自然降溫對遼東櫟抗寒生理指標的影響

趙歡蕊，李鮮花，高粉

（榆林學院生命科學學院，陜西榆林719000）

自然降溫對遼東櫟抗寒生理指標的影響

趙歡蕊，李鮮花，高粉

（榆林學院生命科學學院，陜西榆林719000）

以遼東櫟的一年生休眠枝為試驗材料，研究其在自然降溫條件下，枝條內的過氧化物酶（POD）活性、游離脯氨酸含量、丙二醛含量和可溶性糖含量的變化，對遼東櫟的抗寒性進行綜合評估。結果表明，POD活性、游離脯氨酸含量和可溶性糖含量及丙二醛的含量均與溫度呈負相關，4個指標均隨著溫度的降低而上升，隨溫度的增高而下降；1月21日，溫度降至最低值-20℃時，遼東櫟的POD活性達到最大值38.98 U/（g·min）；游離脯氨酸和可溶性糖2種滲透調節物的含量均達到最大值，分別為65.13 μg/g和126.2 mg/g；丙二醛的含量達到最大值（5.01 mol/g）。綜合分析得出，遼東櫟具有較強的抗寒性，適合在榆林地區推廣種植。

遼東櫟；抗寒性；自然降溫

榆林市位于陜西省的最北部，城市園林綠化樹種較為單一，尤其是觀賞價值較高的樹種更為匱乏。為了豐富城市綠化樹種，近年來榆林市嘗試引種了一批園林綠化新樹種，但受冬季嚴寒氣候的影響，一些新引進樹種常產生冷害和凍害，因此，抗寒性研究具有十分重要的意義。王勇等[1]研究發現，核桃枝條在常溫至-40℃之間，隨著溫度的降低，POD活性呈現出先降低后上升再降低的變化趨勢。白茹等[2]對石河子地區引入的葡萄砧木進行抗寒性研究，結果表明，游離脯氨酸含量隨著處理溫度的升高而下降，隨處理溫度的降低而上升，其含量與溫度密切相關。王寧等[3]研究表明，猴樟和芳樟在低溫脅迫的條件下，前期2種樟樹的丙二醛（MDA）含量呈現出先下降后上升的變化趨勢，而到后期MDA的含量下降。金花等[4]對北京引種常綠闊葉植物的抗寒適應性進行了研究，結果表明，可溶性糖含量隨溫度的降低表現出先上升后降低的變化規律，因此，提出了應使用多種生理指標綜合分析引種植物的抗寒性。樊新萍等[5]對不同核桃品種莖抗寒性進行了測定，結果表明，核桃品種的抗寒性是植物適應環境的一個復雜的調控過程。許娟等[6]研究表明，POD，CAT和SOD活性及MDA和脯氨酸含量可作為鑒定馬鈴薯品種耐寒性強弱的生理指標。柴文臣等[7]以辣椒為試材，研究其耐寒性情況，結果表明，隨著溫度的降低，可溶性糖含量、脯氨酸含量、POD活性、丙二醛含量逐漸增大，說明生理指標的變化與辣椒的抗寒性密切相關。目前對遼東櫟抗寒性的研究鮮有報道。

本試驗通過研究遼東櫟一年生枝條在自然降溫條件下生理指標的變化，旨在探索自然降溫對遼東櫟抗寒性因子的影響，以此來評定其抗寒能力，對豐富榆林地區園林綠地生物多樣性、提高生態環境穩定性都具有十分重要的理論依據和實際意義。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于陜西省榆林市榆林學院校園內。該區域屬于典型的半干旱大陸季風氣候，年平均氣溫為8.3℃，12—2月的平均氣溫在-2～-8℃，當遇到極端天氣時，最低氣溫可達-32.7℃。試驗期間2015年11月至2016年3月榆林地區的氣溫變化如圖1所示，最低氣溫約為-20℃，最高氣溫約為11℃。

1.2 試驗材料

以榆林市新引進的遼東櫟一年生休眠枝為試驗材料。

1.3 試驗方法

2015年11月到2016年3月進行定期采樣，每隔10 d左右采樣一次，共采樣13次，取樣時間設置為：2015年11月1日、11月11日、11月21日、12月1日、12月11日、12月21日和2016年1月1日、1月11日、1月21日、2月1日、2月11日、2月21日、3月1日。采樣時剪取植株中上部生長良好的一年生枝條，放入保鮮袋中帶回試驗室測定。測定前首先將遼東櫟枝條切成3～5 mm的小薄片，然后將試材混合均勻，分別對枝條內的POD活性、游離脯氨酸含量、MDA含量、可溶性糖含量進行測定，3次重復。

1.4 測定項目及方法

POD活性的測定采用愈創木酚法[8]，游離脯氨酸含量的測定采用茚三酮法[8]，可溶性糖含量的測定采用蒽酮法[8]，丙二醛含量的測定采用巴比妥酸法[9]。

2 結果與分析

2.1 自然降溫對遼東櫟過氧化物酶活性的影響

由圖2可知，自然降溫條件下，11月1日至第2年3月1日，溫度在0℃以上時，隨著溫度的上升，POD活性緩慢降低。當溫度降至0℃以下時，隨著溫度的變化，POD活性呈波形變化，圖2中共有4個波峰，分別出現在溫度驟然下降的2015年12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），2016年1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰對應的POD活性分別為10.21，14.59，38.98，16.45 U/（g·min），其中，溫度降至-20℃最低值時，POD活性達到最大值38.98 U/（g·min）。此后，隨著溫度的回升，至3月1日（-5℃），遼東櫟枝條中POD活性下降至12.56 U/（g·min）。總體呈現出POD活性隨溫度降低而增加，隨溫度上升而減少的明顯規律，與溫度呈負相關。

2.2 自然降溫對遼東櫟游離脯氨酸含量的影響

從圖3可以看出，11月份，溫度在0℃以上時，隨著溫度的上升，游離脯氨酸含量緩慢降低。當溫度在0℃以下時，隨著溫度的升降，游離脯氨酸含量呈波形變化。當溫度驟變至最低溫-20℃（1月21日）時，脯氨酸的含量達到最大值65.13 μg/g。在整個試驗期，游離脯氨酸含量共出現4個波峰，分別出現在溫度驟變的2015年12月1日（-8℃）、12月21日（-8℃）、2016年1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰對應的游離脯氨酸含量分別為11.81，17.31，65.13，33.45 μg/g。此后，隨著溫度的上升，至3月1日（-5℃）遼東櫟枝條中游離脯氨酸含量下降至18.23 μg/g。總體呈現出游離脯氨酸含量隨溫度降低而增加，隨溫度上升而減少的明顯規律，與溫度呈負相關。

2.3 自然降溫對遼東櫟丙二醛含量的影響

從圖4可以看出，11月份溫度在0℃以上時，隨著溫度的緩慢上升，丙二醛含量緩慢下降；12月份至試驗終期，溫度在0℃以下時，丙二醛含量隨溫度的下降而上升，反之則減少，與溫度呈負相關。其中，在1月21日，溫度驟變降至最低溫時，MDA的含量增加到最大值5.01 mol/g。在整個試驗中，遼東櫟丙二醛含量出現4個波峰，分別出現在溫度驟然下降的2015年12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），2016年1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰對應的MDA含量分別為2.71，2.81，5.01，2.95 mol/g。至試驗末期3月1日（-5℃），丙二醛含量下降至2.74 mol/g。

2.4 自然降溫對遼東櫟可溶性糖含量的影響

從圖5可以看出，在11月份，當溫度在0℃以上時，隨著溫度的上升，可溶性糖含量持續下降；從12月份至試驗終期，當溫度降至0℃以下時，隨著溫度的升降，可溶性糖含量呈波形變化，隨溫度的下降而增加，反之則減少，與溫度呈負相關。在整個試驗中，遼東櫟可溶性糖含量出現4個波峰，分別在溫度驟然下降的2015年12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），2016年1月21日（-20℃）和2月 21日（-8℃），各波峰對應的可溶性糖含量分別為50.71，83.51，126.20，88.61 mg/g。在1月21日，溫度降至最低值-20℃，遼東櫟可溶性糖含量增加到最大值126.20 mg/g。

3 討論

3.1 過氧化物酶與遼東櫟抗寒性的關系

過氧化物酶是活性比較高的一種膜保護酶，普遍存在于各植物體中。當植物受到低溫脅迫時，其內部的酶活性會發生相應改變，保護酶系統活性的強弱可以作為判斷植物抗寒性強弱的依據[10]。SOD和POD等保護酶系統在低溫條件下積極發揮作用，維持較高的活性水平，從而增加植物體的抗寒能力，其活性的高低與植物的抗寒性強弱有密切的關系[11-12]。本研究中，通過對遼東櫟枝條中POD活性的測定，發現隨著自然溫度的降低，POD的活性顯著增強。在1月1日至1月21日之間，隨著溫度驟然下降，遼東櫟枝條中的POD活性急劇上升至38.98 U/（g·min），這表明植物在經過低溫后需要加強POD活性來適應環境，POD的活性隨溫度的降低而顯著增高，這與申曉慧等[13]研究紫花苜蓿根系中抗氧化酶活性的變化一致。這種情況可能是由于植物遇到逆境時，自身會產生更多的氧自由基，結果加劇了膜脂過氧化程度，直接導致了膜系統受到嚴重的破壞，最終使得植物組織受到嚴重的傷害，而POD對H2O2有促降解的作用，所以，能夠使植物抵抗在逆境環境下產生的有害物質，提高了植物的抗逆性。

3.2 滲透調節物質與遼東櫟抗寒性的關系

有研究表明，可溶性糖、可溶性蛋白質、脯氨酸是植物中重要的滲透調節物質。可溶性糖使細胞冰點下降，保護原生質體，提高植物的抗寒性，對植物的抗寒性起著極其重要的作用[14]。本試驗對游離脯氨酸和可溶性糖2種滲透調節物質進行了研究，通過對游離脯氨酸的測定，發現隨著溫度的變化，遼東櫟枝條中脯氨酸含量與溫度呈負相關，當溫度降至最低溫-20℃時，脯氨酸含量達到最大值65.13μg/g，這與李小安等[15]所研究的不同扁蓿豆種子中的脯氨酸變化一致。這可能是因為在低溫時游離脯氨酸能夠促進蛋白質的水合作用，繼而能夠使細胞結構維持一定的水平和調節滲透壓，所以，在低溫條件下植物才具有一定的抗性，以此提高植物的抗寒能力。通過對遼東櫟可溶性糖含量的測定，發現其變化趨勢和脯氨酸一致，即可溶性糖含量隨著溫度下降而顯著增加，與謝吉容等[16]對草珊瑚、南方紅豆杉葉片的研究結果一致。這可能是由于低溫條件下水解作用增強，淀粉、蛋白質等大分子化合物大量降解成可溶性糖等物質[17]。植物中可溶性糖積累提高了細胞的液壓滲透，進而降低細胞原生質的冰點和提高原生質的活性，減少細胞內結晶的機會，保護原生質膠體不至于遇冷凝固，防止水分大量流失，緩沖細胞質過度脫水，加強持水力，提高了組織細胞的滲透調節能力，從而有助于提高抗寒適應性。

3.3 丙二醛與遼東櫟抗寒性的關系

在植物抗寒性生理指標的研究中，丙二醛（MDA）是膜脂過氧化產物之一，對植物有毒性的作用，能夠對質膜產生毒害作用，對植物的細胞膜產生嚴重破壞，其含量可以反映細胞膜脂過氧化程度及細胞遭受傷害的程度，因此，植物受到逆境傷害時其含量增加[18]。本研究通過對遼東櫟丙二醛含量的測定，發現MDA的含量隨著自然溫度的降低呈上升趨勢，在1月21日（-20℃）達到最高值5.01 mol/g，這與王相娥等[19]對6種園林綠化樹種的研究結果一致，而MDA的大量積累可能是由于溫度較低時，不斷累積的活性氧或超氧化物自由基對膜系統中的脂肪酸不飽和鍵進行氧化造成的。

4 結論

本研究通過對遼東櫟4種抗寒性生理指標的測定，探明了在自然降溫條件下，遼東櫟枝條的過氧化物酶、可溶性糖、丙二醛以及脯氨酸均呈現出動態的變化，隨著溫度的降低均增高，隨溫度的上升而減少，在一年溫度最低的時間各指標值均達到了峰值，表明4種抗寒性生理指標含量均對低溫作出了一定的反應，使得植株在低溫環境下沒有受到冷害和凍害，說明遼東櫟對低溫有較好的適應性，適合在榆林地區推廣種植，此次研究為遼東櫟實際應用提供了參考依據。另外，由于榆林市地處毛烏素沙漠邊緣，溫差較大，常受到極端低溫的影響，特別是倒春寒，其降溫幅度、持續時間長短等對遼東櫟的抗寒性有直接的影響，這些還有待于進一步研究。

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Effect of Natural Temperature Reduction on Cold Resistance Physiological Indexes ofQuercus liaotungesis

ZHAOHuanrui，LI Xianhua，GAOFen
（College ofLife Science，Yulin University，Yulin 719000，China）

In this article,one-year-old dormant branches of Quercus liaotungensis were used as materials to measure the changes of peroxidase（POD）activity,free proline content，malondialdehyde（MDA）content and soluble sugar content in natural temperature reduction.Finally,a integrated assessment on cold resistance of Quercus liaotungensis was made.The results showed that POD activity, the free proline content,soluble sugar content and MDA content were all negative correlation with temperature,both ofthe four indicators increased with the decrease of temperature and decreased with the increase of temperature.On January 21th,when the temperature dropped to a minimum of-20℃,POD activity reached the maximum value 38.98 U/（g·min）,the free proline and soluble sugar of the two osmoregulation substance contents reached the maximum value 65.13 μg/g and 126.2 mg/g,the MDA content reached the maximum value 5.01 mol/g.By comprehensive analysis,the conclusion shows that the Quercus liaotungensis has strong cold resistance and was suitable for large area planted in Yulin area.

Quercus liaotungensis;cold resistance;natural temperature reduction

S792.18

：A

：1002-2481（2017）06-0928-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.16

2017-01-15

榆林學院專項科研項目（10YK25）；榆林市園林技術與景觀設計重點實驗室（Z0073）

趙歡蕊（1982-），女，陜西楊凌人，講師，碩士，主要從事園林植物與觀賞園藝研究工作。