低温胁迫对小叶朴离体叶片生理生化指标的影响

2018-06-23姜子颖李存华王志吴晓宇吕昆仑张东

天津农业科学 2018年5期

姜子颖李存华王志吴晓宇吕昆仑张东

摘要：选取1年生小叶朴营养枝的离体叶片为材料，对其进行不同低温（5，0，-5，-10，-15，-20 ℃）胁迫处理，分别测定叶片中的超氧化物歧化酶（SOD）活性和相对电导率，以及丙二醛（MDA）、可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖含量，研究小叶朴叶片的抗寒性。结果表明，随着胁迫温度的降低，小叶朴离体叶片SOD活性表现出先升高后降低的趋势，至-10 ℃达到最高值；相对电导率和MDA含量表现出一直升高的趋势；可溶性蛋白含量表现出一直降低的趋势；脯氨酸和可溶性糖含量表现出先升高后降低的趋势，亦至-10 ℃达到最高值。综合说明，低温胁迫使小叶朴叶片细胞膜受到伤害，在高于-10 ℃可通过提高渗透调节物质和保护酶活性提高低温抗性，但在低于-10 ℃，渗透调节物质和保护酶活性亦降低。

关键词：低温胁迫；小叶朴；生理指标

中图分类号：S792.99 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.05.005

Abstract： The experiment was conducted to study the influence of low temperature on Celtis bungeana with the excised leaves of annual vegetative branches . Six low temperature treatments were set， including 5， 0， -5， -10， -15， -20 ℃， the superoxide dismutase （SOD）， electrical conductivity， and also the content of malondialdehyde （MDA）， soluble protein， proline， and soluble sugar were measured after 10 days under treatments. The results showed that： with the decreasing of temperature， SOD of C. bungeana excised leaves increased and then decreased， the maximum was at -10 ℃； the relative conductivity and MDA content were increased continuously， soluble protein content showed a decreasing trend； soluble sugar and proline content increased and then decreased， the maximum were both at -10 ℃. In conclusion， under low temperature stress， C. bungeana leaf membrane was injured， and C. bungeana leaf could increase the cold resistance through promoting the osmotic adjustment substances content and protective enzyme activity when the temperature was higher than -10 ℃， but the osmotic adjustment substances content and protective enzyme activity were decreased when the temperature was lower than -10 ℃.

Key words： low temperature stress； Celtis bungeana； physiological index

小葉朴（Celtis bungeana）属于榆科朴属落叶乔木，该树叶大、质厚、色浓绿，树形端正，树冠整齐[1]。其具有很强的抗有毒气体能力，耐粉尘和烟尘；加上该树具有优良的种质资源[2]，可作行道树和学校、医院、居民区、厂区绿化树种，也可以利用其乡土树种的优势，进行荒山造林[1]。真树皮纤维可代麻用或作造纸和人造棉原料；木材供建筑用、树干可药用，主治支气管哮喘及慢性气管炎。由此可见，小叶朴具有较高的生态和经济价值。

在低温胁迫下，植物生理生化指标会发生变化，主要包括细胞膜相对透性、酶活性，以及脯氨酸和可溶性糖等渗透调节物质含量等与其抗逆性密切相关的指标[3-5]。但目前，有关小叶朴抗寒性、低温胁迫对小叶朴离体叶片生理生化指标影响的研究，国内未见相关报道。

本试验研究不同低温胁迫下，小叶朴离体叶片生理生化指标的变化情况，旨在为小叶朴的推广、引种和栽培提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料取自小叶朴1年生实生苗，将幼苗置于济南长清苗圃自然生长一段时间后，随机采集长势相同的叶片若干，取样后混合，置于自封袋中迅速带回山东农业大学林学院实验室进行处理，依次用自来水、去离子水清洗干净，滤纸吸干表面水分，用于后续试验的开展。

1.2 试验设计

清洗处理后的叶片用锡箔纸包起来，即刻放入冰箱中进行不同温度的冷冻处理。试验设置5，0，-5，-10，-15，-20 ℃共6个低温处理，每个处理3个重复。不同的温度处理24 h后取出样品置于2 ℃解冻2 h，再置于常温下放置12 h，然后称取各处理样叶0.5 g，分别用于电导率、可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛含量及SOD活性的测定。

1.3 测定指标及方法

膜质透性测定采用电导率法[6]，SOD活性测定采用氯化硝基四氮唑蓝（NBT）光化还原法，脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮法[7]，丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸法[6]，可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法[8]，可溶性蛋白含量測定采用考马斯亮蓝法[9]。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2003进行原始数据整理，及图表与工作曲线的绘制，采用SPSS 17.0统计软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对小叶朴离体叶片超氧化物岐化酶（SOD）活性的影响

SOD是一种存在于生命体内的活性物质，能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质。在正常条件下，植物体内活性氧的产生与清除处于平衡状态，当受到寒害时，植物体内活性氧的产生能力超过清除能力，活性氧会在体内大量积累，并继而对细胞组分造成一定的损伤[10]。由图1和表1可知，小叶朴叶片SOD活性随着温度的降低，表现出先升高后降低的趋势，当温度从5 ℃降到-10 ℃时，SOD活性显著上升并在-10 ℃时达到最大值，而在-10 ℃至-20 ℃，SOD活性急剧下降，随温度继续降低SOD活性升高趋势进一步增大，当降到-10 ℃时达到最大值，此时SOD酶对细胞膜有一定的保护作用；之后随着温度的继续降低，SOD 活性逐渐下降，可能是因为温度的降低，超过了小叶朴自身的耐受水平，细胞膜的结构和功能受到损害。

2.2 低温胁迫对小叶朴离体叶片细胞膜透性的影响

2.2.1 低温胁迫对小叶朴离体叶片相对电导率的影响由图2和表2可知，随着胁迫温度的降低，小叶朴叶片相对电导率呈现逐渐升高的趋势，其中，5 ℃和0 ℃处理之间差异不显著；-5 ℃时，相对电导率的上升幅度比较小，说明此时小叶朴细胞膜系统受到的伤害比较小；由0 ℃至-10 ℃，相对电导率显著升高；在-10 ℃和-15 ℃处理之间差异不显著；随着胁迫温度的继续降低，相对电导率逐步大幅度上升，到至-20 ℃时达到最高水平，显著高于其他处理，此时细胞膜系统已受到严重伤害，电解质大量外渗。

2.2.2 低温胁迫对小叶朴离体叶片丙二醛（MDA）含量的影响丙二醛是膜脂过氧化作用的产物之一，能直接反映膜受损害程度[10]。由图3和表2可知，随着胁迫温度的降低，小叶朴叶片MDA含量呈现不断上升的趋势，在5～-5 ℃，MDA含量缓慢上升，处理间差异未达显著水平，之后上升幅度变大，在-5 ℃MDA含量显著低于-10 ℃和-15 ℃，后二者差异不显著，至-20 ℃时，MDA含量上升趋势加大最大，显著高于其他各处理。由此可见，MDA含量变化趋势与相对电导率大体一致。MDA含量大幅度增加，表明细胞膜脂过氧化加剧，细胞膜受到了严重的损害和破坏。

2.3 低温胁迫对小叶朴离体叶片渗透调节物质的影响

2.3.1 低温胁迫对小叶朴离体叶片可溶性蛋白含量的影响植物体内的可溶性蛋白很大一部分是可以参与很多代谢的酶类，是衡量植物体内代谢强弱的一个重要指标，其含量与抗寒性呈正相关[10]。从图4和表3可以看出，随着温度的降低，小叶朴叶片可溶性蛋白含量呈逐渐下降的趋势，其中5 ℃显著高于其他温度处理，在0 ℃和-5 ℃之间差异不显著，可溶性蛋白含量变化比较稳定，呈小幅度的下降趋势；当温度达到-10 ℃和 -15 ℃，后二者之间差异不显著，可溶性蛋白含量大幅度下降；温度达到至-20 ℃时，可溶性蛋白含量最低，显著低于其他处理组。可能是由于在较低温度的胁迫下，小叶朴叶片可溶性蛋白分解加速，分解为各种氨基酸，叶片渗透势降低，渗透调节能力加强。

2.3.2 低温胁迫对小叶朴离体叶片脯氨酸含量的影响脯氨酸是植物蛋白质的组分之一，在寒冷、干旱等胁迫条件下，脯氨酸会大量积累，可作为植物细胞质内渗透调节物质[10]。从图5 和表3可以看出，随着胁迫温度的降低，小叶朴叶片脯氨酸含量呈先升高后降低的变化趋势，在5～-10℃，脯氨酸含量显著增加，至当温度达到0 ℃时，脯氨酸含量较5 ℃时有小幅度的上升；当胁迫温度达到-5 ℃时，脯氨酸含量大幅度上升；脯氨酸含量在-10 ℃时达到最大值，之后又显著降低。可能是因为前期植物对低温环境的一种自身调节能力，通过积累脯氨酸的含量来提高其抗寒能力；随后脯氨酸含量呈下降趋势，可能是由于过低的胁迫温度超过了小叶朴的承受能力。

2.3.3 低温胁迫对小叶朴离体叶片可溶性糖含量的影响从图6和表3可以看出，随胁迫温度的降低，小叶朴叶片可溶性糖含量呈先升高后降低的变化趋势，在5～-5 ℃，可溶性糖含量缓慢增加，处理间差异不显著，至-10 ℃可溶性糖含量显著增加至最高值，之后显著下降。可能是因为在遇到低温刺激后产生的一种保护性应激反应；随后，随着胁迫温度的继续降低，可溶性糖含量下降，可能是因为随着温度的进一步降低，超出了小叶朴的耐受范围，使细胞受到严重的损害。

3 讨论与结论

3.1 低温胁迫对细胞膜酶活性的影响

SOD在植物抵抗低温危害的过程中，可以通过增加其活性，清除氧自由基，减少膜脂过氧化，对细胞膜系统损伤起保护作用[10]。本试验结果表明，随着胁迫温度的降低，小叶朴离体叶片SOD的活性呈先上升后下降的变化趋势，这与曹慧等[11]就低温胁迫对葡萄幼苗相关生理指标的影响研究结果相一致。

3.2 低温胁迫对膜透性的影响

细胞膜系统能够稳定细胞的内部环境，在物质运输、能量转换、信息传递中起决定性作用，是细胞赖以生存的基础[12]。细胞膜具有选择透过性，当植物低温胁迫后细胞膜受损，会导致电导率上升[13]。本试验结果表明，随着胁迫温度的降低，小叶朴离体叶片电导率一直升高，这与马艳青等[14]在茄子上的研究结果一致。植物在受到严重的低温胁迫后，细胞膜会受到损害，细胞内含物不断外渗，导致浸出液的电导率持续增高。

3.3 低温胁迫对植物渗透调节物质的影响

植物体内的游离脯氨酸含量增加可增大植物渗透压，是细胞质重要的渗透调节物质[15]，陈为京等[16]认为增加脯氨酸含量有助于植物适应低温。本试验结果表明，随着胁迫温度的降低，小葉朴离体叶片脯氨酸含量呈先升高后降低的变化趋势，这与方媛等[17]就低温胁迫对3个黄瓜品种幼苗生理特性的影响研究结果一致。前期脯氨酸含量上升是因为低温胁迫下积累脯氨酸，增强渗透调节能力，是小叶朴离体叶片对低温的一种适应反应，增强抗低温伤害的能力，后来下降说明超出小叶朴离体叶片自身调节能力。

适时的低温锻炼能使可溶性糖在植物体内积累，有效提高细胞渗透浓度，进而提高植物的抗寒能力[19]。本试验结果表明，随胁迫温度的降低，小叶朴离体叶片可溶性糖含量呈先上升后下降的变化趋势，与王小媚等[18]就低温胁迫对杨桃品种抗寒生理生化指标的影响研究结果相符。适时的低温锻炼能使可溶性糖在植物体内积累，有效提高细胞渗透浓度，进而提高植物的抗寒能力[19]。故小叶朴离体叶片可溶性糖含量前期呈上升趋势，后来超过自身耐受水平含量下降。

本试验结果表明，可溶性蛋白含量呈下降趋势，可能是由于在低温胁迫条件下，小叶朴离体叶片可溶性蛋白迅速分解为各种氨基酸，使得渗透调节物质含量升高，叶片渗透势降低，植株渗透调节能力增强，促进水分的吸收，从而减轻低温胁迫对植株的伤害。综上所述，随着胁迫温度的降低，小叶朴离体叶片细胞膜受到伤害导致膜透性增加，但在温度高于-10 ℃时，尚可通过调节体内酶活性、增加渗透调节物质来提高自身的抗寒能力，但当温度低于-10 ℃时，渗透调节物质和保护酶活性亦降低，说明超出其耐受范围。

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