淺談低溫脅迫對櫻花幾個生化指標(biāo)的影響

楊梓濱

（廣州旺地園林工程有限公司，廣東 廣州 510220）

0 引言

櫻花作為一種薔薇科植物喜光喜濕，其適宜種植在亞熱帶地區(qū)。通過對櫻花的研究發(fā)現(xiàn)，櫻花所富含的黃酮、揮發(fā)油等具有極高的藥用價值，因此櫻花對于我國而言不再僅僅是觀賞性植物，其能夠被作為一種經(jīng)濟作物進行種植。為了實現(xiàn)櫻花在高緯度地區(qū)種植急需解決低溫凍害的問題。

1 低溫脅迫的影響

當(dāng)溫度低于植物生長的正常溫度時就會對植物的生長發(fā)育造成脅迫，進而影響植物的生長。當(dāng)植物在生長過程中感受到低溫信號就會出現(xiàn)一系列的生理生化反應(yīng)，從而對自身的基因表達進行調(diào)整來抵御寒流的襲擊。

1.1 葉花的差異

植物在生長過程中需要處于適宜的環(huán)境中以便能夠獲取生長所需的養(yǎng)分。但是如果植物在生長過程中受到低溫脅迫就會出現(xiàn)植株矮小的問題，如根莖生長亦或是花葉之間的差距。就溫度對植物葉片生長的影響來看，在低溫環(huán)境下葉片的生長速度會持續(xù)放緩，使得葉片的生長周期逐漸延長，進而降低光合作用的速度。通過對受到低溫脅迫的葉片的觀察可以發(fā)現(xiàn)無論是葉片的面積還是葉片的拓展量都會逐漸縮小，而且葉片厚度增加以及數(shù)量減少[1]。葉片質(zhì)量的降低使得植物幼苗的存活率逐漸降低，對植物的繁殖能力造成嚴(yán)重的影響。

1.2 誘導(dǎo)越冬植物成花

低溫脅迫對于植物的生長不僅具備負面影響，在一定程度上也能夠起到促進作用。春化低溫的到來使得植物在生長過程中受到了誘導(dǎo)，尤其是一些冬性植物經(jīng)過一段時間的營養(yǎng)生長后會順利度過寒冬，直至第二年夏季開花結(jié)果，但是如果冬季植物在春季播種就會出現(xiàn)長莖而不開花的情況，延誤開花的時機，因此該類植物就必須要經(jīng)歷過一段時間的低溫才能形成花芽[2]。而已經(jīng)萌芽的冬季植物在經(jīng)過一段時間的低溫處理，待至春播后才會正常開花結(jié)實。許多植物種子在種植前進行低溫處理后，無論是開花時間還是開花數(shù)量都得到了一定的改善，使得植物的繁殖能力大幅提升。通過對植物的研究可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過低溫處理的種子對比從前植株的開花數(shù)量顯著增多。

1.3 破壞植物細胞結(jié)構(gòu)

低溫凍害指的是溫度低于0℃，植物在生長過程中細胞組織中的自由水結(jié)冰，對細胞結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，出現(xiàn)細胞失水的情況。植物細胞中的含水量可達75%，其主要是由自由水和結(jié)合水構(gòu)成。自由水會在植物生長的過程中因外界溫度的變化而發(fā)生變化，如當(dāng)外界溫度驟然降低時，細胞內(nèi)的液泡就會出現(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象，結(jié)出的冰晶會對細胞器和襯質(zhì)結(jié)構(gòu)造成致命的損壞。在冰凍溫度下，絕大多數(shù)植物都會在體內(nèi)形成冰晶體，這種冰晶體會出現(xiàn)在植物細胞的間隙，進而破壞植物的蛋白質(zhì)分子，誘導(dǎo)細胞脫水。

1.4 原生質(zhì)膜損壞

植物在遭受低溫凍害后，其原生質(zhì)膜會受到一定的破壞（圖1），使得原生質(zhì)膜內(nèi)部的物質(zhì)選擇性喪失，細胞內(nèi)的鹽類、有機物會從細胞中滲出，細胞內(nèi)的糖類物質(zhì)增加。通過對植物的研究表明，低溫脅迫會對植物生物膜系統(tǒng)造成一定的損害。細胞膜作為受到低溫脅迫的首要系統(tǒng)，當(dāng)溫度急劇降低時會出現(xiàn)透性變化，主要表現(xiàn)為電解質(zhì)外滲和電導(dǎo)率升高，使得細胞內(nèi)的活性氧被破壞，細胞膜內(nèi)的過氧化和不飽和脂酸發(fā)生降解反應(yīng)產(chǎn)生丙二醛。如植物中的MDA 與細胞內(nèi)的各種成分發(fā)生反應(yīng)對脂膜造成損傷。在低溫條件下，細胞內(nèi)主動積累的可溶性物質(zhì)能夠降低細胞液的滲透性，以免細胞出現(xiàn)過度失水的情況。

圖1 原生質(zhì)膜受損

1.5 降低酶活性

植物要想維持各項生命活動需要酶的參與。但是酶只有在特定溫度條件下才能發(fā)揮活性，如處于低溫環(huán)境下會使得酶的活性逐漸降低，進而影響植物新陳代謝的速度，嚴(yán)重時還會使得植物停止生長發(fā)育。同時在植物生長的過程中，如果受到低溫脅迫就會導(dǎo)致植物細胞內(nèi)的活性氧分子含量超出正常水平，對植物造成氧化脅迫。一旦植物受到氧化脅迫，植物內(nèi)的SOD、POD 等抗氧化酶就會聯(lián)合抵抗活性氧，使得植物內(nèi)部的氧氣含量降低。植物在感知到低溫信號后就會將信號傳達至內(nèi)部，進而形成一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其中的蛋白酸化酶、蛋白激酶會調(diào)整基因表達，以便達到保護植物細胞的目的。

2 低溫脅迫實驗準(zhǔn)備

本文為了研究低溫脅迫對于櫻花生化指標(biāo)的影響，模擬了人工低溫脅迫環(huán)境對櫻花葉片中的SOD 活性、可溶性蛋白含量以及脯氨酸含量進行了測定，以便能夠掌握櫻花生化指標(biāo)的變化規(guī)律。

2.1 準(zhǔn)備材料

從櫻花中提取3 個不同高度的樣本，將3 株櫻花樣本分別栽種于含有混合基質(zhì)土壤中不同口徑的花盆中，將其放置于自然光條件下，待至每個櫻花樣本生長至80cm 后，如在生長過程中樣本長勢良好，而且3 株櫻花樣本長勢一致，則可以直接用于實驗[3]。

2.2 實驗設(shè)計

作為實驗樣本的櫻花需要經(jīng)過16 個處理，每個處理重復(fù)3 次，這也就意味著櫻花植株樣本總共需要進行48 次實驗。在實驗過程中，將光照培養(yǎng)溫度設(shè)置為1℃、5℃、10℃以及20℃。1℃環(huán)境下櫻花樣本所受的脅迫時間為1d；5℃環(huán)境下櫻花樣本所受脅迫時間為5d；10℃環(huán)境下櫻花樣本所受脅迫時間為8d；15℃環(huán)境下櫻花樣本的脅迫時間為9d，低溫脅迫實驗如表1 所示。在實驗過程中，為了降低外界因素對于櫻花的影響，將櫻花置于光照培養(yǎng)箱中進行實驗，待至達到取樣時間后，對櫻花樣本的生物指標(biāo)進行測定，分析總結(jié)生化指標(biāo)的變化規(guī)律。

表1 低溫脅迫實驗

2.3 分析測定

為了實現(xiàn)對于櫻花樣本幾個生化指標(biāo)的測定，每個生化指標(biāo)都有其對應(yīng)的測定方法。為了檢查櫻花樣本葉片SOD 活性采用了抑制氮藍四唑光還原法；對于MDA 含量的測定則選用了硫代巴比妥酸比色法；可溶性蛋白采用馬斯亮藍法；可溶性糖分則應(yīng)用了蒽酮比色法；最后對于脯氨酸含量的測定應(yīng)用酸性茚三酮法[4]。

2.4 數(shù)據(jù)分析

在整個實驗過程中，為了保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，對于實驗數(shù)據(jù)進行全程記錄，并利用Excel 表格繪制了櫻花樣本生化指標(biāo)在低溫脅迫下的變化。通過數(shù)據(jù)顯示總結(jié)出了櫻花生化指標(biāo)的變化規(guī)律。

3 低溫脅迫對櫻花幾個生化指標(biāo)的影響

通過實驗可知在不同溫度梯度下，櫻花生化指標(biāo)呈現(xiàn)出不同的變化特點，其對于櫻花的生長、新陳代謝的速度造成了一定的影響，使得櫻花在生長過程中的各個成分含量發(fā)生了一定變化，總體上降低了櫻花的生長活性。

3.1 對葉片SOD 活性的影響

在不同溫度環(huán)境下SOD 活性呈現(xiàn)出了不同的變化規(guī)律（圖2）。通過對照10℃和20℃的實驗組發(fā)現(xiàn)櫻花的SOD 活性并未隨著時間的流逝出現(xiàn)明顯的變化，而在1℃和5℃的環(huán)境下SOD 活性則呈現(xiàn)出先增長后下降的趨勢。通過觀測SOD 峰值的變化可以知曉，SOD活性峰值出現(xiàn)在第5d 和第7d。在不同處理條件下SOD活性在前3d 會隨著溫度的降低而升高，活性呈現(xiàn)出增大的趨勢。這表明廣東省櫻花在遇到低溫脅迫時會通過提升自身活性對過量的活性氧進行清除，以便增加細胞內(nèi)的自由基，使得自身的抗寒性得以提升，盡可能降低低溫脅迫對于自身生長的影響，而隨著溫度的進一步降低，一旦溫度超出能夠承受的閾值，SOD 活性受到抑制作用，其活性下降以及抗寒能力也隨之下降[5]。

圖2 SOD 活性變化

3.2 對MDA 含量的影響

在低溫脅迫條件下櫻花葉片中的MDA 含量會隨著溫度的降低而增大，如圖3 所示。可以說溫度越低，MDA 含量就越高。這表明廣東省櫻花在低溫環(huán)境下細胞膜內(nèi)的過氧化反應(yīng)會逐漸加劇，膜酯過氧化與溫度呈現(xiàn)反比關(guān)系。在10℃環(huán)境下葉片的MDA 含量會隨著脅迫時間的延長而逐漸降低，但是含量降低范圍較小，并未在櫻花葉片中發(fā)現(xiàn)明顯變化。在1℃和5℃低溫條件下MDA 含量會隨著脅迫時間的延長而持續(xù)增加，這表明櫻花在生長過程中能夠通過對自身條件的調(diào)整而適應(yīng)溫度的變化。如細胞膜通過對自身功能的調(diào)節(jié)，降低低溫條件對細胞膜的損壞，防止細胞膜出現(xiàn)的過多的膜酯。

圖3 MDA 含量變化

3.3 對可溶性蛋白含量的影響

櫻花葉片可溶性蛋白含量在低溫環(huán)境下呈現(xiàn)出總體增大的趨勢，隨著溫度的降低，可溶性蛋白含量逐漸升高，二者呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，如圖4 所示。溫度的逐漸降低促進了新的蛋白合成，使得葉片內(nèi)的蛋白含量提升。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在不同低溫條件下可溶性蛋白含量呈現(xiàn)出明顯的差異。1℃溫度下可溶性蛋白含量會先上升后下降，待至櫻花葉片受到脅迫的第3d，可溶性蛋白含量急劇下降。這表明櫻花不能夠長時間地承受低溫環(huán)境，其只會在蛋白質(zhì)的降解速度大于溫度變化時才會合成新的蛋白。在6℃條件下可溶性蛋白含量一直呈現(xiàn)出上升趨勢，在第8d 達到可溶性蛋白含量達到峰值。

圖4 可溶性蛋白含量變化

3.4 對脯氨酸含量的影響

脯氨酸在櫻花細胞內(nèi)能夠發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，等同于細胞膜的穩(wěn)定劑。在櫻花受到低溫脅迫下脯氨酸含量呈現(xiàn)出下降的趨勢，如圖5 所示。通過對脯氨酸數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)，在各個溫度條件下脯氨酸含量明顯提升，呈現(xiàn)出明顯的差異性。而且隨著脅迫時間的延長，脯氨酸含量的下降速度明顯加快，整體呈現(xiàn)出先下降再急劇下降的態(tài)勢。

圖5 脯氨酸含量變化

4 結(jié)語

總而言之，通過對低溫脅迫對櫻花生長指標(biāo)影響的研究發(fā)現(xiàn)，櫻花能夠在一定閾值內(nèi)通過調(diào)節(jié)自身物質(zhì)含量和基因表達抵抗低溫脅迫，但是一旦超出承受范圍就會對櫻花的生長造成一定損害。