不同立木級木荷對低溫脅迫的生理響應研究

柳翼飛，王小德，黃 可，曹俊卓，張晶月

(浙江農林大學 風景園林與建筑學院，浙江 臨安 311300)

木荷 (Schima superba)，為亞熱帶樹種，具有許多優良性狀，集用材、抗災和觀賞于一體，是近年來大力發展的珍貴鄉土樹種，在植被恢復及林業生產上得到越來越廣泛的應用。低溫傷害使細胞膜受損，細胞膜相對透性變大［1］，導致細胞內的電解質外泄。因此，電解質外滲率的變化能反映組織受傷害程度和植物的抗寒性大小，實驗中通常用逆境傷害前后質膜的相對電導率來直觀的表示膜內電解質外滲率［2］。低溫下，植物體可通過保護性酶如超氧化物歧化酶 (SOD)、過氧化物酶 (POD)等，清除活性氧自由基［3］、積累大量滲透調節物質 (可溶性蛋白、可溶性糖等)［4］調節細胞滲透壓等方式減輕低溫對植物的傷害。很多實驗證實［5-8］，SOD-POD的活性水平可以間接反映植物抗寒能力的高低，而可溶性蛋白、可溶性糖含量的增加有利于植物抗寒性的提高。

本研究以5種立木級木荷為試驗材料，通過抗寒性生理指標的測定對木荷的抗寒機制進行初步探討，為木荷的南樹北擴以及栽培養護提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗的木荷選自浙江農林大學植物園。參照立木級的劃分標準，每個立木級選擇平均標準左右、具有代表性的木荷植株，生長狀況基本相同。Ⅰ級:劃分標準h＜0.33 m，試材規格0.2 m ＜h＜0.3 m。Ⅱ級:劃分標準 d＜2.5 cm;h＞0.33 m，試材規格1 cm ＜d＜2 cm;1.5 m＜h＜2.5 m。Ⅲ級:劃分標準d=2.5～7.5 cm，試材規格d=4～7 cm。Ⅳ級:劃分標準d=7.5～22.5 cm，試材規格d =25～ ＜30 cm。Ⅴ級:劃分標準 d＞22.5 cm，試材規格d=4～7 cm。進行人工模擬低溫脅迫處理的葉片系從樹冠外圍中部采取的新鮮葉片，要求生長良好，長勢基本一致，無病蟲害。

1.2 方法

新鮮葉片分別用自來水、蒸餾水沖洗，用吸水紙吸干水分。每立木級葉片各分出6組置于密封塑料袋內，將其中1組置于25℃室溫做對照，其他5組放入冷卻循環水浴儀。樣品于15℃預冷5 h，降溫至10℃預冷7 h。再從10℃開始進行降溫，每次降溫5℃，即10℃→5℃，在5℃停留2 h后，取出第1組樣品，然后繼續降溫至0℃，停留2 h后再取出第2組樣品，依此類推，直至溫度降至-15℃。將低溫處理結束后取出的樣品放置于4℃冰箱內解凍恢復2 h后，待測。

1.3 測定指標及方法

用電導法測相對電導率;氮藍四唑法測SOD活性;蒽酮比色法測可溶性糖含量;考馬斯亮藍法測可溶性蛋白含量;愈創木酚法測POD活性［9-10］。

2 結果與分析

2.1 電導率

由圖1可以看出，5種立木級木荷的相對電導率都隨處理溫度的下降呈明顯的“S”型曲線，且均在-5℃時值最小。其中，Ⅱ級、Ⅲ級在5℃降至0℃時，相對電導率小幅升高，隨著溫度降至-5℃，略有下降，在 -5℃降至最低，后持續升高;Ⅰ級、Ⅳ級、Ⅴ級變化趨勢一致，輕度低溫脅迫 (5～0℃)時，相對電導率緩慢降低，在-5℃時降至最低，后快速升高。

對低溫處理下不同立木級木荷葉片的相對電導率進行多重比較 (表1)，表明，Ⅱ級、Ⅳ級的相對電導率沒有顯著差異，而其他立木級間相對電導率差異顯著;Ⅲ級木荷的相對電導率與其他4種立木級木荷的相對電導率存在極顯著差異，Ⅰ級與Ⅴ級沒有極顯著差異。

圖1 低溫處理對5種立木級木荷葉片相對電導率的影響

表1 低溫處理后木荷不同立木級間抗寒指標的多重比較

對不同低溫處理下木荷葉片的相對電導率進行多重比較 (表2)表明，所有處理溫度下木荷葉片的相對電導率與常溫對照相比都有極顯著差異，不同的處理溫度之間也存在極顯著差異。

表2 不同溫度處理木荷葉片抗寒性指標的多重比較

綜合來看，木荷的細胞電解質外滲率隨著溫度的降低而升高，有時出現電解質外滲率降低的現象，說明木荷的抗寒機制可在一定程度上修復細胞膜系統，但是恢復作用有限，如果脅迫加重，并不能阻止電解質的外滲加劇。值得注意的是，在處理溫度降至-10℃后，Ⅰ級木荷相對電導率增長趨于停滯，其他4種立木級木荷的相對電導率增長趨緩，可能是因為木荷的抗寒防衛作用漸趨極限，細胞膜發生不可逆的損傷，細胞膜內外滲透壓趨于平衡所致。由此推測，如果溫度繼續降低，5種立木級木荷的細胞外滲率可能都會達到極值而不再增加。

2.2 超氧化物歧化酶 (SOD)活性

如圖2所示，Ⅰ級木荷SOD活性隨處理溫度的降低，先升后降，于-10℃時達到峰值;Ⅱ級木荷SOD活性先升高，在-5℃略降后繼續升高;Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級木荷的SOD活性均隨處理溫度的降低持續升高。低溫處理后，5種立木級木荷的SOD活性差異極顯著，Ⅰ級木荷的SOD活性極顯著高于其他立木級，Ⅲ級木荷的SOD活性極顯著低于其他立木級 (表1)。所有處理溫度下木荷的SOD活性均與常溫對照存在極顯著差異，不同的處理溫度之間也存在極顯著差異 (表2)。

綜合來看，木荷的SOD活性隨處理溫度的降低大體呈上升趨勢，但是，升勢緩慢，Ⅰ級木荷在低于-10℃時SOD活性甚至下降，說明木荷通過提高SOD活性來對抗低溫脅迫是有限度的，低溫脅迫嚴重到一定程度，SOD活性很可能開始下降。

圖2 低溫處理對5種立木級木荷SOD活性的影響

2.3 POD活性

如圖3所示，Ⅰ級、Ⅳ級、Ⅴ級木荷葉片的POD活性均隨處理溫度的降低先升后降，其中，Ⅰ級在-5℃達到峰值，Ⅳ級、Ⅴ級在-10℃達到峰值;Ⅱ級、Ⅲ級呈現“S”型變化，均在0℃時活性最低，-10℃活性最高。Ⅲ級、Ⅳ級木荷葉片的POD活性無顯著差異，極顯著高于其他立木級木荷;其他立木級間差異極顯著，其中，Ⅰ級木荷葉片的POD活性極顯著低于其他立木級 (表1)。低溫處理的所有溫度均與常溫對照差異極顯著，不同的處理溫度之間也存在極顯著差異(表2)。

綜合來看，雖然拐點溫度不盡相同，但是當溫度降到一定程度時，5種立木級木荷的POD活性均出現由升轉降的現象，說明輕度低溫會誘導木荷提高POD活性，但是，嚴重低溫會導致木荷的POD活性降低。

圖3 低溫處理對5種立木級木荷POD活性的影響

2.4 可溶性蛋白含量

如圖4所示，5種立木級木荷可溶性蛋白含量對低溫脅迫的響應呈較一致的變化趨勢，大體上先降后升，均在0℃時取得最小值。不同立木級木荷可溶性蛋白含量差異極顯著;Ⅲ級木荷的可溶性蛋白含量極顯著高于其他立木級，Ⅴ級木荷葉片的可溶性蛋白含量極顯著低于其他立木級 (表1)。低溫處理的各個溫度均與常溫對照的可溶性蛋白含量差異極顯著，且不同處理溫度之間的可溶性蛋白含量也差異極顯著 (表2)。

綜合來看，隨處理溫度的降低，木荷葉片的可溶性蛋白含量均先減少再增加。前期的低溫處理中，可溶性蛋白的減少，說明木荷通過增加蛋白質含量對抗低溫的機制需要一定低溫的誘導，在溫度未達到需要的低溫時，可溶性蛋白含量是減少的。

圖4 低溫處理對5種立木級木荷可溶性蛋白含量的影響

2.5 可溶性糖含量

如圖5所示，Ⅰ級、Ⅱ級木荷可溶性糖含量隨溫度的降低緩慢減少，在-10℃時達到最小值后略有回升;Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級的可溶性糖含量以0℃為拐點，先降后升。經低溫處理，Ⅲ級與Ⅳ級可溶性糖含量差異不顯著;而其他立木級間差異顯著，其中，Ⅳ級與Ⅴ級、Ⅳ級與Ⅲ級無極顯著差異，而與Ⅰ級、Ⅱ級差異極顯著;Ⅰ級的可溶性糖含量極顯著低于其他立木級 (表1)。所有處理溫度的可溶性糖含量均極顯著大于常溫對照。0℃與-5℃時，可溶性糖含量無顯著差異 (表2)。

圖5 低溫處理對5種立木級木荷可溶性糖含量的影響

綜合來看，在輕度低溫脅迫 (常溫 -5℃)時，5種立木級木荷的可溶性糖含量都大幅增高，隨著溫度繼續降低，變化趨緩，增減均不顯著。說明，木荷在輕度低溫脅迫時，積累可溶性糖的能力較強，而隨著溫度進一步降低，積累可溶性糖的機制受阻。

3 小結

與常溫對照相比，低溫處理下5種立木級木荷的SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量整體呈上升趨勢，可溶性糖含量均顯著高于常溫對照，但隨著溫度的變化不顯著。Ⅰ級木荷葉片相對電導率最大，SOD活性最高，POD活性、可溶性糖含量最低;Ⅱ級木荷葉片相對電導率最小;Ⅲ級POD活性、可溶性蛋白含量最高，SOD活性最低;Ⅴ級可溶性糖含量最高，可溶性蛋白含量最低。說明不同立木級木荷對低溫脅迫的生理響應差異極大，各有側重。

綜合來看，隨處理溫度的降低，木荷SOD活性與POD活性變化幅度差異很大，但變化趨勢較一致，說明在木荷的抗寒機制中，SOD與POD是協同作用的。輕度低溫脅迫時，木荷通過積累可溶性糖來提高抗寒性，低溫脅迫較嚴重時，則通過可溶性蛋白的積累來提高抗寒性。

木荷不同的生理指標對低溫脅迫的響應差異顯著，不同立木級同一生理指標對低溫脅迫的響應呈現較一致的變化規律，但變化幅度差別很大。說明不同立木級木荷的抗寒防衛機制相同，但單因素的調節能力因立木級的不同而存在顯著差異。所有的指標均在低溫脅迫到一定程度時，變化趨緩。說明木荷的抗寒機能有其極限，只能在一定程度上減輕低溫對植物體的傷害。

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