持續低溫脅迫對園林樹木電導率和丙二醛含量的影響

摘 要:以4種彩葉植物休眠枝為材料，測定其在-10℃低溫下15天的電導率及丙二醛含量變化規律。結果表明，在整個試驗期間，紫葉矮櫻和元寶楓電導率升高不顯著，美國紅櫨和雞爪槭顯著;紫葉矮櫻和美國紅櫨丙二醛含量表現為先降低后升高的趨勢，紫葉矮櫻升高不顯著，元寶楓和雞爪槭表現為逐漸升高趨勢，差異顯著。綜合比較兩項生理指標可以看出，紫葉矮櫻抗寒性最強，雞爪槭最差，其它兩種樹種居中，不同樹種在持續低溫下丙二醛的變化規律表現不同。

關鍵詞:園林樹木;低溫脅迫;電導率;丙二醛;抗寒性

中圖分類號:S687.01文獻標識號:A文章編號:1001-4942(2010)02-0047-04

為使部分優美的彩葉樹種在南種北引時具有理論依據，特對4種彩葉樹種的抗寒指標進行了測定，以比較不同彩葉樹種抗寒性的強弱，從中找到具有引種成功可能性的樹種。在自然狀態下的生理生化變化已經作了詳細報道[1]。由于自然狀態下氣溫是不穩定的，與即將引種地區的氣溫存在偏差，因此特以引種地的氣溫變化為依據，設定-10℃持續低溫15天，研究其休眠枝條在試驗期內電導率變化和丙二醛含量變化的規律，從中找到適合引種的彩葉樹種。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

室外試驗于2008年12月24日在山西農業大學苗圃內進行，室內試驗于室外枝條采集后第二天即2008年12月25日開始至2009年1月25日在山西農業大學林學院實驗室內進行。

1.2 材料

試驗材料取自山西農業大學園林植物苗圃內相同條件下生長一致的三年生4種彩葉植物:美國紅櫨、雞爪槭、紫葉矮櫻、元寶楓。

1.3 試驗方法

2008年12月24日對4種彩葉植物植株的上、中、下3個部位枝條隨機取樣，取材時選擇無病蟲害、生長中庸的休眠枝，并且所取部位與方向一致。將枝條剪成長40 cm左右的枝段，分別貼上標簽裝入聚乙烯袋中帶回實驗室，枝條用自來水沖洗數遍，再用蒸餾水沖洗3次，吸水紙吸干，然后將其截成10 cm 長的小段，用塑料薄膜密封。將其分為5組，每組重復3次，在5℃左右預冷48 h，然后按每小時降低5℃的速度將溫度降至-10℃并保持此溫度，分別在處理后的3、6、9、12、15天取樣，測定其電導率變化和丙二醛含量的變化規律。電導率的測定方法——電導儀法[2]，MDA含量的測定——硫代巴比妥酸法[3]。

1.4 數據分析

試驗數據用Excel表格處理，方差分析及差異顯著性檢驗采用DPS軟件分析。

2 結果與分析

2.1 持續低溫脅迫對4種彩葉樹種電導率的影響

相對電導率的變化可以反映植物細胞膜的傷害程度，可以作為各種樹木抗逆性的指標[4]，并且可作為抗寒性大小的重要指標應用[5]。

由表1可以看出，不同的樹種對于人工低溫的反應是不同的，但是有一個共同點就是隨著低溫持續時間的延長，各樹種的電導率均呈現上升的趨勢。總體來看，-10℃脅迫下，各樹種的電導率大小順序是雞爪槭>美國紅櫨>元寶楓>紫葉矮櫻。從各樹種升高幅度上看，紫葉矮櫻在處理的第15天，電導率比第3天升高5.7%。元寶楓在處理的第15天比第3天電導率升高8.7%，略高于紫葉矮櫻。美國紅櫨的枝條低溫處理后，第6天的電導率比第3天僅升高0.2%，處理后的第9天，電導率升高到一個新的水平，并且直到第15天，電導率仍然處于這個水平，比第3天升高29.9%。由此可以看出，美國紅櫨在-10℃脅迫下，一周左右才表現出電導率升高，并且電導率升高后能夠維持不變;雞爪槭與其它的樹種相比差異比較明顯，處理后的第9天比第3天電導率僅升高1.5%，9天后，其枝條電導率直線上升，第15天，電導率比處理初期升高60.5%。

新復極差檢驗結果(表1)表明，紫葉矮櫻與元寶楓在整個處理期間，電導率雖有升高，但是升高幅度均未達到差異顯著水平，由此說明，二者抗寒性較強，，持續半月時間-10℃的低溫對紫葉矮櫻和元寶楓的枝條造成的傷害較小。但是如前所述，元寶楓的升高幅度略大于紫葉矮櫻，由此可以認為元寶楓的抗寒性略低于紫葉矮櫻。美國紅櫨在處理的第9天，電導率與第6天相比差異顯著，即低溫脅迫下電導率顯著升高，說明第9天開始，該樹種已經受到一定程度傷害，但整個處理期間，電導率升高并未達到極顯著程度，說明美國紅櫨能耐短時間的持續-10℃低溫。雞爪槭的電導率在處理的第12天顯著高于第9天，第15天顯著高于第9天，且已經達到極顯著水平，由此可以認為雞爪槭受到傷害較重，并且從第9天開始表現出很明顯的受害癥狀，由此說明雞爪槭抗低溫能力較差。

2.2 持續低溫脅迫對4種彩葉樹種丙二醛含量的影響

大量的研究結果表明，植物受逆境脅迫時細胞內代謝平衡被破壞，有利于自由基產生，過量自由基的毒害之一是引發或加劇膜脂過氧化作用，造成生物膜系統的損傷，嚴重時會導致植物細胞死亡[6]。膜脂過氧化的中間產物自由基和最終產物丙二醛(MDA)能夠抑制細胞保護酶活性和降低抗氧化物的含量，從而加劇膜脂過氧化[7]。通常把MDA作為膜脂過氧化程度對低溫反應強弱的指標[8]。

由表2可以看出，-10℃低溫處理下，紫葉矮櫻與美國紅櫨初期MDA含量下降，隨著低溫脅迫時間的延長，MDA含量又迅速升高，元寶楓及雞爪槭MDA始終處于升高趨勢。紫葉矮櫻在處理的3～12天，其體內MDA含量始終呈現下降趨勢，在第12天達到最低點;美國紅櫨在處理的3～9天呈現下降趨勢，第6～9天為最低點;元寶楓在處理的3～9天MDA含量無變化，第15天達到最高點。與處理的第3天相比，各樹種MDA含量最低時下降情況是:紫葉矮櫻下降15.4%，美國紅櫨下降20.0%，從下降量上看，美國紅櫨下降較多，紫葉矮櫻下降較少。由此可以看出，紫葉矮櫻MDA在低溫脅迫的12天內都能夠保持下降趨勢，第15天仍然處于初期的水平，元寶楓9天內含量無顯著變化，美國紅櫨6～9天枝條內MDA含量低于處理初期。由此可以認為紫葉矮櫻抵抗-10℃低溫脅迫能力是最強的。

新復極差檢驗結果(表2)表明，紫葉矮櫻在整個試驗期間MDA含量變化無顯著差異;美國紅櫨、雞爪槭和元寶楓在處理的第12～15天與前期差異顯著，美國紅櫨和元寶楓已達到極顯著水平，3～9天差異不顯著，雞爪槭第15天開始差異達到極顯著水平。進一步說明，紫葉矮櫻的抗寒性較強。

3 討論與結論

植物的細胞膜在正常情況下是半透性膜，使植物體內的某些物質可以通過，而一些大分子物質無法通過，但是在一定的逆境條件如低溫脅迫下，植物的細胞膜就會受到傷害，植物體內的大分子物質外滲，嚴重時在細胞間隙內形成冰核而降低水蒸氣壓差，這種壓差進一步造成原生質脫水，使蛋白質變性和原生質不可逆的凝膠化，造成細胞結冰，特別是胞內結冰對質膜和細胞器及整個細胞質產生的破壞作用，給植物帶來致命的損傷。因此，電導率可以作為當前檢驗植物抗寒性的經典實驗方法[9]。電導率升高越多，抗寒性越弱[10]。從試驗結果來看，-10℃低溫脅迫下，紫葉矮櫻和元寶楓升高幅度無顯著差異，其它兩個樹種存在顯著差異，雞爪槭達到極顯著水平。從電導率的變化情況來看，紫葉矮櫻受凍害較輕，雞爪槭最重，由此判斷4個樹種的抗寒性順序為紫葉矮櫻>元寶楓>美國紅櫨>雞爪槭。

丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的主要產物之一， 為長期以來用于衡量膜脂過氧化程度的一個公認指標[11]。為此，通過測定植物體內丙二醛含量的變化以及含量多少可以反映出該樹種抵抗低溫的能力強弱[12～14]。由于表格中小數點位數所限，不能表現丙二醛更細致的變化規律，深入分析后發現，試驗前期表現出略微下降的趨勢，其原因可能是在低溫脅迫下，開始時植物保護酶產生的一種防御反應，酶活力增強，清除活性氧和自由基的能力增強，植物體內MDA含量下降;隨著低溫或超過臨界低溫脅迫時間的延長，酶活力也隨之下降，清除活性氧和自由基的能力減弱，體內MDA含量相對升高。根據丙二醛的含量變化可以判斷紫葉矮櫻的抗寒性最強，而其它3個樹種均達到極顯著差異，難以比較強弱順序。

綜合分析結果可以看出，紫葉矮櫻抗寒性最強，雞爪槭最差，其它兩個樹種居中，因此對紫葉矮櫻進行引種成功的可能性最大。

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