脫落酸對低溫脅迫下水曲柳幼苗葉片抗寒生理指標的影響

王 宇，王晶英

(東北林業大學，哈爾濱 150040)

在培育水曲柳 (Manchurian ash)人工林過程中發現，許多因素對水曲柳的成活與幼樹生長起著重要的抑制作用，特別是霜凍，輕者使當年生長量降低，重者使整株林木死亡。因此，研究水曲柳在低溫脅迫下受害和抗寒性機制，并在此基礎上提出有效的防止技術措施，對培育和保護水曲柳人工林具有重要意義。

ABA是一種廣泛存在的植物激素，對逆境脅迫有很強的調節作用。當植物受到逆境脅迫時，細胞內ABA含量迅速增加，促使大量ABA誘導基因表達［1］。ABA可以提高植物的多種抗逆性。其抗逆機理主要包括:①通過保護膜結構，維持膜功能和誘導抗冷基因表達而增強植株抗冷性;②ABA是在脅迫后的恢復過程中起信號傳導的作用［2］;③在脅迫環境中，ABA可參與一系列相關生理活動 (如氣孔運動、光合調控等)和基因的表達，從而緩解脅迫帶來的傷害［3］;④促進多種抗氧化酶的活性。外源ABA能顯著提高黃瓜幼苗葉片過氧化物酶 (POD)、過氧化氫酶 (CAT)和超氧化物歧化酶 (SOD)的活性，有效緩解鹽脅迫引起的黃瓜幼苗葉片細胞的膜脂過氧化［4］。外源施加ABA可以導致內源ABA的增加，從而刺激抗脅迫系統啟動，提高植株的抗氧化能力［5］。

低溫是限制地球上植物分布和生產的重要因子之一，受冷害后的植物在膜透性、SOD活性、POD活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白質含量等方面都有著相似的變化。研究ABA對于水曲柳常溫和低溫脅迫中葉片生理指標的變化，對于提高水曲柳的抗寒性具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

2008年4月栽植3 a生水曲柳 (Manchurian ash)苗木，每盆三棵，共50盆，盆高為21 cm，上口直徑為29 cm，土壤為經過消毒的大棚土壤。在自然條件下生長，常規管理。

1.2 處理方法

1 .2 .1 人工低溫處理

2008年7月噴施不同濃度的ABA(0 mg/L、10 mg/L、30 mg/L和60 mg/L)每種濃度為3盆，噴后第1 d、5 d、10 d和15 d分別采集一定帶葉枝條，將帶葉枝條分為兩部分，一部分立即測定葉片質膜相對透性、超氧化物歧化酶 (Superoxide Dismutase，SOD)、過 氧 化 物 酶 (Peroxidase，POD)、可溶性糖含量、水溶性蛋白質含量的變化，另一部分于0℃的低溫處理24 h后測定上面各項生理指標 (由于之前預實驗中實驗低溫為 －7℃、0℃和4℃，依照實驗效果最終確立為0℃)。

1 .2 .2 季節低溫處理

9月18日、19日連續2 d分2次對盆栽水曲柳幼苗進行葉面噴施ABA處理 (0 mg/L、10 mg/L、30 mg/L和60 mg/L)，每種濃度為3盆幼苗，噴后第一天開始分別采集帶葉枝條測定和分析其葉片相對電導率，記錄當天大氣溫度。隨著氣溫下降重復實驗共做3次，以將自然低溫與人工低溫進行比較，驗證人工低溫試驗中所得結論。噴后共測3次電導率，大氣溫度分別是:13～25℃、4～16℃和3～13℃。

1 .2 .3 各生理指標測定方法

質膜相對透性以相對電導率表示，采用電導法測定［6］?？扇苄蕴呛坎捎幂焱噭┓y定［6］?？扇苄缘鞍踪|含量采用G－250法測定［6］。SOD活性采用氮藍四唑 (NBT)法測定［7］。POD活性采用愈創木酚法測定［8］。

數據處理采用Excel軟件進行實驗原始數據的整理和示圖制作及方差分析。

2 結果與分析

2.1 季節低溫處理下電導率的變化

膜透性可以作為表征細胞結構完整性的主要特征，所以可以利用自然低溫條件下的電導率變化情況來初步證實不同濃度ABA對于水曲柳抗寒力的影響。由圖1可知，在自然低溫條件下，對照組隨著溫度的不斷降低，季節低溫處理的天數不斷增加，電導率呈上升趨勢。因為在自然低溫條件下，溫度逐漸下降，膜從液晶態轉變為凝膠態，膜收縮，出現裂縫，因此使膜透性劇增，導致電導率上升。10 mg/LABA處理組電導率與對照組相比，都隨噴施天數的增加而呈顯著下降趨勢。30 mg/L ABA有一定程度的下降趨勢，高濃度的60 mg/LABA與對照相比下降不太顯著?？梢猿醪秸J為低濃度的ABA可以緩解電導率的上升速率，對于維持膜透性的穩定具有顯著作用。

圖1 季節低溫處理下電導率的變化Fig.1 Changes of conductivity under seasonal low-temperature treatment

2.2 脫落酸對常溫和低溫脅迫條件下細胞膜透性的影響

由圖2可知，常溫和低溫相比，對照組電導率總體來說有上升趨勢，第1 d、5 d和15 d，對照組電導率低溫要高于常溫。但第10 d，低溫要低于常溫，原因可能是低溫導致的細胞膜結構發生膜磷脂均勻收縮，膜的透性變小，外滲電導率就變小?？傮w來說ABA能夠比較顯著降低電導率。實驗第1 d，常溫和低溫相比，3種不同濃度的ABA處理組均能降低電導率，高濃度效果更顯著;第5 d，中、高濃度能夠降低電導率，低濃度的ABA處理無顯著變化;第10 d，整體無顯著變化規律;第15 d，3種濃度均能降低電導率，不同濃度間作用效果無顯著差異。說明ABA可以降低電導率，一定程度上減輕細胞膜損傷，人工低溫下，較高濃度的效果比低濃度的更明顯一些。

圖2 脫落酸對常溫和低溫脅迫條件下細胞膜透性的影響Fig.2 Effects of ABA on the membrane permeability under normal temperature and low－temperature stress conditions

2.3 脫落酸對常溫和低溫脅迫條件下葉片蛋白質含量的影響

低溫脅迫會對可溶性蛋白質含量產生一定的影響。如圖3所示，與常溫條件下相比，0℃低溫時蛋白質總體上呈現出蛋白質含量下降的趨勢。由圖3可知，在常溫條件下，10 mg/L ABA處理組蛋白質與對照組相比，都隨噴施天數的增加而呈顯著上升趨勢。在第1 d和第5 d時，蛋白質含量沒有對照組高;但第10 d和第15 d的實驗中與對照相比，出現了較顯著的蛋白質含量的提高。30 mg/L ABA與60 mg/L ABA在常溫條件下與對照組相比，在第1 d和第5 d中無顯著變化，在實驗后期中有少量的提高蛋白質含量的作用。說明10 mg/L濃度的ABA在常溫下有提高蛋白質的作用。而其他濃度的ABA提高作用效果不明顯。在低溫條件下，10 mg/LABA同樣有一個很顯著的上升趨勢。說明低濃度的ABA可以增加可溶性蛋白質含量，對于提高水曲柳的抗低溫適應能力具有一定的效果。而高濃度的變化不大，可能因為濃度過高會對蛋白質的合成產生抑制作用。

2.4 脫落酸對常溫和低溫脅迫條件下葉片可溶性糖含量的影響

溫度下降會對可溶性糖含量產生一個顯著的影響。由圖4可知，可溶性糖顯著增多，0℃對照組平均數上升了16%。由于低溫脅迫下，淀粉水解成糖比較旺盛，所以植物體內的淀粉減少，而可溶性糖會顯著增多，對于抗寒有良好效果。但圖4中無論在常溫還是0℃低溫條件下，3種濃度的ABA處理組可溶性糖與對照組相比，都沒有顯著變化。可能說明外施ABA在提高水曲柳抗寒能力的作用機理上，并不表現在提高可溶性糖含量方面上。

圖3 脫落酸對常溫和低溫脅迫條件下葉片蛋白質含量的影響Fig.3 Effects of ABA on the blade protein content under normal temperature and low-temperature stress conditions

圖4 脫落酸對常溫和低溫脅迫條件下葉片可溶性糖含量的影響Fig.4 Effects of ABA on the blade soluble sugar content under normal temperature and low-temperature stress conditions

2.5 脫落酸對常溫和低溫脅迫條件下葉片保護酶(SOD、POD)活性的影響

保護酶活性變化也是低溫脅迫環境中抗寒力程度的重要指標。兩種保護酶 (SOD，POD)活性在不同處理、不同溫度、不同時間上均受到影響。在常溫條件下，3種濃度的ABA處理組SOD活性與對照組相比，都有一定程度的升高。其中10 mg/L ABA與30 mg/L ABA處理組上升的趨勢更明顯一點。60 mg/L ABA與對照相比，能夠提高SOD酶的活性，但作用效果沒有低濃度的ABA好。而10 mg/L ABA處理組POD與對照組相比，隨噴施天數的增加而呈顯著上升趨勢。說明常溫時低濃度ABA可一定程度上提高保護酶的活性。在0℃條件下，10 mg/L ABA與30 mg/L ABA處理組在SOD酶方面作用效果與常溫相似，說明低濃度ABA提高保護酶SOD活性效果比較明顯。10 mg/L ABA處理POD與對照組相比有比較明顯的上升趨勢。但除了第5 d時，常溫與0℃低溫POD活性與對照組相比都出現了一定的下降，具體原因有待分析。而兩種高濃度的POD活性出現了一定的下降趨勢?？赡軡舛冗^高對于POD有抑制作用?？傮w來說，10 mg/L ABA對于保護酶活性的提高效果最好，能一定程度緩解和提高酶的活性。如圖5所示。

圖5 脫落酸對常溫和低溫脅迫條件下葉片保護酶 (SOD、POD)活性的影響Fig.5 Effects of ABA on the blade SOD and POD activity under normal temperature and low-temperature stress conditions

3 結論與討論

本研究發現，在低溫脅迫條件下水曲柳幼苗電導率有兩種變化。一種是在低溫條件下，電導率出現的是上升的趨勢。另一種是在溫度下降的情況下，電導率出現過下降的情況。相對電導率升高是因為低溫對植物進行傷害，導致膜結構發生改變，液晶態轉變為凝膠態，膜收縮，出現裂縫，因此使膜透性劇增，導致電導率上升。這與張吉立等人在冬季自然條件下4種彩葉植物抗寒生理研究中的研究結果變化趨勢相似［9］。相對電導率有時出現降低，是因為逆境環境中，細胞膜的結構膜磷脂發生變化，如果膜磷脂是均勻收縮的話就會使膜透性減小，從而相對電導率也降低。這與王晶英在黑龍江東部山區水源涵養林樹種水分適應性研究中的研究成果相一致［10］。

本實驗發現不同濃度的ABA處理對于可溶性糖含量的影響不大，但是許多實驗中證明，在溫度下降的時候，淀粉水解成糖比較旺盛，可溶性糖含量增多，有利于抗寒，所以可溶性糖也是測定植物抗冷性的一個重要指標。在邱乾棟等人的研究結果中可以證明這一點［11－14］。但是在本實驗中外源ABA也并不是不對可溶性糖產生任何影響，在實驗后期中，3種濃度的ABA處理組與對照組相比，可溶性糖有了一些提高。3種不同濃度的提高相比較，高濃度的ABA提高的幅度要大一些?？赡苷f明ABA對于可溶性糖的影響比較緩慢，而且開始起作用的外源ABA需要的量要高一些。

研究結果表明，在低溫脅迫下，10 mg/L濃度的ABA預處理能夠有效緩解低溫條件下水曲柳葉片電導率的下降速度;對于蛋白質的積累具有很大的促進作用，其他濃度的處理無顯著變化;3種濃度的ABA處理對于可溶性糖的增加都沒有顯著作用;保護性酶 (SOD、POD)活性變化方面，不同濃度的ABA處理都能夠升高SOD酶的活性，其中10 mg/L濃度處理的葉片效果最明顯。10 mg/L濃度的ABA處理可以顯著提高POD酶的活性，但其他兩個高濃度的處理對于POD的活性有抑制作用，POD活性出現了下降趨勢。在自然低溫下，3種濃度的ABA處理都可以降低水曲柳葉片的相對電導率，其中較高濃度的作用效果更加顯著一些。綜合各個生理指標的變化，ABA提高水曲柳幼苗抗寒性的效果與其濃度密切相關，在一定濃度范圍內ABA提高水曲柳幼苗抗寒性的效果顯著，但濃度過高效果不再明顯，在本實驗中濃度為10 mg/L時效果最佳。

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