低溫脅迫對(duì)陽(yáng)光毛白楊生理特性的影響

鄒原東，石進(jìn)朝，李彥俠，徐 琰

（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院園藝系，北京102442）

毛白楊（Populus tomentosa L.）是楊柳科楊屬落葉大喬木，是北京城鄉(xiāng)綠化、速生豐產(chǎn)林、防護(hù)林和行道河渠綠化的好樹(shù)種。生長(zhǎng)快，樹(shù)干通直挺拔，適應(yīng)性強(qiáng)，主根和側(cè)根發(fā)達(dá)，枝葉茂密。它具有喜光、耐寒、耐旱、耐濕、耐鹽堿、抗風(fēng)沙、抗逆性極強(qiáng)、萌芽性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、適應(yīng)性強(qiáng)、管理粗放等特點(diǎn)，黏土、壤土、沙壤上或低濕輕度鹽堿土均能生長(zhǎng)。

北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院陽(yáng)光毛白楊快速繁殖與生態(tài)適應(yīng)性研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年觀察，于2016 年發(fā)現(xiàn)了雄性毛白楊的芽變種——“陽(yáng)光毛白楊”（Populus tomentosa 'SUNNY'）。春季芽金黃色，新生葉片全年金黃色，老葉漸變綠。陽(yáng)光毛白楊的誕生為北京園林綠化增彩延綠工程的實(shí)施，增加了一個(gè)彩色喬木樹(shù)種。

為探究陽(yáng)光毛白楊的低溫適應(yīng)能力，本試驗(yàn)以毛白楊為對(duì)照，在人工低溫下對(duì)2 種毛白楊的丙二醛含量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，比較了兩品種之間的生理性差異，為科學(xué)合理利用北京地區(qū)這一彩色植物新材料奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)材料為北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院實(shí)訓(xùn)基地自然生長(zhǎng)的陽(yáng)光毛白楊和毛白楊，毛白楊為對(duì)照。

1.2 試驗(yàn)方法

2019 年5 月分別選取2 年生陽(yáng)光毛白楊和普通毛白楊枝條幼嫩枝條100 根進(jìn)行扦插，觀察兩品種的生根情況。9 月選取成活枝條進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)前將苗木澆足水，移至室內(nèi)放置2 d，吸干水分后用托盤置于SPX-250B-G 型光照培養(yǎng)箱中。將光照時(shí)間調(diào)至白天/夜晚為12 h/12 h，光照強(qiáng)度為2 500 lx，相對(duì)濕度為60%～70%，箱內(nèi)溫度調(diào)至5 ℃，并以此溫度為對(duì)照溫度，恒溫培養(yǎng)48 h 后分別取出3 個(gè)枝條進(jìn)行 0、-5、-10、-15 ℃變溫培養(yǎng)，每個(gè)溫度下設(shè)3 次重復(fù)，恒溫培養(yǎng)24 h 后進(jìn)行取樣測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

取枝條的中間部位進(jìn)行測(cè)定。MDA 的測(cè)定采用TBA 比色法[1]?？扇苄蕴呛繙y(cè)定采用硫酸- 蒽酮比色法[2]?？扇苄缘鞍缀繙y(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250 法[2]。脯氨酸含量測(cè)定采用酸性茚三酮顯色法[3]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2007 制圖，并用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 19.0 進(jìn)行方差分析和LSD 檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫對(duì)2 種毛白楊MDA 的影響

表1 不同品種MDA 均值比較及顯著性分析 μmol/g

丙二醛（MDA）含量的高低可以反映出植物在逆境脅迫下的膜脂過(guò)氧化程度[4]。從圖1 可以看出，低溫對(duì)陽(yáng)光毛白楊和毛白楊MDA 含量有影響，隨著溫度的降低，2 個(gè)品種的MDA 含量逐漸升高。對(duì)陽(yáng)光毛白楊而言，MDA 的數(shù)值隨著溫度的降低而升高；和0 ℃相比，-10 ℃下MDA 含量的增長(zhǎng)最快。從品種來(lái)看，在同一溫度下，陽(yáng)光毛白楊和毛白楊的MDA 含量差別不大，5 ℃下毛白楊比陽(yáng)光毛白楊高出9.84%，隨著溫度的降低，差距逐漸收窄，在-15 ℃下，差距縮小到0.94%。方差分析（表1）表明，2 個(gè)品種不同溫度下的MDA 含量差異都達(dá)極顯著水平（P＜0.01）。

2.2 低溫對(duì)2 種毛白楊滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量在植物處于逆境條件下普遍升高，是植物體對(duì)外界環(huán)境變化的一種應(yīng)激反應(yīng)，是植物組織啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制的一種信號(hào)，它們升高的幅度受品種、逆境時(shí)間的影響[5-7]。

2.2.1 可溶性糖含量的變化 從圖2 可以看出，隨著溫度的降低，可溶性糖含量升高，并且2 個(gè)品種的表現(xiàn)一致。從陽(yáng)光毛白楊的變化可以看出，5～-5 ℃下的可溶性糖含量增加平緩，最大增加值達(dá)到31.2%；-10、-15 ℃下的可溶性糖含量與其他溫度下相比，增加量較大，-15 ℃的可溶性糖含量與5 ℃下相比增加了104.80%。對(duì)毛白楊而言，5 種溫度下的可溶性糖含量的變化趨勢(shì)與陽(yáng)光毛白楊相似，-5 ℃下的含量變化增加值分別比5、0 ℃增加1.65%和10.04%，而在-10 ℃下的含量上升明顯，較-5 ℃的增加47.70%，之后又趨向平緩，-15 ℃下的含量比-10 ℃的增加了15.21%。2 個(gè)品種間比較，不同溫度下陽(yáng)光毛白楊的可溶性糖含量高于毛白楊的含量；最小差距在5 ℃，僅為2.23%，最大在-5 ℃，為 21.89%。

方差分析（表2）表明，陽(yáng)光毛白楊在-10、-15 ℃下的可溶性糖含量與0、5 ℃的相比差異極顯著（P＜0.01），毛白楊在 -10、-15 ℃下的可溶性糖含量與其他溫度下的相比差異極顯著（P＜0.01）；2 個(gè)品種間差異極顯著（P＜0.01）。

表2 不同品種可溶性糖均值比較及顯著性分析 mg/g

2.2.2 可溶性蛋白含量的變化 從圖3 可以看出，陽(yáng)光毛白楊的可溶性蛋白含量隨著溫度的降低呈現(xiàn)直線增長(zhǎng)，0、5 ℃相比含量翻倍。對(duì)毛白楊而言，0 ℃下的含量比5 ℃下的增加了122.49%，但是，-5 ℃下的含量和0 ℃下的相比幾乎持平，僅增加4.41%；當(dāng)溫度達(dá)到-10、-15 ℃，含量又顯著上升。陽(yáng)光毛白楊和毛白楊之間的差距較為明顯，前者的可溶性蛋白含量高于后者，差別較大的幾個(gè)溫度是-5、-10、-15 ℃，達(dá)到 27.15%、22.75%和 8.66%。方差分析（表3）表明，毛白楊在-15 ℃下的可溶性蛋白含量與其他溫度相比差異極顯著（P＜0.01），其他溫度下的可溶性蛋白含量與5 ℃的相比差異極顯著（P＜0.01）；陽(yáng)光毛白楊不同溫度下的MDA 含量差異極顯著（P＜0.01）；2 個(gè)品種間差異顯著（P＜0.05）。

表3 不同品種可溶性蛋白均值比較及顯著性分析 mg/g

2.2.3 脯氨酸含量的變化 從圖4 可以看出，隨著溫度的降低，陽(yáng)光毛白楊和毛白楊的脯氨酸含量變化趨勢(shì)一致，都呈現(xiàn)高溫快速增加，中溫緩慢上升，低溫翻倍增加的趨勢(shì)。在0 ℃時(shí)，脯氨酸含量增加較多，隨著溫度的降低，脯氨酸含量緩慢上升，-10 ℃時(shí)，脯氨酸含量近乎翻倍，2 個(gè)品種的脯氨酸含量和最初的5 ℃下的含量相比分別增加了94.49%和87.26%，但是溫度在下降至-15 ℃，脯氨酸含量極速增加，2 個(gè)品種的脯氨酸含量與-10 ℃下的含量相比分別增加了57.2%和48.80%，與5 ℃下的含量相比分別增加了205.74%和178.64%。不同溫度下陽(yáng)光毛白楊的脯氨酸含量高于毛白楊，二者間差別較大的在-5、-15 ℃，分別為15.14%和12.29%。方差分析（表4）表明，陽(yáng)光毛白楊在-10、-15 ℃下的脯氨酸含量與0、5 ℃的相比差異極顯著（P＜0.01），毛白楊在-15 ℃下的脯氨酸含量與其他溫度下的相比差異極顯著（P＜0.01）；品種間差異顯著（P＜0.05）。

表4 不同品種脯氨酸均值比較及顯著性分析 μg/g

3 結(jié)論與討論

許多研究表明，當(dāng)植物在遭受低溫、冷害逆境脅迫時(shí)，MDA 含量顯著升高，并且伴隨著升高的幅度來(lái)反映植物體內(nèi)細(xì)胞膜受傷害程度以及抵御低溫傷害的能力?？购詮?qiáng)的品種中其根系發(fā)達(dá)，細(xì)胞膜滲透調(diào)節(jié)能力稍強(qiáng)，在一定低溫范圍內(nèi)保持較低MDA 含量水平[8-10]。高樹(shù)濤等[11]研究發(fā)現(xiàn)，受低溫凍害程度較大的女貞枝條中MDA 含量較高，抗寒性與MDA 含量呈顯著負(fù)相關(guān)。本研究表明，在低溫脅迫下，陽(yáng)光毛白楊與毛白楊的膜脂過(guò)氧化反應(yīng)加劇，MDA 含量相應(yīng)的增加，但兩品種之間在相同溫度范圍內(nèi)MDA 增加值存在顯著差異，這與魏雙霞等[12]的研究結(jié)果一致。

植物在受到逆境脅迫時(shí)，細(xì)胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量會(huì)產(chǎn)生變化，而變化的范圍及幅度也反映出植物體不同組織、器官遭受逆境傷害的程度；不同品種、地區(qū)環(huán)境的差異以及植物處于逆境脅迫的時(shí)間都會(huì)影響其體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的相應(yīng)變化。張林平等[13]通過(guò)對(duì)甘草在NaCl 脅迫下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化研究發(fā)現(xiàn)，甘草根葉中可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、游離脯氨酸含量隨著NaCl 濃度的增加而上升，而積累量不完全隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。胡艷等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在遭受干旱脅迫下，黑果腺肋花楸葉片的可溶性糖含量和脯氨酸含量相應(yīng)增加，細(xì)胞內(nèi)部滲透壓下降，在一定程度上緩解因?yàn)槊{迫對(duì)植物組織的影響，使植物體在可控范圍內(nèi)能夠正常生長(zhǎng)。阿迪力·阿卜來(lái)提等[15]研究認(rèn)為，不同溫度處理下酸棗枝條滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的增加與自身抗逆性有關(guān)，能顯著反映酸棗枝條抵御低溫脅迫的能力。本研究表明，隨著溫度的降低，陽(yáng)光毛白楊3 類滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加，可溶性糖含量在-5～5 ℃增加平緩，之后上升較為迅速；可溶性蛋白增加量呈直線上升趨勢(shì)；脯氨酸含量在5～-10 ℃平穩(wěn)增加，隨著溫度繼續(xù)降低，增加量迅速攀升。當(dāng)植物受到低溫脅迫，細(xì)胞水勢(shì)有上升的風(fēng)險(xiǎn)，造成組織脫水，可溶性糖和可溶性蛋白增加，在一定程度上降低水勢(shì)，提高細(xì)胞的滲透式以及相關(guān)保護(hù)酶的活性，減緩應(yīng)激反應(yīng)，加強(qiáng)細(xì)胞間分子的連接緊密性，抵御寒冷逆境造成的影響。從本研究也可以看出，當(dāng)2 種毛白楊受到低溫脅迫時(shí)，脯氨酸含量增加，積累敏感性隨著溫度的降低而提高，蛋白質(zhì)溶解性能增強(qiáng)，水合滲透調(diào)節(jié)能力提高，在較低溫度下可保護(hù)細(xì)胞不受損傷，提高抗寒能力。隨著溫度的持續(xù)降低，陽(yáng)光毛白楊比毛白楊具有較高的低溫抵抗能力。

一個(gè)植物新品種是否能抵抗低溫寒冷的影響，要看綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，除了從生理方面進(jìn)行研究外，還要從其長(zhǎng)勢(shì)、生長(zhǎng)的外界環(huán)境、栽培管理等綜合方面來(lái)觀察，還要結(jié)合多年連續(xù)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)定。本研究?jī)H從可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以及丙二醛等生理指標(biāo)來(lái)研究陽(yáng)光毛白楊的抗寒性，以后應(yīng)加強(qiáng)其他方面的研究。