云南五種蕨類植物的抗寒性生理指標測定*

高麗會

(姚安縣第一中學，云南 姚安 675300)

植物的生長發育受到溫度、降水和日照等氣候要素的綜合影響，溫度是植物生長的三大環境條件之一，也是植物自然地理分布的一個主要限制因素［1］。低溫促使植物細胞間隙的水形成冰晶，并繼續奪取細胞中的水分，冰晶逐漸擴大，不僅消耗了細胞水分，還引起原生質脫水使原生質膠體變質，從而使細胞脫水引起危害;同時，低溫還破壞細胞膜和原生質的結構，影響細胞代謝過程。把植物組織放在外界溶液中，植物組織中的水分和外界溶液中的水分進行交流，從而使外界溶液的濃度發生變化。溶液濃度不同，比重不同，當兩個不同濃度的溶液相遇時，稀的由于比重小而上浮，濃的由于比重大而下沉，通過觀察液滴的升降情況而判斷溶液濃度的變化，從而測定植物組織的水勢［2］。植物細胞中的水分，可分為自由水和束縛水。自由水是可以移動的，生理上活躍的組織中，大部分水 (包括液泡水)是自由水。隨著溫度下降，細胞內親水性膠體加強，使束縛水含量相對提高，而自由水含量則相對減小。由于束縛水不易結冰和蒸騰，所以總含水量減小和束縛水量相對增加有利于植物抗寒性的加強［3］。電解質滲透率是反映植物受傷害程度的重要指標，電解質滲透率越高，則植物受到的傷害就越重［4］。本文通過葉片水勢、束縛水/自由水比例和電解質滲透率三個生理指標對哀牢山5種蕨類植物進行抗寒性測定，并比較它們的抗寒性大小，為蕨類植物抗寒性生理研究提供一定的理論參考價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料采自云南省姚安縣前場鎮，共5種蕨類植物，經楚雄師范學院徐成東教授鑒定，分別為:裸果耳蕨Polystichum nudisorum、重齒鱗毛蕨Dryopteris juxtaposita、干旱毛蕨Pellaea trichophylla、刺葉耳蕨Polystichum acanthophyllum、雞足山耳蕨Polystichum jizhushanense。

1.2 試驗器材及試劑

器材:DDS307型數字電導儀、冰箱、電爐、天平、剪刀、解剖針、鑷子、三角瓶、試管、試管架、細滴管、移液管、濾紙。

試劑:甲烯藍粉末;蔗糖溶液 (1mol·L－1)、蒸餾水。

1.3 細胞水勢測定——小液流法［5］

試驗方法及步驟:(1)配制一系列濃度遞增的蔗糖 (0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8mol·L－1)各10ml，注入試管中，各管都加上塞子并編號。按編號順序排成一列，放在試管架上，作為對照組。(2)另取8支試管并編號，按順序放在試管架上，作為試驗組。然后由對照組中之各試管中分別取溶液4ml移入相同編號的試驗組試管中，再將各試管都加上塞子。(3)用剪刀將分別將5種蕨類植物的葉剪成大小相等的小塊，各約40—50片。向試驗組的每一試管中各加相等數目的葉片小塊，塞好塞子，放置30分鐘，在這段時間內搖動數次，到時間后，向每一試管中各加次甲基藍粉末少許，并振蕩，使溶液著色均勻。(4)用毛細吸管從試驗組的各試管中依次吸取著色的液體少許，然后伸入對照組的相同編號試管的液體的中部，緩慢放出一滴藍色試驗溶液，并觀察小液流移動的方向，并記錄。

水勢值計算公式，記錄小液流不動的試管中蔗糖溶液的濃度，按ψπ=－RTiC計算水勢值。式中 ψπ為細胞水勢，R為氣體常數0.083×105L·Pa/mol·k，T為絕對溫度即273℃ +t(t為實驗溫度)，i為解離系數 (蔗糖為1)，C為等滲溶液的濃度。

1.4 水分含量測定——稱重法［6］

試驗方法及步驟:(1)取稱量瓶6只編號，取完整葉片，剪成幾片面積相當的葉片，立即稱重后裝入稱量瓶中。(2)把其中三只稱量瓶放入烘箱中，于105℃下殺青15min，然后轉入75℃下烘干至恒重，計算其總含水量。另外3只稱量瓶加入蕨類植物組織質量6倍的60%—65%糖液。置于暗處6 h后將葉片取出 (其間不時輕輕搖動)，用濕紗布和濾紙吸去表面糖液，立即稱重，計算其自由水含量。

計算公式:

①植物組織中自由水含量 (%)= 〔(浸泡前葉片質量－浸泡后葉片質量)/浸泡前葉片質量〕×100%;

②植物組織中束縛水含量 (%)=總含水量－自由水含量。

1.5 抗寒性測定——電導法［7］

試驗方法及步驟:

(1)將采集的每種試驗材料的葉片平均分成6份，分別置于12，4，0，－4，－8，－12℃的冰箱內冷凍處理5h，其中12℃處理作為對照 (此時自然環境溫度約為12℃左右)。(2)低溫冷凍處理后的葉片，置于濾紙上晾干。然后將枝條剪成2～3mm長的小段，每種試材等量稱取3份，每份質量1g，投入3個三角瓶中 (即重復3次)，每瓶加入100ml蒸餾水，浸泡48h后用DDS2307W型數字電導儀測定浸出液電導率 (測時搖勻)，每瓶重復測定3次。(3)將測定后各試材樣品恒溫 (95～96℃)煮30min后，加蒸餾水補充至煮前刻度，再次測定其電導率，計算各供試樣品的電解質外滲率，以代表樣品抗寒力的強弱。

計算公式:

電解質滲透率 (%)=(樣品低溫處理后電導率－對照電導率)÷ (樣品煮沸后電導率－對照電導率)×100

2.結果與分析

2.1 水勢差異分析

從表1可以看出，不同種蕨類植物的水勢存在差異，裸果耳蕨的水勢值最高，刺葉耳蕨的水勢最低。水勢值從高到低依次為:裸果耳蕨、雞足山耳蕨、重齒鱗毛蕨、干旱毛蕨、刺葉耳蕨，其中重齒鱗毛蕨和干旱毛蕨差異不明顯，其余的差異明顯。

表1 5種蕨類植物的水勢測定結果

2.2 束縛水和自由水比例差異分析

從圖2可以看出來，不同種蕨類植物的束縛水/自由水比例存在差異，裸果耳蕨的束縛水/自由比例最高，雞足山耳蕨最低。束縛水/自由水比例從高到低依次為:裸果耳蕨、重齒鱗毛蕨、干旱毛蕨、刺葉耳蕨、雞足山耳蕨。所有蕨類植物差異明顯。

表2 5種蕨類植物的束縛水/自由水測定結果

2.3 電解質外滲率差異分析

植物細胞的質膜，是一種對低溫極為敏感的半透性生物膜。當溫度降低到一定程度后，再降低則引起膜相破壞、細胞內電解質外滲［8］。不同種蕨類植物的細胞原生質透性不同，電解質滲透量不同，因此抗寒力也不同。電解質外滲量越大，抗寒力越弱。

從表3中可以看出來，(1)4℃條件下裸果耳蕨的電解質滲透率最低，雞足山耳蕨的電解質滲透率最高。電解質滲透率從高到低排列順序為:雞足山耳蕨、刺葉耳蕨、干旱毛蕨、重齒鱗毛蕨、裸果耳蕨，5種蕨類植物電解質滲透率差異明顯。

(2)0℃條件下裸果耳蕨的電解質滲透率最低，刺葉耳蕨的電解質滲透率最高。電解質滲透率從高到低排列順序為:刺葉耳蕨、雞足山耳蕨、干旱毛蕨、重齒鱗毛蕨、裸果耳蕨。從差異角度分析:裸果耳蕨和重齒鱗毛蕨、干旱毛蕨、刺葉耳蕨、雞足山耳蕨差異明顯;重齒鱗毛蕨和干旱毛蕨、刺葉耳蕨、雞足山耳蕨差異明顯;干旱毛蕨和刺葉耳蕨差異明顯，和雞足山耳蕨差異不明顯;刺葉耳蕨和雞足山耳蕨差異明顯

(3)－4℃條件下裸果耳蕨的電解質滲透率最低，刺葉耳蕨的電解質滲透率最高。電解質滲透率從高到低排列順序為:刺葉耳蕨、雞足山耳蕨、重齒鱗毛蕨、干旱毛蕨、裸果耳蕨。從差異角度分析:裸果耳蕨和重齒鱗毛蕨、干旱毛蕨、刺葉耳蕨、雞足山耳蕨差異明顯;重齒鱗毛蕨和干旱毛蕨、刺葉耳蕨差異明顯，和雞足山耳蕨差異不明顯;干旱毛蕨和刺葉耳蕨、雞足山耳蕨差異明顯;刺葉耳蕨和雞足山耳蕨的差異明顯。

(4)－8℃條件下裸果耳蕨的電解質滲透率最低，雞足山耳蕨的電解質滲透率最高。電解質滲透率從高到低排列順序為:雞足山耳蕨、刺葉耳蕨、干旱毛蕨、重齒鱗毛蕨、裸果耳蕨。從差異角度分析:裸果耳蕨和重齒鱗毛蕨、干旱毛蕨、刺葉耳蕨、雞足山耳蕨差異明顯;重齒鱗毛蕨和干旱毛蕨、刺葉耳蕨、雞足山耳蕨差異明顯;干旱毛蕨和刺葉耳蕨差異不明顯，和雞足山耳蕨差異明顯;刺葉耳蕨雞足山耳蕨差異明顯。

(5)－12℃條件下裸果耳蕨的電解質滲透率最低，刺葉耳蕨的電解質滲透率最高。電解質滲透率從高到低排列順序為:刺葉耳蕨、雞足山耳蕨、干旱毛蕨、重齒鱗毛蕨、裸果耳蕨。從差異角度分析:裸果耳蕨和重齒鱗毛蕨、干旱毛蕨、刺葉耳蕨、雞足山耳蕨差異明顯;重齒鱗毛蕨和干旱毛蕨、刺葉耳蕨、雞足山耳蕨差異明顯;干旱毛蕨和刺葉耳蕨差異不明顯，和雞足山耳蕨差異明顯;刺葉耳蕨雞足山耳蕨差異明顯。

表3 5種蕨類植物電解質外滲率測定結果

上述結果表明，各種蕨類植物抗寒性由強到弱大致順序為裸果耳蕨、重齒鱗毛蕨、干旱毛蕨、刺葉耳蕨、雞足山耳蕨。從圖3中可以看出，溫度降低，電解質滲透率總體增加，但溫度與電解質滲透率并不成線形關系，如雞足山耳蕨在0℃、－4℃、－12℃的條件下電解質滲透率降低，由于長時間處在低溫條件下其葉片生物膜遭到破壞且不能恢復導致死亡，電解質不能再繼續大量滲透，所以滲透率突然降低。

3 結論與討論

(1)蕨類植物的抗寒性與水勢、束縛水/自由水比例、電解質滲透率有密切的關系。當溫度降低時，由于各種逆境作用于植物，同時也直接或間接地對植物產生水分脅迫，使細胞脫水，膜系統受害，透性加大，滲透勢降低，水勢也降低。自由水與束縛水是水分在植物體內的兩種不同的存在狀態。自由水與束縛水比值高時，植物組織或器官的代謝活動旺盛，生長也較快，抗逆性較弱;反之，則生長較緩慢，但抗性較強。在低溫鍛煉過程中葉片含水率下降，自由水與束縛水值變小，有利于提高植物體的抗寒能力，這已被研究證實［9］。植物組織細胞受凍后，首先損傷的是細胞膜系統，造成細胞內大量物質外滲，植物抗寒力越差，細胞受凍程度愈重，其外滲物質也就越多。因此，測定組織細胞受凍后外滲物質的多少，就可以評價抗寒性強弱［10］。

(2)從水勢、束縛水/自由水比例、電解質滲透率三個生理指標上來比較五種蕨類植物的抗寒性，裸果耳蕨的抗寒性最強，重齒鱗毛蕨、干旱毛蕨、刺葉耳蕨的抗寒性相對較弱，雞足山耳蕨的抗寒性最弱。五種蕨類植物的抗寒性順序依次為:裸果耳蕨﹥重齒鱗毛蕨﹥干旱毛蕨﹥刺葉耳蕨﹥雞足山耳蕨。

(3)用葉片束縛水/自由水比例和電解質滲透率作指標來衡量蕨類植物的抗寒性，操作較簡單、方便，測定結果能較準確反映樣品抗寒性。雖然植物的抗寒性能由遺傳性狀和環境因素綜合作用決定，但是受環境的影響和塑造較大，生長在不同地域的同種蕨類植物可能具有不同的抗寒能力。

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