低温胁迫下北美香柏抗寒动态特征研究

赵明晶，刘羽飞，武博，杨帆，李娇

（沈阳工学院生命工程学院，辽宁抚顺113122）

低温胁迫下北美香柏抗寒动态特征研究

赵明晶，刘羽飞，武博，杨帆，李娇

（沈阳工学院生命工程学院，辽宁抚顺113122）

[目的]为北美香柏的区域栽培和推广应用提供理论依据。[方法]分别于休眠初期、中期和末期取北美香柏小枝及叶进行不同梯度低温处理，测定相应生理指标。[结果]在低温（胁迫）处理过程中，组织内游离脯氨酸、可溶性糖和丙二醛含量变化显著，随气温降低而上升；整个越冬期组织内SOD活性随气温降低而增强，并在休眠中期达到最高，休眠末期气温回升，SOD活性随之下降；鳞叶内叶绿素含量先降低后升高。[结论]叶片内可溶性糖、游离脯氨酸、丙二醛含量、叶绿素和SOD活性均可以作为评价北美香柏抗寒性的相关指标。

北美香柏；引种栽培；生理指标；低温胁迫

北美香柏（ThujaoccidentalisL.），系柏科（Cupressaceae）崖柏属（ThujaL.）常绿乔木。原产北美，枝叶具发香油腺点，树形美观，生长速度较快，寿命长，耐修剪，抗烟尘和有毒气体能力强，为优良园林绿化树种和香料树种[1]。北美香柏为阳性树种，在寒冷地区生长势弱，越冬困难，北方引种苗期多枯梢。为丰富区域植物种类，该试验以沈阳工学院生命工程学院设施苗圃引种的北美香柏为材料，研究其在抚顺地区低温胁迫条件下体内的生理生化变化规律，为北美香柏在抚顺地区的引种栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试材料。北美香柏4年生实生苗引种自熊岳果树所树木园。2012年4月露地栽培于开放式温室中，进行正常栽培及养护管理。

1.1.2 仪器与试剂。仪器为分光光度计、离心机、水浴锅。试剂为磺基水杨酸、冰醋酸、酸性茚三酮、甲苯、蒽酮乙酸乙酯试剂、浓硫酸、乙醇、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、磷酸、甲硫氨酸、氮蓝四唑、EDTA-二钠、核黄素。

1.2 方法。分别于休眠初期（2012年11月）、休眠中期（2013年1月）、休眠末期（2013年3月），取北美香柏小枝及叶放入冰箱。处理温度分别为5℃、0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃、-25℃、-30℃、-35℃，每个温度下处理24 h，低温处理后0℃回温l h，用蒸馏水清洗后进行试验。游离脯氨酸含量的测定采用酸性茚三酮法[2]；叶绿素含量的测定采用95%乙醇提取比色法[2]；可溶性糖含量测定采用蒽酮法[3]；SOD含量的测定采用NBT光化还原法[3]；丙二醛含量的测定采用TBA比色法[3]。试验所得数据采用Excel软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对北美香柏叶片中丙二醛（MDA）含量的影响

从图1可以看出，在5～-5℃处理区间，植株体内MDA含量变化均十分平稳，维持在30 nmol/g以内。在-5～-20℃处理区间，植物组织内MDA含量呈线性递增变化，-20℃时，休眠初期、中期、末期MDA的积累量均达到峰值，分别为38.96 nmol/g、47.05 nmol/g和45.41 nmol/g。

图1 低温胁迫下北美香柏实生苗组织中丙二醛含量变化

2.2 低温胁迫对北美香柏叶片中游离脯氨酸含量的影响

从图2可以看出，在不同时期低温胁迫下，休眠中期脯氨酸的含量与休眠末期相近，含量差异小于7 μg/g，高于休眠初期。5～-10℃间，变化平稳，维持在45 μg/g以内；-10～-25℃间，随处理温度降低，组织内游离脯氨酸含量呈线性递增变化，到-25℃时，休眠初期、中期、末期的最大脯氨酸达到峰值，分别为80.48 μg/g、96.02 μg/g和92.84 μg/g，随后脯氨酸含量平稳下降，说明短时间低温变化对北美香柏组织中游离脯氨酸含量变化影响较大。

图2 低温胁迫下北美香柏实生苗组织中游离脯氨酸含量变化

2.3 低温胁迫对北美香柏叶片中叶绿素含量的影响

从图3可以看出，整个越冬休眠过程中，北美香柏叶片内叶绿素含量在休眠初期、中期、末期的变化趋势是先降低再升高。5～-20℃间，植株体内叶绿素含量下降缓慢，植株在休眠初、中、后期的叶绿素含量分别下降了10.94%、25.75%、26.09%；-25～-35℃间，植株体内叶绿素含量降幅增大。3个不同的休眠时期，叶绿素含量降低导致的直接后果为植株失绿，观赏性降低。

图3 低温胁迫下北美香柏实生苗组织中叶绿素含量变化

2.4 低温胁迫对北美香柏叶片中SOD含量的影响

从图4可以看出，随着采样时自然气温的逐步降低，试材组织内SOD活性有上升趋势，组织内SOD活性在越冬初期到中期变化尤其明显。

在5～-5℃间，植株体内SOD活性下降。这是因为此温度范围内，植株组织的酶保护系统尚未被激活，无法避免细胞被活性氧毒害；在-5～-25℃处理区间，处于休眠各时期的北美香柏体内SOD活性都迅速增强，并达到峰值。

图4 低温胁迫下北美香柏实生苗组织中超氧化物歧化酶含量变化

2.5 低温胁迫对北美香柏叶片中可溶性糖含量的影响

从图5可以看出，北美香柏在低温胁迫下叶片内可溶性糖含量总趋势是随着处理温度的下降而上升的，这与前人研究结果基本一致。在0～-15℃处理区间，幼苗体内可溶性糖含量积累迅速；在-15～-35℃处理区间，含量变化趋于平稳。总的来说，休眠初期北美香柏体内可溶性糖含量较中、后期少。

图5 低温胁迫下北美香柏实生苗组织中可溶性糖含量变化

3 结论与讨论

3.1 整个越冬过程中北美香柏组织内MDA含量变化比较明显，呈上升趋势，说明休眠初期的低温加剧了膜脂过氧化作用，在此时可对北美香柏植株进行低温锻炼，以提高其抗寒性；游离脯氨酸含量的增加有助于提高植株抗寒性，维持细胞结构、细胞运输和调节渗透压，在低温胁迫时对植物起保护作用，有研究表明低温处理过程中稻叶中脯氨酸极显著增加，且不抗寒品种显著高于抗寒品种[5]；有研究表明低温胁迫能够破坏叶绿体的超微结构，引起叶绿素降解[6]与该研究此结论相似，说明叶绿素在一定程度的降解可能提高植物抗寒性；SOD含量变化的可保护北美香柏的细胞膜系统，随处理温度的降低而下降，以休眠中期下降幅度最大，过低的温度造成的伤害最终打破了体内的代谢平衡，酶活性不可逆转地下降，清除自由基的能力降低[7]；可溶性糖含量的变化有助于植物抗寒力的提高。

3.2 对于北美香柏而言，其原生质的耐冻性是主要的抗寒方式。植株本身可以通过增加体内低分子含氮物质和可溶性碳水化合物的含量来获得此种抗性。抚顺与北美同为季节性气候地区，作为陆生植物，北美香柏的生理的变化是其从抗性预备状态到抗性状态转变的先决条件。因此，在进入休眠以前植株体能通过调节自身的生理物质获得在胞外结冰条件下存活的能力，且在不同休眠期的抗寒性不同。在抚顺地区，只要种植在露地条件下的北美香柏一直保持休眠状态，那么在休眠期结束后，植株能恢复正常生长，其锻炼能力便开始逐步丧失。

[1]潘志刚，游应天.中国主要外来树种引种栽培[M].北京：北京科学技术出版社，1994.

[2]郝建军，刘延吉.植物生理学实验技术[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2001：72-74.

[3]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2000，195-260.

[4]谢古蓉.在自然降温过程中南方红豆杉（Taxus chinensis var. mairei）抗寒性的变化及其适应性的研究[D].成都：西南师范大学硕士学位论文，2001.

[5]龚明，刘友良，朱培仁.低温下稻苗叶片中蛋白质及游离脯氨酸的变化[J].植物生理学通讯，1989（4）：18-22.

[6]刘琳，毛凯，干友民，等.暖地型草坪草杭寒性的研究概况[J].草原与草坪，2004，104（1）：8-13.

[7]刘俊英，姚科云，冯耀飞，等.低温胁迫对雪松膜脂过氧化及保护酶的影响[J].山西农业大学学报，2004（4）：399-400.

[8]和红云，田丽萍，薛琳.植物抗寒性生理生化研究进展[J].天津农业科学，2007，13（2）：10-13.

[9]WALTER L.植物生态生理学[M].翟志席，译.北京：中国农业大学出版社，1997：164-191，246-247.

（责任编辑 戚佳妮）

Study on Cold Resistance Dynamic Characteristics of Thuja occidentalis L. under Low Temperature Stress

ZHAO Ming-jinget al.(Life Engineering College of Shenyang Insititute of Technology,Fushun,Liaoning 113122)

[Objective]The study would provide theoretical foundation for regional cultivation and extension of Thuja occidentalisL..[Method]The branches and leaves from early,middle,and last stages of dormant period were treated under different low temperature gradient treatment.The physiological indexes were meamured. [Result]In the process of cold stress,the contents of free proline,soluble sugar and MDA changed dramatically, which increased when the temperature decreased.SOD activity increased when temperature delining during wintering period,with the maximum in the middle stage.With the temperature went up in the last stage SOD activity falled down.The content of chlorophyll in the leaves went from low to high.[Conclusion]The contents of soluable sugar,free proline,MDA,chlorophyll as well as SOD activity should be taken as physiological indices to evaluate the cold resistance ofThuja occidentalisL..

Thuja occidentalisL.;Introduction and Cultivation;Physiological index;Cold stress

Q949.747.1

A

2095-0896（2014）01-004-01

2013年辽宁省大学生课外创新团队立项课题（抚顺地区引种栽培北美香柏的可行性研究）。

赵明晶（1982-），女，辽宁沈阳人，硕士，讲师，主要从事园林植物景观配置及植物生理生态栽培教学工作。

2013-12-02