榆林市2种引栽绿化树种的抗寒性分析

刘 娟，李鲜花，赵欢蕊

（榆林学院生命科学学院，陕西榆林719000）

在低温条件下，植物体内会发生一系列错综复杂的反应，导致植物体内的生理指标发生变化，因此，可以通过对其生理指标的测定来反映植物的抗寒性。有研究表明，植物对低温的反应与植物体内的游离脯氨酸含量、丙二醛含量和过氧化物酶活性密切相关。

在正常情况下，脯氨酸含量并不高，然而在植物遭受低温影响时，脯氨酸含量增多，其能够作为抗寒性的生理指标[1]。吕优伟等[2]对早熟禾在低温胁迫下的生理响应及苗期抗寒性研究中认为，游离脯氨酸含量随着温度的降低而逐渐上升。郭黄萍等[3]在山西梨部分栽培品种抗寒性研究初报中得出，梨枝条中游离脯氨酸含量随着外界温度的降低而升高。黄浩等[4]在黄梁木种源的抗寒性综合评价中得出，在低温胁迫条件下，不同黄梁木种源的枝芽存活率与游离脯氨酸含量呈极显著正相关，说明生理指标的变化与枝芽的抗寒性密切相关。

丙二醛含量在抗性生理研究中是一种常用的指标，它能间接地反映植物对低温胁迫的抵抗和忍耐能力，可以利用其作为脂质过氧化指标来表示植物本身对逆境条件的反应[5]。王庆军等[6]在3个石榴品种的抗寒性分析中指出，植物的抗寒性与丙二醛含量呈负相关关系。赵欢蕊等[7]在对辽东栎在低温胁迫下的生理响应研究中指出，丙二醛含量随着自然温度的降低逐渐上升。何威等[8]在山茶花耐寒性研究中也指出，丙二醛含量在自然降温过程中随着温度的降低逐渐增加，其可作为鉴定山茶花品种耐寒性强弱的生理指标。

过氧化物酶（POD）活性的变化在一定程度上可以反映植物的抗寒性，当植物感受到外界温度降低时，过氧化物酶通过酶促降解H2O2，避免自由基对细胞膜的伤害，保护植物细胞[9]。王勇等[10]在核桃优良品种枝条抗寒性生理生化指标分析中指出，随着核桃生育进程的继续以及气温的变化，POD酶活性在核桃枝条内含量越高，抗寒性越强。艾鹏飞等[11]在研究仁用杏抗寒性生理指标评价中得出，过氧化物酶活性在胁迫降温过程中呈现出上升趋势，且与仁用杏枝条的萌芽率相关性较好。因此，过氧化物酶活性的变化在一定程度上可以反映植物的抗寒性。

合欢和紫荆是榆林市近年来引进的新树种，在已有的研究中，关于合欢和紫荆对低温的反应，尤其是抗寒生理的研究较少。榆林地处陕西省最北部，冬季寒冷，而这2种植物皆喜温暖湿润气候，低温是限制其引种的主要环境因子[12]。

本试验在低温条件下对合欢和紫荆的3种抗寒性生理指标进行比较，旨在探索其在自然降温过程中生理变化的规律，为进一步扩大其引种范围提供理论支持。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于陕西省榆林市榆林学院校园内，位于东经 108°58′～110°24′，北纬 37°49′～38°58′。属于温带半干旱大陆季风气候，一年中以12月至次年2月日照差异最大，四季温差明显，干湿不同。年平均气温为8.3℃，冬季寒冷，平均气温在-7.8～4.1℃，极端最低温曾达到-32.7℃。试验期间（2016年11月至2017年3月）榆林地区气温变化情况如图1所示。

1.2 试验材料

以合欢和紫荆的一年生休眠枝条为试验材料。

1.3 试验方法

从2016年11月1日至2017年3月1日，每隔10 d左右取样一次，取样时间分别为11月1日、11月11日、11月21日、12月1日、12月11日、12月21日、1月1日、1月11日、1月21日、2月1日、2月11日、2月21日、3月1日，共13次，采集植物时取上部生长良好的一年生休眠枝条，放入保鲜袋中带回实验室作为试验材料备用。

1.4 测定项目及方法

游离脯氨酸含量的测定采用茚三酮法[6]，丙二醛含量的测定采用巴比妥酸法[8]，POD活性的测定采用愈创木酚法[6]。

1.5 数据分析

采用SPSS 22.0软件进行数据分析，采用Excel 2010进行图表处理。

2 结果与分析

2.1 自然降温对合欢和紫荆游离脯氨酸含量的影响

由图2可知，在试验期间，合欢枝条中游离脯氨酸含量随着温度的降低而升高，随着温度的升高而降低，与温度呈负相关。当温度在0℃以上时（2016-11-01—11-21），随着温度的升高，游离脯氨酸含量缓慢减少；在12月1日当温度降至0℃以下时，再随着温度的升降，游离脯氨酸含量呈波形变化，共出现4个波峰，分别出现在温度骤降的12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰对应的游离脯氨酸含量分别为 7.23，12.99，19.99，12.64 μg/g。整体上，游离脯氨酸含量呈先上升后下降的趋势。

紫荆植物体内脯氨酸含量的变化，与合欢基本相同。当温度在0℃以上升温时，脯氨酸含量缓慢减少，在12月1日温度降至0℃以下时，随着温度的变化，脯氨酸含量呈波形变化，共出现4个波峰，各波峰对应的脯氨酸含量分别为4.01，6.83，10.41，6.57 μg/g。与合欢相比，均有所下降，分别下降了3.22，6.16，9.58，6.07 μg/g。此后，随着温度的上升，至试验末的3月1日（-5℃），合欢脯氨酸含量下降至 10.03 μg/g，紫荆下降至 4.12 μg/g。在同一时期内，合欢枝条中的脯氨酸含量均高于紫荆。

2.2 自然降温对合欢和紫荆丙二醛含量的影响

由图3可知，在试验期间，合欢枝条中丙二醛含量随着温度的降低而升高，随着温度的升高而降低，与温度呈负相关。当温度在0℃以上时（2016-11-01—11-21），随着温度的升高，丙二醛含量缓慢减少；在12月1日当温度降至0℃以下时，随着温度的升降，脯氨酸含量呈波形变化，共出现4个波峰，分别出现在温度骤降的12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰对应的丙二醛含量分别为8.02，9.06，13.46，7.83 μmol/g。整体上，丙二醛含量呈现出先上升后下降的趋势。

紫荆植物体内丙二醛含量的变化，与合欢基本相同。在试验初期温度在0℃以上时，丙二醛含量变化较小，当12月1日温度降至0℃以下时，随着温度的升降，丙二醛含量呈波形变化，共出现4个波峰，各波峰对应的丙二醛含量分别为9.56，12.53，22.73，17.38 μmol/g，与合欢相比，均有所上升，分别上升了 1.54，3.47，9.27，9.55 μmol/g。此后，随着温度的上升，至试验末的3月1日（-5℃），合欢丙二醛酸含量下降至4.11 μmol/g，紫荆下降至6.53 μmol/g。在同一时期内，合欢枝条中的丙二醛含量均比紫荆低。

2.3 自然降温对合欢和紫荆过氧化物酶（POD）活性的影响

由图4可知，在试验期间，合欢枝条中过氧化物酶活性随着温度的降低而升高，随着温度的升高而降低，与温度呈负相关。当温度在0℃以上时（2016-11-01—11-21），随着温度的逐渐升高，过氧化物酶活性缓慢降低；在12月1日当温度降至0℃以下时，随着温度的变化，过氧化物酶活性呈波形变化，共出现4个波峰，分别出现在温度骤降的12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰对应的POD活性分别为 11.19，15.89，30.01，15.26 U/（g·min）。整体上，POD活性呈现出先升高后降低的趋势。

紫荆植物体内POD活性的变化，与合欢基本相同。当温度在0℃以上升温时，POD活性缓慢降低，当12月1日温度降至0℃以下时，随着温度的变化，POD活性呈现出波形变化，共出现4个波峰，各波峰对应的POD活性分别为7.29，8.12，16.88，9.37 U/（g·min）。与合欢相比，均有所降低，分别降低了3.9，7.77，13.13，5.89U/（g·min）。此后，随着温度的上升，至试验末的3月1日（-5℃），合欢POD活性下降至8.59 U/（g·min），紫荆下降至7.02 U/（g·min）。在同一时期内，合欢枝条中的POD活性均高于紫荆。

3 讨论

本试验表明，在自然降温过程中，合欢和紫荆中的脯氨酸含量、丙二醛含量、过氧化物酶活性均呈波形变化，随着温度的降低而增加，随着温度的升高而减少，与温度呈负相关关系。这分别与李丽等[13]对淡竹、张艳侠等[14]对石榴、鲁金星等[15]对砧木和酿酒葡萄枝条中的研究结果一致。可能是因为植物在低温条件下，会分泌植物蛋白，以增加细胞液的浓度来维持植物的生命[16]，如脯氨酸能够维持细胞结构、细胞运输和调节渗透压等，使植物具有一定的抗性和保护作用[17]。而当植物在低温刺激后产生POD对H2O2有促降解的作用，得以提高植物的抗寒性，同时温度的降低使植物细胞过氧化，从而产生大量的丙二醛。

王小媚等[18]研究表明，在低温胁迫过程中，杨桃的抗寒性指标POD活性呈现出先升后降的变化趋势，呈上升趋势可能是因为温度过低，超出了植物的耐寒范围。而本试验中，POD活性与温度呈负相关关系，可能是因为自然降温过程中出现的最低温度还没有达到2种树种所能忍受的临界低温，说明POD活性在不同的作物中抗寒性存在一定的差别，这与石如意等[19]、王勇等[20]的研究结果一致。

4 结论

本试验通过对游离脯氨酸含量、丙二醛含量、过氧化物酶活性3个指标的测定来进行合欢和紫荆2种植物的抗寒性比较分析。综合3种指标得出，合欢的抗寒性大于紫荆。这一结论对于扩大植物引种、丰富榆林本地的园林绿地生物多样性指数、进一步改善生态坏境具有重大意义。此外，由于植物在抵御低温的过程中，会产生一系列错综复杂的生理变化，且易受多种外界因素的影响，考虑今后可进一步通过对半致死温度、电阻率、可溶性蛋白等生理指标进行综合评定，从而加强对植物抗寒性鉴定的准确性和可靠性。