澤瀉和慈姑葉片對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)

巴永娣，張建旗，趙 峰

(蘭州市園林科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730070)

澤瀉和慈姑葉片對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)

巴永娣，張建旗，趙 峰

(蘭州市園林科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730070)

以澤瀉和慈姑葉片為試驗(yàn)材料，研究其在0、-10、-15、-20 ℃低溫脅迫下葉片中可溶性糖(WSC)、游離脯氨酸(Pro)含量、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性及相對(duì)電導(dǎo)率等5個(gè)生理生化指標(biāo)的變化。結(jié)果表明，在0 ℃時(shí)2個(gè)植物的POD和CAT活性顯著增加，之后隨溫度的降低而下降，在-20 ℃無(wú)活性。隨著溫度的降低，葉片相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性糖和脯氨酸含量均有所增加，但增加幅度不同，綜合5項(xiàng)指標(biāo)分析得出，慈姑的抗寒性強(qiáng)于澤瀉。

低溫脅迫；澤瀉；慈姑；抗寒性

澤瀉(Alismaorientale)和慈姑(Sagittariasagittifolia)均屬于多年生沼生草本挺水植物，可種植于水邊、岸邊，在城市園林水景布置中，既可以美化環(huán)境，又可以?xún)艋础＝陙?lái)，為豐富蘭州市黃河兩岸濕地景區(qū)植物品種，澤瀉和慈姑作為水生觀賞植物在部分地段有所種植，但由于蘭州市冬季寒冷，使?jié)蔀a、慈姑易受低溫脅迫，故限制了其推廣種植。澤瀉與慈姑抗寒性的研究對(duì)于其抗凍性育種和栽培具有重要意義。試驗(yàn)以澤瀉和慈姑為研究對(duì)象，采用不同低溫處理，通過(guò)測(cè)定葉片中可溶性糖(WSC)、游離脯氨酸(Pro)含量，過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性及相對(duì)電導(dǎo)率等生理生化指標(biāo)，分析和研究其抗寒性差異，為2個(gè)植物的栽培和生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

以蘭州市園林科學(xué)研究所試驗(yàn)基地自然條件下生長(zhǎng)的澤瀉和慈姑兩年生葉片為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)方法

采集生長(zhǎng)健壯且長(zhǎng)勢(shì)一致的植株葉片(6～8片)，裝入采集袋帶回試驗(yàn)室，先用自來(lái)水洗掉葉片上粘附的灰塵，再用蒸餾水輕輕沖洗葉片，后用濾紙吸干葉片表面的蒸餾水。貼明標(biāo)簽，放入恒溫冰箱中進(jìn)行低溫脅迫處理，試驗(yàn)設(shè)0、-10、-15、-20 ℃ 4個(gè)溫度梯度處理24 h，以常溫為對(duì)照(CK)，然后進(jìn)行各生理指標(biāo)的測(cè)定。

測(cè)定指標(biāo)及方法：可溶性糖(WSC)含量采用蒽酮法、游離脯氨酸(Pro)含量采用水合茚三酮法、過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法、電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法[1-4]。每個(gè)處理重復(fù)3次。

提取粗提液時(shí)用預(yù)冷的研缽冰浴研磨，并在低溫離心機(jī)內(nèi)離心。制備好的粗提液迅速轉(zhuǎn)入低溫冷藏，以減小酶的失活。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并作圖，用SPSS 13軟件對(duì)品種間各項(xiàng)指標(biāo)的差異顯著性進(jìn)行分析[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫下澤瀉和慈姑葉片POD活性的變化

不同溫度梯度下，澤瀉和慈姑葉片POD活性呈先上升，后下降趨勢(shì)(圖1)，較CK均差異顯著(P≤0.05)。在0 ℃時(shí)，澤瀉和慈姑葉片中POD活性均達(dá)到最大值，二者之間差異不顯著(P<0.05)。隨著溫度不斷降低，POD活性迅速下降，當(dāng)溫度降至-20 ℃時(shí)，澤瀉已經(jīng)沒(méi)有POD活性，慈姑的POD活性?xún)H為13 μg/min FW，由此可見(jiàn)，不同的低溫脅迫下，慈姑葉片的POD活性明顯高于澤瀉葉片的POD活性。

圖1 澤瀉和慈姑葉片POD活性的變化Fig.1 The changes of POD activity in leaves of A.orientale and S.sagittifolia

注：不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P≤0.05)，下同

2.2 低溫脅迫下澤瀉和慈姑葉片CAT活性的變化

隨著溫度的降低，各處理間與CK間均差異顯著(P≤0.05)。總體呈下降趨勢(shì)，在0 ℃時(shí)達(dá)最大值，但隨溫度的下降CAT活性迅速降低，直至無(wú)活性。在-15 ℃時(shí)，澤瀉CAT活性已完全喪失；在-20 ℃時(shí)，慈姑CAT活性也失活，可見(jiàn)低溫脅迫對(duì)慈姑和澤瀉葉片CAT活性具有較大的影響(圖2)。

圖2 澤瀉和慈姑葉片的CAT活性Fig.2 The changes of CAT activity in leaves of A.orientale and S.sagittifolia

2.3 低溫脅迫下澤瀉和慈姑葉片Pro含量的變化

隨著溫度的降低，澤瀉和慈姑葉片Pro積累均有增加，但增加幅度不同(圖3)，且與CK差異顯著(P≤0.05)，且各溫度間也有差異。與CK相比，溫度降至-20 ℃時(shí)，慈姑葉片Pro含量增加了13.88 mg/g；澤瀉葉片Pro含量增加了8.97 mg/g。

圖3 澤瀉和慈姑葉片的Pro含量Fig.3 The Changes of proline content in leaves of A.orientale and S.sagittifolia

2.4 低溫脅迫下澤瀉和慈姑葉片WSC含量的變化

低溫脅迫下澤瀉葉片WSC始終呈上升趨勢(shì)，且各處理間與CK均差異顯著(P≤0.05)。慈姑葉片WSC含量的變化呈“S”型曲線，與CK相比葉片WSC含量增加，在0 ℃達(dá)到1個(gè)頂峰，WSC含量達(dá)943 mg/g，然后，緩慢降低，在-20 ℃達(dá)到頂峰，WSC含量達(dá)1 003.75 mg/g，這是植物葉片為適應(yīng)低溫逆境，進(jìn)行大分子的淀粉降解為WSC，以降低細(xì)胞冰點(diǎn)，增加其抗寒性(圖4)。

圖4 澤瀉和慈姑葉片的WSC含量Fig.4 The Changes of soluble sugar leaves of A.orientale and S.sagittifolia

2.5 低溫脅迫下澤瀉和慈姑葉片相對(duì)電導(dǎo)率的變化

2個(gè)植物與CK相比，脅迫后的相對(duì)電導(dǎo)率明顯增大，這是因?yàn)樵谥参飫傔M(jìn)行低溫脅迫時(shí)，植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)含物外滲，電導(dǎo)率增大。澤瀉葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨著溫度的降低緩慢增加，溫度降至-20 ℃時(shí)與-10 ℃相比較，葉片相對(duì)電導(dǎo)率增加了1.26%；而慈姑葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨著溫度的降低呈現(xiàn)出先略有下降后上升趨勢(shì)，溫度降至-20 ℃時(shí)與-10 ℃相比，葉片相對(duì)電導(dǎo)率增加了3.56%(圖5)。

圖5 澤瀉和慈姑葉片的相對(duì)電導(dǎo)率Fig.5 The changes of relative conductivity in leaves of A.orientale and S.sagittifolia

3 討論與結(jié)論

POD和CAT屬于植物細(xì)胞防御系統(tǒng)的保護(hù)酶。研究表明保護(hù)酶在植物體內(nèi)的濃度和活性的高低與植物抗寒性強(qiáng)弱有密切的關(guān)系[6,7]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，低溫脅迫初期，POD和CAT活性增強(qiáng)，反映慈姑和澤瀉在受到低溫脅迫時(shí)出現(xiàn)了應(yīng)激反應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)POD和CAT活性來(lái)增強(qiáng)自身的抗寒性。隨著溫度的降低，POD和CAT活性隨之下降，其自身調(diào)節(jié)能力減弱，從而導(dǎo)致低溫脅迫傷害，細(xì)胞膜保護(hù)酶系統(tǒng)受到了損傷。

Pro和WSC作為細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量的積累對(duì)提高細(xì)胞液的流動(dòng)性和維持細(xì)胞在低溫下的正常功能有著重要的作用[8-10]，植物受到逆境脅迫時(shí)出現(xiàn)Pro和WSC大量積累的現(xiàn)象[11-13]。研究結(jié)果表明，Pro和WSC的含量與植物的抗寒性呈線性正相關(guān)[14-16]。細(xì)胞浸出液電導(dǎo)率的變化可以反映質(zhì)膜受傷害的程度，當(dāng)植物受到傷害時(shí)，則引起原生質(zhì)體結(jié)構(gòu)的傷害而引起質(zhì)膜透性的改變[17,18],電導(dǎo)率越大表明植株受傷害愈嚴(yán)重，抗寒性愈弱。植物葉片中的Pro、WSC含量和相對(duì)電導(dǎo)率等反映了植物生理代謝過(guò)程中的自身調(diào)節(jié)能力，其適宜的組合比例是體現(xiàn)植物抗寒性的重要指標(biāo)[19，20]。隨著溫度的降低，耐寒性較強(qiáng)的植物Pro、WSC增加，相對(duì)電導(dǎo)率變化不大。試驗(yàn)中慈姑與澤瀉葉片的Pro和WSC含量隨著低溫脅迫的增加而緩慢積累，積累幅度不盡相同，慈姑大于澤瀉；葉片相對(duì)電導(dǎo)率在低溫脅迫下也有所增加，但澤瀉的增加幅度小于慈姑，說(shuō)明澤瀉葉片細(xì)胞膜受傷程度相對(duì)小一些。通過(guò)綜合分析得出，慈姑的抗寒性比澤瀉強(qiáng)。

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Effects of low temperature stress on leaves ofAlismaorientaleandSagittariasagittifolia

BA Yong-di，ZHANG Jian-qi，ZHAO Feng

(InstituteofgardenResearchofLanzhou，GansuLanzhou730070，China)

The leaves of two alismataceae plants were used to study the changes of soluble sugar, proline content, peroxidase (POD), catalase activity(CAT) and the relative conductivity under the different low temperature stress (0 ℃, -10 ℃, -15 ℃, -20 ℃). The results showed two plants have a significant increase in the activity of POD and CAT at 0 ℃. The activity of POD and CAT decreased with decreasing temperature, and there was no activity of both components at -20 ℃. But, the activity of POD and CAT inS.sagittifoliawere higher than that inA.orientaleat same temperature.With increasing low temperature stress,the contents of relative conductivity, soluble sugar and proline in leaves were increased, but, the extent of increase was different. Baes on the integrated five indexes,the cold resitance ofS.sagittifoliawere stronger thanA.orientale.

cold stress；Alismaorientale；Sagittariasagittifolia；cold hardiness

2014-06-19；

2014-07-17

蘭州市科技局攻關(guān)項(xiàng)目“蘭州地區(qū)濕地適生水生植物引種栽培及應(yīng)用研究”(2010-1-34)資助

巴永娣(1970-)，女，甘肅蘭州市人，工程師，學(xué)士，主要從事園林植物研究工作。 E-mail：bayongdi@126.com 張建旗為通訊作者。

S 567.2

A

1009-5500(2015)02-0077-04