低溫脅迫對陽光毛白楊生理特性的影響

鄒原東，石進朝，李彥俠，徐 琰

（北京農業職業學院園藝系，北京102442）

毛白楊（Populus tomentosa L.）是楊柳科楊屬落葉大喬木，是北京城鄉綠化、速生豐產林、防護林和行道河渠綠化的好樹種。生長快，樹干通直挺拔，適應性強，主根和側根發達，枝葉茂密。它具有喜光、耐寒、耐旱、耐濕、耐鹽堿、抗風沙、抗逆性極強、萌芽性強、根系發達、適應性強、管理粗放等特點，黏土、壤土、沙壤上或低濕輕度鹽堿土均能生長。

北京農業職業學院陽光毛白楊快速繁殖與生態適應性研究團隊經過多年觀察，于2016 年發現了雄性毛白楊的芽變種——“陽光毛白楊”（Populus tomentosa 'SUNNY'）。春季芽金黃色，新生葉片全年金黃色，老葉漸變綠。陽光毛白楊的誕生為北京園林綠化增彩延綠工程的實施，增加了一個彩色喬木樹種。

為探究陽光毛白楊的低溫適應能力，本試驗以毛白楊為對照，在人工低溫下對2 種毛白楊的丙二醛含量、滲透調節物質進行測定，比較了兩品種之間的生理性差異，為科學合理利用北京地區這一彩色植物新材料奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本試驗材料為北京農業職業學院實訓基地自然生長的陽光毛白楊和毛白楊，毛白楊為對照。

1.2 試驗方法

2019 年5 月分別選取2 年生陽光毛白楊和普通毛白楊枝條幼嫩枝條100 根進行扦插，觀察兩品種的生根情況。9 月選取成活枝條進行試驗，試驗前將苗木澆足水，移至室內放置2 d，吸干水分后用托盤置于SPX-250B-G 型光照培養箱中。將光照時間調至白天/夜晚為12 h/12 h，光照強度為2 500 lx，相對濕度為60%～70%，箱內溫度調至5 ℃，并以此溫度為對照溫度，恒溫培養48 h 后分別取出3 個枝條進行 0、-5、-10、-15 ℃變溫培養，每個溫度下設3 次重復，恒溫培養24 h 后進行取樣測定。

1.3 測定項目及方法

取枝條的中間部位進行測定。MDA 的測定采用TBA 比色法[1]?？扇苄蕴呛繙y定采用硫酸- 蒽酮比色法[2]?？扇苄缘鞍缀繙y定采用考馬斯亮藍G-250 法[2]。脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮顯色法[3]。

1.4 數據分析

數據采用Excel 2007 制圖，并用統計軟件SPSS 19.0 進行方差分析和LSD 檢驗。

2 結果與分析

2.1 低溫對2 種毛白楊MDA 的影響

表1 不同品種MDA 均值比較及顯著性分析 μmol/g

丙二醛（MDA）含量的高低可以反映出植物在逆境脅迫下的膜脂過氧化程度[4]。從圖1 可以看出，低溫對陽光毛白楊和毛白楊MDA 含量有影響，隨著溫度的降低，2 個品種的MDA 含量逐漸升高。對陽光毛白楊而言，MDA 的數值隨著溫度的降低而升高；和0 ℃相比，-10 ℃下MDA 含量的增長最快。從品種來看，在同一溫度下，陽光毛白楊和毛白楊的MDA 含量差別不大，5 ℃下毛白楊比陽光毛白楊高出9.84%，隨著溫度的降低，差距逐漸收窄，在-15 ℃下，差距縮小到0.94%。方差分析（表1）表明，2 個品種不同溫度下的MDA 含量差異都達極顯著水平（P＜0.01）。

2.2 低溫對2 種毛白楊滲透調節物質含量的影響

可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等滲透調節物質的含量在植物處于逆境條件下普遍升高，是植物體對外界環境變化的一種應激反應，是植物組織啟動保護機制的一種信號，它們升高的幅度受品種、逆境時間的影響[5-7]。

2.2.1 可溶性糖含量的變化 從圖2 可以看出，隨著溫度的降低，可溶性糖含量升高，并且2 個品種的表現一致。從陽光毛白楊的變化可以看出，5～-5 ℃下的可溶性糖含量增加平緩，最大增加值達到31.2%；-10、-15 ℃下的可溶性糖含量與其他溫度下相比，增加量較大，-15 ℃的可溶性糖含量與5 ℃下相比增加了104.80%。對毛白楊而言，5 種溫度下的可溶性糖含量的變化趨勢與陽光毛白楊相似，-5 ℃下的含量變化增加值分別比5、0 ℃增加1.65%和10.04%，而在-10 ℃下的含量上升明顯，較-5 ℃的增加47.70%，之后又趨向平緩，-15 ℃下的含量比-10 ℃的增加了15.21%。2 個品種間比較，不同溫度下陽光毛白楊的可溶性糖含量高于毛白楊的含量；最小差距在5 ℃，僅為2.23%，最大在-5 ℃，為 21.89%。

方差分析（表2）表明，陽光毛白楊在-10、-15 ℃下的可溶性糖含量與0、5 ℃的相比差異極顯著（P＜0.01），毛白楊在 -10、-15 ℃下的可溶性糖含量與其他溫度下的相比差異極顯著（P＜0.01）；2 個品種間差異極顯著（P＜0.01）。

表2 不同品種可溶性糖均值比較及顯著性分析 mg/g

2.2.2 可溶性蛋白含量的變化 從圖3 可以看出，陽光毛白楊的可溶性蛋白含量隨著溫度的降低呈現直線增長，0、5 ℃相比含量翻倍。對毛白楊而言，0 ℃下的含量比5 ℃下的增加了122.49%，但是，-5 ℃下的含量和0 ℃下的相比幾乎持平，僅增加4.41%；當溫度達到-10、-15 ℃，含量又顯著上升。陽光毛白楊和毛白楊之間的差距較為明顯，前者的可溶性蛋白含量高于后者，差別較大的幾個溫度是-5、-10、-15 ℃，達到 27.15%、22.75%和 8.66%。方差分析（表3）表明，毛白楊在-15 ℃下的可溶性蛋白含量與其他溫度相比差異極顯著（P＜0.01），其他溫度下的可溶性蛋白含量與5 ℃的相比差異極顯著（P＜0.01）；陽光毛白楊不同溫度下的MDA 含量差異極顯著（P＜0.01）；2 個品種間差異顯著（P＜0.05）。

表3 不同品種可溶性蛋白均值比較及顯著性分析 mg/g

2.2.3 脯氨酸含量的變化 從圖4 可以看出，隨著溫度的降低，陽光毛白楊和毛白楊的脯氨酸含量變化趨勢一致，都呈現高溫快速增加，中溫緩慢上升，低溫翻倍增加的趨勢。在0 ℃時，脯氨酸含量增加較多，隨著溫度的降低，脯氨酸含量緩慢上升，-10 ℃時，脯氨酸含量近乎翻倍，2 個品種的脯氨酸含量和最初的5 ℃下的含量相比分別增加了94.49%和87.26%，但是溫度在下降至-15 ℃，脯氨酸含量極速增加，2 個品種的脯氨酸含量與-10 ℃下的含量相比分別增加了57.2%和48.80%，與5 ℃下的含量相比分別增加了205.74%和178.64%。不同溫度下陽光毛白楊的脯氨酸含量高于毛白楊，二者間差別較大的在-5、-15 ℃，分別為15.14%和12.29%。方差分析（表4）表明，陽光毛白楊在-10、-15 ℃下的脯氨酸含量與0、5 ℃的相比差異極顯著（P＜0.01），毛白楊在-15 ℃下的脯氨酸含量與其他溫度下的相比差異極顯著（P＜0.01）；品種間差異顯著（P＜0.05）。

表4 不同品種脯氨酸均值比較及顯著性分析 μg/g

3 結論與討論

許多研究表明，當植物在遭受低溫、冷害逆境脅迫時，MDA 含量顯著升高，并且伴隨著升高的幅度來反映植物體內細胞膜受傷害程度以及抵御低溫傷害的能力?？购詮姷钠贩N中其根系發達，細胞膜滲透調節能力稍強，在一定低溫范圍內保持較低MDA 含量水平[8-10]。高樹濤等[11]研究發現，受低溫凍害程度較大的女貞枝條中MDA 含量較高，抗寒性與MDA 含量呈顯著負相關。本研究表明，在低溫脅迫下，陽光毛白楊與毛白楊的膜脂過氧化反應加劇，MDA 含量相應的增加，但兩品種之間在相同溫度范圍內MDA 增加值存在顯著差異，這與魏雙霞等[12]的研究結果一致。

植物在受到逆境脅迫時，細胞內滲透調節物質的含量會產生變化，而變化的范圍及幅度也反映出植物體不同組織、器官遭受逆境傷害的程度；不同品種、地區環境的差異以及植物處于逆境脅迫的時間都會影響其體內滲透調節物質的相應變化。張林平等[13]通過對甘草在NaCl 脅迫下滲透調節物質的變化研究發現，甘草根葉中可溶性糖、可溶性蛋白質、游離脯氨酸含量隨著NaCl 濃度的增加而上升，而積累量不完全隨著脅迫時間的延長而增加。胡艷等[14]研究發現，在遭受干旱脅迫下，黑果腺肋花楸葉片的可溶性糖含量和脯氨酸含量相應增加，細胞內部滲透壓下降，在一定程度上緩解因為脅迫對植物組織的影響，使植物體在可控范圍內能夠正常生長。阿迪力·阿卜來提等[15]研究認為，不同溫度處理下酸棗枝條滲透調節物質的增加與自身抗逆性有關，能顯著反映酸棗枝條抵御低溫脅迫的能力。本研究表明，隨著溫度的降低，陽光毛白楊3 類滲透調節物質含量增加，可溶性糖含量在-5～5 ℃增加平緩，之后上升較為迅速；可溶性蛋白增加量呈直線上升趨勢；脯氨酸含量在5～-10 ℃平穩增加，隨著溫度繼續降低，增加量迅速攀升。當植物受到低溫脅迫，細胞水勢有上升的風險，造成組織脫水，可溶性糖和可溶性蛋白增加，在一定程度上降低水勢，提高細胞的滲透式以及相關保護酶的活性，減緩應激反應，加強細胞間分子的連接緊密性，抵御寒冷逆境造成的影響。從本研究也可以看出，當2 種毛白楊受到低溫脅迫時，脯氨酸含量增加，積累敏感性隨著溫度的降低而提高，蛋白質溶解性能增強，水合滲透調節能力提高，在較低溫度下可保護細胞不受損傷，提高抗寒能力。隨著溫度的持續降低，陽光毛白楊比毛白楊具有較高的低溫抵抗能力。

一個植物新品種是否能抵抗低溫寒冷的影響，要看綜合評價指標，除了從生理方面進行研究外，還要從其長勢、生長的外界環境、栽培管理等綜合方面來觀察，還要結合多年連續指標進行綜合評定。本研究僅從可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸等滲透調節物質以及丙二醛等生理指標來研究陽光毛白楊的抗寒性，以后應加強其他方面的研究。