自然降溫對(duì)遼東櫟抗寒生理指標(biāo)的影響

趙歡蕊，李鮮花，高粉

（榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西榆林719000）

自然降溫對(duì)遼東櫟抗寒生理指標(biāo)的影響

趙歡蕊，李鮮花，高粉

（榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西榆林719000）

以遼東櫟的一年生休眠枝為試驗(yàn)材料，研究其在自然降溫條件下，枝條內(nèi)的過(guò)氧化物酶（POD）活性、游離脯氨酸含量、丙二醛含量和可溶性糖含量的變化，對(duì)遼東櫟的抗寒性進(jìn)行綜合評(píng)估。結(jié)果表明，POD活性、游離脯氨酸含量和可溶性糖含量及丙二醛的含量均與溫度呈負(fù)相關(guān)，4個(gè)指標(biāo)均隨著溫度的降低而上升，隨溫度的增高而下降；1月21日，溫度降至最低值-20℃時(shí)，遼東櫟的POD活性達(dá)到最大值38.98 U/（g·min）；游離脯氨酸和可溶性糖2種滲透調(diào)節(jié)物的含量均達(dá)到最大值，分別為65.13 μg/g和126.2 mg/g；丙二醛的含量達(dá)到最大值（5.01 mol/g）。綜合分析得出，遼東櫟具有較強(qiáng)的抗寒性，適合在榆林地區(qū)推廣種植。

遼東櫟；抗寒性；自然降溫

榆林市位于陜西省的最北部，城市園林綠化樹(shù)種較為單一，尤其是觀賞價(jià)值較高的樹(shù)種更為匱乏。為了豐富城市綠化樹(shù)種，近年來(lái)榆林市嘗試引種了一批園林綠化新樹(shù)種，但受冬季嚴(yán)寒氣候的影響，一些新引進(jìn)樹(shù)種常產(chǎn)生冷害和凍害，因此，抗寒性研究具有十分重要的意義。王勇等[1]研究發(fā)現(xiàn)，核桃枝條在常溫至-40℃之間，隨著溫度的降低，POD活性呈現(xiàn)出先降低后上升再降低的變化趨勢(shì)。白茹等[2]對(duì)石河子地區(qū)引入的葡萄砧木進(jìn)行抗寒性研究，結(jié)果表明，游離脯氨酸含量隨著處理溫度的升高而下降，隨處理溫度的降低而上升，其含量與溫度密切相關(guān)。王寧等[3]研究表明，猴樟和芳樟在低溫脅迫的條件下，前期2種樟樹(shù)的丙二醛（MDA）含量呈現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢(shì)，而到后期MDA的含量下降。金花等[4]對(duì)北京引種常綠闊葉植物的抗寒適應(yīng)性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，可溶性糖含量隨溫度的降低表現(xiàn)出先上升后降低的變化規(guī)律，因此，提出了應(yīng)使用多種生理指標(biāo)綜合分析引種植物的抗寒性。樊新萍等[5]對(duì)不同核桃品種莖抗寒性進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明，核桃品種的抗寒性是植物適應(yīng)環(huán)境的一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控過(guò)程。許娟等[6]研究表明，POD，CAT和SOD活性及MDA和脯氨酸含量可作為鑒定馬鈴薯品種耐寒性強(qiáng)弱的生理指標(biāo)。柴文臣等[7]以辣椒為試材，研究其耐寒性情況，結(jié)果表明，隨著溫度的降低，可溶性糖含量、脯氨酸含量、POD活性、丙二醛含量逐漸增大，說(shuō)明生理指標(biāo)的變化與辣椒的抗寒性密切相關(guān)。目前對(duì)遼東櫟抗寒性的研究鮮有報(bào)道。

本試驗(yàn)通過(guò)研究遼東櫟一年生枝條在自然降溫條件下生理指標(biāo)的變化，旨在探索自然降溫對(duì)遼東櫟抗寒性因子的影響，以此來(lái)評(píng)定其抗寒能力，對(duì)豐富榆林地區(qū)園林綠地生物多樣性、提高生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性都具有十分重要的理論依據(jù)和實(shí)際意義。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于陜西省榆林市榆林學(xué)院校園內(nèi)。該區(qū)域?qū)儆诘湫偷陌敫珊荡箨懠撅L(fēng)氣候，年平均氣溫為8.3℃，12—2月的平均氣溫在-2～-8℃，當(dāng)遇到極端天氣時(shí)，最低氣溫可達(dá)-32.7℃。試驗(yàn)期間2015年11月至2016年3月榆林地區(qū)的氣溫變化如圖1所示，最低氣溫約為-20℃，最高氣溫約為11℃。

1.2 試驗(yàn)材料

以榆林市新引進(jìn)的遼東櫟一年生休眠枝為試驗(yàn)材料。

1.3 試驗(yàn)方法

2015年11月到2016年3月進(jìn)行定期采樣，每隔10 d左右采樣一次，共采樣13次，取樣時(shí)間設(shè)置為：2015年11月1日、11月11日、11月21日、12月1日、12月11日、12月21日和2016年1月1日、1月11日、1月21日、2月1日、2月11日、2月21日、3月1日。采樣時(shí)剪取植株中上部生長(zhǎng)良好的一年生枝條，放入保鮮袋中帶回試驗(yàn)室測(cè)定。測(cè)定前首先將遼東櫟枝條切成3～5 mm的小薄片，然后將試材混合均勻，分別對(duì)枝條內(nèi)的POD活性、游離脯氨酸含量、MDA含量、可溶性糖含量進(jìn)行測(cè)定，3次重復(fù)。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

POD活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[8]，游離脯氨酸含量的測(cè)定采用茚三酮法[8]，可溶性糖含量的測(cè)定采用蒽酮法[8]，丙二醛含量的測(cè)定采用巴比妥酸法[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然降溫對(duì)遼東櫟過(guò)氧化物酶活性的影響

由圖2可知，自然降溫條件下，11月1日至第2年3月1日，溫度在0℃以上時(shí)，隨著溫度的上升，POD活性緩慢降低。當(dāng)溫度降至0℃以下時(shí)，隨著溫度的變化，POD活性呈波形變化，圖2中共有4個(gè)波峰，分別出現(xiàn)在溫度驟然下降的2015年12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），2016年1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰對(duì)應(yīng)的POD活性分別為10.21，14.59，38.98，16.45 U/（g·min），其中，溫度降至-20℃最低值時(shí)，POD活性達(dá)到最大值38.98 U/（g·min）。此后，隨著溫度的回升，至3月1日（-5℃），遼東櫟枝條中POD活性下降至12.56 U/（g·min）?？傮w呈現(xiàn)出POD活性隨溫度降低而增加，隨溫度上升而減少的明顯規(guī)律，與溫度呈負(fù)相關(guān)。

2.2 自然降溫對(duì)遼東櫟游離脯氨酸含量的影響

從圖3可以看出，11月份，溫度在0℃以上時(shí)，隨著溫度的上升，游離脯氨酸含量緩慢降低。當(dāng)溫度在0℃以下時(shí)，隨著溫度的升降，游離脯氨酸含量呈波形變化。當(dāng)溫度驟變至最低溫-20℃（1月21日）時(shí)，脯氨酸的含量達(dá)到最大值65.13 μg/g。在整個(gè)試驗(yàn)期，游離脯氨酸含量共出現(xiàn)4個(gè)波峰，分別出現(xiàn)在溫度驟變的2015年12月1日（-8℃）、12月21日（-8℃）、2016年1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰對(duì)應(yīng)的游離脯氨酸含量分別為11.81，17.31，65.13，33.45 μg/g。此后，隨著溫度的上升，至3月1日（-5℃）遼東櫟枝條中游離脯氨酸含量下降至18.23 μg/g?？傮w呈現(xiàn)出游離脯氨酸含量隨溫度降低而增加，隨溫度上升而減少的明顯規(guī)律，與溫度呈負(fù)相關(guān)。

2.3 自然降溫對(duì)遼東櫟丙二醛含量的影響

從圖4可以看出，11月份溫度在0℃以上時(shí)，隨著溫度的緩慢上升，丙二醛含量緩慢下降；12月份至試驗(yàn)終期，溫度在0℃以下時(shí)，丙二醛含量隨溫度的下降而上升，反之則減少，與溫度呈負(fù)相關(guān)。其中，在1月21日，溫度驟變降至最低溫時(shí)，MDA的含量增加到最大值5.01 mol/g。在整個(gè)試驗(yàn)中，遼東櫟丙二醛含量出現(xiàn)4個(gè)波峰，分別出現(xiàn)在溫度驟然下降的2015年12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），2016年1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰對(duì)應(yīng)的MDA含量分別為2.71，2.81，5.01，2.95 mol/g。至試驗(yàn)?zāi)┢?月1日（-5℃），丙二醛含量下降至2.74 mol/g。

2.4 自然降溫對(duì)遼東櫟可溶性糖含量的影響

從圖5可以看出，在11月份，當(dāng)溫度在0℃以上時(shí)，隨著溫度的上升，可溶性糖含量持續(xù)下降；從12月份至試驗(yàn)終期，當(dāng)溫度降至0℃以下時(shí)，隨著溫度的升降，可溶性糖含量呈波形變化，隨溫度的下降而增加，反之則減少，與溫度呈負(fù)相關(guān)。在整個(gè)試驗(yàn)中，遼東櫟可溶性糖含量出現(xiàn)4個(gè)波峰，分別在溫度驟然下降的2015年12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），2016年1月21日（-20℃）和2月 21日（-8℃），各波峰對(duì)應(yīng)的可溶性糖含量分別為50.71，83.51，126.20，88.61 mg/g。在1月21日，溫度降至最低值-20℃，遼東櫟可溶性糖含量增加到最大值126.20 mg/g。

3 討論

3.1 過(guò)氧化物酶與遼東櫟抗寒性的關(guān)系

過(guò)氧化物酶是活性比較高的一種膜保護(hù)酶，普遍存在于各植物體中。當(dāng)植物受到低溫脅迫時(shí)，其內(nèi)部的酶活性會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變，保護(hù)酶系統(tǒng)活性的強(qiáng)弱可以作為判斷植物抗寒性強(qiáng)弱的依據(jù)[10]。SOD和POD等保護(hù)酶系統(tǒng)在低溫條件下積極發(fā)揮作用，維持較高的活性水平，從而增加植物體的抗寒能力，其活性的高低與植物的抗寒性強(qiáng)弱有密切的關(guān)系[11-12]。本研究中，通過(guò)對(duì)遼東櫟枝條中POD活性的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)隨著自然溫度的降低，POD的活性顯著增強(qiáng)。在1月1日至1月21日之間，隨著溫度驟然下降，遼東櫟枝條中的POD活性急劇上升至38.98 U/（g·min），這表明植物在經(jīng)過(guò)低溫后需要加強(qiáng)POD活性來(lái)適應(yīng)環(huán)境，POD的活性隨溫度的降低而顯著增高，這與申曉慧等[13]研究紫花苜蓿根系中抗氧化酶活性的變化一致。這種情況可能是由于植物遇到逆境時(shí)，自身會(huì)產(chǎn)生更多的氧自由基，結(jié)果加劇了膜脂過(guò)氧化程度，直接導(dǎo)致了膜系統(tǒng)受到嚴(yán)重的破壞，最終使得植物組織受到嚴(yán)重的傷害，而POD對(duì)H2O2有促降解的作用，所以，能夠使植物抵抗在逆境環(huán)境下產(chǎn)生的有害物質(zhì)，提高了植物的抗逆性。

3.2 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)與遼東櫟抗寒性的關(guān)系

有研究表明，可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、脯氨酸是植物中重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。可溶性糖使細(xì)胞冰點(diǎn)下降，保護(hù)原生質(zhì)體，提高植物的抗寒性，對(duì)植物的抗寒性起著極其重要的作用[14]。本試驗(yàn)對(duì)游離脯氨酸和可溶性糖2種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)游離脯氨酸的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的變化，遼東櫟枝條中脯氨酸含量與溫度呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)溫度降至最低溫-20℃時(shí)，脯氨酸含量達(dá)到最大值65.13μg/g，這與李小安等[15]所研究的不同扁蓿豆種子中的脯氨酸變化一致。這可能是因?yàn)樵诘蜏貢r(shí)游離脯氨酸能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)的水合作用，繼而能夠使細(xì)胞結(jié)構(gòu)維持一定的水平和調(diào)節(jié)滲透壓，所以，在低溫條件下植物才具有一定的抗性，以此提高植物的抗寒能力。通過(guò)對(duì)遼東櫟可溶性糖含量的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)其變化趨勢(shì)和脯氨酸一致，即可溶性糖含量隨著溫度下降而顯著增加，與謝吉容等[16]對(duì)草珊瑚、南方紅豆杉葉片的研究結(jié)果一致。這可能是由于低溫條件下水解作用增強(qiáng)，淀粉、蛋白質(zhì)等大分子化合物大量降解成可溶性糖等物質(zhì)[17]。植物中可溶性糖積累提高了細(xì)胞的液壓滲透，進(jìn)而降低細(xì)胞原生質(zhì)的冰點(diǎn)和提高原生質(zhì)的活性，減少細(xì)胞內(nèi)結(jié)晶的機(jī)會(huì)，保護(hù)原生質(zhì)膠體不至于遇冷凝固，防止水分大量流失，緩沖細(xì)胞質(zhì)過(guò)度脫水，加強(qiáng)持水力，提高了組織細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力，從而有助于提高抗寒適應(yīng)性。

3.3 丙二醛與遼東櫟抗寒性的關(guān)系

在植物抗寒性生理指標(biāo)的研究中，丙二醛（MDA）是膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物之一，對(duì)植物有毒性的作用，能夠?qū)|(zhì)膜產(chǎn)生毒害作用，對(duì)植物的細(xì)胞膜產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，其含量可以反映細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度及細(xì)胞遭受傷害的程度，因此，植物受到逆境傷害時(shí)其含量增加[18]。本研究通過(guò)對(duì)遼東櫟丙二醛含量的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)MDA的含量隨著自然溫度的降低呈上升趨勢(shì)，在1月21日（-20℃）達(dá)到最高值5.01 mol/g，這與王相娥等[19]對(duì)6種園林綠化樹(shù)種的研究結(jié)果一致，而MDA的大量積累可能是由于溫度較低時(shí)，不斷累積的活性氧或超氧化物自由基對(duì)膜系統(tǒng)中的脂肪酸不飽和鍵進(jìn)行氧化造成的。

4 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)遼東櫟4種抗寒性生理指標(biāo)的測(cè)定，探明了在自然降溫條件下，遼東櫟枝條的過(guò)氧化物酶、可溶性糖、丙二醛以及脯氨酸均呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的變化，隨著溫度的降低均增高，隨溫度的上升而減少，在一年溫度最低的時(shí)間各指標(biāo)值均達(dá)到了峰值，表明4種抗寒性生理指標(biāo)含量均對(duì)低溫作出了一定的反應(yīng)，使得植株在低溫環(huán)境下沒(méi)有受到冷害和凍害，說(shuō)明遼東櫟對(duì)低溫有較好的適應(yīng)性，適合在榆林地區(qū)推廣種植，此次研究為遼東櫟實(shí)際應(yīng)用提供了參考依據(jù)。另外，由于榆林市地處毛烏素沙漠邊緣，溫差較大，常受到極端低溫的影響，特別是倒春寒，其降溫幅度、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短等對(duì)遼東櫟的抗寒性有直接的影響，這些還有待于進(jìn)一步研究。

［1］王勇，喬永勝，梅霞，等.不同低溫下核桃枝條抗寒性生理生化指標(biāo)分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（10）：40-44.

［2］白茹，高登濤，劉懷峰，等.引入石河子地區(qū)的葡萄砧木抗寒性研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，52（2）：210-216.

［3］王寧，袁美麗，丁博.低溫脅迫對(duì)2種樟樹(shù)抗寒性生理的影響[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，47（1）：37-42.

［4］金花，王斌，戴思蘭，等.北京引種7種常綠闊葉植物的抗寒適應(yīng)性研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（1）：121-125.

［5］樊新萍，喬永勝，石美娟，等.不同核桃品種葉片和莖抗寒性測(cè)定[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（7）：945-950.

［6］許娟，鄭虛，閏海鋒，等.不同馬鈴薯品種苗期葉片對(duì)低溫脅迫的生理響應(yīng)[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，47（11）：1837-1943.

［7］柴文臣，馬蓉麗，焦彥生，等.低溫脅迫對(duì)不同辣椒品種生長(zhǎng)及生理指標(biāo)的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2010，25（2）：168-171.

［8］張志良，瞿偉菁.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].3版.北京：高等教育出版社，2003：75-125.

［9］李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000：83-139.

［10］謝憲，張林，王山條，等.紫薇抗寒性研究進(jìn)展[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，22（5）：11-14，20.

［11］呂小軍，楊途熙，何小紅，等.冬季低溫對(duì)花椒抗寒性生理指標(biāo)的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，22（7）：143-148.

［12］高福元，張吉立，劉振平.冬季低溫對(duì)4種彩葉植物SOD、POD活性影響的研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26（5）：169-173.

［13］申曉慧，姜成，馮鵬，等.寒區(qū)6個(gè)紫花苜蓿品種根系中MDA含量及抗氧化酶活性的比較研究[J].作物雜志，2015（4）：88-91.

［14］崔紅，于晶，高秀芹，等.3個(gè)紫斑牡丹品種的抗寒生理特性研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，40（7）：24-27.

［15］李小安，周青平.低溫脅迫對(duì)扁蓿豆的脯氨酸含量和POD、SOD酶活性的影響[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，17（1）：60-63.

［16］謝吉容，談鋒.自然降溫過(guò)程中南方紅豆杉葉片水分、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化與低溫半致死溫度的關(guān)系[J].西南民族學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，28（1）：61-64.

［17］高巧紅，丁希政蘋(píng)，牛志浩，等.水楊酸引發(fā)處理對(duì)低溫吸脹期間玉米種子生理指標(biāo)的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，46（3）：41-46.

［18］張保青，楊麗濤，李楊瑞.自然條件下甘蔗品種抗寒生理生化特性的比較[J].作物學(xué)報(bào)，2011，37（3）：496-505.

［19］王相娥，薛立，謝騰芳，等.低溫處理對(duì)6種園林綠化樹(shù)種幼苗生理生化特性的影響[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，33（3）：139-142.

Effect of Natural Temperature Reduction on Cold Resistance Physiological Indexes ofQuercus liaotungesis

ZHAOHuanrui，LI Xianhua，GAOFen
（College ofLife Science，Yulin University，Yulin 719000，China）

In this article,one-year-old dormant branches of Quercus liaotungensis were used as materials to measure the changes of peroxidase（POD）activity,free proline content，malondialdehyde（MDA）content and soluble sugar content in natural temperature reduction.Finally,a integrated assessment on cold resistance of Quercus liaotungensis was made.The results showed that POD activity, the free proline content,soluble sugar content and MDA content were all negative correlation with temperature,both ofthe four indicators increased with the decrease of temperature and decreased with the increase of temperature.On January 21th,when the temperature dropped to a minimum of-20℃,POD activity reached the maximum value 38.98 U/（g·min）,the free proline and soluble sugar of the two osmoregulation substance contents reached the maximum value 65.13 μg/g and 126.2 mg/g,the MDA content reached the maximum value 5.01 mol/g.By comprehensive analysis,the conclusion shows that the Quercus liaotungensis has strong cold resistance and was suitable for large area planted in Yulin area.

Quercus liaotungensis;cold resistance;natural temperature reduction

S792.18

：A

：1002-2481（2017）06-0928-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.16

2017-01-15

榆林學(xué)院專(zhuān)項(xiàng)科研項(xiàng)目（10YK25）；榆林市園林技術(shù)與景觀設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（Z0073）

趙歡蕊（1982-），女，陜西楊凌人，講師，碩士，主要從事園林植物與觀賞園藝研究工作。