三角梅自然越冬過程的生理生化響應

馬曉華，胡青荻，鄭 堅，張旭樂，劉洪見，錢仁卷

（浙江省亞熱帶作物研究所，浙江溫州325005）

0 引言

三角梅(Bougainvillea speetabilis)為紫茉莉科(Nyctaginaceae)葉子花屬(Bougainvillea)，又名三角花等，原產巴西，大多數(shù)為熱帶、亞熱帶木質藤本花卉[1]。三角梅的種類繁多，且花色艷麗、花期長，因此深受廣大消費者的喜愛，在園藝園林中應用十分廣泛[1-2]。目前，三角梅已成為園林造景中用途最廣、形式最多樣的美化素材之一。但三角梅性喜溫暖潮濕的環(huán)境，怕冷不耐寒，對溫度的要求極高。大多數(shù)品種對4℃以下的低溫較為敏感，還有部分品種僅在國內南方部分地區(qū)露地栽培，其他地區(qū)都需溫室培養(yǎng)或室內栽培，這導致三角梅的推廣與栽培受到極大限制。研究低溫脅迫對三角梅生長發(fā)育的影響顯得尤為重要，有助于探索三角梅在低溫條件下的表型、生理生化及分子的響應及低溫適應能力，對三角梅的耐寒品種選育和推廣應用具有重要意義。

三角梅不但具有很高的觀賞價值，還具有重要的藥用價值及抗病毒、抗氧化等效果[3]。大量研究表明，三角梅的葉和根部組織含有抗病毒蛋白[4-5]，可抑制多種植物病毒的活性[6]。Bates[7]和Narayanan[8]等也曾從三角梅植株中提取出松醇，其具有與胰島素類似的功能，對糖尿病有較好的療效。近年來，關于三角梅的研究開始慢慢集中在溫度方面，馬若晨等[9]對4個三角梅品種的可溶性蛋白質含量進行研究，發(fā)現(xiàn)隨著低溫脅迫的加深，4個三角梅品種葉片的可溶性蛋白質含量均出現(xiàn)先減小后增加的趨勢。邢海盈等[10]研究表明，在越冬期間，隨著溫度先下降后上升，3個三角梅品種葉片中ABA的含量呈先上升后下降的趨勢。

目前三角梅的相關研究逐年增多，但多數(shù)集中在水肥管理、品種調查等方面[11-12]，關于低溫脅迫方面的系統(tǒng)研究仍然較少。且三角梅種類多樣，不同的三角梅品種間差異十分顯著，探索不同三角梅品種的越冬能力及其在低溫條件下的生理生化反應是選育耐寒種質的基礎。本試驗選用7個2年生的三角梅品種，主要研究其在溫州地區(qū)越冬過程中的生理生化變化，探索三角梅在越冬過程中的生理調節(jié)響應，以期為三角梅耐寒品種的選擇及其推廣提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

試驗于2019年10月—2020年2月在浙江溫州浙江省亞熱帶作物研究所花卉資源圃(28°00′N，120°64′E)內進行，室內試驗在浙江省亞熱帶作物研究所生化實驗室進行。試驗過程中正常進行水肥管理，且試驗期間溫州地區(qū)氣候變化與往年差異不顯著，無極端氣候事件出現(xiàn)，表現(xiàn)為正常冬季越冬期間的氣溫變化。

1.2 試驗材料

供試材料為引進自廈門千日紅園藝公司2年生生長健壯的三角梅，分別為‘巴西紫’、‘花葉大紅’、‘綠櫻’、‘云南紫’、‘珍珠白’、‘檸檬黃’和‘中國紅’7個品種，苗高(55±0.5)cm，地徑(1.65±0.2)cm。

1.3 試驗設計

2019年9月，選擇長勢良好、健康無病蟲害的2年生正常生長的三角梅盆栽，放置在溫州景山省亞作所資源圃內，土地平整，自然光線無遮擋。每個品種3個重復，每個重復10盆，共210盆。每個品種擺放在一起，采用3×10的排列方式，共7個品種，7個品種擺放位置十分接近，光線方位一致。研究7個品種三角梅在自然降溫過程中（2019年10月—2020年2月）的脯氨酸、可溶性蛋白、丙二醛(MDA)、過氧化氫含量及超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)等的變化。期間進行正常的水肥管理，每隔20～25天采一次樣，每次采樣時間為6:30—7:30，所有品種均選取從頂端開始第3～4葉片作為測試材料。越冬期間的溫度變化采用氣象傳感器（托普云農TPWST-IIIB-3，中國）獲得，變化如圖1所示。

圖1 三角梅越冬期間溫度隨日期的變化

1.4 試驗方法

采用紫外吸收法測定過氧化物酶(CAT)活性[13]，愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶(POD)活性[14]，超氧化物歧化酶(SOD)的活性測定采用SOD試劑盒（南京建成生物公司），丙二醛含量采用硫代巴比妥法[15]。采用考馬斯亮藍染色法測定植株的可溶性蛋白[16]。脯氨酸采用磺基水楊酸和茚三酮的方法測定[16]。超氧自由基的產生速率參考文獻[17]的方法測定，過氧化氫含量參考文獻[18]的方法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 16.0軟件統(tǒng)計處理，運用Duncan’s檢驗法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 葉片內MDA、脯氨酸和可溶性蛋白含量變化

丙二醛是植物細胞膜脂過氧化的終產物，因而常被當作了解逆境對生物膜系統(tǒng)傷害程度的重要指標[19]。由圖2可知，自然降溫條件下，不同三角梅品種的MDA含量變化差異十分顯著?！臀髯稀?、‘綠櫻’的變化趨勢相似，其MDA含量均隨著溫度變化出現(xiàn)先升高后降低又升高的趨勢；而‘檸檬黃’、‘中國紅’和‘云南紫’的MDA含量均在溫度急速降低時顯著上升。不同品種三角梅葉片脯氨酸含量隨著自然降溫的變化趨勢差異十分顯著?！畽幟庶S’的脯氨酸含量表現(xiàn)為隨著溫度降低而逐漸降低；‘綠櫻’和‘巴西紫’表現(xiàn)為隨著自然溫度變化出現(xiàn)先降低后升高的現(xiàn)象；‘云南紫’、‘花葉大紅’和‘珍珠白’的脯氨酸含量表現(xiàn)為先降低后升高再降低的變化趨勢。不同三角梅品種可溶性蛋白的含量也顯著不同?！臀髯稀汀G櫻’的可溶性蛋白含量隨著自然溫度變化先升高后降低；‘花葉大紅’、‘珍珠白’和‘檸檬黃’的可溶性蛋白含量隨著溫度變化表現(xiàn)為先升高后降低再升高的變化趨勢。

圖2 自然降溫條件下不同品種三角梅的MDA、脯氨酸和可溶性蛋白含量的變化

2.2 葉片H2O2含量和超氧自由基產生速率(O2·-)變化

H2O2和O2·-是植物體內常見的活性氧，廣泛地存在于線粒體、葉綠體以及酶促反應中。如圖3所示，三角梅越冬期間，不同品種之間的O2·-產生速率存在顯著差異，‘巴西紫’、‘珍珠白’和‘檸檬黃’的O2·-產生速率隨著自然降溫先升高后降低；而‘中國紅’的O2·-產生速率則隨著自然降溫逐漸升高；‘花葉大紅’和‘綠櫻’的O2·-產生速率則表現(xiàn)為隨著自然降溫先降低后升高再降低然后又升高的趨勢。不同三角梅品種間的H2O2含量在自然降溫下的變化趨勢也存在顯著差異?！臀髯稀?、‘花葉大紅’、‘綠櫻’和‘云南紫’的H2O2含量在越冬期間均隨著溫度降低出現(xiàn)先升高后降低再升高然后又降低的變化趨勢；而‘檸檬黃’和‘中國紅’則表現(xiàn)出先降低后升高再降低的變化趨勢。

圖3 自然降溫條件下不同品種三角梅的超氧自由基產生速率(O2·-)和過氧化氫(H2O2)含量的變化

2.3 葉片POD、CAT和SOD活性變化

CAT、SOD和POD是植物體內主要的抗氧化酶，在維持細胞內活性氧的動態(tài)平衡過程中起十分重要的作用。如圖4所示，在三角梅越冬期間，‘巴西紫’、‘花葉大紅’和‘綠櫻’的POD活性表現(xiàn)為先升高后降低再升高的變化趨勢；‘云南紫’的POD活性則是先升高后降低的趨勢；‘中國紅’的POD活性表現(xiàn)為隨著溫度的降低而逐漸降低?！G櫻’和‘檸檬黃’的CAT活性隨著越冬期間的溫度變化表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢；‘花葉大紅’和‘中國紅’的變化趨勢表現(xiàn)為先降低后升高再降低的變化趨勢?！臀髯稀腟OD活性變化在越冬期間表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢，‘綠櫻’的SOD活性的變化趨勢則與之相反，表現(xiàn)為先降低后升高；‘珍珠白’、‘檸檬黃’和‘中國紅’的SOD活性在越冬期間隨著溫度變化則表現(xiàn)為先降低后升高再降低的變化趨勢。

圖4 自然降溫條件下不同品種三角梅的POD、CAT和SOD活性的變化

3 結論

本研究對不同三角梅品種溫州地區(qū)越冬期間的生理生化進行研究，結果表明不同的三角梅品種間的低溫適應力存在極大的差異，‘中國紅’、‘巴西紫’和‘檸檬黃’表現(xiàn)出較強的低溫適應能力；‘綠櫻’、‘云南紫’低溫抵抗能力稍弱，但也正常完成越冬；而‘花葉大紅’和‘珍珠白’適應低溫能力較差，隨著溫州地區(qū)冬季溫度降低，可溶性蛋白含量降低，代謝越來越弱，可能會通過休眠來完成越冬活動，但仍需進一步驗證。

4 討論

低溫顯著影響植物的生長發(fā)育，也是限制植物觀賞價值及花卉品質的重要環(huán)境因素之一[20]，特別是對低溫極為敏感的原產于熱帶和亞熱帶地區(qū)的觀賞植物，低溫極大地限制了其推廣和產業(yè)化發(fā)展。植物本身通常有一定的適應逆境的能力，但不同物種間差異較大，而同一物種的不同品種之間也存在顯著不同[21]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同品種的三角梅在相同的自然條件下越冬表現(xiàn)差異極大，表明三角梅不同品種間的低溫適應能力顯著不同，這可能與品種本身的生物學特性或者其內部的生理生化及分子的調節(jié)能力有關。本研究發(fā)現(xiàn)，在越冬期間，隨著溫度變化，‘巴西紫’、‘檸檬黃’的MDA含量和O2·-的產生速率雖有上調但依然維持在較為穩(wěn)定的水平，且隨著溫度的變化其可溶性蛋白的含量及POD、CAT活性均出現(xiàn)了較大幅度的上升，表明‘巴西紫’在越冬期間可通過體內正常的代謝活動及抗氧化酶活動的上調來維持自身內環(huán)境的穩(wěn)定，完成正常的越冬過程[22-23]。

植物體內的脯氨酸通常被認為是滲透調節(jié)小分子，而可溶性蛋白則包含了植物體內各種酶促反應過程的酶和小分子，在某種程度上體現(xiàn)了植物體內的生理活躍水平[24-25]。本研究發(fā)現(xiàn)‘云南紫’和‘綠櫻’在越冬期間雖然表現(xiàn)為O2·-產生速率的顯著上調，但其可溶性蛋白和脯氨酸含量及抗氧化酶POD和SOD活性維持了較高的水平，表明‘綠櫻’和‘云南紫’在溫州地區(qū)也具有較為良好的適應能力，可以正常完成越冬。然而，‘花葉大紅’和‘珍珠白’則表現(xiàn)較低的脯氨酸、可溶性蛋白含量，較高的O2·-的產生速率和H2O2含量，且‘珍珠白’的抗氧化酶SOD、CAT和POD活性在后期表現(xiàn)出了明顯的下降趨勢，表明‘花葉大紅’和‘珍珠白’的低溫適應能力稍弱于其他品種，具體表現(xiàn)為可溶性蛋白含量降低，代謝越來越弱，因此可能會通過休眠來減少養(yǎng)分消耗以完成越冬活動，但仍需進一步驗證。而‘中國紅’的MDA、脯氨酸、可溶性蛋白、H2O2含量和O2·-的產生速率均表現(xiàn)為雖有變化但幅度較小，整體表現(xiàn)為較為穩(wěn)定的狀態(tài)，表明‘中國紅’在越冬期間植物自身的內環(huán)境較為穩(wěn)定，對自然溫度的變化并不是極為敏感，具有較強的低溫適應能力。

不同三角梅品種在溫州地區(qū)越冬期間表現(xiàn)出不同的適應性，主要體現(xiàn)在完全不同的MDA、脯氨酸含量、O2·-的產生速率、H2O2含量及抗氧化酶 SOD、CAT 和POD活性的變化趨勢，因此本研究從生理生化角度分析三角梅品種的越冬能力存在顯著品種差異性，這可能是由品種間的生理特異性所引起的，也可能是低溫環(huán)境與遺傳角度共同作用的結果。因此，仍需從分子及遺傳角度進一步研究不同三角梅品種對在低溫環(huán)境的適應性機制。