自然低温下双荚决明叶片生理指标的变化

刘国宇，毛祝新，王 玮，王 庆，李雪君，李 艳

(1.陕西省西安植物园，陕西 西安 710061；2.陕西省植物资源保护与利用工程技术研究中心，陕西 西安 710061)

双荚决明(CassiabicapsularisLinn.)为豆科决明属直立灌木，原产美洲热带地区，花色鲜黄、花期长、适应性强，在我国南方地区露地栽培，可作绿篱，是观赏性极高的绿肥植物。随着国家生态文明建设的推进，森林城市建设得到了快速发展，园林景观从新颖性、丰富度、季节观赏性等各方面有了新的要求，越来越多热带亚热带观赏植物被应用到北方园林中。近些年，在北京、河南、西安地区已有双荚决明的引种应用[1]。在西安地区双荚决明主要是作为宿根亚灌木应用，研究发现，稍加保护即可越冬，在适宜的小环境下不进行保护也可自然越冬。目前，关于双荚决明的研究主要是集中在栽培繁殖和水胁迫等方面[2～4]，鲜见有关于低温对其叶片影响的研究。笔者主要是研究在西安地区自然低温条件下双荚决明叶片生理指标的变化，以期能为双荚决明在西安地区园林中的应用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

双荚决明为陕西省西安植物园(108°57′15.07″E, 34°12′36.44″N)当年播种繁殖的实生苗。

1.2 取样方法

选取植株地上60～80 cm 之间分枝中下部无病虫害的完整叶片。从2017年11月18日至2018年1月17日每隔10 d采样1次，每个样本3个重复，共取样7次。记录整个取样期间的环境温度，以采样前5 d的平均最低温度作为当次采样的最低温度。

1.3 生理指标的测定方法

使用SPAD-502叶绿素仪(KONICA MINOLTA公司)测定叶片相对叶绿素含量；采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[5]；采用考马斯亮蓝比色法测定可溶性蛋白含量(试剂盒，南京建成生物工程研究所，型号：A045-2)；采用硫代巴比妥酸显色法测定MDA含量[5]；采用酸性茚三酮法测定脯氨酸含量[6]；采用钼酸铵法测定CAT活性(试剂盒，南京建成生物工程研究所，型号：A007-1)；采用黄嘌呤氧化酶法测定SOD活性(试剂盒，南京建成生物工程研究所，型号：A001-1-1)；采用愈创木酚法测定POD活性(试剂盒，南京建成生物工程研究所，型号：A084-3)。

1.4 数据分析

利用Excel和SPSS 19.0对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 自然低温下相对叶绿素含量的变化

叶绿素含量是衡量植物光合作用的重要生理指标，直接影响植物的光合效率[7]。图1可以看出，双荚决明叶片的SPAD值先升高后降低，又缓慢升高，SPAD值差异不显著。说明在整个试验期间，低温对双荚决明叶片的相对叶绿素含量影响不大。

注：α=0.05，相同字母代表差异不显著，不同字母代表差异显著。

2.2 自然低温下渗透调节物质含量的变化

渗透调节物质具有维持细胞的渗透压和正常代谢的功能[8]。低温胁迫可以诱导渗透调节物质增加来提高细胞内溶质的浓度，以防止失水，提高植物抗寒性[9]。由图2和图4可以看出，在试验期间，双荚决明叶片中可溶性糖和脯氨酸含量均随温度降低而增加，而且差异显著，这样有利于增强叶片抵御低温的能力。图3表明，可溶性蛋白含量呈双峰变化，分别在第一次剧烈降温和第二次降温时出现峰值，说明双荚决明叶片在试验期间遇到降温可以通过增加可溶性蛋白含量提高抗寒性。

2.3 自然低温下MDA浓度的变化

MDA的含量可以反应植物细胞膜脂过氧化而遭受伤害的程度，含量越高，受伤害程度越高[10]。图5可以看出，前5次取样的低温下，双荚决明叶片中MDA含量差异不显著，随着1月7日温度再次降低，MDA含量骤然升高，差异显著，表明细胞受到低温伤害程度增大。

注：α=0.05，相同字母代表差异不显著，不同字母代表差异显著。

注：α=0.05，相同字母代表差异不显著，不同字母代表差异显著。

注：α=0.05，相同字母代表差异不显著，不同字母代表差异显著。

注：α=0.05，相同字母代表差异不显著，不同字母代表差异显著。

2.4 自然低温下保护酶活性的变化

低温胁迫可直接诱导植物细胞产生过多的活性氧，植物通过自身的应激防御系统提高SOD、POD和CAT的活性清除体内过多的活性氧以提高自身抵御低温的能力[11]。图6可以看出，在试验前期，随着温度下降双荚决明叶片中SOD活性先升高后降低，且差异显著；试验后期随着温度持续降低，SOD活性又升高，但差异不显著；试验结束时SOD活性比降温前有所增加，且差异显著，说明SOD活性的增强有助于双荚决明叶片提高耐寒性。双荚决明叶片中POD活性呈单峰变化(图7)，但1月7日前差异不显著，最后一次取样POD活性显著降低，可能是由于低温持续时间长，POD活性受到了限制。图8可以看出，开始降温时双荚决明叶片中CAT活性大幅度升高以抵御低温环境，随着12月18日温度略有所回升，CAT活性降低，1月7日温度再次降低时，CAT活性又升高，与试验开始时差异显著，说明CAT活性的升高对抵御低温起到积极作用。

注：α=0.05，相同字母代表差异不显著，不同字母代表差异显著。

注：α=0.05，相同字母代表差异不显著，不同字母代表差异显著。

注：α=0.05，相同字母代表差异不显著，不同字母代表差异显著。

2.5 自然低温下抗寒指标的相关性分析

对双荚决明叶片的8个抗寒指标进行简单的相关性分析，结果见表1。双荚决明叶片中的可溶性糖含量与脯氨酸含量呈极显著正相关，与MDA浓度呈显著正相关。可溶性蛋白含量与SOD活性呈显著正相关。脯氨酸含量与MDA浓度呈极显著正相关，与POD活性呈显著负相关。MDA浓度与POD活性呈极显著负相关。

表1 抗寒指标的相关性分析

注：*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著相关。

3 讨论

在笔者研究中，经历试验期间的自然低温过程后，双荚决明叶片中可溶性糖和脯氨酸含量都显著增加，渗透调节物质含量的积累有利于提高植物的抗寒性，这与鲍思伟[12]的研究结果是一致的。双荚决明叶片中可溶性蛋白含量变化呈双峰变化，第一个峰值后含量下降应该是植物本身对低温环境的适应性调节，第二个峰值后含量下降可能是由于低温持续时间长，超出了植物自身对低温的调节能力导致蛋白质合成受阻。

在低温过程中，植物体要通过SOD、POD和CAT三种保护酶的相互协调来增强抵御低温的能力[13]。在笔者试验中，双荚决明叶片中SOD和CAT活性最终都有所增强，而POD活性在试验结束时骤然降低，三种酶的协调作用不足以及时清除过多的活性氧和自由基，导致细胞膜的过氧化程度加剧，MDA大量积累。

利用自然低温条件可测得植物生理指标变化的真实情况，且耗时耗费少，但是由于自然低温发生的强度和时间存在年度差异，对植物耐寒性评价的一次性描述准确度不够[14]，因此需要多次自然低温及人工控制温度相结合来更准确的描述植物的耐寒性。