脱落酸对低温胁迫下水曲柳幼苗叶片抗寒生理指标的影响

王 宇，王晶英

(东北林业大学，哈尔滨 150040)

在培育水曲柳 (Manchurian ash)人工林过程中发现，许多因素对水曲柳的成活与幼树生长起着重要的抑制作用，特别是霜冻，轻者使当年生长量降低，重者使整株林木死亡。因此，研究水曲柳在低温胁迫下受害和抗寒性机制，并在此基础上提出有效的防止技术措施，对培育和保护水曲柳人工林具有重要意义。

ABA是一种广泛存在的植物激素，对逆境胁迫有很强的调节作用。当植物受到逆境胁迫时，细胞内ABA含量迅速增加，促使大量ABA诱导基因表达［1］。ABA可以提高植物的多种抗逆性。其抗逆机理主要包括:①通过保护膜结构，维持膜功能和诱导抗冷基因表达而增强植株抗冷性;②ABA是在胁迫后的恢复过程中起信号传导的作用［2］;③在胁迫环境中，ABA可参与一系列相关生理活动 (如气孔运动、光合调控等)和基因的表达，从而缓解胁迫带来的伤害［3］;④促进多种抗氧化酶的活性。外源ABA能显著提高黄瓜幼苗叶片过氧化物酶 (POD)、过氧化氢酶 (CAT)和超氧化物歧化酶 (SOD)的活性，有效缓解盐胁迫引起的黄瓜幼苗叶片细胞的膜脂过氧化［4］。外源施加ABA可以导致内源ABA的增加，从而刺激抗胁迫系统启动，提高植株的抗氧化能力［5］。

低温是限制地球上植物分布和生产的重要因子之一，受冷害后的植物在膜透性、SOD活性、POD活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量等方面都有着相似的变化。研究ABA对于水曲柳常温和低温胁迫中叶片生理指标的变化，对于提高水曲柳的抗寒性具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 实验材料

2008年4月栽植3 a生水曲柳 (Manchurian ash)苗木，每盆三棵，共50盆，盆高为21 cm，上口直径为29 cm，土壤为经过消毒的大棚土壤。在自然条件下生长，常规管理。

1.2 处理方法

1 .2 .1 人工低温处理

2008年7月喷施不同浓度的ABA(0 mg/L、10 mg/L、30 mg/L和60 mg/L)每种浓度为3盆，喷后第1 d、5 d、10 d和15 d分别采集一定带叶枝条，将带叶枝条分为两部分，一部分立即测定叶片质膜相对透性、超氧化物歧化酶 (Superoxide Dismutase，SOD)、过 氧 化 物 酶 (Peroxidase，POD)、可溶性糖含量、水溶性蛋白质含量的变化，另一部分于0℃的低温处理24 h后测定上面各项生理指标 (由于之前预实验中实验低温为 －7℃、0℃和4℃，依照实验效果最终确立为0℃)。

1 .2 .2 季节低温处理

9月18日、19日连续2 d分2次对盆栽水曲柳幼苗进行叶面喷施ABA处理 (0 mg/L、10 mg/L、30 mg/L和60 mg/L)，每种浓度为3盆幼苗，喷后第一天开始分别采集带叶枝条测定和分析其叶片相对电导率，记录当天大气温度。随着气温下降重复实验共做3次，以将自然低温与人工低温进行比较，验证人工低温试验中所得结论。喷后共测3次电导率，大气温度分别是:13～25℃、4～16℃和3～13℃。

1 .2 .3 各生理指标测定方法

质膜相对透性以相对电导率表示，采用电导法测定［6］。可溶性糖含量采用蒽酮试剂法测定［6］。可溶性蛋白质含量采用G－250法测定［6］。SOD活性采用氮蓝四唑 (NBT)法测定［7］。POD活性采用愈创木酚法测定［8］。

数据处理采用Excel软件进行实验原始数据的整理和示图制作及方差分析。

2 结果与分析

2.1 季节低温处理下电导率的变化

膜透性可以作为表征细胞结构完整性的主要特征，所以可以利用自然低温条件下的电导率变化情况来初步证实不同浓度ABA对于水曲柳抗寒力的影响。由图1可知，在自然低温条件下，对照组随着温度的不断降低，季节低温处理的天数不断增加，电导率呈上升趋势。因为在自然低温条件下，温度逐渐下降，膜从液晶态转变为凝胶态，膜收缩，出现裂缝，因此使膜透性剧增，导致电导率上升。10 mg/LABA处理组电导率与对照组相比，都随喷施天数的增加而呈显著下降趋势。30 mg/L ABA有一定程度的下降趋势，高浓度的60 mg/LABA与对照相比下降不太显著。可以初步认为低浓度的ABA可以缓解电导率的上升速率，对于维持膜透性的稳定具有显著作用。

图1 季节低温处理下电导率的变化Fig.1 Changes of conductivity under seasonal low-temperature treatment

2.2 脱落酸对常温和低温胁迫条件下细胞膜透性的影响

由图2可知，常温和低温相比，对照组电导率总体来说有上升趋势，第1 d、5 d和15 d，对照组电导率低温要高于常温。但第10 d，低温要低于常温，原因可能是低温导致的细胞膜结构发生膜磷脂均匀收缩，膜的透性变小，外渗电导率就变小。总体来说ABA能够比较显著降低电导率。实验第1 d，常温和低温相比，3种不同浓度的ABA处理组均能降低电导率，高浓度效果更显著;第5 d，中、高浓度能够降低电导率，低浓度的ABA处理无显著变化;第10 d，整体无显著变化规律;第15 d，3种浓度均能降低电导率，不同浓度间作用效果无显著差异。说明ABA可以降低电导率，一定程度上减轻细胞膜损伤，人工低温下，较高浓度的效果比低浓度的更明显一些。

图2 脱落酸对常温和低温胁迫条件下细胞膜透性的影响Fig.2 Effects of ABA on the membrane permeability under normal temperature and low－temperature stress conditions

2.3 脱落酸对常温和低温胁迫条件下叶片蛋白质含量的影响

低温胁迫会对可溶性蛋白质含量产生一定的影响。如图3所示，与常温条件下相比，0℃低温时蛋白质总体上呈现出蛋白质含量下降的趋势。由图3可知，在常温条件下，10 mg/L ABA处理组蛋白质与对照组相比，都随喷施天数的增加而呈显著上升趋势。在第1 d和第5 d时，蛋白质含量没有对照组高;但第10 d和第15 d的实验中与对照相比，出现了较显著的蛋白质含量的提高。30 mg/L ABA与60 mg/L ABA在常温条件下与对照组相比，在第1 d和第5 d中无显著变化，在实验后期中有少量的提高蛋白质含量的作用。说明10 mg/L浓度的ABA在常温下有提高蛋白质的作用。而其他浓度的ABA提高作用效果不明显。在低温条件下，10 mg/LABA同样有一个很显著的上升趋势。说明低浓度的ABA可以增加可溶性蛋白质含量，对于提高水曲柳的抗低温适应能力具有一定的效果。而高浓度的变化不大，可能因为浓度过高会对蛋白质的合成产生抑制作用。

2.4 脱落酸对常温和低温胁迫条件下叶片可溶性糖含量的影响

温度下降会对可溶性糖含量产生一个显著的影响。由图4可知，可溶性糖显著增多，0℃对照组平均数上升了16%。由于低温胁迫下，淀粉水解成糖比较旺盛，所以植物体内的淀粉减少，而可溶性糖会显著增多，对于抗寒有良好效果。但图4中无论在常温还是0℃低温条件下，3种浓度的ABA处理组可溶性糖与对照组相比，都没有显著变化。可能说明外施ABA在提高水曲柳抗寒能力的作用机理上，并不表现在提高可溶性糖含量方面上。

图3 脱落酸对常温和低温胁迫条件下叶片蛋白质含量的影响Fig.3 Effects of ABA on the blade protein content under normal temperature and low-temperature stress conditions

图4 脱落酸对常温和低温胁迫条件下叶片可溶性糖含量的影响Fig.4 Effects of ABA on the blade soluble sugar content under normal temperature and low-temperature stress conditions

2.5 脱落酸对常温和低温胁迫条件下叶片保护酶(SOD、POD)活性的影响

保护酶活性变化也是低温胁迫环境中抗寒力程度的重要指标。两种保护酶 (SOD，POD)活性在不同处理、不同温度、不同时间上均受到影响。在常温条件下，3种浓度的ABA处理组SOD活性与对照组相比，都有一定程度的升高。其中10 mg/L ABA与30 mg/L ABA处理组上升的趋势更明显一点。60 mg/L ABA与对照相比，能够提高SOD酶的活性，但作用效果没有低浓度的ABA好。而10 mg/L ABA处理组POD与对照组相比，随喷施天数的增加而呈显著上升趋势。说明常温时低浓度ABA可一定程度上提高保护酶的活性。在0℃条件下，10 mg/L ABA与30 mg/L ABA处理组在SOD酶方面作用效果与常温相似，说明低浓度ABA提高保护酶SOD活性效果比较明显。10 mg/L ABA处理POD与对照组相比有比较明显的上升趋势。但除了第5 d时，常温与0℃低温POD活性与对照组相比都出现了一定的下降，具体原因有待分析。而两种高浓度的POD活性出现了一定的下降趋势。可能浓度过高对于POD有抑制作用。总体来说，10 mg/L ABA对于保护酶活性的提高效果最好，能一定程度缓解和提高酶的活性。如图5所示。

图5 脱落酸对常温和低温胁迫条件下叶片保护酶 (SOD、POD)活性的影响Fig.5 Effects of ABA on the blade SOD and POD activity under normal temperature and low-temperature stress conditions

3 结论与讨论

本研究发现，在低温胁迫条件下水曲柳幼苗电导率有两种变化。一种是在低温条件下，电导率出现的是上升的趋势。另一种是在温度下降的情况下，电导率出现过下降的情况。相对电导率升高是因为低温对植物进行伤害，导致膜结构发生改变，液晶态转变为凝胶态，膜收缩，出现裂缝，因此使膜透性剧增，导致电导率上升。这与张吉立等人在冬季自然条件下4种彩叶植物抗寒生理研究中的研究结果变化趋势相似［9］。相对电导率有时出现降低，是因为逆境环境中，细胞膜的结构膜磷脂发生变化，如果膜磷脂是均匀收缩的话就会使膜透性减小，从而相对电导率也降低。这与王晶英在黑龙江东部山区水源涵养林树种水分适应性研究中的研究成果相一致［10］。

本实验发现不同浓度的ABA处理对于可溶性糖含量的影响不大，但是许多实验中证明，在温度下降的时候，淀粉水解成糖比较旺盛，可溶性糖含量增多，有利于抗寒，所以可溶性糖也是测定植物抗冷性的一个重要指标。在邱乾栋等人的研究结果中可以证明这一点［11－14］。但是在本实验中外源ABA也并不是不对可溶性糖产生任何影响，在实验后期中，3种浓度的ABA处理组与对照组相比，可溶性糖有了一些提高。3种不同浓度的提高相比较，高浓度的ABA提高的幅度要大一些。可能说明ABA对于可溶性糖的影响比较缓慢，而且开始起作用的外源ABA需要的量要高一些。

研究结果表明，在低温胁迫下，10 mg/L浓度的ABA预处理能够有效缓解低温条件下水曲柳叶片电导率的下降速度;对于蛋白质的积累具有很大的促进作用，其他浓度的处理无显著变化;3种浓度的ABA处理对于可溶性糖的增加都没有显著作用;保护性酶 (SOD、POD)活性变化方面，不同浓度的ABA处理都能够升高SOD酶的活性，其中10 mg/L浓度处理的叶片效果最明显。10 mg/L浓度的ABA处理可以显著提高POD酶的活性，但其他两个高浓度的处理对于POD的活性有抑制作用，POD活性出现了下降趋势。在自然低温下，3种浓度的ABA处理都可以降低水曲柳叶片的相对电导率，其中较高浓度的作用效果更加显著一些。综合各个生理指标的变化，ABA提高水曲柳幼苗抗寒性的效果与其浓度密切相关，在一定浓度范围内ABA提高水曲柳幼苗抗寒性的效果显著，但浓度过高效果不再明显，在本实验中浓度为10 mg/L时效果最佳。

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