越冬期鄧恩桉嫁接種子園葉綠素與丙二醛動(dòng)態(tài)變化

鄧紫宇，郭東強(qiáng)，陳健波，劉媛

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越冬期鄧恩桉嫁接種子園葉綠素與丙二醛動(dòng)態(tài)變化

鄧紫宇1,2,3，郭東強(qiáng)1,2,3，陳健波1,2,3，劉媛1,2,3

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002；2.國(guó)家林業(yè)局 中南速生材繁育實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530002；3. 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530002)

以鄧恩桉嫁接種子園抗寒能力不同且開(kāi)花的5個(gè)家系為材料，測(cè)定其越冬期葉片中葉綠素與丙二醛(MDA)含量。結(jié)果表明：自然降溫過(guò)程中，葉綠素含量隨著溫度的下降而降低，MDA含量隨著溫度的下降而增加，各家系MDA含量增加幅度不同；春季隨著氣溫的回升，葉綠素含量略有上升，而MDA含量呈下降趨勢(shì)。通過(guò)研究具開(kāi)花能力的鄧恩桉家系越冬期葉綠素與MDA含量動(dòng)態(tài)變化，為選育抗寒能力強(qiáng)的鄧恩桉F1代提供理論依據(jù)。

鄧恩桉；嫁接種子園；葉綠素；丙二醛；自然降溫

鄧恩桉()原產(chǎn)澳大利亞，天然分布區(qū)面積極小，具有速生、耐寒優(yōu)良性能，是重要的紙漿材和實(shí)木用材樹(shù)種[1-4]。因其具有一定的耐寒性能，我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始引種鄧恩桉，并在南方桉樹(shù)種植北緣區(qū)表現(xiàn)良好[5]。

鄧恩桉無(wú)性繁殖困難，市面上仍未見(jiàn)組培苗，在我國(guó)大部分引種區(qū)，鄧恩桉基本不開(kāi)花結(jié)實(shí)，造林用的種子全部依賴進(jìn)口，造林成本的增加限制了它在我國(guó)的進(jìn)一步推廣。鄧恩桉的優(yōu)良性能使其成為各方學(xué)者重點(diǎn)研究對(duì)象，主要集中在組織培養(yǎng)技術(shù)研究[6-7]、木材材性性能測(cè)定[8-11]、抗寒生理生化指標(biāo)測(cè)定[12-16]及引種適應(yīng)性調(diào)查[17-20]等方面。筆者所在的研究團(tuán)隊(duì)曾以開(kāi)花與未開(kāi)花的鄧恩桉植株為材料，比較兩者生理生化特性和光合生理，發(fā)現(xiàn)開(kāi)花植株滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)明顯高于未開(kāi)花植株，且光合系數(shù)較小[21]。在此研究的基礎(chǔ)上，本文針對(duì)具開(kāi)花能力的鄧恩桉植株，對(duì)其越冬期的表現(xiàn)，測(cè)定其葉片中葉綠素含量與MDA含量的變化規(guī)律，為鄧恩桉嫁接種子園低溫傷害與抗性機(jī)制研究提供參考，并為選育速生抗寒的鄧恩桉F1代提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

鄧恩桉嫁接種子園位于廣西環(huán)江縣華山林場(chǎng)雅龍分場(chǎng)，2010年7月建立。試驗(yàn)地地理位置與氣候因子參考文獻(xiàn)[21]。

1.2 試驗(yàn)材料

以鄧恩桉嫁接種子園具開(kāi)花能力且生長(zhǎng)正常、花蕾較多的5個(gè)家系為材料(編號(hào)A、B、C、D、E)，采集樹(shù)冠中上部不同方向當(dāng)年生側(cè)枝的完整功能葉，每個(gè)家系選取5株，每株30枚葉片，于2014年11月至2015年3月每月采集一次，以2014年11月第一次采集樣品為對(duì)照。

1.3 試驗(yàn)方法

葉綠素含量的測(cè)定采用丙酮乙醇混合液浸提法，MDA含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鄧恩桉嫁接種子園氣候變化

2014年11月至2015年3月鄧恩桉嫁接種子園的氣候變化見(jiàn)表1，2015年1月為越冬期最低溫月，平均低溫為3℃，極端低溫達(dá)-1℃。

表1 采樣期鄧恩桉嫁接種子園氣候變化

2.2 葉綠素含量動(dòng)態(tài)變化

由表2可知，越冬期，鄧恩桉嫁接種子園5個(gè)家系葉片中葉綠素的含量隨著溫度的降低而降低，開(kāi)春氣溫回暖，葉綠素的含量逐漸上升。2015年1月氣溫達(dá)到最低時(shí)，葉綠素含量降到最低，與對(duì)照相比，5個(gè)家系葉片中葉綠素含量分別下降了9.60%、5.08%、5.08%、9.70%、6.82%。葉綠素主要有葉綠素a和葉綠素b兩種，不溶于水，但易溶于丙酮、酒精等有機(jī)溶劑。隨著氣溫的下降，葉綠素a含量下降，葉綠素b含量上升，隨著氣溫上升，葉綠素a含量上升，葉綠素b含量下降。正常情況下，葉綠素a與葉綠素b的比值約為3:1，隨著氣溫下降，葉綠素a/b值下降，隨著氣溫上升，葉綠素a/b值上升。

2.3 MDA含量動(dòng)態(tài)變化

越冬期，鄧恩桉嫁接種子園5個(gè)家系葉片中MDA的含量隨著溫度下降而升高，開(kāi)春氣溫回暖，MDA的含量逐漸下降(表3)。2015年1月氣溫達(dá)到最低時(shí)，MDA的含量上升到最高，與對(duì)照相比，5個(gè)家系葉片中MDA的含量分別上升了53.15%、49.50%、61.65%、49.63%、56.20%。

表3 越冬期鄧恩桉嫁接種子園5個(gè)家系MDA含量動(dòng)態(tài)變化 μmol·g-1

家系年月 2014-112014-122015-012015-022015-03 A23.35±0.31bc33.49±0.52c35.76±0.71c34.23±0.38b25.2±0.71ab B21.82±0.84a31.05±0.30a32.62±0.45a31.66±0.35a24.11±0.48a C23.52±0.64c34.52±0.46d38.02±0.49d34.66±0.38c25.9±1.02b D22.81±0.56abc31.96±0.51b34.13±0.44b32.1±0.67a24.43±0.41a E22.33±0.66ab32.13±0.57b34.88±0.67bc32.12±0.82a25.14±0.21ab

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；小寫(xiě)字母表示不同家系差異性比較(?0.05)，下同。

表2 越冬期鄧恩桉嫁接種子園5個(gè)家系葉綠素含量動(dòng)態(tài)變化 mg·g-1

家系光合色素年月 2014-112014-122015-12015-22015-3 葉綠素a0.94±0.01b0.83±0.01b0.8±0.01a0.81±0.01a0.9±0.01b A葉綠素b0.31±0.01b0.33±0.02b0.33±0.02ab0.32±0.01a0.31±0.01ab 總?cè)~綠素1.25±0.01b1.16±0.03b1.13±0.03a1.13±0.01a1.21±0.01b 葉綠素a/b32.52.42.52.9 葉綠素a0.89±0.01a0.81±0.01a0.79±0.01a0.8±0.01a0.84±0.01a B葉綠素b0.29±0.01a0.32±0.01ab0.33±0.01ab0.32±0.00ab0.3±0.01a 總?cè)~綠素1.18±0.02a1.13±0.01a1.12±0.02a1.12±0.02a1.14±0.01a 葉綠素a/b3.12.52.42.52.8 葉綠素a0.89±0.01a0.82±0.01ab0.81±0.01a0.82±0.01a0.85±0.01a C葉綠素b0.29±0.01a0.3±0.01a0.31±0.02a0.31±0.01a0.3±0.01a 總?cè)~綠素1.18±0.01a1.12±0.01a1.12±0.02a1.13±0.02a1.15±0.01a 葉綠素a/b3.12.72.62.62.8 葉綠素a1.01±0.01d0.9±0.01c0.86±0.02b0.89±0.01b0.95±0.01d D葉綠素b0.33±0.00c0.35±0.02c0.35±0.02bc0.34±0.02bc0.33±0.01bc 總?cè)~綠素1.34±0.01c1.25±0.01c1.21±0.02b1.23±0.02b1.28±0.01c 葉綠素a/b3.12.62.52.62.9 葉綠素a0.98±0.02c0.9±0.01c0.87±0.01b0.88±0.02b0.93±0.01c E葉綠素b0.34±0.00c0.35±0.02c0.36±0.02c0.36±0.01c0.34±0.02c 總?cè)~綠素1.32±0.02c1.25±0.01c1.23±0.02b1.24±0.02b1.27±0.02c 　葉綠素a/b2.92.62.42.42.7

3 結(jié)論與討論

3.1 自然降溫與葉綠素含量變化

葉片是植物進(jìn)行光合作用的主要器官，而葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的主要細(xì)胞器。高等植物的光合色素包括葉綠素和類胡蘿卜素，類胡蘿卜素比較穩(wěn)定，葉綠素易受外界因素(降溫、礦質(zhì)元素缺失、病蟲(chóng)害等)及內(nèi)在因素(葉片衰老)的影響而被破壞甚至降解。酶參與大部分葉綠素的生物合成過(guò)程，溫度影響酶活動(dòng)繼而影響葉綠素的合成，低溫抑制葉綠素的形成。一般情況下，2 ~ 4℃是植物葉綠素形成的最低溫度，40℃是植物葉綠素形成的最高溫度，而30℃左右是植物葉綠素形成的最適溫度[23]。自然降溫過(guò)程中，鄧恩桉嫁接種子園5個(gè)家系葉綠素含量均下降，與雪松()[24]、紅豆杉()[25]、猴樟()和芳樟()[26]等研究結(jié)論一致，低溫下葉綠體結(jié)構(gòu)遭到破壞、葉綠素合成受到限制，葉綠素含量下降。劉建等[15]利用人工低溫處理鄧恩桉幼苗，12 h和24 h后葉綠素含量上升，48 h后葉綠素含量下降，總體呈下降趨勢(shì)，這是鄧恩桉幼苗對(duì)低溫的一種適應(yīng)性表現(xiàn)。本研究是在整個(gè)自然降溫過(guò)程中鄧恩桉葉綠素含量的累積變化，葉綠素含量的減少，吸收的光能相應(yīng)地減少，過(guò)剩光能產(chǎn)生的活性氧造成的傷害也減輕，這是鄧恩桉對(duì)低溫脅迫的反應(yīng)也是長(zhǎng)期適應(yīng)低溫的響應(yīng)。

葉綠素a呈藍(lán)綠色、葉綠素b呈黃綠色，葉綠素b分子與絕大部分葉綠素a分子具有收集和傳遞光能的作用，少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a分子具有將光能轉(zhuǎn)換為電能的作用，正常植株葉綠素a/b值穩(wěn)定，約為3:1，使其葉片呈綠色[23]。自然降溫過(guò)程中，鄧恩桉嫁接種子園5個(gè)家系葉綠素a含量下降而葉綠素b含量上升，葉綠素a/b值下降，與雪松[24]研究結(jié)論一致。而在尾巨桉()[27]、猴樟和芳樟[26]等研究中，葉綠素、葉綠素a和葉綠素b均呈下降趨勢(shì)，葉綠素b含量的上升與低溫下葉綠素b的補(bǔ)償效應(yīng)有關(guān)，a/b值的下降，鄧恩桉部分葉片綠色變淺或出現(xiàn)淡黃色。

3.2 自然降溫與MDA含量變化

正常情況下，植株體內(nèi)代謝平衡，自由基的產(chǎn)生與清除處于動(dòng)態(tài)平衡，逆境脅迫下，平衡破壞，活性氧的產(chǎn)生大于清除，活性氧積累導(dǎo)致細(xì)胞膜脂過(guò)氧化，生物膜結(jié)構(gòu)破壞，植株正常生長(zhǎng)受到影響。MDA是細(xì)胞膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物之一，是評(píng)價(jià)膜系統(tǒng)過(guò)氧化程度的重要指標(biāo)。自然降溫過(guò)程中，鄧恩桉嫁接種子園5個(gè)家系葉片中MDA的含量均隨著溫度的下降而升高，與靖長(zhǎng)柏等[16]、劉建[28]和黃月華等[29]的研究結(jié)論一致。低溫脅迫下，鄧恩桉植株體內(nèi)活性氧代謝失衡，抗氧化調(diào)節(jié)能力下降，膜脂過(guò)氧化作用加劇，MDA含量上升。

自然降溫過(guò)程中，鄧恩桉嫁接種子園5個(gè)家系MDA含量變化存在一定差異，表明5個(gè)家系對(duì)低溫的適應(yīng)性不同。家系C增加幅度最大，其膜脂過(guò)氧化程度最嚴(yán)重，細(xì)胞膜受損也最嚴(yán)重，家系B與家系D增加幅度最小，其膜脂過(guò)氧化程度最輕，細(xì)胞膜受損也最輕，家系B與D在5個(gè)家系中抗寒能力較強(qiáng)，在今后鄧恩桉核心嫁接種子園建設(shè)中可作為耐寒品種的選擇。

3.3 存在不足與建議

鄧恩桉應(yīng)對(duì)低溫的生理生化反應(yīng)復(fù)雜多樣，本研究?jī)H從葉綠素含量與MDA含量探討越冬期鄧恩桉嫁接種子園的響應(yīng)，而保護(hù)酶活性的變化有待作進(jìn)一步深入研究?？购憻捙c合理施肥可以有效提高植株的抗寒能力，在今后工作中應(yīng)加強(qiáng)這方面的研究。當(dāng)前，分子生物學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，植物抗寒研究已進(jìn)入分子水平，鄧恩桉抗寒的分子機(jī)理與抗寒基因工程研究也勢(shì)在必行。

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Dynamic Changes in Chlorophyll and Malondialdehyde in a Grafted Seed Orchard ofDuring Winter

DENG Ziyu1,2,3, GUO Dongqiang1,2,3, CHEN Jianbo1,2,3, LIU Yuan1,2,3

(1.2.3.)

Five families ofthat had been selected for flowering competence and a range of cold tolerance in a grafted seed orchard, had their leaves sampled at various times during the course of the winter months to examine their chlorophyll and malondialdehyde (MDA) contents. Chlorophyll contents were found to decrease as temperatures decreased as winter progressed, whilst MDA contents increased, but the increases in MDA differed among the five families. Then, with the onset of spring, chlorophyll contents increased while MDA contents decreased as the temperatures started to rise. This research on the dynamic changes in chlorophyll and MDA contents in the trees of thegrafted seed orchard during winter will help provide a theoretical basis for the breeding of this species and production of high quality F1seeds.

; grafted seed orchard; chlorophyll; MDA; natural temperature decrease

S718.43

A

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目(桂科1347004-3)；廣西林科院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(林科201408號(hào))。

鄧紫宇(1984— )，男，碩士，工程師，主要從事林木遺傳育種研究，E-mail:365204914@qq.com.