三种罗汉松季节性生理生化指标变化比较

黄相玲，朱栗琼，陈惠昕，何晶晶，黄英镑，招礼军

（广西大学林学院，广西 南宁 530004）

在植物长期的生长发育历程中，植物会不可避免地经历多种环境因子季节性的变化，植物的生理特性也会呈季节性的动态变化。有研究表明，巨尾桉与其他4种针叶树和阔叶树在不同季节中叶绿素、可溶性糖含量等方面存在差异，发现叶片中叶绿素含量表现为夏季最高、冬季最低，可溶性糖含量为夏季最高、秋季最低等规律[1]；对蒿柳在不同生长期阶段的研究表明，夏季蒿柳的净光合速率、叶绿素含量以及SOD、POD、PPO、苯丙氨酸解氨酶活性均显著高于秋季[2]；宜丽娜[3]研究发现，广西猫儿山中3种落叶树在春季时SOD、POD活性和可溶性糖、可溶性蛋白、MDA含量均处于较高水平，而在冬季低温情况下3种常绿植物叶片中SOD、POD、CAT活性则较高。我国是一个植物物种丰富的国家，目前对植物生理生化指标的季节性动态变化的研究也逐渐成为热点。通过对植物季节性生理变化的研究，可以揭示植物与物候季节性变化之间的关系，探讨植物与生长环境之间季节性的适应机制，以期为苗木抗性品种的选育提供科学的理论参考，同时为植物物种多样性的保护提供新的思路和方法。

罗汉松（Podocarpus macrophyllus）是罗汉松科（Podocarpaceae）罗汉松属（Podocarpus）的绿乔木或灌木，是古老的裸子植物，叶条形、披针形、椭圆状卵形或鳞形，螺旋状排列，近对生或交叉对生，基部通常不扭转或扭转成两列，是我国国家二级保护植物，主要分布于我国长江以南各省[4]。其树型美观，寓意“长寿”，是我国南方庭院观赏、园林绿化优先考虑引进的树种，我国约有2属14种。罗汉松除了具有较高的美学观赏价值外，在医学上药用价值也显赫，其根、皮、果实均可入药治疗多种疑难杂症。因此，对罗汉松的季节性生理变化研究具有重大意义，分析不同品种在季节上的动态变化规律可为罗汉松优良品种的选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

广西南宁市隆安县金惠园林花木场位于广西西南部，位于北回归线以南，地理位置为107°40′～108°11′E、22°18′～23°14′N，属南亚热带湿润季风气候，炎热多雨，冬短夏长。年平均降雨量1 301 mm，年内降雨量分配很不均匀，季节性较强，降雨多集中在夏季。多年平均气温21.8℃，多年平均最高月气温28.4℃，最低月平均气温13.2℃。

供试材料为采自广西南宁市隆安县金惠园林花木场的4年生罗汉松属植物——贵妃罗汉松、海南罗汉松、广西本地罗汉松叶片，于2017年3、6、9、12月上旬晴天采样。选取生长一致的、3个不同品种的4年生罗汉松各20（雌雄各10株）株，每个植株采3个平行样，均选择向阳面采集相同叶位和相同叶龄的叶片作为试验材料，装入样品袋放入冰盒带回实验室，置于-20℃冰箱低温保存备用。

1.2 试验方法

1.2.1 渗透性调节物质含量测定 可溶性糖含量采用蒽酮比色法[5]测定，可溶性蛋白含量采用G-250考马斯亮蓝法[5]测定，游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法[6]测定。

1.2.2 保护酶活性测定 过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚比色法[7]测定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT光化还原法[8]测定，过氧化氢酶（CAT）活性采用分光光度法[9]测定。

1.2.3 光合色素含量测定 采用乙醇、丙酮（1∶1）浸提法[10]测定光合色素含量。

试验数据采用Origin 8.5作图，用SPSS 17.0进行数据处理及统计分析。

2 结果与分析

2.1 3种罗汉松渗透性调节物质含量季节性变化

可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸是植物的三大渗透性调节物质，可维持植物体内渗透压平衡。3种罗汉松渗透性调节物质含量季节性变化结果见图1～图3。从图1可以看出，3种罗汉松可溶糖含量表现为贵妃罗汉松（63.75 mg/g，FW）＞海南罗汉松（56.25 mg/g，FW）＞本地罗汉松（38.25 mg/g，FW）。在季节性变化上除了贵妃罗汉松可溶性糖含量在春季达到最大外，海南罗汉松、本地罗汉松均在冬季达到最大。通过季节性间的方差分析可知，贵妃罗汉松可溶性糖含量除在秋季和冬季间差异不明显外、其余季节间差异均显著，海南罗汉松可溶性糖含量在春夏秋冬四季差异均显著，本地罗汉松可溶性糖含量在春夏季节间差异不明显且含量较低。由图2可知，3种罗汉松可溶性蛋白含量的动态变化趋势基本一致，表现为在秋季植株叶片可溶性蛋白含量达到最高，而夏季降到最低，在春冬季节逐步表现为上升变化的趋势，其具体为贵妃罗汉松的可溶性蛋白含量变化规律是：秋季＞春季＞夏季＞冬季，而海南罗汉松、本地罗汉松均表现为秋季＞春季＞冬季＞夏季。秋季的本地罗汉松可溶性蛋白含量最大为14.28 mg/g冬季的贵妃罗汉松可溶性蛋白含量最低为6.47 mg/g，3种罗汉的平均可溶性蛋白含量规律为海南罗汉松（10.16 mg/g，FW）＞本地罗汉松（9.95 mg/g，FW）＞贵妃罗汉松（8.09 mg/g，FW）。由图3可知，海南罗汉松脯氨酸含量动态变化趋势与本地罗汉松基本一致、均表现为秋季＞春季＞冬季＞夏季，而贵妃罗汉松脯氨酸含量季节性动态变化为冬季＞春季＞秋季＞夏季且各季节间变化相对平缓。由季节性间的方差分析可知，贵妃罗汉松与海南罗汉松均表现为在春、秋两个季节上无明显变化，而本地罗汉松在春、冬两个季节间表现为差异显著。

图1 3种罗汉松可溶性糖含量季节性变化

图2 3种罗汉松可溶性蛋白含量季节性变化

图3 3种罗汉松脯氨酸含量季节性变化

2.2 3种罗汉松保护酶活性季节性变化

SOD、POD、CAT是植物的三大保护酶系统，3种酶共同相互作用可以减少植物体内因过多的氧自由基造成的伤害。3种罗汉松保护酶活性季节动态变化结果见图4～图6，图4显示，3种罗汉松叶片SOD活性四季动态变化趋势基本一致、呈先升后降的趋势，变化规律为秋季＞冬季＞春季＞夏季。由方差分析可知，在不同季节间SOD活性差异明显，说明季节性变化对3种罗汉松SOD活性有明显影响。秋季，3种罗汉松SOD活性达到最大值，其中海南罗汉松SOD活性最高为653.29 U/g·min，SOD活性表现为海南罗汉松（489.23 U/g·min）＞本地罗汉松（390.14 U/g·min）＞贵妃罗汉松（291.53 U/g·min）。由图5可知，3种罗汉松叶片POD活性表现为春季＞夏季＞冬季＞秋季，由季节间方差分析可知，贵妃罗汉松POD活性四季差异显著，海南罗汉松、本地罗汉松均在春夏季节间差异不明显。3种罗汉松POD活性变化顺序为海南罗汉松（727.26 U/g·min）＞本地罗汉松（582.97 U/g·min）＞贵妃罗汉松（438.86 U/g·min）且均在春季达到最大，其中海南罗汉松POD活性最高为932.41 U/g·min。由图6可知，3种罗汉松CAT活性季节动态变化规律一致、均表现为冬季＞夏季＞春季＞秋季。通过方差分析可知，海南罗汉松CAT活性四季差异均显著，表明季节变化对海南罗汉松CAT活性影响明显，而贵妃罗汉松、本地罗汉松在春夏季节间差异均不显著。3种罗汉松CAT活性的排序为海南罗汉松（785.59 U/g·min）＞本地罗汉松（578.70 U/g·min）＞贵妃罗汉松（550.64 U/g·min）。

图4 3种罗汉松SOD活性季节性变化

图5 3种罗汉松POD活性季节性变化

图6 3种罗汉松CAT活性季节性变化

2.3 3种罗汉松光合色素含量季节性变化

植物光合色素直接与光合作用紧密相关，影响植物能量的累积。3种罗汉松叶片光合色素含量的季节性变化结果见表1。由表1可知，3种罗汉松叶片叶绿素a含量在四季中差异明显。贵妃罗汉松春、夏季节间叶绿素含量差异显著，秋冬季节差异不显著；海南罗汉松和本地罗汉松叶绿素a含量在春、夏、秋3个季节间差异不明显，而在冬季差异显著；3种罗汉松叶绿素a含量均在夏季达到最大，且海南罗汉松最高为1 049.76 μg/g。3种罗汉松叶绿素a含量季节性动态变化表现为夏季＞秋季＞春季＞冬季，在品种间的叶绿素a含量为海南罗汉松（708.17 μg/g，FW）＞贵妃罗汉松（518.14 μg/g，FW）＞本地罗汉松（309.48 μg/g，FW）。叶绿素b含量和类胡萝卜素含量在季节动态变化上基本一致、表现为夏季＞春季＞秋季＞冬季，叶绿素b含量和类胡萝卜素含量均在夏季达到最大，且海南罗汉松为最高、分别为568.99 μg/g和90.16 μg/g，具体为海南罗汉松＞本地罗汉松＞贵妃罗汉松。经方差分析可知，3种罗汉松叶绿素b含量和类胡萝卜素含量在季节性间差异显著性规律基本一致，贵妃罗汉松在春、夏、秋3个季节间差异不显著、而在冬季差异明显，海南罗汉松和本地罗汉松在春冬季节间差异不明显、而在夏秋季节间差异显著。叶绿素（a+b）是植物叶绿素的总和表征，3种罗汉松总叶绿素含量季节动态变化为夏季＞秋季＞春季＞冬季，种间变化规律为海南罗汉松（1 046.78 μg/g，FW）＞贵妃罗汉（650.35 μg/g，FW）＞本地罗汉松（549.80 μg/g，FW）。

表1 3种罗汉松光合色素含量季节性变化

3 结论与讨论

植物在生长发育过程中随季节性的更替其生理特性也发生不同程度的变化。本研究结果表明，在南宁当地环境下，3种罗汉松生理生化指标对季节性变化的响应机制各不相同，其中海南罗汉松生理生化指标大于贵妃罗汉松和本地罗汉松，表明在南宁海南罗汉松生长更占优势，更适合南宁园林景观栽培育种。

可溶性糖作为植物的主要碳源由光合作用产生，其含量受自身合成与分解共同作用[11]。本研究中，3种罗汉松可溶性糖含量除贵妃罗汉松外均在冬季达到最大，其原因一方面是冬季气温低，植物需要通过累积可溶性糖来提高细胞液浓度、增加细胞内的非结冰水，从而增强自身的抗寒能力[12]；另一方面是罗汉松在冬季低温环境下其叶片、根系等器官为了能够正常适应冬季寒冷环境，需要通过储存大量的可溶性糖来增强其抗冻性，保持正常生长。本研究发现，随季节变化，3种罗汉松的可溶性糖含量累积各不相同，其中在气温降低的秋冬季节含量均较高，这与齐代华[13]对长叶竹柏低温胁迫生理变化的研究结果一致，说明可溶性糖有利于植物抗寒性的提高。可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸是植物三大渗透性调节物质[14]。本试验结果表明，3种罗汉松秋季可溶性蛋白含量达到最高，而夏季降至最低，在春冬季节逐渐表现为上升趋势。主要是因为蛋白质的合成与分解受气温影响，高温条件下蛋白质容易发生化学变性、不利于合成，而夏季气温较高，植物体内蛋白质合成速率变缓，而在春冬季节气温相对较低，植物为适应寒冷环境通过提高可溶性蛋白的含量增加细胞液浓度，降低冰点温度，保持植物正常过冬，这与Charest等[15]的研究结果一致。脯氨酸是一种游离氨基酸，不仅可以调节植物的渗透压平衡，同时也是植物碳氮累积的一种途径。有研究表明，脯氨酸含量与可溶性糖含量存在一定的相关性，通常是植物抗逆性的表征[16-18]。本研究结果表明，3种罗汉松中，以海南罗汉松的脯氨酸含量最高，说明在同一环境下海南罗汉松抗逆性更强。

SOD、POD、CAT是植物体内的三大保护酶系统，广泛存在于植物体内。SOD主要清除植物体内氧化过程中多余的氧自由基，避免植物体内因过多的氧自由基而产生伤害。有研究表明，植物体内SOD活性在季节性动态变化中，随季节气温的逐渐降低，会出现先升后降的趋势[19]。本研究中3种罗汉松SOD活性变化呈先升后降的趋势，季节变化表现为秋季＞冬季＞春季＞夏季，这与前人研究结果一致。POD是植物体内一类氧化还原酶，具有较高活性适应性，通常是植物生长发育、体内代谢和适应环境的酶系表征[20]。本研究发现，3种罗汉松叶片POD活性四季变化顺序均表现为春季＞夏季＞冬季＞秋季，其中海南罗汉松的POD活性最大，由此推测海南罗汉松对环境的适应性更强，春季是罗汉松生长发育的最佳时节。CAT广泛存在于植物细胞内，是平衡植物体内过氧化氢的主要酶，有研究表明CAT在植物的抗旱、抗病等方面起着重要作用[21-22]。本研究发现3种罗汉松CAT活性最大的是海南罗汉松，在季节变化中夏季最大，表明在相同环境下海南罗汉松抗逆性最强。

叶绿素是植物的主要光合色素，在植物体内通过一系列的化学反应电子传递来参与植物的光合作用。本研究中3种罗汉松光合色素均在夏季达到最大，其原因一方面是夏季光照强度大，植物光合能力较强，光合色素的合成速率较快；另一方面是植物的色素合成和累积受叶片自身的形态性状决定，一般厚革质叶片色素含量要高于硬革质叶片。本试验结果表明，海南罗汉松总色素含量要高于贵妃罗汉松和本地罗汉松，说明在相同条件下，海南罗汉松的光合作用强于其他两种罗汉松。