護與城市綠化樹種，但其本性喜溫，受低溫限制在北方引種成功難度很大。因此，探索香樟耐寒性的生理機制在解決北方引種困難方面具有重要意義[3]。本研究對香樟幼苗采用不同低溫脅迫處理，研究了不同抗寒指標變化情況，旨在為后期香樟的引種馴化及低溫條件下的栽培技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于四川農(nóng)業(yè)大學，介于東經(jīng)102°54′～104°53′和北緯30°05 ′～31°26′之間，年平均氣溫在16℃左右，全年無霜期為278 d，年平均降水量為900 mm～1 300 mm，

1.2 材料與試驗設(shè)計

本試驗選用2 a生香樟幼苗作為試材。選擇生長健壯，株型大小相近，株高一致的香樟幼苗160株，2015年11月移植于花盆(26 cm×21 cm)中。栽培基質(zhì)體積比為蛭石1∶珍珠巖1∶草炭2。正常栽培管理1周后，移入人工氣候室內(nèi)進行低溫鍛煉7 d，從室溫25℃為第1天，以后每天降低4℃，直至5℃時，穩(wěn)定2 d。隨后在不同溫度條件下進行脅迫處理。其中10株以室溫25℃處理為對照，其余150株為試驗組，分別設(shè)置5℃、0℃、-5℃、-10℃、-15℃這5個遞減的溫度梯度處理，處理時長為24 h。不同低溫處理后立即采摘每株中間相同部位葉片測定電導(dǎo)率(MP)、游離脯氨酸(Pro)含量、可溶性糖(SS)含量、可溶性蛋白(SP)含量4生理指標，每個指標均做3個生物學重復(fù)，每個重復(fù)測10株。

1.3 指標測定

電導(dǎo)率(MP)的測定參考孫守家(2003)[4]方法；脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)測定參照參考文獻[5]進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對香樟MP的影響

低溫脅迫下，香樟葉片質(zhì)膜透性的改變，胞內(nèi)電解質(zhì)的外滲，滲出液電導(dǎo)率的變化是常用的耐寒性指標之一[6]。陳建白(1999)[7]研究發(fā)現(xiàn)兩個不同溫度處理下，電導(dǎo)率變化幅度劇增，則表明植物受到的低溫損害是不可逆轉(zhuǎn)的。本研究的結(jié)果如圖1，隨著溫度的持續(xù)降低，香樟葉片的電導(dǎo)率呈現(xiàn)“S”型曲線上升的趨勢。5℃～0℃之間香樟的電導(dǎo)率變化不明顯，趨勢緩慢，之后，電導(dǎo)率呈急劇增加，表明香樟受到低溫脅迫傷害的程度也逐漸增加。

圖1 低溫脅迫下香樟的MP變化

2.2 低溫脅迫對香樟滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

如表1所示，Pro、SS和 SP含量在前5個處理下，含量差異不顯著，只有-15℃條件下的含量與其他處理存在顯著差異。隨脅迫溫度的降低，3種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)(Pro,SS,SP)均呈“先下降-后上升”的變化趨勢，均在0℃時含量最低，在-15℃時含量最高。且在-10℃到-15℃兩個處理之間，3種物質(zhì)含量的增幅最大，推測香樟的致死溫度在-10℃到-15℃之間。3種物質(zhì)前期的降低，可能是由于本試驗的短暫低溫鍛煉，使機體本身沒有通過轉(zhuǎn)化、合成而積累3種調(diào)節(jié)物質(zhì)，而是只有消耗。當溫度持續(xù)下降后，機體自身開始產(chǎn)生或釋放大量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，一方面用于增強植物對低溫脅迫的抵抗力，另一方面部分可溶性糖用于呼吸作用，為機體提供能量。

表1 不同低溫脅迫下香樟葉片4個生理生化指標的方差分析

處理ProSSSPCK0.25±0.12a18.0±2.32a4.0±0.12a5℃0.23±0.02a17.5±1.45a3.5±0.32a0℃0.22±0.03a16.6±2.36a3.0±0.45a-5℃0.26±0.11a17.0±1.783.1±1.11a-10℃0.28±0.09a17.8±0.65a3.8±0.98a-15℃0.34±0.11b21.9±0.38b5.0±1.14b

注：表中不同字母表示差異顯著(p=0.05)

3 討論

3.1 低溫脅迫對香樟葉片對細胞膜透性的影響

諸多學者研究了電導(dǎo)率與植物抗寒性的相關(guān)性[8～9]。前人研究的結(jié)果表明，設(shè)置不同低溫脅迫處理，隨著溫度的下降，電導(dǎo)率的變化趨勢呈現(xiàn)“S”型曲線，即植物電導(dǎo)率持續(xù)的上升[10～12]。本文在香樟抗寒性的研究同樣證實了這個結(jié)論。另外，根據(jù)圖1所示，電導(dǎo)率在0℃以上的溫度處理下，雖然有遞增趨勢，但差異不顯著。低于0℃的溫度處理下，電導(dǎo)率顯著增加。表明低于0℃的溫度會對香樟植株的質(zhì)膜產(chǎn)生很大的冰凍傷害，植株在此溫度條件下生長比較困難。

3.2 低溫脅迫對香樟葉片對滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

多個研究表明，低溫脅迫條件下，細胞通過改變Pro、SS、SP等物質(zhì)含量，調(diào)節(jié)細胞內(nèi)外的滲透壓，從而參與調(diào)控抗寒能力的形成[13]。本試驗研究結(jié)果表明，Pro、SS、SP均呈“先下降-后上升”的變化趨勢，這與張紀林等(2005)[14]對幾種冬青屬植物抗凍能力比較的研究結(jié)果相一致。-10℃以上的溫度處理，3種調(diào)節(jié)物質(zhì)含量差異不顯著，-15℃處理與其他處理差異顯著。前期0℃以上溫度處理含量的下降可能是由于本試驗的短暫低溫鍛煉引起的，0℃以下含量的上升，表明香樟通過增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的方法提高其抗凍能力。綜上所述，Pro、SS、SP相互協(xié)同作用，共同抵御由于低溫脅迫產(chǎn)生的活性氧及其他過氧化物自由基對細胞的傷害。

綜上所述，在低溫脅迫下，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)(Pro、SS、SP)共同參與了香樟抵抗逆境，增強自身的抗寒性。它們的含量與植物的抗寒性呈正相關(guān)。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，對于香樟有幾個比較關(guān)鍵的溫度節(jié)點，①根據(jù)Rajashekar C等[15]提出的以電導(dǎo)率變化曲線拐點為半致死溫度的觀點，推測，香樟的半致死應(yīng)該在-10℃左右。②Pro、SS和SP均在0℃處理下，達到最低值，推測0℃應(yīng)該與這3個物質(zhì)的合成或消耗密切相關(guān)。③-15℃處理下的所有指標都與其他處理差異顯著。推測-15℃已經(jīng)造成了香樟的嚴重損傷，甚至影響其成活。④在室溫，5℃和0℃溫度條件下，所有的抗寒指標都沒有顯著差異，說明香樟在0℃以上溫度條件下，生長基本不受影響。

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Effects of Low Temperature Stress on Physiological and Biochemical Indexes of Cold Resistance of Cinnamomum camphora

WEN Li-jun

(Wusheng County Afforestation Committee,Wusheng 638400，China)

In this study,four physiological and biochemical indexes ofCinnamomummphoraleaves were tested and analyzed under different chill stress.The results showed that the conductivity exhibited a tendency of "S" type curve,the contents of free proline,soluble sugar and soluble protein revealed a tendency of decrease firstly and then increase along with the reduction of stress temperature.It was thus found that four indicators were related to the cold resistance of camphor.They were coordinated with each other in order to enhance the ability to resist stress.

Cinnamomumcamphora,Cold resistance,Low-temperature stress

10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.01.017

2016-11-24

文利均(1974-)，女，大學，工程師，主要從事綠化規(guī)劃、造林綠化工作。

S718.43

A

1003-5508(2017)01-0073-03