低溫脅迫對玉米石景天生理指標(biāo)的影響

楊紅瑞

（山西潞安(礦業(yè))集團(tuán)有限責(zé)任公司后勤中心，山西 長治 046204）

玉米石景天（Sedum album）為景天科景天屬多年生肉質(zhì)草本植物，植株低矮叢生，葉片膨大為卵形或圓筒形，先端鈍圓，亮綠色，光滑，傘形花序下垂，花為白色，具有較高的觀賞價(jià)值，且喜陽光充足，也耐半陰，需肥少，利用分株和扦插法繁殖，極易生根，極耐干旱，近年來逐漸成為園林綠化材料的一種。目前，關(guān)于玉米石景天的研究還比較少，主要有組織培養(yǎng)[1]、干旱脅迫的響應(yīng)[2]、耐濕熱能力[3]、耐寒性[4]、對CO2濃度的響應(yīng)[5]等方面，而有關(guān)玉米石景天的抗寒機(jī)制方面的研究尚未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)研究了不同梯度溫度對玉米石景天葉片生理指標(biāo)的影響，掌握其抗寒機(jī)理，不僅為玉米石景天抗寒性育種工作提供理論支持，還能為篩選抗寒性強(qiáng)的景天植物、豐富北方園林綠化植物品種提供實(shí)踐意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究試驗(yàn)指標(biāo)委托山西農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行。選取長勢均勻、無病害的玉米石景天作為試驗(yàn)材料。分別將長勢一致的玉米石景天置于5個(gè)不同溫度梯度 （25℃/18℃、20℃/13℃、15℃/8℃、10℃/3℃、5℃/-3℃）條件下處理48小時(shí)，每天控制光照為14h，黑暗為10h，相對濕度保持在60%左右。每個(gè)處理3株，重復(fù)3次。試驗(yàn)處理結(jié)束后分別取其葉片置于-80℃冰箱待測。

1.2 生理指標(biāo)測定

試驗(yàn)處理后的樣品分別測定相對電導(dǎo)率(REC)、丙二醛 (MDA)、可溶性糖、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）等生理指標(biāo)。相對電導(dǎo)率（REC）的測定采用電導(dǎo)儀法[18]；可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法；丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸法；過氧化氫酶（CAT）活性的測定采用高錳酸鉀滴定法[19]；過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法；超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定采用氮藍(lán)四唑(NBT)法。每個(gè)生理指標(biāo)均重復(fù)測定3次，結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對玉米石景天葉片相對電導(dǎo)率與含糖量的影響

2.1.1 低溫脅迫對玉米石景天葉片相對電導(dǎo)率的影響

相對電導(dǎo)率是衡量細(xì)胞膜透性大小的重要指標(biāo)，其值越大，表示電解質(zhì)的滲漏量越多，細(xì)胞膜遭到破壞的程度就越大，反之亦然。由表1可知，經(jīng)不同低溫處理的玉米石景天葉片的相對電導(dǎo)率出現(xiàn)了明顯的變化，隨著處理溫度的不斷降低，相對電導(dǎo)率變化趨勢也逐漸升高。在正常溫度（25℃）時(shí)，玉米石景天葉片的相對電導(dǎo)率為4.39%；當(dāng)溫度為5℃時(shí)，相對電導(dǎo)率達(dá)到最大值，為16.03%，顯著高于其他所有處理。由此說明，當(dāng)溫度下降時(shí)，玉米石景天葉片的細(xì)胞膜透性出現(xiàn)增大，細(xì)胞膜遭到了低溫的破壞，且在5℃時(shí)細(xì)胞膜受到的破壞最大。

2.1.2 低溫脅迫對玉米石景天葉片可溶性糖含量的影響

可溶性糖在植物的抗寒生理中可起到提高細(xì)胞的滲透濃度、降低水勢、增加保水能力的作用。由表1可知，經(jīng)過不同低溫處理的玉米石，葉片中可溶性糖的含量隨著處理溫度的下降呈現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢。在正常溫度（25℃）時(shí)，玉米石景天葉片的可溶性糖含量為0.097%；當(dāng)溫度為20℃時(shí)，可溶性糖含量出現(xiàn)最小值，為0.088%，顯著低于其他各處理，之后隨著溫度的繼續(xù)下降，可溶性糖的含量一直處于上升的趨勢。由此說明，玉米石景天可以通過提高葉片的可溶性糖含量來提高植株的抗寒能力。

表1 低溫脅迫對玉米石景天葉片相對電導(dǎo)率的影響

2.2 低溫脅迫對玉米石景天丙二醛及酶活性的影響

2.2.1 低溫脅迫對玉米石景天葉片丙二醛（MDA）含量的影響

丙二醛（MDA）是植物在逆境條件下發(fā)生膜脂過氧化作用中的主要產(chǎn)物之一，MDA的含量代表著細(xì)胞膜脂過氧化的程度，也反映出植物細(xì)胞遭受逆境傷害的程度。由表2可以看出，玉米石景天葉片經(jīng)過低溫處理，丙二醛的含量呈現(xiàn)出先下降后上升再下降的趨勢。當(dāng)正常溫度（25℃）時(shí)，玉米石景天葉片的丙二醛含量為 0.016 μmol/mg；當(dāng)溫度下降到20℃、15℃時(shí)，丙二醛含量持續(xù)出現(xiàn)下降趨勢，在溫度為15℃時(shí)出現(xiàn)最小值，為 0.012 μmol/mg，顯著低于其他各處理，之后隨著溫度的繼續(xù)下降，丙二醛的含量呈現(xiàn)出先上升后下降的變化，在溫度為10℃時(shí)出現(xiàn)較高值。由此說明，在溫度為15℃時(shí)玉米石葉片受到低溫傷害的程度最小。

2.2.2 低溫脅迫對玉米石景天葉片過氧化氫酶（CAT）活性的影響

過氧化氫酶（CAT）普遍存在于植物的所有組織中，其活性與植物的代謝強(qiáng)度及抗寒、抗逆能力有關(guān)，抗逆性強(qiáng)的植物過氧化氫酶活性較高，反之抗逆性弱的活性較低。經(jīng)過不同低溫處理的玉米石景天葉片過氧化氫酶活性的變化見表2，隨著溫度的不斷下降，玉米石景天葉片的過氧化氫酶活性呈現(xiàn)出先升高后下降再緩慢上升的趨勢。當(dāng)溫度為正常溫度（25℃）時(shí)，玉米石景天葉片的過氧化氫酶活性為20.94 U/g/min；當(dāng)溫度下降到20℃時(shí)，過氧化氫酶活性出現(xiàn)顯著上升趨勢，達(dá)到最大值，為42.92 U/g/min，顯著高于其他各處理，之后隨著溫度的繼續(xù)下降，過氧化氫酶活性呈現(xiàn)出先下降后緩慢上升的變化。

2.2.3 低溫脅迫對玉米石景天葉片過氧化物酶（POD）活性的影響

POD是植物清除過氧化物和H2O2的一種抗氧化保護(hù)酶，其活性的高低與酚類物質(zhì)的代謝、植物的抗逆性均有密切關(guān)系。經(jīng)過不同低溫處理的玉米石景天葉片過氧化物酶活性的變化（見表2），隨著溫度的不斷下降，玉米石景天葉片的過氧化物酶活性呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢。當(dāng)溫度為正常溫度（25℃）和20℃時(shí)，玉米石景天葉片的過氧化物酶活性較高，分別為165.19 U/g和173.33 U/g，兩者差異不顯著；當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí)，過氧化物酶活性呈現(xiàn)出持續(xù)下降趨勢，在5℃時(shí)達(dá)到最小值，為55.56 U/g，顯著低于其他各處理。

2.2.4 低溫脅迫對玉米石景天葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

SOD是植物體內(nèi)廣泛存在的抗氧化酶，在植物組織的衰老過程中維持活性氧代謝的平衡，起到保護(hù)膜結(jié)構(gòu)、延緩細(xì)胞衰老的作用，在逆境脅迫下用于消除有害的活性氧和自由基、保護(hù)細(xì)胞免受傷害。由表2可知，經(jīng)過不同低溫處理的玉米石葉片中超氧化物歧化酶（SOD）的活性隨溫度下降總體的變化幅度不大，呈現(xiàn)出先上升后緩慢下降的趨勢。當(dāng)正常溫度（25℃）時(shí)，玉米石景天葉片的SOD活性最低，為321.65 U/mL；當(dāng)溫度下降到20℃時(shí)，SOD活性出現(xiàn)顯著上升，達(dá)到最大值，為378.47 U/ml，顯著高于其他所有處理；之后隨著溫度繼續(xù)下降，SOD活性出現(xiàn)持續(xù)緩慢下降。

表2 低溫脅迫對玉米石景天丙二醛及酶活性的影響

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，溫度對玉米石景天的相對電導(dǎo)率、細(xì)胞膜透性、可溶性糖及丙二醛含量有顯著影響，均出現(xiàn)了先下降后上升的趨勢，說明低溫對玉米石葉片細(xì)胞膜造成了不同程度的損傷。在低溫條件下，植物會(huì)因?yàn)榧?xì)胞膜透性的改變而受到傷害，低溫會(huì)促使植物細(xì)胞膜透性出現(xiàn)不同程度的增大，導(dǎo)致電導(dǎo)率升高[6]?？扇苄蕴窃谥参锏目购碇锌商岣呒?xì)胞的滲透濃度、降低水勢，提高植物的抗逆境能力[7]。丙二醛含量對細(xì)胞膜系統(tǒng)有影響，當(dāng)植物受到傷害時(shí)，體內(nèi)的丙二醛含量會(huì)升高，導(dǎo)致細(xì)胞膜系統(tǒng)受到傷害。

研究表明，過氧化氫酶 （CAT）、過氧化物酶（POD）和SOD是植物體內(nèi)清除活性氧的三大重要抗氧化酶。低溫脅迫會(huì)造成植物體內(nèi)的活性氧平衡遭到破壞，造成活性氧的累積，導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增加、代謝出現(xiàn)紊亂，造成植物受到傷害[8]。當(dāng)植物受到低溫脅迫時(shí)，體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)將會(huì)增強(qiáng)，加快活性氧代謝平衡的恢復(fù)，減少植物損害。本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種抗氧化酶可以相互協(xié)作，過氧化氫酶（CAT）呈現(xiàn)先升高后下降再緩慢上升的趨勢，過氧化物酶（POD）呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，超氧化物歧化酶（SOD）則總體變化幅度不大，呈現(xiàn)出先上升后緩慢下降的趨勢，當(dāng)溫度為20℃時(shí)，CAT活性達(dá)到最大值42.92 U/g/min，POD活性也達(dá)到最大值173.33 U/g，SOD活性也達(dá)到最大值378.47 U/ml。植物體可以通過提高三大抗氧化酶活性來減少低溫等逆境條件帶來的細(xì)胞膜傷害。