金葉紫穗槐抗寒生理研究

鄒原東　韓振芹　劉憲東

摘要：以二年生金葉紫穗槐（Amorpha fruticosa L. cv. Jinye）和紫穗槐（對照）枝條為對象，分別測定自然降溫下葉片的電導率和丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸的含量以及人工低溫下的SOD、POD、CAT活性的變化，探討金葉紫穗槐在低溫條件下的適應能力。結果表明，隨著自然溫度的降低，金葉紫穗槐的丙二醛含量低于對照；滲透調節物質可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量升高，比對照有更強的低溫耐受能力；SOD、POD、CAT活性持續升高，高于對照，抵御低溫的能力優于對照。不過金葉紫穗槐的相對電導率與對照的差異不顯著。

關鍵詞：金葉紫穗槐（Amorpha fruticosa L. cv. Jinye）；低溫；滲透調節；抗氧化酶

中圖分類號：S793.2+78 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）18-3492-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.18.025

Abstract： Taking 2-year-old Amorpha fruticosa L. cv. Jinye and A. fruticosa （control） as the research object，relative conductivity，MDA，soluble sugar，soluble protein and proline were measured separately during natural drop in temperature. SOD，POD，CAT were measured separately under artificial low temperature to explore A. fruticosa cv. Jinye adaptability under low temperature. The results showed that with the decreasing of natural temperature，MDA content of A. fruticosa cv. Jinye was lower than that of control； the content of soluble sugar，soluble protein and proline increased，showing strong low temperature tolerance ability than that of control. The activity of SOD，POD and CAT continuously elevated，which were obviously higher than those in the control， the low temperature resisting ability was superior to the control. The relative conductivity of A. fruticosa cv. Jinye was not significantly different to that of control.

Key words： Amorpha fruticosa L. cv. Jinye； low temperature； osmotic adjustment； antioxidant enzyme

紫穗槐（Amorpha fruticosa L.）屬于蝶形花科（Papilionaceae）紫穗槐屬（Amorpha L.）多年生落葉叢生灌木；喜光，耐寒、耐旱、耐貧瘠、耐鹽堿，適應性強，根系還有根瘤菌，具有固氮能力，是城鄉綠化、水土保持的特色樹種。金葉紫穗槐（A. fruticosa cv. Jinye）是紫穗槐實生苗的栽培變種，其新梢金黃色，基部黃綠色，一年生冬枝深紫色；春芽金黃色，新展葉金黃色，老葉漸變綠；在北京市是一個良好的鄉土彩色觀賞樹種。國內對紫穗槐的抗寒性研究多集中在栽培、養護等方面，對金葉紫穗槐的抗寒機理研究未見報道。為探討金葉紫穗槐的低溫適應性，試驗以紫穗槐為對照，對自然低溫條件下的金葉紫穗槐和紫穗槐的枝條葉片丙二醛等滲透調節物質含量及人工低溫下抗氧化酶活性、電導率的變化進行了比較，分析了兩者之間的差異，以期了解金葉紫穗槐在低溫下的適應能力，為金葉紫穗槐的適生區域確認提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為北京農業職業學院實訓基地自然生長的金葉紫穗槐和紫穗槐。在2014年9月，以二年生金葉紫穗槐的幼嫩莖段為外植體進行組織培養。2015年3-4月，選取通過組培的幼嫩枝條50根，將這些枝條分為5組，每組10根，分別浸泡在0、50、100、150、200 mg/kg的ABT1號生根粉稀釋液中進行生根，并在之后的一個月內觀察、記錄其生根情況，比較ABT1號生根粉不同濃度稀釋液的最適濃度。當年5月選取約100條組培苗嫩枝，在蘸取生根粉溶液后于遮陽網下實施室外扦插，20 d后移植，移植后一段時間觀察光照強弱，若光照強則需加蓋遮陽網遮光，生長期間注意排水、除草及病蟲害防治。2015年5月底，按照隨機原則選取3個采樣點，每個采樣點選取4～5個枝條進行標記，同時定期觀察采樣點枝條的長勢情況，為比對差異，按上述同樣方法選取、標記二年生紫穗槐枝條作為對照。為了便于觀察自然降溫條件下植物的耐低溫能力，在當年10月下旬-11月中旬（此期間房山區正處于由秋天向冬天轉換的季節，氣溫變化幅度明顯）每10 d取正常葉片進行生理指標測定，包括丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸的含量，都重復3次。另外，從3個采樣點中另外選取葉片分別放于0、-10、-15、-20 ℃的冰箱中，24 h后取出，分別進行超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）3種抗氧化酶活性和電導率的測定。endprint

1.2 測定方法

葉片組織的丙二醛含量采用TBA比色法[1]測定，可溶性糖含量采用硫酸-蒽酮比色法[2]測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250法[2]測定，脯氨酸含量采用酸性茚三酮顯色法[3]測定，超氧化物歧化酶活性采用NBT光還原法[2]測定，過氧化物酶活性采用愈創木酚法[2]測定，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法[3]測定，電導率采用電導儀[3]測定。

1.3 數據分析

試驗所得數據采用Microsoft Office Excel 2007程序處理，并用其制圖；運用SPSS 19.0統計軟件進行方差分析和LSD檢驗。

2 結果與分析

2.1 葉片細胞膜透性相關指標的變化

2.1.1 電導率 金葉紫穗槐和紫穗槐葉片在0、 -10、-15、-20 ℃冰箱中處理24 h后的相對電導率動態情況見圖1。從圖1可以看出，金葉紫穗槐的相對電導率隨著溫度的降低而升高，-10、-15、-20 ℃環境下相對電導率分別是0 ℃的1.11倍、1.57倍和1.78倍；從與對照的比較來看，金葉紫穗槐和紫穗槐的相對電導率差異不顯著（P>0.05）。

2.1.2 丙二醛 在天氣轉冷、氣溫下降的過程中，植物體內受到寒冷的刺激后，細胞膜的過氧化能力在一定范圍內會產生波動，這通過丙二醛含量的高低變化可以反映出來；溫度過低時，植物組織的自我調節能力承受不起，甚至死亡，導致細胞膜的過氧化防御能力下降；2015年下半年測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片丙二醛含量情況見圖2。從圖2可知，金葉紫穗槐和紫穗槐葉片的MDA含量呈上升趨勢，對金葉紫穗槐來說，2015年10月25日和11月7日的MDA含量差異較小，僅為11.56%，而11月18日的數值上升較快，與前2個時間點的含量差異分別達到98.15%和77.62%。而在同一時間點上的對照其MDA含量高于金葉紫穗槐。方差分析結果表明，金葉紫穗槐和紫穗槐葉的MDA含量差異顯著（P<0.05）。

2.2 葉片滲透調節物質含量的變化

2.2.1 可溶性糖 可溶性糖是植物體內滲透調節物質的一種，在植物受到逆境脅迫時會起到保護作用，其含量變化往往反映植物在逆境中受到傷害的程度[4]；試驗測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片可溶性糖含量情況見圖3。從圖3可知，隨著溫度的降低，金葉紫穗槐和紫穗槐葉片的可溶性糖含量隨之升高，但上升的幅度兩者間存在差別。金葉紫穗槐在2015年11月8日和11月19日的可溶性糖含量分別比10月29日升高16.88%和23.48%；而對照的可溶性糖含量上升的幅度分別達到87.08%和122.72%。另外，金葉紫穗槐在各測定時間點上的可溶性糖含量都高于對照，兩者之間多數差異顯著（P<0.05）。

2.2.2 可溶性蛋白 在干旱、冷害或凍害條件下，植物體內的可溶性蛋白含量也會隨之變化，這一變化是植物對外界環境變化正常的應激反應；作為滲透調節物質，可以在一定程度上提高植物抵抗不良環境的能力[5]；試驗測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片可溶性蛋白含量情況見圖4。從圖4可見，金葉紫穗槐葉片的可溶性蛋白含量隨著溫度的降低而升高，在2015年11月8日和11月19日的測定數值分別比10月29日的數值升高0.77倍和1.47倍。金葉紫穗槐在3個時間點測定的可溶性蛋白含量分別高于對照26.25%、17.30%、8.76%，方差分析結果表明，兩者之間差異不顯著（P>0.05）。

2.2.3 脯氨酸 作為一種有效的滲透調節物質，脯氨酸含量在一定程度上可反映出植物耐逆境脅迫的能力[6]；試驗測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片脯氨酸含量情況見圖5。從圖5可知，在測定時期內，隨著自然溫度的降低金葉紫穗槐和紫穗槐的脯氨酸含量都呈現一定程度的升高，金葉紫穗槐在2015年11月8日、11月19日的脯氨酸含量同10月29日相比，分別升高了98.83%和131.53%，并且分別比對照高出了44.01%和25.03%，2個時間點處理與對照兩者之間差異顯著（P<0.05）。

2.3 抗氧化酶活性的變化

2.3.1 超氧化物歧化酶 試驗測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片SOD活性變化情況見圖6。從圖6可見，在低溫脅迫過程中，金葉紫穗槐的SOD活性隨著溫度的降低呈現上升的趨勢，從數值上看，在-10、-15、-20 ℃下的SOD活性分別比0 ℃的升高了63.23%、92.77%和120.89%，而對照在-10、-15、-20 ℃下的SOD活性分別比0 ℃的升高了119.34%、164.45%和219.50%；方差分析結果顯示，金葉紫穗槐和紫穗槐葉片間的SOD活性差異顯著（P<0.05）。

2.3.2 過氧化物酶 試驗測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片POD活性變化情況見圖7。從圖7可見，低溫脅迫使金葉紫穗槐葉片內的POD活性升高，隨著溫度的持續降低，與0 ℃下測定的POD活性相比，其他溫度下測定的POD活性上升的幅度在28.86%～63.69%，并與對照間差異顯著（P<0.05），對照的POD活性上升幅度在43.93%～110.51%。

2.3.3 過氧化氫酶 試驗測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片CAT活性變化情況見圖8。從圖8可見，隨著溫度的降低，金葉紫穗槐葉片的CAT活性升高，但升高的幅度在不同溫度區間表現不同，-10 ℃下測定的CAT活性比0 ℃的高出39.48%，-15 ℃下測定的CAT活性比-10 ℃的高出153.45%，-20 ℃下測定的CAT活性比-15 ℃的高出29.51%，CAT活性上升的速度表現為慢-快-慢的特點。與對照相比，金葉紫穗槐在-15、-20 ℃下的CAT活性略高，但與對照差異不顯著（P>0.05）。

3 小結與討論

丙二醛可以反映植物內膜脂過氧化程度的高低[7]，隨著丙二醛含量的升高，細胞膜受傷害的程度也在加重[8，9]。試驗結果表明，隨著自然溫度的降低，金葉紫穗槐和紫穗槐的丙二醛含量都隨之升高，不過金葉紫穗槐的丙二醛含量在低水平徘徊，這可能是由于在試驗期間溫度小幅下降，植物體內自身保護能力增強，生成了一些活性物質，這對丙二醛的產生起到了抑制作用所致[10]。但隨著溫度的繼續下降，金葉紫穗槐和紫穗槐的丙二醛含量是否繼續升高尚需下一步探尋。endprint

可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸作為滲透調節物質，在低溫甚至嚴寒條件下對提高植物的抗寒能力具有協同作用。眾多研究表明，可溶性糖可以提高細胞的滲透能力、降低水勢、降低細胞內液體的冰點；可溶性蛋白作為保水劑，能保證水分聚合，防止水分喪失；脯氨酸則能夠維持細胞的水分平衡[11]；通過三者含量的升高或降低可以反映植物的抗寒能力強弱。劉杜玲等[12]、申曉慧等[13]、李葉云等[14]分別對遭受低溫脅迫后的早實核桃（Juglans regia L.）、紫花苜蓿（Medicago sativa L.）和茶樹[Camellia sinensis（L.）O. Ktze.]進行了比較，發現隨著溫度的降低，可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸的含量變化一致，都有一定程度的升高，并且這種變化反映在抗寒能力較強的供試品種上。也有學者對脯氨酸在抗寒效應方面提出異議，認為脯氨酸作為一項抗寒性指標，僅反映植物的抗寒能力，卻不能反映植物在自然條件下的受凍害程度[15]。本試驗結果表明，金葉紫穗槐在低溫條件下，可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量相應升高，表現出一定的抵御寒冷能力，在低溫的應激反應表現上，比紫穗槐具有更強的耐受能力。

植物的生長具有規律性，從新生到衰老，生命體自身進行著復雜的生理循環，受外界環境的影響隨之產生很強的抵御高溫、冷害、鹽漬、污染等方面的能力。氧化還原反應是植物代謝過程中不可或缺的，其產生的氧可供給生命體自身的循環，但產生的代謝副產物活性氧物質包括超氧陰離子（O2·-）、過氧化氫（H2O2）、羥自由基（·OH）等卻具有毒害作用，這對植物的生命活動構成威脅。SOD作為細胞中廣泛存在的酶，在植物受到上述傷害時，會將O2·-轉化為H2O2，之后由POD和CAT將之最終轉化為H2O，以保護細胞免受毒害[16，17]。有學者發現，在抵御逆境傷害時，SOD、POD、CAT活性協同發揮作用，其數值的升高可以作為抗性的鑒定指標。隨著逆境在一定程度的發生，3種酶活性相應升高，但是會達到一個峰值，隨著傷害的繼續加劇，植物組織細胞受損過重而無法修復，形成不可逆的傷害，此時的SOD、POD、CAT活性則會降低[18-20]。但也有研究者發現，SOD、CAT活性與抗性關聯度不高，僅POD活性可作為評價植物抗逆性的指標[21]。本試驗表明，隨著溫度的降低，金葉紫穗槐的SOD、POD、CAT活性持續升高，但變化的趨勢在下降的不同溫度間存在差別，0～-10 ℃上升緩慢，-10 ℃之后上升迅速；隨著溫度的進一步下降，又表現出上升平緩的趨勢，有耐較低溫度的能力。另外，2016年10月23日和10月26日北京市出現2次近30年的單日絕對最低溫度（-10 ℃），但通過野外觀察，金葉紫穗槐沒有出現低溫凍害現象，表明金葉紫穗槐具有較強的抗寒能力。試驗里隨著溫度的降低，金葉紫穗槐的SOD、POD、CAT活性高于紫穗槐，可見，在低溫脅迫的耐寒性方面，金葉紫穗槐強于紫穗槐。

相對電導率反映植物在低溫下細胞膜滲透性的改變甚至破壞的程度，常用于低溫下抗寒性分析[22]，低溫使抗寒能力弱的植物細胞外滲物質增多，細胞受損嚴重，相對電導率表現升高[23]。試驗發現，隨著溫度的降低，金葉紫穗槐、紫穗槐的相對電導率都在增加，與常規的研究一致[24]，其中紫穗槐在-10 ℃和-15 ℃的相對電導率偏高，但與金葉紫穗槐的差別不大。

一種植物的抗寒性強弱、適不適合在某地區種植，除了從生理上對其比較外，還要觀察其生長過程中的外在表現，比如分枝、發芽、開花、結果等以及各種綜合因素的影響。因此要通過各種相關因素的分析來評價其生長的優劣、長勢的好壞及抗性的強弱，試驗只比較了金葉紫穗槐在某一段低溫條件下生理指標的相應變化，旨在討論其抗寒適應性。下一步可以從低溫到高溫的轉換方面繼續探討其恢復生長情況，希望通過多年的連續試驗，并結合栽培管理，真正了解金葉紫穗槐生長的最佳適應條件，為本地區彩葉樹種的繁育、養護及栽培管理提供理論支撐。

參考文獻：

[1] 楊 晴，郭守華.植物生理生化實驗[M].北京：中國農業科學技術出版社，2010.

[2] 中國科學院上海植物生理研究所.現代植物生理學實驗指南[M].北京：科學出版社，2004.

[3] 王學奎.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2015.

[4] 陳麗麗，藺 芳，張家洋.溫度驟變對5種北方常綠植物抗寒性生理指標的影響[J].西部林業科學，2016，45（2）：94-98.

[5] 王 寧，袁美麗，丁 博.低溫脅迫對兩種樟樹抗寒性生理的影響[J].山東農業大學學報（自然科學版），2016，47（1）：37-42.

[6] 曾 雯，金曉玲，邢 文，等.9個常綠雜交冬青的抗寒能力比較[J].植物生理學報，2016，52（1）：55-61.

[7] 高京草，王慧霞，李西選.可溶性蛋白、丙二醛含量與棗樹枝條抗寒性的關系研究[J].北方園藝，2010（23）：18-20.

[8] 林 艷，郭偉珍，徐振華，等.大葉女貞抗寒性及冬季葉片丙二醛和可溶性糖含量的變化[J].中國農學通報，2012，28（25）：68-72.

[9] 石進朝，李桂伶，陳秀新，等.長綠期金銀木耐寒生理機制研究[J].西北植物學報，2009，29（1）：111-115.

[10] 魏秀清，許 玲，章希娟，等.蓮霧對低溫脅迫的生理響應及抗寒性分析[J].果樹學報，2016，33（1）：73-80.

[11] 楊玉珍，陳 剛，彭方仁，等.低溫脅迫下不同種源香椿含水量和滲透調節物質含量差異及其與抗寒性的相關性[J].植物資源與環境學報，2014，23（4）：47-54.

[12] 劉杜玲，張博勇，孫紅梅，等.早實核桃不同品種抗寒性綜合評價[J].園藝學報，2015，42（3）：545-553.

[13] 申曉慧，姜 成，馮 鵬，等.6種紫花苜蓿越冬前后幾個抗寒生理指標變化研究[J].農學學報，2015，5（12）：94-98.

[14] 李葉云，舒錫婷，周月琴，等.自然越冬過程中3個茶樹品種的生理特性變化及抗寒性評價[J].植物資源與環境學報，2014， 23（3）：52-58.

[15] 裴 文，李 鵬，裴海潮，等.低溫條件下9種木蘭科植物抗寒性研究[J].河南農業科學，2014，43（4）：101-105.

[16] 董 亮，何永志，王遠亮，等.超氧化物歧化酶（SOD）的應用研究進展[J].中國農業科技導報，2013，15（5）：53-58.

[17] 梁艷榮，胡曉紅，張穎力，等.植物過氧化物酶生理功能研究進展[J].內蒙古農業大學學報，2003，24（2）：110-113.

[18] 陳 荀，王春雷，彭宏梅，等.低溫脅迫下黃花丁香的抗寒性研究[J].東北師大學報（自然科學版），2014，46（4）：122-129.

[19] 張 捷，楊淑梅，王 玲.低溫脅迫下兩個“竹柳”品系的抗寒性[J].林業科學，2013，49（9）：158-164.

[20] 方小平，李昌艷，胡光平.貴州4種木蘭科植物幼苗的抗寒性研究[J].林業科學研究，2010，23（6）：862-865.

[21] 黃海濤，余繼忠，王賢波，等.不同抗寒性茶樹品種秋季新梢的生理特性研究[J].浙江農業學報，2014，26（4）：925-928.

[22] 王紅亮，陳麗麗.低溫脅迫對9種綠化樹木相對電導率的影響[J].江蘇農業科學，2013，41（4）：167-169.

[23] 陳 鈺，郭愛華，姚月俊，等.低溫脅迫下杏花器官內POD、相對電導率和可溶性蛋白含量的變化[J].山西農業科學，2007， 35（3）：30-32.

[24] 仲 強，康 蒙，郭 明，等.浙江天童常綠木本植物的葉片相對電導率及抗寒性[J].華東師范大學學報（自然科學版），2011（4）：45-52.endprint