温度骤变对5种北方常绿植物抗寒性生理指标的影响

陈丽丽，蔺芳，张家洋

(新乡学院 生命科学技术学院，河南　新乡453003)



温度骤变对5种北方常绿植物抗寒性生理指标的影响

陈丽丽，蔺芳，张家洋

(新乡学院 生命科学技术学院，河南新乡453003)

摘要：选取侧柏、大叶黄杨、广玉兰、女贞和椤木石楠等5种北方常绿植物的叶片，经未处理组(-5℃)、升温处理组(0℃)和降温处理组(-20℃)，分别于处理24h和48h时对叶片中可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸以及丙二醛的含量等4种生理指标进行测定，并通过隶属函数法进行抗寒性综合评价。结果显示,5种常绿植物抗寒能力由大到小排序为：广玉兰>大叶黄杨>椤木石楠>女贞>侧柏。

关键词：温度骤变；侧柏；大叶黄杨;广玉兰;女贞;椤木石楠；抗寒性；隶属函数法

植物的抗寒性是植物自身长期适应低温的一种遗传特性，这种特性不仅与植物内部的多种生理生化活动有关，而且还与其自身组织结构特性有关。目前，关于植物抗寒性的研究主要集中于农作物和经济作物方面[1]，而对中国北方常用绿化树种研究较少。中国北方地区四季分明，气温转变频繁而多骤变。在植物抗寒性的研究报道中，试验方法中多是设置一系列的温度梯度，梯度变化多在4～5℃，如马娟等[2]在研究枇杷(Eriobotryajaponica)、桂花(Osmanthusfragrans)、南天竹(Nandianadomestica)等8种树木的抗寒性时设置的温度梯度为4℃，聂庆娟等[3]在研究大叶女贞(Ligustrumlucidum)、广玉兰(Magnoliagrandiflora)、小叶女贞(L.quihoui)以及黄杨(Euonvmusjaponlcus)在低温胁迫下酶的活性变化时，设置的温度梯度为5℃。这并不能准确反映植物在突然受到大幅降温后体内抗寒性相关生理生化指标的变化情况。同时，植物在温度骤然升高时，其生理指标变化情况也鲜有报道[4]。

抗逆性隶属函数法是应用最普遍的植物抗逆性综合评价方法之一，此方法是在多项抗性生理指标的测定基础上，对实验材料进行综合评价，克服了单个生理指标的片面性，使评定结果更全面地反映品种的实际抗逆性能力，更具科学性和可靠性[5～6]。目前，该方法已广泛应用于植物抗寒性的相关研究[7]。

因此，本文选择了侧柏(Platycladusorientalis)、大叶黄杨(Euonymusjaponicus)、广玉兰、女贞(Ligustrumlucidum)和椤木石楠(Photiniadavidsoniae)等5种北方冬季常绿树种，通过研究升温和降温处理不同时间后植物叶片内可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸以及丙二醛的含量等生理指标的变化，采用隶属函数法综合评价和比较这5个树种抗寒能力，以期为中国北方地区绿化植物的选择提供参考，也为特殊天气情况下对植物采取相应保护措施提供依据。

1材料与方法

1.1材料

实验材料采集于2012年12月中下旬，采集时室外温度为-5℃，选择河南省新乡市新乡学院内自然条件下生长良好、无病虫害的常绿植物侧柏、大叶黄杨、广玉兰、女贞、椤木石楠5个树种，每个树种剪取枝条15枝(每个树种约100叶片)，分别置于密封的塑料袋中，带回实验室。

叶样用自来水、蒸馏水冲洗，并用吸水纸吸干水分。然后将每个树种的叶片分为5份，置于自封袋中。降温处理组放入冰箱冷冻室内(温度为-20℃)，升温处理组放入冰箱冷藏室内(温度为0℃)，分别于处理24h和48h后取出1份样品，测定其可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸以及丙二醛的含量，未处理组洗净后直接测定。

可溶性糖含量的测定采用蒽酮法[1]，可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝G-250比色法[8]，游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮法测定[1]，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸提取法进行测定[5]。

1.3数据分析处理

测定数据用Excel预处理，通过平均值来计算隶属函数值，并将其累加求均值，进而计算出各树种抗寒能力的平均隶属度，以此来判断这5个树种的抗寒能力。隶属函数计算公式：Uji=(Xji-Ximin)/(Ximax-Ximin)。式中，Uji是树木j中指标i的隶属函数，Xji是树木j中指标i的测定值，Ximin是指标i的测定值中最小的一项，Ximax是指标i的测定值中最大的一项。

2结果与分析

2.1温度变化对可溶性糖含量的影响

5种植物的叶片在升温和降温处理不同时间后可溶性糖含量测定和统计分析结果见表1。由表1可知：(1)升温处理后，侧柏、大叶黄杨和椤木石楠可溶性糖含量变化具有相同趋势，24h时先明显降低，48h时又显著升高；广玉兰可溶性糖含量在24h时基本无变化，但48h时急剧升高，差异达到了显著水平；女贞可溶性糖含量在24h和48h均显著降低，且随着持续时间的延长，可溶性糖含量基本无变化。(2)降温处理后，24h时5个种树叶片内可溶性糖的含量均显著升高，延长处理时间，48h时，5种树木叶片内的可溶性糖含量均又大幅降低，提示长时间的低温可能导致叶片可溶性糖分解。

表1　不同处理后5种植物叶片中可溶性糖含量的变化

注：不同字母表示不同处理具有显著差异，显著性水平为0.05。对照温度为-5℃，升温处理温度为0℃，降温处理温度为-20℃。侧柏(Platycladusorientalis)、大叶黄杨(Euonymusjaponicus)、广玉兰(Magnoliagrandiflora)、女贞(Ligustrumlucidum)和椤木石楠(Photiniadavidsoniae)。

2.2温度变化对可溶性蛋白含量的影响

2006年9月，吴浈离开长时间工作的江西，赴京出任国家食品药品监督管理局副局长、党组成员，分管药品注册、监管、审核、疫苗行业等工作。

5种植物的叶片在升温和降温处理不同时间后可溶性蛋白含量测定和统计分析结果见表2。由表2可知，(1)升温处理后，侧柏、女贞和椤木石楠等叶片中可溶性蛋白含量表现相同的变化趋势，即先降低，之后随着处理时间的延长又开始升高，其中女贞和椤木石楠叶片中可溶性蛋白的含量甚至超过了未处理组。而大叶黄杨可溶性蛋白含量则显著升高，并随处理时间的延长无显著变化。广玉兰叶片中可溶性蛋白含量在升温处理时变化不显著；(2)降温处理24h时，侧柏、广玉兰和女贞等叶片中可溶性蛋白的含量显著降低，随着处理时间的延长即48h时，除了女贞继续降低外，侧柏和广玉兰叶片中可溶性蛋白的含量又明显升高，广玉兰叶片中可溶性蛋白的含量甚至达到了未处理组的水平，而侧柏叶片中可溶性蛋白的含量仍显著低于未处理组。大叶黄杨叶片中可溶性蛋白的含量则在降温处理胁迫时显著升高，并随着处理时间的延长稍有降低，但仍显著高于未处理组。而椤木石楠叶片中可溶性蛋白的含量在降温处理24h和48h时无显著变化。

表2　不同处理后5种植物叶片中可溶性蛋白含量的变化

2.3温度变化对脯氨酸含量的影响

5种植物的叶片在升温和降温处理不同时间后游离脯氨酸的含量测定和统计分析结果见表3。由表3可知，(1)升温处理24h时，侧柏、大叶黄杨、广玉兰和女贞叶片中游离脯氨酸的含量变化不明显，而椤木石楠叶片中脯氨酸的含量则显著降低；48h时，侧柏、大叶黄杨和椤木石楠叶片中脯氨酸的含量显著升高，分别提高2.88倍和0.71倍，椤木石楠叶片中脯氨酸的含量则重新回到了未处理组水平，女贞叶片中脯氨酸的含量仍变化不明显；(2)降温处理24h时，侧柏、大叶黄杨、广玉兰叶片中游离脯氨酸的含量均升高，其中侧柏升高最明显，而女贞和椤木石楠叶片中游离脯氨酸的含量则有所降低；48h时，侧柏和大叶黄杨叶片中游离脯氨酸的含量均明显降低，但侧柏仍明显高于未处理组，女贞、广玉兰和椤木石楠叶片中游离脯氨酸的含量随着降温处理时间的延长，基本无明显变化。

表3　不同处理后5种植物叶片中游离脯氨酸含量的变化

2.4温度变化对丙二醛含量的影响

5种植物的叶片在升温和降温处理不同时间后丙二醛的含量测定和统计分析结果见表4。由表4可知，(1)升温处理，24h时，5种植物叶片中丙二醛的含量均有所降低，48h时，大叶黄杨和广玉兰叶片中丙二醛的含量继续降低，差异达到显著水平；而侧柏、女贞和椤木石楠叶片中丙二醛的含量则有所升高，甚至接近或达到未处理组水平。降温处理24h时，侧柏、大叶黄杨、广玉兰和椤木石楠叶片中丙二醛的含量显著降低，女贞叶片中丙二醛含量则有所升高。48h时，广玉兰和椤木石楠叶片中丙二醛的含量又明显升高，其中广玉兰叶片中丙二醛的含量甚至明显高于未处理组；而女贞和大叶黄杨叶片中丙二醛的含量进一步降低；侧柏叶片中的丙二醛含量则随降温处理时间的延长，无明显变化。

表4　不同处理后5种植物叶片中丙二醛含量的变化

2.5抗寒能力的比较

根据5种植物在温度变化以及处理不同时间时，叶片中可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸以及丙二醛含量的测定结果，采用隶属函数法进行抗寒性综合分析(表5)，得出5种植物抗寒能力由大到小的排序为：广玉兰>大叶黄杨>椤木石楠>女贞>侧柏。

表5　5种植物叶片各指标隶属度及抗寒性综合评价

3结论与讨论

3.1温度上升对植物生理指标的影响

温度是影响植物生长发育的主要因子，近年来，随着全球温室效应的加剧，全球平均气温上升，许多植物面临着高温胁迫的严峻挑战。研究温度升高对植物生理的影响，将有助于采取有效的措施减轻高温的危害。植物叶片是对高温非常敏感的器官，高温引起叶片多种生理活动的变化[9]。研究表明，高温胁迫下会导致植物体内可溶性糖和脯氨酸的积累，同时也会加剧膜脂过氧化作用，导致过氧化产物丙二醛含量的增加[9]，植物通过生理上的适应，对高温的耐受能力可以进行小的调整，主要体现在生理生化上的变化。

本文结果显示，升温处理后，叶片中可溶性糖含量在侧柏、大叶黄杨和椤木石楠中具有相同变化趋势，24h时先明显降低，48h时又显著升高；而广玉兰可溶性糖含量在24h时基本无变化，但48h时急剧升高，差异达到了显著水平。可溶性蛋白含量在侧柏、女贞和椤木石楠中具有相同的变化趋势，升温处理24h时先降低，之后随着处理时间的延长又升高，而在广玉兰中无显著变化，大叶黄杨中则显著升高，并随处理时间的延长维持较高水平。侧柏、大叶黄杨、广玉兰升温处理后游离脯氨酸含量增加，而椤木石楠和女贞基本无变化。5种植物在升温处理24h时，丙二醛的含量均有所降低，48h时，大叶黄杨和广玉兰中丙二醛的含量继续降低，而侧柏、女贞和椤木石楠中丙二醛的含量则有所升高，甚至达到未处理组水平。这些测定结果，基本与高温胁迫后植物生理变化规律相一致，也反映出广玉兰良好的抗升温逆性。

3.2温度骤降对植物生理指标的影响

环境温度的改变影响着植物的生长发育和各种生理生化指标，而植物自身则是通过各种生理生化指标的改变来抵抗环境温度的胁迫。低温往往导致植物生长发育缓慢，甚至造成冻害和寒害，甚至死亡[10]。北方冬季气温骤降时有发生，植物在气温骤降后生理指标如何改变需要深入研究。降温处理24h时，5个种树叶片内可溶性糖的含量均显著升高，48h时，5种树木叶片内的可溶性糖含量均又大幅降低，提示长时间的低温可能导致叶片可溶性糖分解。可溶性蛋白的含量在侧柏和广玉兰降温处理24h时显著降低，之后随着处理时间的延长又明显升高，广玉兰中可溶性蛋白的含量甚至达到了未处理组的水平，而女贞中可溶性蛋白的含量则一直显著降低，椤木石楠中可溶性蛋白的含量在降温处理24h和48h时基本无变化。侧柏、大叶黄杨、广玉兰中游离脯氨酸的含量在降温处理24h时均升高，而女贞和椤木石楠中游离脯氨酸的含量则降低；48h时，侧柏和大叶黄杨中游离脯氨酸的含量均明显降低，女贞、广玉兰和椤木石楠中游离脯氨酸的含量随着降温处理时间的延长基本无明显变化。此外，降温处理24h时，侧柏、大叶黄杨、广玉兰和椤木石楠中丙二醛的含量显著降低，女贞中丙二醛含量则有所升高。48h时，广玉兰和椤木石楠中丙二醛的含量又明显升高，其中广玉兰中丙二醛的含量甚至明显高于未处理组；而女贞和大叶黄杨中丙二醛的含量进一步降低；侧柏的丙二醛含量无明显变化。降温处理后，这些生理指标的变化趋势与相关报道基本相一致[11]。

3.3植物抗寒能力的比较

北方气候四季分明，气温变化频繁而又骤变，尤其是冬季，气温变化昼夜温差大。不同的植物对低温的抵抗能力也有差别，对温度骤降的适应程度也不同[12]。对植物抗寒能力的比较研究，有助于中国北方地区绿化植物的选择，也为特殊天气情况下对植物采取相应保护措施有重要意义。

目前，对广玉兰抗寒能力的生理指标研究报道较少[13]。降温处理后，广玉兰的可溶性糖含量显著的升高，可溶性蛋白和丙二醛的含量有所降低，但随着低温时间的持续，它们的含量又有大幅升高，游离脯氨酸的含量则一直保持相对稳定，表明广玉兰有很强的抗寒能力。有研究表明，抗寒性强的品种，可溶性糖的含量较高[14]。本文研究综合评价后，发现广玉兰可溶性糖的含量最高，其抗寒性应该也较强，这与最后抗寒能力排序的结果相一致。大叶黄杨是中国北方地区园林绿化主要的常绿阔叶优良树种，在中国其他地区也均有种植[14]，足以表明其较强的抗寒能力。研究结果也显示，降温处理时，大叶黄杨叶片中这些保护物质的含量并没有出现较大幅度的变化，显示出良好的适应变化和低温保护的能力，表现出良好的抗寒能力。但是，低温处理时女贞的生理指标变化较为显著，可溶性蛋白和游离脯氨酸的含量都大幅的降低，表现出对低温的不适应，虽然可溶性糖的含量有暂时的升高，但随着降温处理时间的延长，可溶性糖的含量仍大幅降低。这些生理指标的变化趋势与郝明灼等[15]研究结果相一致，提示女贞的抗寒能力较弱。侧柏实际上具有较好的抗寒性，甚至能耐-25℃的低温。在本实验中没有表现出良好的抗寒性，这可能与本实验所选用的侧柏的种源为南方种源以及树龄较小有关系。有研究表明，侧柏东、南部种源与西、北部种源相比较，生长较快，表层根系发达，但耐旱和耐寒能力较差[16]。

总之，通过研究升温和降温处理不同时间后5种北方常绿植物叶片内可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸以及丙二醛的含量等生理指标的变化，采用最普遍的植物抗逆性综合评价方法隶属函数法，在上述生理指标的测定基础上，对实验材料进行综合评价，初步得出这5个树种抗寒能力的排序为：广玉兰>大叶黄杨>椤木石楠>女贞>侧柏。

然而，植物的生长发育受外界多种因素的影响，不仅有自然因素还有人为因素。而且，在不同的生长阶段其生物学特性也不相同。受到低温胁迫时，不同的植物以及同种植物不同组织对低温的抵抗能力是不尽相同。同时，植物生长过程中抗逆性也受各种因素的共同作用，本文通过研究升温以及降温处理不同时间后5北方常绿植物叶片中4种与抗逆性有关的生理指标的变化情况，初步得出他们抗寒能力的大小排序，并未对风力、纬度、土壤等其它影响因素进行考虑，尚需要进一步研究和完善。

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Influence of Temperature Shock on the Physiological Indexes of Cold Resistance of 5 Evergreen Plants from Northern China

CHEN Li-li，LIN Fang，ZHANG Jia-yang

(School of Life Science and Technology，Xinxiang University，Xinxiang Henan 453003，P.R.China)

Abstract:The leaves of 5 evergreen plants from northern China were collected and classified into 3 types:untreated, high temperature treated and low temperature treated.The contents of soluble sugar, soluble protein, free praline and malonaldehyde were measured at 24hs and 48hs after treatment.A comprehensive evaluation of cold-resistance was given based on subordinate function value analysis.The results showed that the order of cold-resistance was Magnolia grandiflora>Euonymus japonicus>Photinia davidsoniae>Ligustrum luncidum>Platycladus orientalis.

Key words:temperature shock;Platycladus orientalis；Euonymus japonicas;Magnolia grandiflora;Ligustrum luncidum;Photinia davidsoniae;cold resistance；subordinate function analysis

中图分类号：Q 945

文献标识码：A

文章编号：1672-8246(2016)02-0112-06

通讯作者简介：张家洋(1975-)，男，讲师，硕士，主要从事环境生态学研究。E-mail:skxsyszr@163.com

第一作者简介：陈丽丽(1980-)，女，讲师，硕士，主要从事植物生理生态学研究。E-mail:fanglin2035@126.com

基金项目：河南省基础与前沿技术研究项目(142300410100)。

*收稿日期：2015-07-01