4個海濱雀稗對低溫脅迫的生理響應及抗寒性比較

李靜思， 黃 寧， 麻加欣， 孫 銅， 賈子碩， 張 鈿， 王雅嬌， 孫鑫博*

(1. 河北農業大學河北省作物生長調控重點實驗室， 河北 保定 071001；2. 河北農業大學期刊社， 河北 保定 071001)

海濱雀稗(Paspalumvaginatum)，又被稱為夏威夷草，屬于禾本科(Gramineae)雀稗屬(Paspalum)，原產于熱帶和亞熱帶，是一種多年生暖季型草本植物。海濱雀稗具有多種優點，比如耐踐踏、耐低修剪等，其中它最突出的優點是極耐鹽堿，適合在海邊生長。目前，在中國南方和過渡性地帶約30%的高爾夫球場使用海濱雀稗作為發球臺、球道以及長草區的草坪草種[1]。

溫度在植物的分布和生長中起著重要的作用，影響海濱雀稗在北方地區分布和應用的主要生態因子是低溫[2]。我國南方部分地區日夜溫差大，適合海濱雀稗生長，而北方地區冬季寒冷[3]，海濱雀稗越冬困難，容易出現春季發芽晚、秋季早衰、生長不良等現象[4]，影響草坪美觀，降低了其使用價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以海濱雀稗Sa、SI、SP和PL四個品種為試驗材料。從試驗基地采回的匍匐莖移栽至內徑為15 cm (內徑)×15 cm(高度)的花盆中，花盆底部留有小孔便于排水，基質為營養土∶蛭石=1∶3的混合物。植物材料在溫室里培養3個月，溫室條件白天為28°C，夜間24°C，光照時間14 h，光強10 000 lx。生長期間按需澆水，定期修剪。

1.2 低溫處理與取樣

將海濱雀稗4個品種各30盆統一放入氣候室在相同條件下培養(光照強度為5 000 lx，光照16 h、溫度為28℃，黑暗8 h、溫度為24℃)。三周后從每個品種中隨機取出20盆，置于人工氣候培養箱進低溫處理，其余的在常溫條件下繼續培養。低溫培養箱設定光強為5 000 lx，光照16 h、溫度為4℃，黑暗8 h、溫度為2℃。保證培養箱的其他條件相同，在低溫處理第0,7,14,21,28天時取樣，每個處理取4個重復。

1.3 測定項目與方法

葉綠素含量采用Smethurst的方法測定[5]；電解質滲透率采用Blum和Ebercon[6]的方法測定；丙二醛含量采用Heath和Packer[7]的方法測定；過氧化氫含量的測定采用Velikova等[8]的方法；超氧陰離子含量采用Jiang和Zhang[9]的方法測定；抗氧化酶SOD，POD，CAT和APX活性的測定采用Jiang和Zhang[9]的方法。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對海濱雀稗葉片葉綠素含量的影響

從圖1可以看出，PL，Sa品種海濱雀稗的葉綠素含量隨著處理時間的延長有所上升，而SP品種葉綠素含量基本保持不變。在低溫處理0～14 d時，SI品種葉綠素含量上升，14～28 d葉綠素含量下降。處理第0 d時，Sa和SI品種的葉綠素含量顯著高于另外兩個品種，第14 d時，PL，Sa和SI的葉綠素含量顯著高于SP品種，且三者之間無顯著差異，處理第28 d時，PL和Sa品種的葉綠素含量顯著高于SI和SP品種。

圖1 低溫處理對海濱雀稗葉綠素含量的影響Fig.1 Effect of cold stress on chlorophyll content of Paspalum vaginatum注：小寫字母表示在相同處理時間內4個海濱雀稗品種間的顯著性差異(P<0.05)，下同Note:Different lowercase letters indicate significant difference within the same treatment time among different cultivars at the 0.05 level,the same as below

2.2 低溫脅迫對海濱雀稗相對電導率和丙二醛含量的影響

從圖2中可以看出，隨著低溫脅迫處理時間的延長，4個海濱雀稗品種相對電導率均有所上升，在處理第0 d時，4個品種之間相對電導率沒有明顯差異，在處理第7 d后，Sa品種的電導率始終顯著低于其他3個品種。4個品種的MDA含量也隨著低溫脅迫而升高，在處理第0 d時，SI和SP品種的MDA含量顯著高于PL和Sa；處理第7 d時，PL和SI的MDA含量則顯著高于Sa品種；處理第28 d時，PL和SI品種的MDA含量顯著高于Sa品種。

圖2 低溫脅迫對海濱雀稗相對電導率和丙二醛含量的影響Fig.2 Effect of cold stress on electrolytic leakage and MDA content of Paspalum vaginatum

2.3 低溫脅迫對海濱雀稗活性氧含量的影響

處理第0 d時4個海濱雀稗品種的H2O2含量沒有顯著差異。而隨著低溫處理時間的增加，4個品種的海濱雀稗H2O2含量均呈逐漸上升趨勢。低溫處理第7 d，SI品種的H2O2含量顯著高于其他3個品種。至低溫處理第21 d，4個品種的海濱雀稗H2O2含量相較于第14天均有大幅度上升，最大增量為41.48 mol·L-1；且Sa的H2O2含量顯著低于PL，SI兩個品種，SP也顯著低于SI。處理第28 d時，4個品種的海濱雀稗H2O2含量相較于第21 d出現不同程度的下降，最大降量為28.38 mol·L-1；4個品種相比，SP顯著低于Sa，SI兩個品種，PL顯著低于SI。

圖3 低溫脅迫對海濱雀稗活性氧含量的影響Fig.3 Effect of cold stress on ROS content of Paspalum vaginatum

2.4 低溫對海濱雀稗抗氧化酶活性的影響

由圖4可知，4個海濱雀稗品種經過低溫處理后，葉片中抗氧化酶活性均有明顯變化。在第0 d時，Sa和SP品種的SOD活性顯著高于其他2個品種，第7 d時，4個品種的SOD活性均有所上升，但4個品種之間無顯著差異，處理第14 d時，4個品種的SOD活性又出現下降趨勢，且Sa品種顯著低于SP品種，處理第21 d，4個品種的SOD活性又有所升高，且Sa品種的SOD活性顯著高于其他3個品種，而PL則顯著低于其他3個品種，至處理28 d時，4個品種之間無顯著差異。

4個品種的CAT活性隨著低溫處理時間的延長而降低。在處理第0 d時，4個品種之間無顯著差異，處理第7d時，4個品種的CAT活性均呈下降趨勢，且SI和SP的CAT活性顯著低于PL品種，處理14 d后，4個品種之間的CAT活性再無顯著差異，且在處理28 d時，4個品種的CAT活性降至最低。

隨著脅迫時間的延長，POD仍具有一定的活性。在處理過程中發現海濱雀稗的4個品種在處理0 d時的POD活性最低。處理時間為0，7，14，28 d時四個品種的POD活性無顯著差異，而處理21 d時Sa的POD活性顯著低于SI品種。

海濱雀稗4個品種的APX活性呈現波浪狀變化趨勢，在處理過程中發現在7 d時各品種APX活性最低。處理時間為0，7 d時的APX活性差異不顯著。處理第14 d時，SI品種的APX活性顯著高于PL和Sa，處理第21 d時，SI品種的APX活性顯著高于Sa和SP品種，至處理28 d時，SI品種顯著高于其他3個品種，且其他3品種之間無顯著差異。

圖4 低溫對海濱雀稗抗氧化酶活性的影響Fig.4 Effect of cold stress on antioxidative enzyme activities of Paspalum vaginatum

3 討論

在對耐寒性生理指標的研究中，葉綠素含量常被用來作為反映低溫對植物造成損傷程度的生理指標[10]。隨著低溫處理時間的延長，海濱雀稗葉綠素含量應出現下降的現象。然而在此次試驗中，PL和Sa品種海濱雀稗的葉綠素含量變化卻有所差別，出現上升的趨勢。有研究證明[11]，在遭受低溫時，植物通過調節細胞滲透壓來適應外部環境，從而導致相對含水量明顯下降。此次試驗中。葉綠素含量有所增長，可能是因為稱重時材料相對含水量減少導致測定的材料干重總量增加，從而導致葉綠素含量上升。在本次試驗中，每經過低溫處理一個周期測定取樣樣品時，會發現葉片逐漸失去水分，顏色也變黃。在試驗處理的14～21天中，明顯發現四個品種低溫均出現全部失綠枯黃的癥狀，其中SP品種最為顯著，初步判斷其對低溫最為敏感。

植物發生寒害主要是低溫對植物細胞的結構和功能造成危害，細胞膜是植物遭受低溫傷害和抗冷傷害的關鍵組織。膜系統在低溫下遭受傷害并失去其選擇透過性，導致電解質從細胞內外滲，從而使組織浸出液的電導率增高[12]。其次細胞內過氧化自由基代謝平衡被破壞，促使產生大量的自由基，多余的自由基會使細胞膜脂發生過氧化，而丙二醛是膜脂過氧化的最終產物。本研究中，低溫處理的海濱雀稗四個品種的相對電導率和丙二醛含量都有所增加。電導率越高，表明植物對冷傷害的抵抗力越弱[13]。試驗中四個海濱雀稗品種中Sa的電導率最低，說明其細胞膜受損傷最小，PL品種和SP品種具有較高的電導率，而抗寒性就較差一些。丙二醛含量增加，產生了活性氧和自由基，導致細胞受損。試驗中Sa品種的丙二醛含量最低，增幅最小，SI品種增幅最大，SP品種和PL品種介于Sa和SI之間，說明Sa品種在低溫脅迫下遭受活性氧和自由基的破壞較輕，對冷害抵抗力較好一些。

在生物的系統進化過程中，SOD、CAT、POD、APX等抗氧化酶構成了植物體內清除自由基的保護酶系統，保護細胞免受低溫等逆境的傷害。四者的協同作用可以使植物在一定程度上減緩或抵抗低溫脅迫[15-16]。

本研究表明，在低溫處理下，四種海濱雀稗的SOD活性和POD活性表現出“升-降-升”的變化趨勢。隨著處理時間的延長，海濱雀稗受到的傷害逐漸加重，當傷害達到臨界值，植物體內SOD的合成遭到破壞，進而導致SOD活性的降低；隨著處理時間再次延長，海濱雀稗適應了這種寒冷傷害，代謝系統逐漸恢復，并且SOD活性再次開始增加。海濱雀稗的四個品種在14天時的SOD活性達到最低。在低溫脅迫早期，葉片POD活性增加，這可能是海濱雀稗細胞對低溫脅迫的保護性應激反應；脅迫后期POD活性降低，可能是此時的低溫脅迫對海濱雀稗的傷害超過一定限度；而后POD活性上升，可能是海濱雀稗己經形成POD活性的抗寒機制，用來維持活性氧代謝平衡，避免自由基積累造成的細胞膜損傷。這與呂優偉[17]在研究9個野生早熟禾對低溫脅迫的生理響應中的結果類似。

在低溫脅迫條件下，細胞內CAT增加，這可以有效地將過量的自由基，特別是H2O2，去除到較低水平[18]。本研究結果表明，CAT活性普遍降低，這與林鄭和[19]在低溫脅迫對茶樹抗氧化酶活性影響中的結果類似。本研究中隨著低溫處理天數的增加，CAT活性無顯著差異，說明低溫脅迫能夠抑制CAT的活性，并且CAT可能并不是主要清除低溫脅迫產生H2O2的抗氧化酶。本研究的結果表明，APX活性總體上呈先上升后下降再上升的變化趨勢，呈現這種變化趨勢的原因可能與SOD、POD變化趨勢的原因相同。

4 結論

在低溫脅迫下四個品種的海濱雀稗電導率、葉綠素和丙二醛、活性氧含量和抗氧化酶活性均發生變化。不同品種的海濱雀稗的對低溫脅迫的反應不同，表明對低溫的耐受能力不同。綜合比較各項數據指標后表明Sa品種的抗寒能力較好，SP和PL品種抗寒性較差一些。