湖南省石漠化地區常綠藤本植物抗寒性研究初探

李益鋒，張朝輝，姜放軍，鄧沛怡

（湖南生物機電職業技術學院，湖南 長沙 410127）

湖南省石漠化地區常綠藤本植物抗寒性研究初探

李益鋒，張朝輝，姜放軍，鄧沛怡

（湖南生物機電職業技術學院，湖南 長沙 410127）

為研究目前應用于石漠化治理的常綠藤本植物抗寒適應性，以6種2 a生離體枝條為試材，測定不同低溫處理葉片的電解質滲出率，可溶性蛋白質和丙二醛（MDA）的含量，以及超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）的活性。結果表明：低溫脅迫下6種常綠藤本植物葉片的電解質滲出率呈明顯的“S”型上升趨勢，擬合Logistic方程得出6種常綠藤本植物半致死溫度（LT50）；隨著溫度的降低，葉片內MDA含量持續上升，可溶性蛋白質含量、SOD活性表現出先升后降的趨勢，絡石和皺葉忍冬的CAT活性一直維持較低水平而其他常綠藤本植物顯著高于對照，POD活性總體呈上升趨勢。根據隸屬函數法，求出隸屬函數值，判定6種常綠藤本植物均可在湖南用于石漠化治理，而常春油麻藤和皺葉忍冬在湘北及湘西應用時需謹慎。

石漠化治理；低溫脅迫；常綠藤本植物；抗寒性指標；隸屬函數法

湖南省石漠化土地面積14 788.62 km2，潛在石漠化土地面積14 359.68 km2，兩者占全省土地總面積的17.6%，石漠化嚴重程度在西南8省區市中排在第四位，成為湖南省最為嚴重的生態問題之一［1-2］。木質藤本植物根系較深，是石漠化山地生態重建的理想植物材料［3-5］，因此開展適合石漠化地區植被恢復的藤本植物抗寒性研究，篩選出適合該地區極端低溫條件下生長的藤本植物，對石漠化治理具有重要的理論意義和實際價值。對于藤本植物的抗寒性，已有不少學者做了研究［6-10］，從分析結果看，同種藤本植物抗寒性指標各不相同，說明不同區域的藤本植物可能存在較大的基因型差異。研究在形態學觀察［4］和抗旱性篩選基礎上［11-12］選擇6種湖南本地常綠木質藤本，分析其抗寒性相關指標變化趨勢和規律，為湖南省石漠化>治理藤類選擇、栽培養護提供理論依據。

1 材料與方法

1.1供試材料

扶芳藤［Euonymus fortunei （Turcz.） Hand.-Mazz.］、常春藤［Hedera nepalensis K. Koch var. sinensis （Tobl.）Rehd.］、常春油麻藤（Mucuna sempervirens Hemsl.）、絡石［Trachelospermum jasminoides （Lindl.） Lem.］、薜荔（Ficus pumila Linn.）、皺葉忍冬（Lonicera rhytidophylla Hand.-Mazz.）。6種藤本植物均為湖南生物機電職業技術學院藤本植物研究所2 a生扦插苗。經過低溫鍛煉后，于2016年1月下旬選擇生長良好、長勢基本一致的植株進行試驗。

1.2試驗方法

下午約6：00，截取每種藤本植物中部發育正常的枝條60根，自來水洗凈、擦干后隨機平分為6組，密封入保鮮袋中，分別放入6臺植物生長箱及控溫冰箱中進行人工冷凍處理，溫度設置為5、0、-5、-10、-15、-20和-25℃，24 h后，置于5℃冰箱內回溫恢復0.5～3 h。對不同處理的枝條，選取中部正常的功能葉片，混合采樣，每個處理取20片，分別測定相關抗寒生理指標。

1.3測定項目與方法

1.3.1相對電導率的測定［13］各處理隨機選取10片葉片，用直徑1 cm的打孔器打成規格相同的小圓片，用去離子水沖洗3次，再用濾紙吸干表面水分。將打好的小圓片每份3片放入50 mL的具塞試管中，加入25 mL去離子水，在ZD-3震蕩器上浸泡2 h，用DDSJ-308A型電導儀測定電導率，然后將樣品管置于沸水中煮沸15 min，使質膜完全破壞，取出在自來水中冷卻至室溫后再次測定電導率，以不加葉片只加去離子水測定作空白對照。電解質滲出率=（處理電導率值-本底電導率值）/（處理煮沸后電導率值-本底電導率值）×100。

1.3.2可溶性蛋白質（Prot）含量的測定采用考馬斯亮蘭法［13］。

1.3.3丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）的測定 準確稱取葉片組織0.4 g，按試劑盒說明書方法測定各指標。試劑盒購于南京建成生物工程研究所，使用Infinite 200Pro酶標儀測定，每個處理重復3次。

1.4數據分析

綜合各項指標用隸屬函數法進行抗寒性評價［14］。各指標變化具有連續性質，故采用連續性質的隸屬度函數。相對電導率、MDA采用降型分布函數：U（Xij）=1-（Xij-Ximin）/（Ximax-Ximin）；可溶性蛋白、SOD、POD和CAT采用升型分布函數：（Xij-Ximin）/（Ximax-Ximin），其中U（Xij）表示各指標的隸屬度值，Xij為各材料的指標測定值，Ximin、Ximax為各材料中第i項測定指標的最小值和最大值。采用SAS 6.12進行方差分析，Excel 2007作圖。

2 結果與分析

2.1低溫脅迫對常綠藤本植物電解質滲透的影響

植物細胞膜的結構受到低溫脅迫后會遭受破壞，破壞的程度隨低溫脅迫的加劇而增加，因此，比較相同低溫脅迫水平下不同植物電解質外滲率的大小，是間接評價植物應對低溫脅迫能力的一種有效途徑［15-16］。常綠藤本植物葉片經不同低溫處理后，電解質滲出率（見表1）呈明顯的“S”型上升趨勢。溫度降低到0℃，對大部分種類葉片電解質的滲出率影響不大；溫度降低到0℃以下時，6種常綠藤本植物對低溫脅迫的反應分為三類。第一類為前急后緩型，如常春油麻藤和皺葉忍冬在-5～0℃躍變，電解質滲出率分別增加了156.17%、191.38%、，以后變化趨緩；第二類為平緩型，如常春藤和薜荔，電解質滲出率變化相對較小，其值在-10～-5℃發生躍變，分別增加了116.92%、113.01%；第三類為前緩后急型，如扶芳藤和絡石的電解質滲出率在前期變化不大，-15～-10℃躍變，其值分別增加了156.66%、116.77%。

表1　低溫脅迫對6種藤本植物葉片電解質滲出率的影響

對電解質滲出率配以Logistic方程，得出6種常綠藤本植物的半致死溫度LT50（見表1）。結果顯示，多數在電解質滲出率出現躍變后達到半致死溫度，其中前急后緩型的LT50最高，在-10～-9℃之間；平緩型的居中，在-20～-15℃之間；前緩后急型的LT50最低，在-24～-22℃之間，充分顯示了植物抗寒力與電解質滲透率的相關性，抗寒力越強的藤本植物其電解質滲透率躍變溫度及LT50越低。

2.2低溫脅迫下常綠藤本植物可溶性蛋白含量的變化

圖1表明，常綠藤本植物可溶性蛋白含量隨著溫度的下降總體表現出先升后降的趨勢，但不同種類對低溫的反應差異極顯著（P＜0.01）。-10℃時常春油麻藤與常春藤，-15℃時扶芳藤與絡石，-20℃時皺葉忍冬均出現一峰值。常春油麻藤可溶性蛋白含量一直居高，但相對增幅較小（112.46%）；扶芳藤與薜荔的可溶性蛋白含量一直最低，相對增幅分別為513.36%和297.04%；皺葉忍冬對低溫的反應最強烈，相對增幅最大，達932.54%。可溶性蛋白含量相對增幅從大到小依次為皺葉忍冬＞常春藤＞扶芳藤＞絡石＞薜荔＞常春油麻藤。

2.3低溫脅迫下常綠藤本植物MDA含量的變化

植物在低溫脅迫條件下，細胞中的活性氧積累發生膜脂過氧化反應，導致其產物MDA的產生和積累。從圖2可見，常綠藤本植物葉片的MDA含量隨著溫度的降低而持續上升。其中皺葉忍冬的含量及增幅均顯著高于其他5種，而薜荔則始終處于較低水平；扶芳藤在-5℃出現峰值，-15℃以后增幅較大；常春藤、常春油麻藤與絡石差異不顯著。植物細胞中MDA含量增幅越小，說明其膜脂過氧化越少，其抗寒性越強，從丙二醛的含量變化來看，6種常綠藤本植物中薜荔的抗寒性最強，常春藤、常春油麻藤與絡石居中，扶芳藤其次，皺葉忍冬最弱。

圖1　低溫對可溶性蛋白含量的影響

圖2　低溫對MDA含量的影響

2.4低溫脅迫對常綠藤本植物SOD活性的影響

SOD活性被認為是衡量植物抗寒性高低的重要指標，它能清除植物體內多余的超氧根陰離子［13］。從圖3可以看出，隨著溫度下降，常綠藤本植物的SOD活性總體表現為先增后降的趨勢。溫度降到-15℃常春藤、常春油麻藤、薜荔和皺葉忍冬出現峰值，-20℃扶芳藤出現峰值；絡石的SOD活性最高并一直保持上升趨勢。就相對增幅而言，常春油麻藤和皺葉忍冬最大，分別到達201.03%、201.75%，常春藤和絡石最小，分別為162.32%、121.34%，扶芳藤和薜荔居中，種類間差異極顯著（P＜0.01）。

2.5低溫脅迫對常綠藤本植物CAT活性的影響

由圖4可知，經低溫脅迫后，6種常綠藤本植物葉片CAT活性變化趨勢和變化幅度均不相同。0℃以上時，6種常綠藤本植物葉片CAT活性變幅不大，除薜荔外，其他5種的差異也不顯著（P＞0.05）；0℃以下時則變幅加劇，種間差異也達到了極顯著（P＜0.01）。-5～0℃，薜荔和扶芳藤躍變；-10～-5℃，常春油麻藤躍變；-20～-15℃，常春藤躍變，而絡石和皺葉忍冬的CAT活性一直維持較低水平。

圖3　低溫對SOD活性的影響

圖4　低溫對CAT活性的影響

2.6低溫脅迫對常綠藤本植物POD活性的影響

由圖5可知，經低溫脅迫后，6種常綠藤本植物葉片POD活性總體呈上升趨勢但變化幅度各不相同。扶芳藤、薜荔、常春油麻藤和絡石的過氧化物酶活性隨溫度的降低而持續升高，變幅較大，而常春藤和皺葉忍冬分別在-5℃和-10℃出現一個峰值，隨后繼續升高，且相對變幅最小，分別為347.79%、454.47%。對6種常綠藤本植物作方差分析表明，種類間及溫度間差異極顯著（P＜0.01）。

圖5　低溫對POD活性的影響

2.7應用隸屬函數法對抗寒性的綜合評價

植物抗寒性是由眾多數量、質量遺傳基因綜合作用累加的結果，每一個與抗寒性有關的性狀對抗寒性都起一定的作用，但每種作用都是微效的［17］，用多個指標綜合評價藤本植物的抗寒性才較為可靠。因為各抗寒生理指標的性質和單位不具可比性，因此，需要對這些指標進行標準數量化。試驗綜合各項指標的平均隸屬度（表2），判定6種常綠藤本植物抗寒性強弱的排序為：絡石＞扶芳藤＞常春藤＞薜荔＞常春油麻藤＞皺葉忍冬。

表2　低溫脅迫條件下各測定指標的隸屬函數值

3 討 論

研究證實了測定外滲液電導率的變化可以反映質膜的傷害程度和所測材料抗逆性的大小［13］，是衡量植物抗寒性的可靠指標。根據常綠藤本植物在低溫脅迫逐步加重的過程中其外滲液電導率的變化快慢，可分為前急后緩、平緩和前緩后急三種類型，抗寒性越強的植物其外滲液電導率在前期的變化越慢。一般來說，在相同低溫脅迫條件下，可溶性蛋白作為植物細胞內重要的滲透調節物質，其含量越高，植物體的抗寒性也就越強［15］，在試驗中，可溶性蛋白含量較高的常春油麻藤的抗寒性比蛋白質含量低的薜荔弱，這可能與不同種間對低溫脅迫的防御機制不同有關。

在低溫脅迫條件下，植物往往會發生膜脂過氧化作用，其產物MDA對細胞具有很強的毒性，而CAT和POD是過氧化氫的解毒劑、CAT和SOD是植物體內酶促防御系統的保護酶［13］，它們活性的變化與MDA的積累可能存在關系。試驗表明，在低溫輕度脅迫條件下，SOD、POD、CAT活性增加，盡管MDA同時上升，但酶活性的提高加速了氧自由基的清除，酶促防御系統也得到了有效保護，細胞傷害較小；隨著脅迫加重，MDA的累積抑制了SOD、POD、CAT的活性，使其下降，喪失了保護酶促防御系統的功能，造成膜脂過氧化作用加強，細胞傷害加大，這可能就是低溫脅迫下植物主要的生理反應及損傷機理。這一反應是一個協同作用的復雜過程，僅以某項測定指標難以判定其抗寒性的大小，必須進行綜合分析。

通過抗寒性綜合評價，經研究認為這6種常綠藤本植物均可在湘中、湘南地區用于石漠化治理，不會發生凍害；湘北及湘西歷史極端低溫曾低至-10℃以下，常春油麻藤和皺葉忍冬的應用需謹慎。

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（責任編輯：肖彥資）

Preliminary Study on Cold-Resistant Of Ever Green Lianas in Rocky Desertification Area of Hunan

LI Yi-feng，ZHANG Zhao-hui，JIANG Fang-jun，DENG Pei-yi
（Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic College， Changsha 410127， PRC）

In order to study cold resistant adaptability of ever green lianas for application of rocky desertification control， using six species two-year cutting branches as test material， determined electrolyte leakage rate of leaves at different low temperature treatment， the content of soluble protein and malondialdehyde （MDA）， and the activity of superoxide dismutase （SOD）， peroxidase （POD） and catalase （CAT）. The results showed that， electrolyte leakage rate of six species ever green lianas leaves showed a marked “S” type upward trend， and the semi-lethal temperature （L50） of the six species could be calculated according to the Logistic equation； with the decrease of temperature，the content of MDA in leaves increased continuously， and the soluble protein content and SOD activity showed the trend of first increasing and then decreasing， the activity of CAT maintained a low level in Trachelospermum jasminoides and Lonicera rhytidophylla， but in the others， it was significant higher than that in the control， POD activity showed an overall upward trend. According to subordination function method， obtained the value and determined 6 species of ever green lianas can be used for rocky desertification control in Hunan， but Mucuna sempervirens and Lonicera rhytidophylla should be used carefully in the north and west of Hunan.

rocky desertification control； low temperature stress； ever green lianas； cold resistance index； subordination function method

Q945.78

A

1006-060X（2016）08-0031-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.08.010

2016-05-27

湖南省科技計劃一般項目（2012ZK3115）

李益鋒（1971-），男，湖南益陽市人，副教授，從事作物栽培科研與教學工作。