蒙古沙棘和中国沙棘的耐寒性比较

寇 权，范小峰，豆博强，赵宝鹏

(1.黄河水利委员会 西峰水土保持科学试验站，甘肃 庆阳 745000；2.甘肃省高校陇东生物资源保护与利用省级重点实验室，甘肃 庆阳 745000)

沙棘属于胡颓子科沙棘属落叶灌木或小乔木，耐旱、抗风沙，可以在盐碱化土地上生存，是我国水土保持植被建设中的重要树种，在防治水土流失、防风固沙、改善生态环境方面发挥着积极作用。沙棘为药食同源植物，可广泛应用于食品、医药、轻工、航天、农牧渔业等国民经济的许多领域。前人对沙棘的研究主要侧重于育苗和栽培[1]、逆境生理[2]、成分分析[3]等方面，本试验以中国沙棘(Hippophaerhamnoidessubsp.sinensisRousi)和蒙古沙棘(Hippophaerhamnoidessubsp.mongolicaRousi)为材料，通过测定两种沙棘叶片的相对含水量、电导率、丙二醛含量、渗透调节物质(游离脯氨酸、可溶性蛋白及可溶性糖)含量及抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶及过氧化氢酶)活性等生理指标，比较两种沙棘的耐寒性，以期为筛选适合本土种植的沙棘品种并进行大面积推广提供理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

以5年生蒙古沙棘(丘伊斯克)和中国沙棘同一部位的新鲜叶片为供试材料，材料来源于甘肃省庆阳市华池县山庄乡大庄村阳坬沟门，取材时间为2020年11月28日，白天最高温度为4 ℃，夜晚最低温度为-8 ℃，日平均温度为2 ℃。

华池县地处东经107°29′～108°33′、北纬36°07′～36°51′之间，位于陇东黄土高原残塬丘陵沟壑区，海拔1 100～1 780 m。该地昼夜温差大，年平均气温7.8 ℃，年极端高气温可达38 ℃，年极端低气温-26.5 ℃，无霜期140～180 d，年降水量380～510 mm，降水主要集中在7—9月，气候类型为温带大陆性季风气候。

1.2 试验方法

1.2.1 含水量的测定

将采摘好的沙棘叶片取出，用蒸馏水洗净沙棘叶面，分别测定两种不同沙棘叶片的鲜质量和干质量。测定干质量时，采用烘干法，先用105 ℃烘干30 min，再用75 ℃烘至恒定质量。

1.2.2 相关生理指标的测定

质膜透性参照电导率法测定；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT光化还原法测定；过氧化氢酶(CAT)活性和叶绿素含量参照李合生[4]的方法测定；过氧化物酶(POD)活性用愈创木酚法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；脯氨酸含量采用磺基水杨酸法测定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法测定；可溶性蛋白含量参照BRADFORD[5]的方法测定。

1.3 数据统计及处理

以蒙古沙棘和中国沙棘作为试验对象，分2组，每组均设6个平行试验，序号为Ⅰ～Ⅵ。通过Excel 2010和SPSS 20.0进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 低温对蒙古沙棘与中国沙棘叶片含水量、叶绿素含量的影响

低温胁迫过程中沙棘叶片质量的变化能直接反映沙棘的受伤害程度。植株在受到寒冷胁迫时，束缚水含量增加，自由水含量减少，受到寒冷胁迫的植株由于亲水胶体的含量增加，可以吸附更多的水，同时自由水的含量会逐渐降低，这样就会使原生质不易脱水、凝固，也不易结冰。如图1所示，在低温条件下，6个平行试验中蒙古沙棘的含水量均低于中国沙棘，且呈现出显著差异(0.01

图1 蒙古沙棘与中国沙棘的含水量、叶绿素含量比较

叶绿素在植物光合作用中起捕获光能的重要作用，它的含量直接影响到植物光合作用能力的强弱。由图1可以看出，两种沙棘受到相同条件的寒冷胁迫时，中国沙棘的叶绿素含量明显比蒙古沙棘低，且两种沙棘的叶绿素含量呈现显著差异(0.01

2.2 低温对蒙古沙棘和中国沙棘抗氧化酶活性的影响

表1显示，在低温胁迫下蒙古沙棘叶片内的SOD、CAT和POD活性均高于中国沙棘。经对3种抗氧化酶的活性做成对样本t检验，结果显示：两种沙棘的SOD、CAT活性呈显著差异(0.01

表1 低温条件下蒙古沙棘和中国沙棘的抗氧化酶活性对照

2.3 低温对蒙古沙棘和中国沙棘渗透调节物质的影响

脯氨酸在植物体内起渗透调节的作用，对提高逆境胁迫的耐受性有着很重要的作用。沙棘在低温胁迫情况下，植株体内会积累大量的脯氨酸，沙棘体内游离辅氨酸含量的增加是其抗低温胁迫的一种保护措施。表2显示，低温胁迫下的蒙古沙棘脯氨酸含量高于中国沙棘。通过对两种沙棘的游离脯氨酸含量做成对样本t检验，结果显示两种沙棘叶片的游离脯氨酸含量呈显著差异(0.01

表2 蒙古沙棘和中国沙棘的渗透调节物质含量对照

低温环境下植物细胞中各类渗透调节物质(可溶性蛋白、可溶性糖等)的增加量和积累速度与自身抗寒性密切相关。低温胁迫下沙棘体内会合成更多的可溶性糖和可溶性蛋白质等渗透调节物质，以此来提高细胞液浓度，维持细胞内外渗透压平衡，提升自身的抗寒能力，用以应对低温胁迫造成的伤害。通过对两种供试沙棘叶片内的渗透调节物质(可溶性蛋白、可溶性糖)做独立样本t检验，结果显示两种沙棘叶片内的渗透调节物质可溶性蛋白和可溶性糖都呈极显著差异(P<0.01)，蒙古沙棘体内的渗透调节物质明显高于中国沙棘，说明蒙古沙棘具有更强的耐寒性。

2.4 低温对蒙古沙棘和中国沙棘丙二醛和质膜透性的影响

丙二醛(MDA)含量和质膜透性(以相对电导率表示)均能间接反映细胞膜的受损程度，可作为植物受低温胁迫的量化指标。植物在受到低温胁迫时，细胞膜流动性降低，就会产生活性氧(羟基自由基、过氧化氢等)。在植物体内，自由基作用于膜脂发生过氧化反应，终产物为丙二醛，受到低温胁迫越严重的植物，其体内的丙二醛含量就会越高。由图2可知，低温环境下蒙古沙棘的丙二醛含量和质膜透性明显低于中国沙棘，说明低温胁迫下中国沙棘的细胞膜受损情况更加严重。

图2 蒙古沙棘和中国沙棘叶片丙二醛含量、质膜透性比较

3 结果与讨论

(1)逆境胁迫导致植物体内活性氧代谢平衡被破坏，从而诱导体内活性氧积累，膜脂过氧化，引发MDA大量积累，但植物也会启动其抗氧化酶系统，代谢过氧化氢等活性氧，降低对植物的伤害。本试验发现低温引起两种沙棘抗氧化酶活性增强，其中蒙古沙棘的SOD和POD活性明显高于中国沙棘，而MDA积累量低于中国沙棘，说明蒙古沙棘对低温的耐受性强于中国沙棘。

(2)沙棘受到低温胁迫时，可通过积累一定量的渗透调节物质，以提高细胞液浓度，维持细胞内外渗透压平衡，提升自身的抗寒能力，因此植株体内的渗透调节物质含量在一定程度上反映了其抗渗透胁迫性的强弱。本试验发现在低温胁迫下蒙古沙棘脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质等渗透调节物质的含量明显高于中国沙棘，低温胁迫对其影响较轻。

(3)低温胁迫下沙棘的耐寒性与细胞电解质渗透性、生理活性及保护性酶的活性密切相关，沙棘植株通过自身细胞的一系列生理生化变化来适应低温胁迫的影响。随着温度的降低，细胞质膜透性增加，细胞内电解质大量渗透到细胞膜外，使其相对电导率显著增加，说明低温胁迫对细胞损伤严重，植株受到不可逆损伤，甚至死亡。

(4)在低温环境下，沙棘体内自由基、活性氧利用率下降，从而积累较多的活性氧，破坏了体内活性氧的产生与清除之间的平衡状态，不利于其自然生长，较为严重情况下会导致其死亡，因此植株体内会形成一种抗氧化防御系统，一般由POD、SOD、CAT等共同构成酶防御系统，在低温环境下能够提高沙棘的抗氧化酶活性，避免或者降低因低温胁迫而导致的膜脂过氧化。

(5)通过测定蒙古沙棘和中国沙棘在相同寒害条件下的相对含水量与质膜透性，游离脯氨酸、丙二醛、可溶性蛋白及可溶性糖含量，以及SOD、POD、CAT活性等生理指标，发现在低温条件下，蒙古沙棘的叶绿素含量、抗氧化酶活性及渗透调节物质含量均高于中国沙棘，而含水量、质膜透性和丙二醛含量则低于中国沙棘，表明蒙古沙棘的耐寒性显著高于中国沙棘，更适宜在黄土高原地区推广种植。