黑殼楠對低溫脅迫的生理響應及耐寒性分析

黑殼楠對低溫脅迫的生理響應及耐寒性分析

以1年生黑殼楠(LinderamegaphyllaHemsl)實生苗為材料，觀察4種溫度(5、0、-5、-10℃)脅迫下黑殼楠幼苗葉的形態變化，測定葉片中游離脯氨酸(Pro)含量、丙二醛(MDA)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)活性的變化，研究黑殼楠的耐寒性。結果表明，1年生黑殼楠幼苗在5℃下生長發育良好，但0℃以下易使幼苗葉片發黃枯萎，葉片中Pro和MDA含量總體呈先上升后下降趨勢，SOD活性則隨脅迫時間延長持續下降。說明黑殼楠具備一定的抗寒能力，但0℃以下低溫易使幼苗產生凍害癥狀。

黑殼楠(LinderamegaphyllaHemsl)；低溫脅迫；抗寒性；生理指標

黑殼楠(LinderamegaphyllaHemsl)是樟科山胡椒屬常綠喬木，又名楠木、八角香、枇杷楠等，主要分布于我國陜西、甘肅、四川、貴州、湖北、湖南、安徽、江西、福建、廣東、廣西等省，多生于山坡、谷地、溪邊海拔600～2000m的常綠闊葉林中[1-2]。其木材黃褐色，通直圓滿、紋理美觀、結構致密、奇香不衰，是建筑、家具和裝飾薄木的上等良材；黑殼楠為常綠闊葉樹種，葉大色亮、樹形優美，還具備驅蟲、凈化空氣和藥用等多種功效，是集觀賞、生態和經濟于一體的庭院觀賞和園林綠化樹種。但黑殼楠不耐寒，對低溫反應敏感，大大限制了這一優良的園林樹種在北方地區的推廣應用[3]。前人對黑殼楠幼苗低溫脅迫下的生理效應和膜胝過氧化作用進行了初步的研究[3]。本研究以人工馴化的黑殼楠為材料，分析不同溫度條件下黑殼楠葉片中游離脯氨酸(Pro)含量、丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性變化，以期為黑殼楠種質創新以及抗寒新品種的培育奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的黑殼楠為種植在長江大學柑橘園內的黑殼楠1年生實生苗。

1.2 方法

于2011年3月選取長勢一致的幼苗移栽于相同口徑的花盆中，每盆1株，置于溫室中，常規管理。待新葉形成后，選取生長一致的苗木分別放于(5±1)℃(對照處理)、(0±1)、(-5±1)、(-10±1)℃的培養箱中進行低溫處理，每組5盆，光照強度的5000lx。并于處理當天和處理后第3、6、9d后進行觀測和統計，判斷處理苗木的受凍情況，并測定其葉片中Pro、MDA含量和SOD活性。Pro含量測定采用酸性茚三酮比色法[4]，MDA含量測定采用硫代巴比妥酸法[5]，SOD活性參照李合生的方法[6]。取樣時間為上午8:00～9:00，同一生理指標的測定選取自下而上第二片起的同一序號葉片，重復3次。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫下黑殼楠的生長發育狀況及形態變化

從處理的第2天開始，植株均表現出了不同程度的萎蔫。5℃處理后，隨著處理時間的延長，植株能逐漸恢復正常，并生長良好；0℃下的植株老葉枯黃，嫩葉從葉緣葉尖向中心枯萎；-5、-10℃下植物葉面出現冰晶，葉色明顯變淺變黃，沿著葉脈出現凍傷癥狀。

2.2 低溫脅迫下黑殼楠的生理響應

圖1 持續低溫脅迫下黑殼楠葉片脯氨酸含量的影響

圖2 持續低溫脅迫對黑殼楠葉片丙二醛含量的影響

圖3 持續低溫脅迫對黑殼楠葉片SOD活性的影響

(1)低溫脅迫對黑殼楠葉片中Pro含量的變化 由圖1可見，5℃處理下黑殼楠葉片中Pro含量隨時間的延長持續增加。而在0、-5℃處理下Pro含量均出現波動，表現出先增后降然后又增加的趨勢，但在-10℃的處理下，Pro含量在處理后第6d達到最高值后，開始持續下降。另一方面，在0、-5、-10℃處理3d時，Pro含量相對于對照都有50%以上的增加；但在處理后第9d，0℃脅迫下Pro含量趨近于對照，但-5、-10℃處理下Pro含量遠低于對照。

(2)低溫脅迫對黑殼楠葉片中MDA含量的變化 由圖2可見，各溫度脅迫下黑殼楠葉片中MDA含量隨脅迫時間的延長總體均呈先增后減的趨勢，但在不同溫度脅迫下MDA含量的波動幅度和變化頻率完全不同。5℃處理下，MDA的含量隨脅迫時間的延長持續增加，在第6天達到最高值后持續下降；0℃處理時MDA的含量在處理后第3天達到最高值，然后下降，到第9天時MDA的含量趨近于對照；-5℃處理時MDA的含量隨脅迫時間的延長持續增加，在第6天達到最高值后，開始持續下降；而-10℃處理時MDA含量在處理后第3天達到最高值，然后持續下降。從增幅來看，在低溫脅迫后的第3天和第9天，MDA的含量隨脅迫強度的增加而增加。

(3)低溫脅迫下黑殼楠葉片中SOD活性的變化 由圖3可見，除-10℃處理外，各溫度脅迫下黑殼楠葉片中SOD活性隨脅迫時間延長呈持續下降趨勢；而-10℃處理下，SOD活性表現出先下降，后上升，直到處理后第6天升到最高，后又持續下降。從變化幅度來看，5℃處理下，SOD活性下降幅度最大，而0、-5℃下，SOD活性的下降幅度最接近。

3 討論與結論

葉是植物對環境溫度反應最靈敏的器官。對耐寒性差的植物而言，冷害(0℃以上低溫)能加速植物葉片的衰老；凍害(0℃以下低溫)則易造成植株死亡。從低溫脅迫下黑殼楠葉片的形態來看，黑殼楠幼苗能忍受5℃低溫，正常生長發育；但0℃以下低溫易對幼苗造成傷害，使葉片枯老死亡[3]。

Pro是植物體內重要的滲透調節物質，當植物經受逆境脅迫時，細胞內就會迅速積累大量Pro，參與調節細胞滲透勢和維持細胞膜結構的穩定性，使植物呈現抗逆性[7]；而且Pro具有水溶性、水勢高和在細胞內積累無毒性等特點，因而在植物的低溫脅迫過程中，能作為防脫水劑從而保護植物[8]。本研究中，5℃處理下黑殼楠葉片中Pro含量隨時間的延長持續增加，說明在5℃的溫度脅迫下，黑殼楠能根據脅迫的程度作出積極的生理響應，產生抗寒性。而在0、-5、-10℃低溫下，葉片中Pro含量總體表現先增后降的趨勢，前期增加可能主要是植物對環境變溫作出的本能應激反應，但隨著低溫脅迫時間的延長，細胞內代謝紊亂，Pro含量下降，這與形態學觀察的結果基本一致。

MDA是一種膜脂過氧化的產物之一，能強烈地與細胞內部各種成分發生反應而引起酶和膜的嚴重損傷，導致結構和生理完整性的破壞，是膜系統受傷害的重要指標，其含量高低，可反映細胞膜脂過氧化程度[9-10]。本研究中，各溫度脅迫下黑殼楠葉片中MDA含量隨脅迫時間的延長總體呈先增后減的趨勢，但在不同脅迫溫度下葉片中MDA含量的波動幅度完全不同，而且葉片中MDA的含量隨脅迫強度的增加而增加。說明溫度越低，黑殼楠葉細胞中膜系統的損傷越嚴重，這與形態學觀察的結果基本吻合。

在細胞中，SOD是一種活性氧清除劑，能清除細胞內過多的活性氧，起到保護膜系統的作用[11]。本研究中，低溫脅迫下黑殼楠葉片中SOD活性隨脅迫時間延長總體呈持續下降趨勢，說明黑殼楠葉細胞對活性氧的清除能力下降，從而使膜氧化產物積累增多，導致MDA等積累，這與本研究葉片中MDA含量變化的結果基本吻合。而SOD經低溫脅迫后活性總體下降可能與酶本身的最適反應溫度相關。

[1]中國植物志編委會．中國植物志(第31卷)[M]．北京：科學出版社，1982：384-386．

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[4]鄒 琦．植物生理學實驗指導[M]．北京：中國農業出版社，1995：97-106．

[5]張志良，瞿偉菁．植物生理學實驗指導[M]．北京：高等教育出版社，2003．

[6]李合生．植物生理生化實驗原理和技術[M]．北京：高等教育出版社，2000．

[7]Ashraf M,Foolad M R.Roles of glycine betaine and proline in improving plant abiotic stress resistance [J].Environmental and Experimental Botany,2007,59:206-216.

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[11]王建華，劉鴻先．超氧物歧化酶在植物逆境和衰老生理中的作用[J]．植物生理學通訊，1989，25(1)：1-7．

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.02.007

Q945.78；Q949.747.5

A

1673-1409(2012)02-S018-03

2011-11-24

國務院三峽辦資助項目(國三峽辦規函字[2009]01號;鄂移[2009]176號)；國家科技部資助項目(國科發農[2009]51號)

周 敏(1984-)，女，湖北宜都人，碩士生，助教，主要從事園林植物種資源評價與利用研究。

費永俊，E-mail:fyj2010@163.com