蒙古沙棘和中國沙棘的耐寒性比較

寇 權，范小峰，豆博強，趙寶鵬

(1.黃河水利委員會 西峰水土保持科學試驗站，甘肅 慶陽 745000；2.甘肅省高校隴東生物資源保護與利用省級重點實驗室，甘肅 慶陽 745000)

沙棘屬于胡頹子科沙棘屬落葉灌木或小喬木，耐旱、抗風沙，可以在鹽堿化土地上生存，是我國水土保持植被建設中的重要樹種，在防治水土流失、防風固沙、改善生態環境方面發揮著積極作用。沙棘為藥食同源植物，可廣泛應用于食品、醫藥、輕工、航天、農牧漁業等國民經濟的許多領域。前人對沙棘的研究主要側重于育苗和栽培[1]、逆境生理[2]、成分分析[3]等方面，本試驗以中國沙棘(Hippophaerhamnoidessubsp.sinensisRousi)和蒙古沙棘(Hippophaerhamnoidessubsp.mongolicaRousi)為材料，通過測定兩種沙棘葉片的相對含水量、電導率、丙二醛含量、滲透調節物質(游離脯氨酸、可溶性蛋白及可溶性糖)含量及抗氧化酶(超氧化物歧化酶、過氧化物酶及過氧化氫酶)活性等生理指標，比較兩種沙棘的耐寒性，以期為篩選適合本土種植的沙棘品種并進行大面積推廣提供理論依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

以5年生蒙古沙棘(丘伊斯克)和中國沙棘同一部位的新鮮葉片為供試材料，材料來源于甘肅省慶陽市華池縣山莊鄉大莊村陽坬溝門，取材時間為2020年11月28日，白天最高溫度為4 ℃，夜晚最低溫度為-8 ℃，日平均溫度為2 ℃。

華池縣地處東經107°29′～108°33′、北緯36°07′～36°51′之間，位于隴東黃土高原殘塬丘陵溝壑區，海拔1 100～1 780 m。該地晝夜溫差大，年平均氣溫7.8 ℃，年極端高氣溫可達38 ℃，年極端低氣溫-26.5 ℃，無霜期140～180 d，年降水量380～510 mm，降水主要集中在7—9月，氣候類型為溫帶大陸性季風氣候。

1.2 試驗方法

1.2.1 含水量的測定

將采摘好的沙棘葉片取出，用蒸餾水洗凈沙棘葉面，分別測定兩種不同沙棘葉片的鮮質量和干質量。測定干質量時，采用烘干法，先用105 ℃烘干30 min，再用75 ℃烘至恒定質量。

1.2.2 相關生理指標的測定

質膜透性參照電導率法測定；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT光化還原法測定；過氧化氫酶(CAT)活性和葉綠素含量參照李合生[4]的方法測定；過氧化物酶(POD)活性用愈創木酚法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定；可溶性蛋白含量參照BRADFORD[5]的方法測定。

1.3 數據統計及處理

以蒙古沙棘和中國沙棘作為試驗對象，分2組，每組均設6個平行試驗，序號為Ⅰ～Ⅵ。通過Excel 2010和SPSS 20.0進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 低溫對蒙古沙棘與中國沙棘葉片含水量、葉綠素含量的影響

低溫脅迫過程中沙棘葉片質量的變化能直接反映沙棘的受傷害程度。植株在受到寒冷脅迫時，束縛水含量增加，自由水含量減少，受到寒冷脅迫的植株由于親水膠體的含量增加，可以吸附更多的水，同時自由水的含量會逐漸降低，這樣就會使原生質不易脫水、凝固，也不易結冰。如圖1所示，在低溫條件下，6個平行試驗中蒙古沙棘的含水量均低于中國沙棘，且呈現出顯著差異(0.01

圖1 蒙古沙棘與中國沙棘的含水量、葉綠素含量比較

葉綠素在植物光合作用中起捕獲光能的重要作用，它的含量直接影響到植物光合作用能力的強弱。由圖1可以看出，兩種沙棘受到相同條件的寒冷脅迫時，中國沙棘的葉綠素含量明顯比蒙古沙棘低，且兩種沙棘的葉綠素含量呈現顯著差異(0.01

2.2 低溫對蒙古沙棘和中國沙棘抗氧化酶活性的影響

表1顯示，在低溫脅迫下蒙古沙棘葉片內的SOD、CAT和POD活性均高于中國沙棘。經對3種抗氧化酶的活性做成對樣本t檢驗，結果顯示：兩種沙棘的SOD、CAT活性呈顯著差異(0.01

表1 低溫條件下蒙古沙棘和中國沙棘的抗氧化酶活性對照

2.3 低溫對蒙古沙棘和中國沙棘滲透調節物質的影響

脯氨酸在植物體內起滲透調節的作用，對提高逆境脅迫的耐受性有著很重要的作用。沙棘在低溫脅迫情況下，植株體內會積累大量的脯氨酸，沙棘體內游離輔氨酸含量的增加是其抗低溫脅迫的一種保護措施。表2顯示，低溫脅迫下的蒙古沙棘脯氨酸含量高于中國沙棘。通過對兩種沙棘的游離脯氨酸含量做成對樣本t檢驗，結果顯示兩種沙棘葉片的游離脯氨酸含量呈顯著差異(0.01

表2 蒙古沙棘和中國沙棘的滲透調節物質含量對照

低溫環境下植物細胞中各類滲透調節物質(可溶性蛋白、可溶性糖等)的增加量和積累速度與自身抗寒性密切相關。低溫脅迫下沙棘體內會合成更多的可溶性糖和可溶性蛋白質等滲透調節物質，以此來提高細胞液濃度，維持細胞內外滲透壓平衡，提升自身的抗寒能力，用以應對低溫脅迫造成的傷害。通過對兩種供試沙棘葉片內的滲透調節物質(可溶性蛋白、可溶性糖)做獨立樣本t檢驗，結果顯示兩種沙棘葉片內的滲透調節物質可溶性蛋白和可溶性糖都呈極顯著差異(P<0.01)，蒙古沙棘體內的滲透調節物質明顯高于中國沙棘，說明蒙古沙棘具有更強的耐寒性。

2.4 低溫對蒙古沙棘和中國沙棘丙二醛和質膜透性的影響

丙二醛(MDA)含量和質膜透性(以相對電導率表示)均能間接反映細胞膜的受損程度，可作為植物受低溫脅迫的量化指標。植物在受到低溫脅迫時，細胞膜流動性降低，就會產生活性氧(羥基自由基、過氧化氫等)。在植物體內，自由基作用于膜脂發生過氧化反應，終產物為丙二醛，受到低溫脅迫越嚴重的植物，其體內的丙二醛含量就會越高。由圖2可知，低溫環境下蒙古沙棘的丙二醛含量和質膜透性明顯低于中國沙棘，說明低溫脅迫下中國沙棘的細胞膜受損情況更加嚴重。

圖2 蒙古沙棘和中國沙棘葉片丙二醛含量、質膜透性比較

3 結果與討論

(1)逆境脅迫導致植物體內活性氧代謝平衡被破壞，從而誘導體內活性氧積累，膜脂過氧化，引發MDA大量積累，但植物也會啟動其抗氧化酶系統，代謝過氧化氫等活性氧，降低對植物的傷害。本試驗發現低溫引起兩種沙棘抗氧化酶活性增強，其中蒙古沙棘的SOD和POD活性明顯高于中國沙棘，而MDA積累量低于中國沙棘，說明蒙古沙棘對低溫的耐受性強于中國沙棘。

(2)沙棘受到低溫脅迫時，可通過積累一定量的滲透調節物質，以提高細胞液濃度，維持細胞內外滲透壓平衡，提升自身的抗寒能力，因此植株體內的滲透調節物質含量在一定程度上反映了其抗滲透脅迫性的強弱。本試驗發現在低溫脅迫下蒙古沙棘脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白質等滲透調節物質的含量明顯高于中國沙棘，低溫脅迫對其影響較輕。

(3)低溫脅迫下沙棘的耐寒性與細胞電解質滲透性、生理活性及保護性酶的活性密切相關，沙棘植株通過自身細胞的一系列生理生化變化來適應低溫脅迫的影響。隨著溫度的降低，細胞質膜透性增加，細胞內電解質大量滲透到細胞膜外，使其相對電導率顯著增加，說明低溫脅迫對細胞損傷嚴重，植株受到不可逆損傷，甚至死亡。

(4)在低溫環境下，沙棘體內自由基、活性氧利用率下降，從而積累較多的活性氧，破壞了體內活性氧的產生與清除之間的平衡狀態，不利于其自然生長，較為嚴重情況下會導致其死亡，因此植株體內會形成一種抗氧化防御系統，一般由POD、SOD、CAT等共同構成酶防御系統，在低溫環境下能夠提高沙棘的抗氧化酶活性，避免或者降低因低溫脅迫而導致的膜脂過氧化。

(5)通過測定蒙古沙棘和中國沙棘在相同寒害條件下的相對含水量與質膜透性，游離脯氨酸、丙二醛、可溶性蛋白及可溶性糖含量，以及SOD、POD、CAT活性等生理指標，發現在低溫條件下，蒙古沙棘的葉綠素含量、抗氧化酶活性及滲透調節物質含量均高于中國沙棘，而含水量、質膜透性和丙二醛含量則低于中國沙棘，表明蒙古沙棘的耐寒性顯著高于中國沙棘，更適宜在黃土高原地區推廣種植。