鈣、鉀離子對(duì)香花槐幼苗抗寒性的影響*

陶雙勇 王慶斌 鄒威 杜人杰

（牡丹江林業(yè)科學(xué)研究所，黑龍江牡丹江157009）

鈣、鉀離子對(duì)香花槐幼苗抗寒性的影響*

陶雙勇 王慶斌 鄒威 杜人杰

（牡丹江林業(yè)科學(xué)研究所，黑龍江牡丹江157009）

以香花槐根插小苗為試驗(yàn)對(duì)象，試驗(yàn)不同濃度鈣、鉀離子對(duì)幼苗抗寒性影響的結(jié)果表明：高濃度的Ca2+、K+處理能夠在一定程度上降低香花槐幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量，提高可溶性糖含量，有利于提高香花槐幼苗的抗寒性。

香花槐；鈣鉀離子；抗寒性

香花槐(Robinia ambigua idahoensis)屬蝶形花科落葉喬木，原產(chǎn)西班牙，是近年來(lái)我國(guó)引進(jìn)的園林綠化名貴香花樹(shù)種，具有很高的觀賞價(jià)值、環(huán)保價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。經(jīng)多年的引種馴化，目前香花槐在我國(guó)的栽培范圍最北到達(dá)吉林省圖們市。2014年，牡丹江林科所從吉林省集安市引入香花槐開(kāi)展引種馴化試驗(yàn)，對(duì)其生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性及光合特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究的結(jié)果表明：香花槐在牡丹江地區(qū)第一積溫帶及特殊立地條件下（如東寧、牡丹江市區(qū)）可以自然越冬，有輕微凍梢（凍梢長(zhǎng)度低于樹(shù)高的8%），能正常生長(zhǎng)并開(kāi)花；在其余區(qū)試點(diǎn)香花槐凍干率100%。

大量植物抗寒機(jī)理研究結(jié)果表明：Ca2+、K+對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)有穩(wěn)定作用，能夠使細(xì)胞膜維持穩(wěn)定的滲透性和生理活性；另一方面，Ca2+作為第二信使參與低溫脅迫下的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，提高細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性和內(nèi)源抗氧化劑水平，從而提高植物的抗寒能力。本文以香花槐當(dāng)年生根插小苗為試驗(yàn)對(duì)象，采用室內(nèi)沙培的方式，在標(biāo)準(zhǔn)水培溶液的基礎(chǔ)上，分別添加150%、200%及250%的Ca2+、K+，冷凍處理后測(cè)量葉片膜透性、丙二醛及可溶性糖含量，探討Ca2+、K+對(duì)香花槐幼苗抗寒性的影響，為香花槐的抗寒育種及防寒技術(shù)措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料

小苗培育5月初，樹(shù)液流動(dòng)前采集香花槐側(cè)根，苗木窖沙藏處理。5月下旬剪穗，插穗長(zhǎng)7 cm，粗度0.4 cm以上，大地起壟覆膜后扦插，扦插成活率95%。6月下旬，小苗高30 cm時(shí)，移入室內(nèi)進(jìn)行沙培。

標(biāo)準(zhǔn)液的配制大量元素KNO30.51g/L、Ca(NO3)20.82 g/L、MgSO4.7H2O 0.49 g/L、KHPO40.136 g/L；鐵鹽Na2-EDTA 37.3 mg/L、FeSO4.7H2O 27.8 mg/L；微量元素H3BO32.86 mg/L、CuSO4.5H2O 0.08 mg/L、ZnSO4.7H2O0.22mg/L、MnSO4.4H2O 2.13 mg/L、H2MoO40.09 mg/L、Na2MoO4.2H2O 0.25 mg/L。分別配制母液，冰箱冷藏待用。

2 試驗(yàn)方法

小苗移栽成活后，分別配制Ca2+、K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為標(biāo)準(zhǔn)液150%、200%及250%的營(yíng)養(yǎng)液，每天每盆澆100 mL，每處理3次重復(fù)。處理3個(gè)月后，分別取成熟葉片置于培養(yǎng)皿中，放入-10℃低溫冰柜冷凍10 h后，測(cè)量葉片的膜透性、丙二醛及可溶性糖含量，以標(biāo)準(zhǔn)液處理葉片的測(cè)量值為對(duì)照。

2.1 膜透性的檢測(cè)

質(zhì)膜的相對(duì)透性可以用浸透液的相對(duì)電導(dǎo)率來(lái)表示，稱取鮮葉1g,冷凍處理后，室溫條件下放置10 min，用直徑為1 cm的打孔器打10片圓片,放入加有20 mL蒸餾水的小燒杯中浸透24 hr，測(cè)定初始電導(dǎo)值,記為a。然后煮沸10 min,再測(cè)其電導(dǎo)值,為終電導(dǎo)值，記為b。相對(duì)電導(dǎo)率=a/b×100

2.2 丙二醛含量的測(cè)定

取新鮮或冷凍處理后的葉片0.1 g,加入2 mL 10%三氯乙酸和少量石英砂研磨至勻漿，再加8 mL 10%三氯乙酸進(jìn)一步研磨，勻漿在4 000 r/min離心10 min，吸取上清液2 mL，加入2 mL 0.6%硫代巴比妥酸，沸水浴15min，迅速冷卻后再次離心10min，取上清液測(cè)定532、600和450 nm波長(zhǎng)下的吸光度值，根據(jù)公式

計(jì)算單位鮮重組織中的MDA含量，其中：A為吸光度值，V為提取液體積，W為植物組織鮮重，y為MDA含量（u mol/g）。

2.3 可溶性糖含量的測(cè)定

采用蒽酮法測(cè)量葉片可溶性糖含量，標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作參照《植物生理生化實(shí)驗(yàn)技術(shù)與原理》進(jìn)行；可溶性糖的提取：取0.1 g葉片研磨至勻漿，放入具塞試管中并加入20 mL蒸餾水，沸水浴30 min,冷卻后過(guò)濾入50 mL容量瓶，定容后取樣1 mL，加1 mL水、5 mL蒽酮試劑，沸水浴10 min，在620 nm波長(zhǎng)條件下比色，可溶性糖含量=C·V·n(106a·W) ×100，其中：C為標(biāo)準(zhǔn)方程求得的糖量（ug），a為吸取樣品液的體積（mL），V為提取液量，n為稀釋倍數(shù)，W為植物組織鮮重（g）。

3 結(jié)果與分析

3.1 Ca2+、K+對(duì)細(xì)胞膜透性的影響

逆境導(dǎo)致植物細(xì)胞膜損傷的機(jī)理有多種假說(shuō)，但眾多研究結(jié)果表明，當(dāng)植物組織受干旱或極限溫度影響時(shí)，原生質(zhì)體的結(jié)構(gòu)先發(fā)生變化，出現(xiàn)孔道龜裂，膜透性增大，細(xì)胞內(nèi)含物將有不同程度的外滲，使外滲液的電導(dǎo)率增大。所以，膜透性的增加是植物受低溫傷害的主要特征，可以作為反應(yīng)植物抗寒力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，而電導(dǎo)率與膜透性的大小呈正相關(guān)，透性變化越大，表示受傷越重、抗性越弱。

表1 Ca2+、K+處理對(duì)香花槐葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響%

從表1可以看出，冷凍處理后各處理的電導(dǎo)率均有不同程度的升高，說(shuō)明冷凍后細(xì)胞膜的透性增大，膜內(nèi)電解質(zhì)出現(xiàn)了不同程度的外滲。不同濃度處理結(jié)果表明，葉片的相對(duì)電導(dǎo)率隨著K+濃度的升高有降低的趨勢(shì)，而Ca2+處理的相對(duì)電導(dǎo)率先升高后降低，說(shuō)明Ca2+、K+對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)有一定的穩(wěn)定作用，能夠使細(xì)胞膜維持穩(wěn)定的滲透性和生理活性。實(shí)驗(yàn)初步認(rèn)為:高濃度的Ca2+、K+可以使冷凍處理后葉片的相對(duì)電導(dǎo)率降低，一定程度上提高幼苗的耐寒性。

3.2 Ca2+、K+對(duì)丙二醛（MDA）含量的影響

植物受到冷凍傷害時(shí)，其最終分解產(chǎn)物丙二醛釋放出來(lái)后，可以與蛋白質(zhì)、核酸反應(yīng)，改變這些大分子的結(jié)構(gòu)，或使其產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，從而喪失功能，同時(shí)使纖維素分子間的橋鍵松弛或抑制蛋白質(zhì)的合成，從而對(duì)膜及細(xì)胞造成一定的傷害，因此葉片中丙二醛（MDA）的含量可以反應(yīng)出植物受到冷凍傷害的程度。

表2 Ca2+、K+處理對(duì)香花槐葉片丙二醛（MDA）含量的影響μmol/g

從表2可以看出，冷凍處理前各處理葉片丙二醛（MDA）含量變化不大，穩(wěn)定在(0.001 9± 0.000 2)μmol/g。冷凍處理后膜脂發(fā)生過(guò)氧化作用，丙二醛含量出現(xiàn)不同程度的增加，就不同處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，對(duì)照的葉片冷凍處理后，丙二醛含量增加的最大，達(dá)0.035 5μmol/g。隨著Ca2+、K+濃度的增加，丙二醛含量的增加量有下降的趨勢(shì)，方差分析結(jié)果表明，K+(250%)和Ca2+(250%)兩個(gè)處理葉片的丙二醛（MDA）含量無(wú)顯著差異。說(shuō)明細(xì)胞體內(nèi)Ca2+、K+水平的提高可以在一定程度上提高細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性和內(nèi)源抗氧化劑水平，延緩膜脂過(guò)氧化作用的發(fā)生，從而提高植物的抗寒能力。

3.3 Ca2+、K+對(duì)可溶性糖含量的影響

通過(guò)調(diào)節(jié)組織滲透勢(shì)，增加細(xì)胞的保水能力和非結(jié)冰水含量，通過(guò)提高細(xì)胞液的濃度降低細(xì)胞質(zhì)的冰點(diǎn)，是可溶性糖的抗寒作用機(jī)理。在抗寒鍛煉過(guò)程中，植物組織中的可溶性糖含量呈上升趨勢(shì)，在極端低溫時(shí)達(dá)到最高水平，隨溫度進(jìn)一步下降，可溶性糖含量也逐步下降。因此，可溶性糖含量的增加是植物體在抗寒鍛煉中溶質(zhì)濃度變化的主要因素，它的含量與植物的抗寒性密切相關(guān)。

表3 Ca2+、K+處理對(duì)香花槐葉片可溶性糖含量的影響%

從表3可以看出，冷凍后各處理的葉片可溶性糖含量均有所提高；不同濃度Ca2+、K+處理對(duì)香花槐葉片可溶性糖含量的影響無(wú)明顯規(guī)律性；與對(duì)照相比較，各處理能夠不同程度的增加鮮葉和冷凍葉片的可溶性糖含量，其中K+(150%)處理下含量最大，分別達(dá)2.071%和2.578%。

4 結(jié)論

4.1 香花槐是名貴的香花綠化樹(shù)種，具有較高的觀賞性，而本地區(qū)寒冷的氣候條件制約了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。試驗(yàn)表明，高濃度的Ca2+、K+處理能夠在一定程度上降低香花槐幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量，提高可溶性糖含量，這有利于提高香花槐幼苗的抗寒性，拓寬香花槐在本地區(qū)的適栽范圍。

4.2 植物的抗寒性是微效多基因控制的數(shù)量性狀，具有復(fù)雜、微觀屬性，實(shí)驗(yàn)從最基本、最簡(jiǎn)單的方面入手，對(duì)香花槐的抗寒育種進(jìn)行了初步的嘗試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與目前有關(guān)的植物抗寒性機(jī)理研究結(jié)論相符，可以為本地區(qū)香花槐引種栽培措施的制定提供參考。

［1］王晶英，敖紅，張杰，等.植物生理生化實(shí)驗(yàn)技術(shù)與原理［M］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，2003.

［2］徐呈祥.提高植物抗寒性的機(jī)理研究進(jìn)展［J］.生態(tài)學(xué)報(bào), 2012,32(24):7966-7980.

［3］楊金英.K+和Ca+及生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑增強(qiáng)水曲柳、紫椴幼苗抗寒性機(jī)制的研究［D］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2002.

第1作者簡(jiǎn)介：陶雙勇（1980-），男，高級(jí)工程師，主要從事林木遺傳育種方面研究。

Effect of Calcium and Potassium Ions on the Cold Resistance of Robinia ambigua idahoensis Seedlings

TAO Shuangyong
（Mudanjiang Forestry Science Institute of Heilongjiang Province,Mudanjiang157009）

This paper studied the effects of different calcium and potassium ions concentrations on the cold resistance of seedlings,used the root ofR.ambigua idahoensisas the experimental object.The results showed that the high concentration of Ca2+,K+treatment can reduce the relative conductivity and MDA content ofR.ambigua idahoensisseedlings to a certain extent,improve the content of soluble sugar,which was beneficial to improve the cold resistance ofR.ambigua idahoensisseedlings.The experimental results can be formulated as cultivation measures to provide reference forR.ambigua idahoensisin local district.

Robinia ambigua idahoensis;Calcium ions;Potassium ions;Cold resistance

S 792.26,S 722.3

A

1001-9499（2017）01-0012-03

2016-11-20

（責(zé)任編輯：張亞楠）

*2016年省財(cái)政項(xiàng)目