低溫脅迫對俄羅斯大果沙棘抗寒生理指標的影響

吳飛 朱生秀 向江湖 李萬棟

摘要[目的]探討不同低溫條件下，沙棘抗寒生理指標變化及與抗寒性的關(guān)系。[方法]以俄羅斯大果沙棘1年生枝條為試驗材料，通過-30～-10 ℃低溫脅迫處理，測定其含水量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、保護酶活性指標與抗寒性的關(guān)系。[結(jié)果]沙棘在低溫條件下，枝條中自由水/束縛水比值較小，丙二醛含量隨溫度的變化而呈規(guī)律性變化；可溶性糖、可溶性蛋白含量隨溫度呈相反的變化趨勢；隨著溫度的降低，沙棘枝條中保護酶活性增強。[結(jié)論]沙棘應(yīng)對低溫能力較強，通過各生理指標調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定，具有較強的滲透調(diào)節(jié)能力。

關(guān)鍵詞沙棘；低溫脅迫；抗寒指標；滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)；保護酶活性

中圖分類號S793.6；Q945.18文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）10-0013-03

Effects of Low Temperature Stress on Physiological Indexes of Hippophae rhamnoides Hrm.Variety from Russia

WU Fei，ZHU Shengxiu，XIANG Jianghu et al

（Xinjiang Oasis in the Western Ecological Development Co.， Ltd.， Karamay， Xinjiang 834000）

Abstract[Objective] To investigate the physiological indexes of Hippophae rhamnoides and its relationship with cold resistance under the different low temperature.[Method] Oneyear old Russian Hippophae rhamnoides branches was used as experimental materials，and through -30--10 ℃ low temperature stress treatment， measured water content， osmotic adjustment， the relationship protected activity index and cold resistance.[Result] After low temperature treatment， shoots free water / bound water ratio was small， and MDA content changed with temperature regularly； Soluble sugar， soluble protein content with temperature showed the opposite trend； With decreasing temperature， the protection activity of Hippophae rhamnoides increased. [Conclusion] Hippophae rhamnoides has strong cold resistance， regulating system stability through physiological indices， with strong osmotic adjustment ability.

Key wordsHippophae rhamnoides；Low temperature stress；Cold resistance index；Osmotic adjustment；Protective enzyme activity

俄羅斯大果沙棘（Hippophae rhamnoides Linn.variety from Russia）是胡頹子科沙棘屬的多年生落葉灌木，是從俄羅斯引進的優(yōu)良品種[1]。由于其具有廣泛的適應(yīng)性，加之移栽成活率高，生長較快，抗寒性強，耐干旱，耐瘠薄，是防治水土流失、防風固沙、改善生態(tài)環(huán)境的“生態(tài)先鋒樹種”[2-3]。

沙棘品種較多，目前國內(nèi)研究、應(yīng)用較多的是中國沙棘[3]，但由于中國沙棘普通存在枝條刺多、果實小、采摘困難等瓶頸問題，導致沙棘經(jīng)濟效益低，制約了沙棘產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。針對以上問題，國內(nèi)許多科研單位、企業(yè)嘗試從國外引進果大、口感好的沙棘品種，但由于缺乏對引進品種適應(yīng)的研究，導致引進的品種栽植成活率低，區(qū)域適應(yīng)性差，品種在國內(nèi)栽培范圍小，沒有形成規(guī)模。新疆區(qū)域遼闊，區(qū)域氣候差異較大，因此，對于引進品種的適應(yīng)性尤其是對新疆冬季低溫的適應(yīng)性研究顯得極其重要。鑒于此，筆者對俄羅斯大果沙棘品種的1年生休眠枝，利用人工低溫脅迫處理，測定枝條內(nèi)含水量、丙二醛含量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、保護酶活性等生理指標，研究了俄羅斯大果沙棘枝條的幾個抗寒生理指標的變化規(guī)律與抗寒性的關(guān)系，旨在為新疆沙棘栽培品種的選擇及推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地設(shè)在新疆克拉瑪依市大農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)。地處準噶爾盆地北緣，受古爾班通古特沙漠影響，屬典型北溫帶大陸性干燥荒漠氣候，日照時間長，降雨稀少，蒸發(fā)強烈，受大風、浮塵、霜凍威脅重。海拔為270～500 m，地區(qū)溫度年較差34～36 ℃。

1.2試驗材料

2015年9月采樣，以俄羅斯大果沙棘1年生枝條為試材，要求枝條充分成熟，均勻整齊，剪留長度20 cm。用聚乙烯自封袋包好后立即裝入冰盒帶回實驗室。

1.3試驗設(shè)計

將供試材料用自來水和蒸餾水沖洗多次后，用塑料袋分裝好放在4 ℃的低溫冷凍冰箱中冷藏待處理，試驗處理溫度為-10、-15、-20、-25、-30 ℃，在設(shè)定溫度下保持4 h，取出后放在4 ℃冷藏冰箱中解凍，測定其相關(guān)生理生化指標。每個處理設(shè)3個重復。

1.4測定指標與方法

自由水和束縛水的測定參照張志良[4]的方法；丙二醛（MDA）、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸（Pro）含量的測定參照李合生[5]的方法；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性的測定參照李合生[5]的方法。

1.5數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)的采集與處理采用Excel 2010作圖和SPSS 17.0軟件中的LSD多重比較法比較數(shù)據(jù)之間的差異顯著性，數(shù)據(jù)均為平均值。

2結(jié)果與分析

2.1沙棘枝條含水量與抗寒性的關(guān)系

植物組織中的水分以自由水和束縛水2種狀態(tài)存在。由表1可知，沙棘枝條中自由水和束縛水含量的比值與溫度有密切的關(guān)系。隨著處理溫度的減低，沙棘枝條中的總含水量呈逐漸降低的趨勢。在-20～-10 ℃，隨處理溫度的降低，自由水/束縛水比值逐漸下降；在-30～-20 ℃，隨處理溫度的降低，自由水和束縛水含量緩慢下降，但自由水/束縛水比值幾乎不發(fā)生變化。沙棘枝條中自由水/束縛水比值較低，說明細胞液濃度高，保水能力強，抗寒能力較強。

2.2沙棘枝條細胞膜變化與抗寒性的關(guān)系

膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA含量的高低與細胞膜的傷害程度在一定程度上呈正相關(guān)。由圖1可知，當溫度在-20～-10 ℃的變化過程中，MDA含量表現(xiàn)緩慢降低的趨勢，但變化幅度較小，之后隨著處理溫度的降低，溫度在-25～-20 ℃時沙棘枝條中MDA含量急劇降低，溫度在-30～-25 ℃時增幅減小，溫度在-30 ℃時表現(xiàn)為最高，為0.18 mmol/g。在不同低溫變化過程中，沙棘枝條中MDA含量的變化不同。

表3結(jié)論與討論

生理生化指標如自由水、束縛水、可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸等都與植物抗寒性有密切關(guān)系。該研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過低溫脅迫，俄羅斯大果沙棘枝條中各生理指標均會發(fā)生一定的改變。在整個低溫變化過程中，俄羅斯大果沙棘枝條中的水分含量在46%以上，自由水/束縛水比值較低，表現(xiàn)出較高的抗低溫脅迫能力。這與郭修武等[6]的研究結(jié)果“抗寒力強的株系保水能力強，抗寒力弱的保水能力差”一致。丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，對質(zhì)膜有毒害作用，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度[7-8]。該研究中，隨著處理溫度的降低，沙棘枝條中MDA含量逐漸增加，這與曹建東等[9]在葡萄上的研究結(jié)果一致。

在逆境條件下，植物細胞會積累大量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來調(diào)節(jié)細胞質(zhì)的滲透勢，賦予植物滲透調(diào)節(jié)的能力以防止細胞過度失水[10]。可溶性糖和可溶性蛋白是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，該試驗結(jié)果表明，隨著處理溫度的降低，俄羅斯大果沙棘枝條中可溶性糖表現(xiàn)為先升高后緩慢降低的趨勢，而可溶性蛋白的含量表現(xiàn)先降低后升高的趨勢，二者變化表現(xiàn)相反的變化趨勢，維持細胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)平衡。

游離脯氨酸含量長期以來一直作為植物抗寒鑒定指標之一，是植物細胞質(zhì)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，能防止活性氧對膜脂的過氧化作用[11]。其含量的變化是植物對逆境條件的一種適應(yīng)性變化或者自衛(wèi)反應(yīng)，植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性[12]。該研究結(jié)果表明，俄羅斯大果沙棘枝條中脯氨酸含量隨溫度的降低先降低，后隨溫度的降低持續(xù)上升，但均維持一個較低水平，說明俄羅斯大果沙棘應(yīng)對低溫的能力較強，使?jié)B透調(diào)節(jié)系統(tǒng)維持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，保證俄羅斯大果沙棘抵抗低溫的能力。

超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）被稱為植物細胞防御系統(tǒng)的保護酶。植物抗寒性的高低與細胞防御自由基保護系統(tǒng)能力的高低密切相關(guān)[13]。該研究結(jié)果表明，俄羅斯大果沙棘枝條中保護酶在植物體內(nèi)的濃度和活性的高低與植物的抗寒性強弱有密切的關(guān)系，脅迫溫度較高時，沙棘枝條SOD、POD活性升高；隨著溫度的降低，SOD、POD活性開始降低，表明脅迫溫度較高時，酶活性升高，清除體內(nèi)自由基能力強，膜傷害程度低，但隨著脅迫加重，酶活性降低，體內(nèi)自由基積累量增加，膜傷害加重，沙棘受到低溫傷害。

綜上所述，在低溫脅迫條件下，俄羅斯大果沙棘表現(xiàn)較強的抗寒性，溫度在-30～-10 ℃時，枝條中的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加，保護酶活性表現(xiàn)不規(guī)律變化，維持滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)平衡，降低細胞膜受害程度。

45卷10期吳 飛等低溫脅迫對俄羅斯大果沙棘抗寒生理指標的影響

參考文獻

[1] 葉激華，崔大練，馬玉心.干旱脅迫下俄羅斯大果沙棘生長特性的研究[J].吉林師范大學學報（自然科學版），2009，30（2）：49-52.

[2] 王晶晶，鄭強卿，李銘，等.自然條件下沙棘抗寒指標與抗寒性關(guān)系的研究[J].林業(yè)實用技術(shù)，2012（2）：7-9.

[3] 楊志剛，盧順光，趙梅霞.沙棘屬植物的生物化學和藥理學研究綜述[J].國際沙棘研究與開發(fā)，2005，3（4）：1-8.

[4] 張志良.植物生理學實驗指導[M].北京：高等教育出版社，2010：36-49.

[5] 李合生.植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2003：164-260.

[6] 郭修武，傅望衡，王光潔.葡萄根系抗寒性的研究[J].園藝學報，1989，16（1）：17-22.

[7] SHINOZAKI K，YAMAGUCHISHINOZAKI K，SEKI M.Regulatory network of gene expression in the drought and cold s tress responses[J].Curr Opin Plant Biel，2003，6（5）：410-417.

[8] 柯世省，楊敏文.水分脅迫對云錦杜鵑抗氧化系統(tǒng)和脂類過氧化的影響[J].園藝學報，2007，34（5）：1217-1222.

[9] 曹建東，陳佰鴻，王利軍，等.葡萄抗寒性生理指標篩選及其評價[J].西北植物學報，2010，30（11）：2232-2239.

[10] 邱乾棟，呂曉貞，臧德奎，等.植物抗寒生理研究進展[J].山東農(nóng)業(yè)科學，2009（8）：53-57.

[11] 南麗麗，師尚禮，陳建綱，等.不同根型苜蓿根系對低溫脅迫的響應(yīng)及其抗寒性評價[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2011，19（3）：619-625.

[12] 許興，鄭國琦，鄧西平，等.不同基因型小麥幼苗抗旱抗鹽性比較研究[J].西北植物學報，2002，22（5）：1122-1135.

[13] 張中華，楊建平，陳圣棟，等.低溫脅迫對韭菜膜透性及保護酶活性的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學報，2006，15（2）：124-127.