植物抗寒性研究進(jìn)展

李文明+辛建攀+魏馳宇+田如男

摘要：低溫不僅影響植物的生長(zhǎng)和分布，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致植物死亡。因此，研究植物抗寒性具有非常重要的意義。根據(jù)國(guó)內(nèi)外植物抗寒性研究現(xiàn)狀對(duì)低溫脅迫對(duì)植物顯微結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)的影響、生理生化指標(biāo)的變化、抗寒相關(guān)基因的研究、外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)植物抗寒性的調(diào)控作用以及植物抗寒性鑒定方法進(jìn)行綜述，并提出植物抗寒性的研究重點(diǎn)及應(yīng)重視的研究對(duì)象，旨在為植物抗寒性研究提供理論參考。

關(guān)鍵詞：低溫脅迫；抗寒性；解剖結(jié)構(gòu)；超微結(jié)構(gòu)；生理生化；抗寒基因；鑒定方法

中圖分類(lèi)號(hào)： Q945.78文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）12-0006-06

E-mail：beike0607@aliyun.com。低溫是一種常見(jiàn)的影響植物地理分布、生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)產(chǎn)量的非生物脅迫因素，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致植物死亡。近年來(lái)，低溫傷害造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，整個(gè)農(nóng)林業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，對(duì)植物抗寒性提出更高要求[1]。本文從低溫脅迫對(duì)植物外部形態(tài)、顯微結(jié)構(gòu)、超微結(jié)構(gòu)的影響，生理生化指標(biāo)的變化，抗寒相關(guān)基因的研究，外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)植物抗寒性的調(diào)控作用以及植物抗寒性鑒定方法等方面進(jìn)行綜述，旨在為植物抗寒性研究提供理論參考。

1形態(tài)結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)與抗寒性的關(guān)系

有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，抗寒性強(qiáng)的植物具有相應(yīng)結(jié)構(gòu)（葉片的氣孔密度小、角質(zhì)層和上下表皮厚，葉肉細(xì)胞排列緊密，葉脈中的導(dǎo)管發(fā)達(dá)，具有更大的葉片厚度、組織結(jié)構(gòu)緊密度、柵欄組織厚度、柵欄組織/海綿組織，木質(zhì)部所占比例較大，皮層所占比例較小）來(lái)適應(yīng)低溫環(huán)境[2-4]。謝曉金等研究了常綠闊葉樹(shù)種的形態(tài)結(jié)構(gòu)與抗寒性之間的關(guān)系，認(rèn)為具有鱗芽（或冬芽）與苞片的常綠闊葉植物抗寒性較強(qiáng)[5]。武軍艷等通過(guò)研究北方旱寒區(qū)冬油菜的根冠比與抗寒性之間關(guān)系發(fā)現(xiàn)，根冠比大的冬油菜抗寒性強(qiáng)[6]。這些方法簡(jiǎn)單而又直接，但需要一定的經(jīng)驗(yàn)。

植物受到低溫脅迫時(shí)，通過(guò)改變相應(yīng)結(jié)構(gòu)來(lái)應(yīng)對(duì)低溫傷害[7-8]，如氣孔器減小、氣孔呈關(guān)閉或半關(guān)閉狀態(tài)、氣孔器與氣孔的長(zhǎng)度和寬度減小，可能是通過(guò)這些方式來(lái)降低光合速率和呼吸速率，減少與外界環(huán)境之間的O2、CO2、H2O的交換，降低能量消耗，增強(qiáng)對(duì)低溫環(huán)境的適應(yīng)性。植物受到低溫脅迫后，外部形態(tài)發(fā)生顯而易見(jiàn)的變化，根據(jù)葉片受凍害程度、枝條萎蔫程度和干枯程度以及在適宜生長(zhǎng)條件下恢復(fù)生長(zhǎng)的狀況等來(lái)鑒定植物抗寒性[9-10]，還可以根據(jù)枝條中木質(zhì)部、韌皮部和髓的褐變程度來(lái)鑒定植物抗寒性，褐變程度越小，植物抗寒性越強(qiáng)[11]。

植物花器官對(duì)低溫非常敏感，很容易受到損傷。鐘海霞等通過(guò)研究低溫脅迫下野扁桃和栽培扁桃花原基的解剖結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，抗寒性強(qiáng)的品種在胚珠和花藥原基的細(xì)胞間隙、細(xì)胞大小以及厚度等方面極顯著大于抗寒性弱的品種；隨著低溫脅迫的加劇，扁桃的胚珠細(xì)胞和花藥原基細(xì)胞變大、排列變疏松、間隙增大、抗寒性降低，但抗寒性強(qiáng)的品種較抗寒性弱的品種變化小[12]。

低溫脅迫不僅影響植物外部形態(tài)和內(nèi)部組織器官結(jié)構(gòu)，而且會(huì)引起植物細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的變化[13-15]，如液泡中囊泡數(shù)量增加、內(nèi)含物含量上升，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致液泡膜破裂解體，產(chǎn)生許多小泡；葉綠體由原來(lái)扁球狀變?yōu)閳A球形，膜結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂，甚至解體；類(lèi)囊體片層排列松散，并且變形；基質(zhì)片層腫脹，基質(zhì)大量外流；淀粉粒體積變小，數(shù)量減少，甚至消失，被膜變成許多串聯(lián)的小囊泡；線粒體膨脹、內(nèi)脊腔擴(kuò)大和空泡化，嚴(yán)重時(shí)外膜破裂，內(nèi)膜和嵴發(fā)生斷裂，并逐漸解體；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)卷曲呈空心狀或發(fā)生斷裂，并擴(kuò)大成小泡；高爾基體小泡擴(kuò)大，并空泡化；細(xì)胞核膨脹，染色質(zhì)凝聚并被破壞；細(xì)胞壁模糊不清，甚至出現(xiàn)質(zhì)壁分離、核膜消失、細(xì)胞器崩潰降解等現(xiàn)象。

研究發(fā)現(xiàn)，核仁對(duì)低溫最敏感，葉綠體比線粒體對(duì)低溫敏感，液泡膜比質(zhì)膜對(duì)低溫敏感，類(lèi)囊體膜比葉綠體膜對(duì)低溫敏感[16]。但有研究指出，線粒體比葉綠體對(duì)低溫反應(yīng)更敏感，認(rèn)為葉綠體比線粒體在低溫脅迫下耐受性強(qiáng)[17]。

2生理生化變化與抗寒性的關(guān)系

2.1含水量的變化

植物組織中自由水和束縛水的相對(duì)含量與植物的生長(zhǎng)及抗性具有一定相關(guān)性，可以作為鑒定植物組織代謝活動(dòng)和抗逆性的重要指標(biāo)[18]。陳佰鴻等研究發(fā)現(xiàn)，隨著脅迫溫度的降低，相同品種的葡萄枝條總含水量基本不變，束縛水含量呈先上升再下降的趨勢(shì)，自由水含量呈先下降再上升的趨勢(shì)，束縛水含量與自由水含量的比值達(dá)到最高點(diǎn)的溫度和品種有關(guān)[19]。植物組織中自由水含量越高，代謝活動(dòng)越強(qiáng)，生長(zhǎng)越快，抗逆性越弱；植物組織中束縛水含量越高，植物代謝活動(dòng)越弱，生長(zhǎng)越慢，抗逆性越強(qiáng)[20]。因此，可以根據(jù)植物組織中自由水含量、束縛水含量、總含水量以及自由水含量與束縛水含量的比值來(lái)評(píng)價(jià)植物抗寒性。

2.2細(xì)胞膜透性的變化

經(jīng)過(guò)低溫脅迫處理后，植物細(xì)胞膜會(huì)發(fā)生物相變化，通透性增強(qiáng)，細(xì)胞中的電解質(zhì)外滲[21]。電導(dǎo)法鑒定植物抗寒性就是利用這個(gè)原理，相對(duì)電導(dǎo)率越高，表明細(xì)胞膜透性越強(qiáng)，受傷害程度越大，抗寒性越低[22]。Rajashekar等在此基礎(chǔ)上，利用Logistic方程曲線描述低溫對(duì)植物細(xì)胞膜的傷害過(guò)程，并提出曲線拐點(diǎn)為L(zhǎng)T50的觀點(diǎn)[23]。在研究植物抗寒性時(shí)，運(yùn)用電導(dǎo)法并結(jié)合Logistic方程計(jì)算低溫半致死溫度，不僅可以減小因個(gè)別不穩(wěn)定值對(duì)整個(gè)結(jié)果的影響，還可以消除原生質(zhì)體在溫度作用中的時(shí)間影響，能夠較為準(zhǔn)確地鑒定植物抗寒性[24-25]。劉艷萍等采用電導(dǎo)法并協(xié)同Logistic方程鑒定廣玉蘭的抗寒性，測(cè)定結(jié)果與形態(tài)觀察結(jié)果一致[26]。

丙二醛（malondialdehyde，MDA）是膜脂過(guò)氧化最重要的產(chǎn)物之一，也是鑒定細(xì)胞膜能否被破壞的標(biāo)志物質(zhì)[27]。在植物抗性生理研究中，MDA含量是一個(gè)重要指標(biāo)，根據(jù)MDA含量變化可以了解膜脂過(guò)氧化程度、膜系統(tǒng)受損程度以及植物抗逆性[28]。馬艷芝等研究了柴胡幼苗在越冬期間的抗寒性，發(fā)現(xiàn)MDA含量隨著溫度的降低而上升，溫度越低，增幅越大，但上升到一定程度保持不變[29]。雷帥等研究了5種花灌木的抗寒性，發(fā)現(xiàn)小紫株、金葉錦帶、猥實(shí)和歐洲雪球枝條中的MDA含量隨著溫度的降低呈上升趨勢(shì)，但大花圓錐繡球枝條中的MDA含量隨著溫度的降低呈先下降后上升趨勢(shì)[30]。這種結(jié)果的產(chǎn)生，可能由于低溫脅迫初期植物體內(nèi)保護(hù)酶起到了保護(hù)作用，抑制 O-2· 的積累，導(dǎo)致MDA含量下降；但隨著低溫脅迫的加劇，可能由于保護(hù)酶系統(tǒng)受到破壞，清除自由基的能力下降，導(dǎo)致MDA含量上升。在低溫脅迫下，MDA含量不僅與脅迫溫度有關(guān)，還與脅迫時(shí)間有關(guān)[31]。endprint

2.3抗氧化系統(tǒng)的變化

在低溫脅迫下，植物體內(nèi)代謝失衡，活性氧產(chǎn)量增加，細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用加劇，生物膜及其他大分子結(jié)構(gòu)和功能受到影響，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致細(xì)胞受損或植株死亡。

在低溫脅迫初期，植物通過(guò)提高自身抗氧化酶活性來(lái)清除活性氧自由基，減輕對(duì)細(xì)胞的傷害，維持細(xì)胞正常生理功能，這是植物保護(hù)性應(yīng)激反應(yīng)[32]。在低溫脅迫后期，植物體內(nèi)抗氧化酶活性減弱，可能由于低溫脅迫超過(guò)了植物承受極限，酶的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變或酶的表達(dá)受到抑制，從而導(dǎo)致酶活性減弱。研究發(fā)現(xiàn)，植物體內(nèi)抗氧化酶活性與抗寒性具有一定的相關(guān)性，抗寒性強(qiáng)的植物抗氧化酶活性較抗寒性弱的植物高[33]。

超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）是一種重要的抗氧化劑，能夠清除植物在新陳代謝過(guò)程中產(chǎn)生的氧自由基，對(duì)植物具有保護(hù)作用[34]。有關(guān)研究表明，植物體內(nèi)SOD活性隨著低溫脅迫的加劇呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)[25]。過(guò)氧化物酶（peroxidase，POD）是一種氧化還原酶，能夠分解植物體內(nèi)因逆境脅迫而產(chǎn)生的自由基，對(duì)逆境脅迫具有一定的防御作用，其活性越高，植物抗逆性越強(qiáng)[35]。此外，還有研究指出過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）[36]、谷胱甘肽（glutathione，GSH）[37]和抗壞血酸過(guò)氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）[38]的活性變化與植物抗寒性也存在一定相關(guān)性。

2.4滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化

在低溫脅迫下，植物體內(nèi)與滲透調(diào)節(jié)相關(guān)的基因參與表達(dá)，各種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加，賦予植物多種滲透調(diào)節(jié)能力，從而提高植物抗寒性。

令凡等研究了油橄欖的抗寒性，發(fā)現(xiàn)油橄欖離體葉片中可溶性糖含量隨著脅迫溫度的降低呈上升趨勢(shì)，但抗寒性強(qiáng)的品種上升幅度較大[39]。此外，一些學(xué)者在研究杏[40]、油棕[41]、草莓[42]等抗寒性時(shí)也得到相同的結(jié)論。在低溫脅迫下，植物體內(nèi)淀粉等大分子物質(zhì)降解加快，可溶性糖含量積累，細(xì)胞液濃度增加，水勢(shì)和冰點(diǎn)降低，促進(jìn)脫落酸的積累，間接誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，保護(hù)冰凍敏感相關(guān)的蛋白質(zhì)，維持細(xì)胞膜的完整性，從而提高植物抗寒性[43-44]。

可溶性蛋白是一種親水性較強(qiáng)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，能夠提高細(xì)胞保水能力，誘導(dǎo)抗寒相關(guān)基因表達(dá)，對(duì)細(xì)胞生命物質(zhì)及生物膜起到保護(hù)作用[29]。有關(guān)研究表明，植物經(jīng)過(guò)低溫脅迫處理后體內(nèi)可溶性蛋白含量增加，植物體內(nèi)可溶性蛋白含量與抗寒性呈顯著正相關(guān)[45]?；貜┱艿妊芯苛诉B翹和美國(guó)金鐘連翹的抗寒性，發(fā)現(xiàn)這2種植物體內(nèi)可溶性蛋白含量隨著處理溫度的降低均呈先上升后下降趨勢(shì)，但抗寒性強(qiáng)的美國(guó)金鐘連翹體內(nèi)可溶性蛋白含量上升速度快，下降速度慢[46]。

植物體內(nèi)游離脯氨酸含量的增加能夠降低細(xì)胞水勢(shì)，防止細(xì)胞脫水受害，起到平衡細(xì)胞代謝、增加細(xì)胞穩(wěn)定性的作用[47]。在低溫脅迫下，石榴[48]、佛手[49]等植物體內(nèi)的游離脯氨酸含量增加，可見(jiàn)植物體內(nèi)游離脯氨酸含量與抗寒性具有一定的相關(guān)性。但是Jackson等發(fā)現(xiàn)，皺溪菜在自然越冬過(guò)程中游離脯氨酸含量隨著溫度的降低而下降，游離脯氨酸含量的變化可能是對(duì)逆境脅迫的一種適應(yīng)，或者是細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能受損的表現(xiàn)[50]。鄧菊慶等發(fā)現(xiàn)，游離脯氨酸含量與薔薇屬植物抗寒性之間的相關(guān)性不顯著[51]。此外，Coughlan等發(fā)現(xiàn)甜菜堿能夠減輕低溫脅迫對(duì)菠菜類(lèi)囊體的傷害，甜菜堿含量的高低與植物抗寒性強(qiáng)弱有密切關(guān)系[52]。

2.5光合作用的變化

光合作用是植物最基本的生理反應(yīng)，是植物合成有機(jī)物和獲取能源的根本途徑，直接關(guān)系著植物的生長(zhǎng)狀況和最終產(chǎn)量。植物在低溫脅迫下維持較高的光合速率才能滿足自身的生長(zhǎng)或生存需要，但植物的光合器官對(duì)低溫非常敏感，容易受到傷害。

在低溫脅迫下，大多數(shù)植物凈光合速率呈下降趨勢(shì)，主要由氣孔限制或非氣孔限制所致[53]。Farquhar等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度同時(shí)下降時(shí)，限制光合作用的因素主要為氣孔限制；當(dāng)氣孔導(dǎo)度降低、胞間CO2濃度上升時(shí)，限制光合作用的因素主要為非氣孔限制[54]。王兆等研究發(fā)現(xiàn)，彩葉草的凈光合速率隨著低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著下降，但抗寒性強(qiáng)的品種下降幅度小[55]。

葉綠素的合成須要有酶的參與，但低溫會(huì)影響酶的活性，導(dǎo)致合成減慢、分解加快、含量降低，因此可以根據(jù)葉綠素含量的變化來(lái)鑒定植物的抗寒性。王寧等研究發(fā)現(xiàn)，在自然越冬初期，猴樟和芳樟的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量均呈緩慢下降趨勢(shì)；隨著自然降溫脅迫的加劇，葉綠素合成受阻，光合色素和葉綠體結(jié)構(gòu)受到破壞，導(dǎo)致這2種樟樹(shù)的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量均快速下降，其中以抗寒性弱的芳樟變化較為明顯[56]。

3抗寒基因工程

3.1抗寒調(diào)控基因

植物感受到寒冷信號(hào)之后進(jìn)行傳導(dǎo)，在感受和傳導(dǎo)過(guò)程中有多種調(diào)控基因參與編碼產(chǎn)生信號(hào)傳遞因子和調(diào)控蛋白，包括各種轉(zhuǎn)錄因子和蛋白激酶，如脫水反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（dehydration responsive element binding protein，DREB）轉(zhuǎn)錄因子、14-3-3蛋白、Ca2+依賴性蛋白激酶、細(xì)胞分裂蛋白激活激酶等[57]。

DREB轉(zhuǎn)錄因子在逆境脅迫分子反應(yīng)中起著重要的調(diào)控作用，能夠調(diào)節(jié)一系列逆境應(yīng)答基因的表達(dá)。王舟利用電解質(zhì)外滲法鑒定了3個(gè)結(jié)縷草品種的抗寒性，并通過(guò)RT-PCR和RACE的方法從冷誘導(dǎo)的抗寒性最強(qiáng)的Meyer品種中擴(kuò)增得到1個(gè)新的DREB同源基因ZjDREB1，將其轉(zhuǎn)入到模式植物擬南芥，得到的轉(zhuǎn)基因植株抗寒性明顯高于對(duì)照組植株[58]。劉志薇等從茶樹(shù)品種迎霜的基因組中克隆獲得 CsDREB-A1 轉(zhuǎn)錄因子[59]，該轉(zhuǎn)錄因子與茶樹(shù)的CBF轉(zhuǎn)錄因子和擬南芥等植物的DREB類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子都具有較高的相似性，這可能與茶樹(shù)的抗寒性有關(guān)。DREB轉(zhuǎn)錄因子是植物逆境適應(yīng)中重要的轉(zhuǎn)錄因子，但有關(guān)提高植物抗寒性的作用機(jī)理尚有待研究。endprint

14-3-3蛋白在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著重要的調(diào)控作用，對(duì)植物體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸、各種代謝、光信號(hào)應(yīng)答以及多種植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等具有調(diào)控作用[60]。在低溫脅迫下，油菜中的14-3-3蛋白基因表達(dá)量增加[61]。羅萱等利用RT-PCR技術(shù)對(duì)克隆的14-3-3蛋白基因PvGF14h進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該基因表達(dá)量隨著低溫脅迫處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，可能參與了低溫脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程[62]。

3.2抗寒功能基因

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種抗寒功能基因，主要有抗凍蛋白基因、抗?jié)B透脅迫相關(guān)基因、SOD等抗氧化系統(tǒng)基因、植物激素調(diào)節(jié)有關(guān)基因以及脂肪酸去飽和代謝關(guān)鍵酶基因等。

抗凍蛋白（antifreeze proteins，AFPs）最早是從魚(yú)的血清中發(fā)現(xiàn)的，經(jīng)過(guò)多年后也在植物中被發(fā)現(xiàn)。1992年，Griffith等首次證實(shí)植物中存在植物內(nèi)源性AFPs[63]，引起學(xué)者們對(duì)植物抗凍蛋白的關(guān)注。此后，有關(guān)學(xué)者從沙冬青[64]、唐古特紅景天[65]等植物中發(fā)現(xiàn)了AFPs，還有的在裸子植物、蕨類(lèi)、苔蘚、真菌及細(xì)菌中也發(fā)現(xiàn)了AFPs的存在[66-67]。1998年，Worrall等首次發(fā)現(xiàn)植物的AFPs基因，并發(fā)表有關(guān)胡蘿卜AFPs及其基因的論文[68]。尹明安等采用PCR技術(shù)成功克隆了胡蘿卜的抗凍蛋白基因，并構(gòu)建了胡蘿卜抗凍蛋白基因的植物表達(dá)載體[69]。鄧順陽(yáng)等也采用PCR技術(shù)完成了黑麥草抗凍蛋白基因的cDNA克隆，并對(duì)其序列進(jìn)行了分析[70]。有關(guān)學(xué)者將準(zhǔn)噶爾小胸鱉甲抗凍蛋白基因MpAFP149轉(zhuǎn)化到煙草[71]、棉花[72]中，得到的轉(zhuǎn)化植株抗寒性明顯增強(qiáng)。目前，從已研究過(guò)的植物材料中分離純化出來(lái)的AFPs較少，且活性較弱。

植物在低溫脅迫所導(dǎo)致的滲透脅迫過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一系列的生理生化適應(yīng)性應(yīng)激反應(yīng)，這些反應(yīng)與很多應(yīng)激基因有關(guān)，例如COR家族蛋白基因、LEA蛋白基因等。郭新勇等通過(guò)PCR技術(shù)完成天山雪蓮的冷調(diào)節(jié)蛋白基因siCOR的克隆，采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將其轉(zhuǎn)化到煙草中，得到的轉(zhuǎn)基因煙草與野生型植株相比具有較強(qiáng)的抗寒性[73]。林士杰等研究了轉(zhuǎn)檉柳LEA基因煙草的抗寒性，在非低溫脅迫下，轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因煙草的相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量無(wú)顯著差異，在0 ℃脅迫下，轉(zhuǎn)基因煙草的相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量明顯低于非轉(zhuǎn)基因煙草[74]，表明檉柳的LEA基因提高了煙草的抗寒性。Prabhavathi等研究了轉(zhuǎn)細(xì)菌磷酸甘露脫氫酶基因茄子的抗寒性，經(jīng)過(guò)低溫脅迫處理后，轉(zhuǎn)基因植株長(zhǎng)勢(shì)較好，非轉(zhuǎn)基因植株葉片萎蔫失綠[75]。

4外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的調(diào)控作用

近年來(lái)，通過(guò)噴施外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑來(lái)提搞植物抗寒性的方法已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。王連榮等研究發(fā)現(xiàn)，噴施外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑脫落酸（abscisic acid，ABA）和赤霉素（gibberellic acid 3，GA3）能夠降低杏扁花和幼果中的MDA含量，提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶活性，增強(qiáng)膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性，誘導(dǎo)冷信號(hào)的傳導(dǎo)和抗寒基因的表達(dá)，從而提高植物抗寒性[76]。王英哲等研究發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)噴施外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑水楊酸（salicylic acid，SA）可以提高苜蓿幼苗體內(nèi)可溶性糖含量以及POD、CAT活性，單獨(dú)噴施外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑ABA可以顯著提高苜蓿幼苗體內(nèi)游離脯氨酸含量以及POD、CAT活性，同時(shí)噴施外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑SA、ABA可以顯著提高苜蓿幼苗體內(nèi)可溶性糖含量、脯氨酸含量以及SOD、POD活性，但CAT活性變化不顯著[77]。

在低溫脅迫前，用外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑SA或ABA預(yù)處理，可以緩解植物因低溫脅迫導(dǎo)致的淀粉含量、葉綠素含量、凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、光化學(xué)猝滅系數(shù)、PSⅡ最大光化學(xué)效率、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)量子產(chǎn)量的下降，減緩非光化學(xué)猝滅系數(shù)和初始熒光的上升，從而提高植物的抗寒性[78]。

近年來(lái)，氯化鈣[79]、多效唑[80]、過(guò)氧化氫[81]、5-氨基乙酰丙酸[82]等也被應(yīng)用于提高植物抗寒性，并取得了顯著效果。

5植物抗寒性鑒定方法

5.1直接鑒定法

直接鑒定法包括大田自然鑒定法、人工模擬氣候室法、生長(zhǎng)恢復(fù)法等。其中，大田直接鑒定法是引種栽培應(yīng)用最廣泛的一種鑒定方法，也是最早、最有效的鑒定方法，但這種方法周期長(zhǎng)、重復(fù)性差。在低溫脅迫下，植物的外部形態(tài)會(huì)發(fā)生一些變化，可以根據(jù)其變化程度以及受害時(shí)間來(lái)鑒定它們的抗寒性。姚志芬等將引自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的千屈菜、松果菊、黃花鳶尾、射干種植在黑龍江省哈爾濱市的不同生態(tài)環(huán)境中，對(duì)植株的高度、冠幅、葉長(zhǎng)、葉寬、分枝、株形、花期、花型、花色、花序長(zhǎng)、生長(zhǎng)勢(shì)等觀賞指標(biāo)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)這4種花卉能夠在哈爾濱市露地越冬[83]。張家洋等根據(jù)植物葉片在越冬期間的凍害狀況，比較了南京10種道路綠化樹(shù)種的抗寒性[84]。

人工模擬氣候室法是一種快捷、周期短、可重復(fù)性高的方法，但須要一定的設(shè)施條件，難以大批量進(jìn)行。首先把光照培養(yǎng)箱調(diào)到要模擬的氣候環(huán)境，然后將植物材料轉(zhuǎn)移到光照培養(yǎng)箱，處理結(jié)束后取出植物材料并根據(jù)受害癥狀鑒定它們的抗寒性。

生長(zhǎng)恢復(fù)法是將植物材料放在不同的溫度梯度下進(jìn)行處理，取出后放在適宜生長(zhǎng)的條件下測(cè)定恢復(fù)生長(zhǎng)的最低溫度，確定它們的抗寒性。這種方法比較可靠，并得到普遍應(yīng)用。唐婉等根據(jù)幾種紫薇屬植物經(jīng)歷低溫脅迫后枝條萌發(fā)情況來(lái)比較它們的抗寒性[85]。Anderson等利用生長(zhǎng)恢復(fù)法確定出狗牙根的最低存活溫度[86]。

5.2間接鑒定法

間接鑒定法中包含多種鑒定方法，主要包括細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的觀察、細(xì)胞膜電解質(zhì)滲出率的測(cè)定、膜脂內(nèi)磷脂和不飽和脂肪酸含量的測(cè)定、可溶性糖含量的測(cè)定、游離脯氨酸含量的測(cè)定、可溶性蛋白含量的測(cè)定、含水量的測(cè)定、核酸含量的測(cè)定、酶活性的測(cè)定、呼吸強(qiáng)度的測(cè)定、光合能力的測(cè)定、葉綠素?zé)晒獾臏y(cè)定以及葉綠素含量的測(cè)定等鑒定方法。目前，多數(shù)學(xué)者選用其中幾個(gè)指標(biāo)來(lái)鑒定植物抗寒性[87-89]。endprint

5.3綜合鑒定法

目前，鑒定植物抗寒性時(shí)多采用3～4個(gè)或更少的指標(biāo)，雖然有些鑒定方法在一些植物上得到成功應(yīng)用，但仍缺乏普遍性[90-92]。陳綺翎等在研究烤煙幼苗抗寒性時(shí)，采用人工模擬氣候室法和間接鑒定法相結(jié)合、形態(tài)指標(biāo)與生理指標(biāo)相結(jié)合的方法，綜合評(píng)價(jià)烤煙的抗寒性[93]。陸暢等使用隸屬函數(shù)法評(píng)價(jià)4個(gè)不同種源鵝掌楸的抗寒性[89]，這種方法較為準(zhǔn)確可靠。此外，有關(guān)學(xué)者采用多重比較法[12]、主成分分析法[94]等來(lái)鑒定植物抗寒性。

6展望

在低溫脅迫下，植物體內(nèi)發(fā)生復(fù)雜的生理生化反應(yīng)，根據(jù)各項(xiàng)生理生化指標(biāo)的變化能夠科學(xué)、準(zhǔn)確地鑒定出植物抗寒性，對(duì)植物引種和栽培具有一定指導(dǎo)意義，但不能從根本上改善植物抗寒性，基因方面的研究才能從根本上改善植物抗寒性。植物抗寒性是由多基因表達(dá)來(lái)控制的，目前主要針對(duì)單一基因進(jìn)行研究，應(yīng)將多種與抗寒性相關(guān)的基因結(jié)合在一起進(jìn)行系統(tǒng)研究。植物抗寒分子機(jī)理的研究還處于初級(jí)階段，例如冷馴化啟動(dòng)COR基因的方式、COR基因的具體功能、Ca2+信使啟動(dòng)低溫信號(hào)的分子機(jī)制、發(fā)生相變的溫度范圍、抗凍蛋白的結(jié)構(gòu)特征和生理功能等須要繼續(xù)研究。

目前，主要采用人工模擬氣候室法對(duì)植物離體葉片或枝條等進(jìn)行低溫脅迫處理，然后根據(jù)各項(xiàng)生理生化指標(biāo)的變化綜合評(píng)價(jià)植物抗寒性，但未必能夠真實(shí)反映出個(gè)別植物在自然生長(zhǎng)環(huán)境下的抗寒性，甚至出現(xiàn)的結(jié)果相互矛盾。在自然條件下，植物受到低溫脅迫時(shí)也會(huì)受到其他脅迫的影響。因此，建議研究植物抗寒性時(shí)要對(duì)整株植物進(jìn)行處理，同時(shí)還要結(jié)合野外試驗(yàn)和其他逆境環(huán)境進(jìn)行綜合研究。

植物抗寒性不僅與遺傳因素有關(guān)，還與外界環(huán)境因素有關(guān)。因此，可以通過(guò)抗砧嫁接、引種馴化來(lái)培育和選擇各地區(qū)適宜的抗寒植物，或者采用一些農(nóng)業(yè)措施來(lái)提高植物抗寒性。

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