低温胁迫对阳光毛白杨生理特性的影响

邹原东，石进朝，李彦侠，徐 琰

（北京农业职业学院园艺系，北京102442）

毛白杨（Populus tomentosa L.）是杨柳科杨属落叶大乔木，是北京城乡绿化、速生丰产林、防护林和行道河渠绿化的好树种。生长快，树干通直挺拔，适应性强，主根和侧根发达，枝叶茂密。它具有喜光、耐寒、耐旱、耐湿、耐盐碱、抗风沙、抗逆性极强、萌芽性强、根系发达、适应性强、管理粗放等特点，黏土、壤土、沙壤上或低湿轻度盐碱土均能生长。

北京农业职业学院阳光毛白杨快速繁殖与生态适应性研究团队经过多年观察，于2016 年发现了雄性毛白杨的芽变种——“阳光毛白杨”（Populus tomentosa 'SUNNY'）。春季芽金黄色，新生叶片全年金黄色，老叶渐变绿。阳光毛白杨的诞生为北京园林绿化增彩延绿工程的实施，增加了一个彩色乔木树种。

为探究阳光毛白杨的低温适应能力，本试验以毛白杨为对照，在人工低温下对2 种毛白杨的丙二醛含量、渗透调节物质进行测定，比较了两品种之间的生理性差异，为科学合理利用北京地区这一彩色植物新材料奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本试验材料为北京农业职业学院实训基地自然生长的阳光毛白杨和毛白杨，毛白杨为对照。

1.2 试验方法

2019 年5 月分别选取2 年生阳光毛白杨和普通毛白杨枝条幼嫩枝条100 根进行扦插，观察两品种的生根情况。9 月选取成活枝条进行试验，试验前将苗木浇足水，移至室内放置2 d，吸干水分后用托盘置于SPX-250B-G 型光照培养箱中。将光照时间调至白天/夜晚为12 h/12 h，光照强度为2 500 lx，相对湿度为60%～70%，箱内温度调至5 ℃，并以此温度为对照温度，恒温培养48 h 后分别取出3 个枝条进行 0、-5、-10、-15 ℃变温培养，每个温度下设3 次重复，恒温培养24 h 后进行取样测定。

1.3 测定项目及方法

取枝条的中间部位进行测定。MDA 的测定采用TBA 比色法[1]。可溶性糖含量测定采用硫酸- 蒽酮比色法[2]。可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250 法[2]。脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮显色法[3]。

1.4 数据分析

数据采用Excel 2007 制图，并用统计软件SPSS 19.0 进行方差分析和LSD 检验。

2 结果与分析

2.1 低温对2 种毛白杨MDA 的影响

表1 不同品种MDA 均值比较及显著性分析 μmol/g

丙二醛（MDA）含量的高低可以反映出植物在逆境胁迫下的膜脂过氧化程度[4]。从图1 可以看出，低温对阳光毛白杨和毛白杨MDA 含量有影响，随着温度的降低，2 个品种的MDA 含量逐渐升高。对阳光毛白杨而言，MDA 的数值随着温度的降低而升高；和0 ℃相比，-10 ℃下MDA 含量的增长最快。从品种来看，在同一温度下，阳光毛白杨和毛白杨的MDA 含量差别不大，5 ℃下毛白杨比阳光毛白杨高出9.84%，随着温度的降低，差距逐渐收窄，在-15 ℃下，差距缩小到0.94%。方差分析（表1）表明，2 个品种不同温度下的MDA 含量差异都达极显著水平（P＜0.01）。

2.2 低温对2 种毛白杨渗透调节物质含量的影响

可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等渗透调节物质的含量在植物处于逆境条件下普遍升高，是植物体对外界环境变化的一种应激反应，是植物组织启动保护机制的一种信号，它们升高的幅度受品种、逆境时间的影响[5-7]。

2.2.1 可溶性糖含量的变化 从图2 可以看出，随着温度的降低，可溶性糖含量升高，并且2 个品种的表现一致。从阳光毛白杨的变化可以看出，5～-5 ℃下的可溶性糖含量增加平缓，最大增加值达到31.2%；-10、-15 ℃下的可溶性糖含量与其他温度下相比，增加量较大，-15 ℃的可溶性糖含量与5 ℃下相比增加了104.80%。对毛白杨而言，5 种温度下的可溶性糖含量的变化趋势与阳光毛白杨相似，-5 ℃下的含量变化增加值分别比5、0 ℃增加1.65%和10.04%，而在-10 ℃下的含量上升明显，较-5 ℃的增加47.70%，之后又趋向平缓，-15 ℃下的含量比-10 ℃的增加了15.21%。2 个品种间比较，不同温度下阳光毛白杨的可溶性糖含量高于毛白杨的含量；最小差距在5 ℃，仅为2.23%，最大在-5 ℃，为 21.89%。

方差分析（表2）表明，阳光毛白杨在-10、-15 ℃下的可溶性糖含量与0、5 ℃的相比差异极显著（P＜0.01），毛白杨在 -10、-15 ℃下的可溶性糖含量与其他温度下的相比差异极显著（P＜0.01）；2 个品种间差异极显著（P＜0.01）。

表2 不同品种可溶性糖均值比较及显著性分析 mg/g

2.2.2 可溶性蛋白含量的变化 从图3 可以看出，阳光毛白杨的可溶性蛋白含量随着温度的降低呈现直线增长，0、5 ℃相比含量翻倍。对毛白杨而言，0 ℃下的含量比5 ℃下的增加了122.49%，但是，-5 ℃下的含量和0 ℃下的相比几乎持平，仅增加4.41%；当温度达到-10、-15 ℃，含量又显著上升。阳光毛白杨和毛白杨之间的差距较为明显，前者的可溶性蛋白含量高于后者，差别较大的几个温度是-5、-10、-15 ℃，达到 27.15%、22.75%和 8.66%。方差分析（表3）表明，毛白杨在-15 ℃下的可溶性蛋白含量与其他温度相比差异极显著（P＜0.01），其他温度下的可溶性蛋白含量与5 ℃的相比差异极显著（P＜0.01）；阳光毛白杨不同温度下的MDA 含量差异极显著（P＜0.01）；2 个品种间差异显著（P＜0.05）。

表3 不同品种可溶性蛋白均值比较及显著性分析 mg/g

2.2.3 脯氨酸含量的变化 从图4 可以看出，随着温度的降低，阳光毛白杨和毛白杨的脯氨酸含量变化趋势一致，都呈现高温快速增加，中温缓慢上升，低温翻倍增加的趋势。在0 ℃时，脯氨酸含量增加较多，随着温度的降低，脯氨酸含量缓慢上升，-10 ℃时，脯氨酸含量近乎翻倍，2 个品种的脯氨酸含量和最初的5 ℃下的含量相比分别增加了94.49%和87.26%，但是温度在下降至-15 ℃，脯氨酸含量极速增加，2 个品种的脯氨酸含量与-10 ℃下的含量相比分别增加了57.2%和48.80%，与5 ℃下的含量相比分别增加了205.74%和178.64%。不同温度下阳光毛白杨的脯氨酸含量高于毛白杨，二者间差别较大的在-5、-15 ℃，分别为15.14%和12.29%。方差分析（表4）表明，阳光毛白杨在-10、-15 ℃下的脯氨酸含量与0、5 ℃的相比差异极显著（P＜0.01），毛白杨在-15 ℃下的脯氨酸含量与其他温度下的相比差异极显著（P＜0.01）；品种间差异显著（P＜0.05）。

表4 不同品种脯氨酸均值比较及显著性分析 μg/g

3 结论与讨论

许多研究表明，当植物在遭受低温、冷害逆境胁迫时，MDA 含量显著升高，并且伴随着升高的幅度来反映植物体内细胞膜受伤害程度以及抵御低温伤害的能力。抗寒性强的品种中其根系发达，细胞膜渗透调节能力稍强，在一定低温范围内保持较低MDA 含量水平[8-10]。高树涛等[11]研究发现，受低温冻害程度较大的女贞枝条中MDA 含量较高，抗寒性与MDA 含量呈显著负相关。本研究表明，在低温胁迫下，阳光毛白杨与毛白杨的膜脂过氧化反应加剧，MDA 含量相应的增加，但两品种之间在相同温度范围内MDA 增加值存在显著差异，这与魏双霞等[12]的研究结果一致。

植物在受到逆境胁迫时，细胞内渗透调节物质的含量会产生变化，而变化的范围及幅度也反映出植物体不同组织、器官遭受逆境伤害的程度；不同品种、地区环境的差异以及植物处于逆境胁迫的时间都会影响其体内渗透调节物质的相应变化。张林平等[13]通过对甘草在NaCl 胁迫下渗透调节物质的变化研究发现，甘草根叶中可溶性糖、可溶性蛋白质、游离脯氨酸含量随着NaCl 浓度的增加而上升，而积累量不完全随着胁迫时间的延长而增加。胡艳等[14]研究发现，在遭受干旱胁迫下，黑果腺肋花楸叶片的可溶性糖含量和脯氨酸含量相应增加，细胞内部渗透压下降，在一定程度上缓解因为胁迫对植物组织的影响，使植物体在可控范围内能够正常生长。阿迪力·阿卜来提等[15]研究认为，不同温度处理下酸枣枝条渗透调节物质的增加与自身抗逆性有关，能显著反映酸枣枝条抵御低温胁迫的能力。本研究表明，随着温度的降低，阳光毛白杨3 类渗透调节物质含量增加，可溶性糖含量在-5～5 ℃增加平缓，之后上升较为迅速；可溶性蛋白增加量呈直线上升趋势；脯氨酸含量在5～-10 ℃平稳增加，随着温度继续降低，增加量迅速攀升。当植物受到低温胁迫，细胞水势有上升的风险，造成组织脱水，可溶性糖和可溶性蛋白增加，在一定程度上降低水势，提高细胞的渗透式以及相关保护酶的活性，减缓应激反应，加强细胞间分子的连接紧密性，抵御寒冷逆境造成的影响。从本研究也可以看出，当2 种毛白杨受到低温胁迫时，脯氨酸含量增加，积累敏感性随着温度的降低而提高，蛋白质溶解性能增强，水合渗透调节能力提高，在较低温度下可保护细胞不受损伤，提高抗寒能力。随着温度的持续降低，阳光毛白杨比毛白杨具有较高的低温抵抗能力。

一个植物新品种是否能抵抗低温寒冷的影响，要看综合评价指标，除了从生理方面进行研究外，还要从其长势、生长的外界环境、栽培管理等综合方面来观察，还要结合多年连续指标进行综合评定。本研究仅从可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸等渗透调节物质以及丙二醛等生理指标来研究阳光毛白杨的抗寒性，以后应加强其他方面的研究。