抗凍劑對低溫下油茶的生理作用

陳麗文

(信陽農林學院林學院，河南信陽 464000)

油茶為茶科常綠小喬木，與油棕、油橄欖和椰子并稱為世界四大木本食用油料植物。油茶籽可壓榨出含有豐富不飽和脂肪酸和維生素E的高級食用油供食用，茶油還可以滋潤修復受損頭發、制作美容精油、面膜、蠟燭和肥皂等，也可以作為機油的替代品；茶籽餅可以作為肥料，還可以提取皂素制作洗滌劑；茶果殼可以提取活性炭、燒堿、栲膠等；除此之外，油茶樹還具有營造防火林、保持水土、涵養水源、調節氣候的生態效益，因此茶油在農、工、輕工、食品、飼料工業等方面具有極大的應用價值[1]。

油茶樹主要生長在我國南方亞熱帶地區的高山丘陵地帶，集中分布于浙江、江西、河南、湖南、廣西5省(區)。油茶樹萌芽能力強，枝條葉片豐富，四季常青，根系發達，存活時間長，對貧瘠土壤有較高耐受力，有極強的生態適應性[2]。油茶喜溫畏寒，要求年平均氣溫16～18 ℃，花期平均氣溫為 12～13 ℃，充足的陽光和適宜的溫度能提高油茶結實率和種子含油率[3]。氣溫低至0 ℃以下時，油茶體內細胞結冰，原生質體結構遭到破壞，油茶根系的吸收和運輸、葉子的光合作用、植株的生長都會受到影響，嚴重者造成油茶減產甚至整株死亡，這種現象稱為油茶凍害[4]。因此，在冬季低溫條件下栽培油茶具有一定的技術難度，低溫也成為油茶分布的限制因子。

1 抗凍劑與植物的抗凍性

1.1 ABA

ABA在植物響應生物脅迫時起到關鍵作用，在逆境中，植物體內的ABA以脅迫信號的方式大量積累，調節植物的代謝平衡，從而提高植物對脅迫的適應性及耐性[5]。研究表明，噴灑ABA可以減少細胞膜的損傷，增加可溶性糖和可溶性蛋白質等滲透調節物質的含量，加快抗冷信號傳導和抗寒基因誘導表達，從而提高植物抗寒能力，對植物起到保護作用[6]。

1.2 CaCl2水溶液

Ca2+被認為是植物細胞內傳遞抗逆信號的第二信使，當植物處于逆境時，細胞中的Ca2+濃度升高，從而激活植物體內抗逆基因表達。研究證明，外施一定濃度的Ca2+可以提高植物的酶活性，降低細胞膜滲透率和MDA含量，增加可溶性糖的積累，提高過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性，從而提高植物細胞抵抗低溫的能力[7]。

1.3 抗壞血酸

低溫是影響植物生長發育的重要逆境因子之一，植物細胞在低溫下產生大量活性氧破壞細胞結構[8]。抗壞血酸是一種抗氧化物質，在活細胞中，抗壞血酸氧化還原系統由還原型的抗壞血酸(ASA)、氧化型的單脫氫抗壞血酸(MDHA)和脫氫抗壞血酸(DHA)組成，ASA的氧化還原狀態反映了植物細胞內外環境的氧化還原狀況，當植物遭遇逆境脅迫時，ASA/DHA比率、相關代謝物和酶類會發生相應變化[9]。

2 材料與方法

2.1 所選材料

供試油茶品種為湖南油茶種。選取長勢一致、無病蟲害、葉片無破損的3年生油茶種苗，標號備用。

2.2 研究方法

將所選油茶種苗分成4組，分別標記編號。低溫處理，在10 ℃恒溫培養箱中進行培養。1組作為對照組噴灑蒸餾水，其余3組分別噴灑7.5 mmol/L的ABA、100 mmol/L的CaCl2水溶液、20 mmol/L的抗壞血酸，然后在處理后1、3、5 d分別測定根系活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白質含量、MDA含量、葉綠素含量、葉綠素熒光參數等各項生理指標，分別登記。

2.3 測定方法

可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍(G-250)染色法[10]測定；可溶性糖含量采用蒽酮法[10]測定；MDA含量采用硫代巴比妥酸反應法[11]測定；根系活力采用TTC法[12]測定；葉綠素熒光參數用便攜式熒光儀在Fv/Fm模式下[13]測定；葉綠素含量采用分光光度計[13]測定光吸收值。

2.4 數據分析

所有數據主要采用Microsoft Excel 2010 軟件分析處理和圖表制作，采用Origin 8.5輔助繪圖，采用SPSS 19.0軟件輔助相關數據分析處理。

3 結果與分析

3.1 低溫下噴灑抗凍劑對油茶根系活力的影響

根系是植物的重要器官，它不僅具有吸收水分和鹽類運輸到整株植物的功能，而且兼顧植物體內多種物質的合成，因此，植物個體的生命狀態都可以通過根系活力強弱直接表現出來[14]。而根系的活力則通過根系吸收與合成的能力表現出來，根系活力是一項需要測定的生理指標[15]。

由圖1可知，噴灑3種抗凍劑的油茶根系活力都高于噴灑蒸餾水的對照組。隨著時間的推移，對照組與噴灑CaCl2水溶液、抗壞血酸的油茶組的根系活力都逐漸降低，處理1 d到3 d的變化幅度較小，3 d到5 d變化幅度較大。噴灑ABA的油茶組的根系活力先減少再增加，處理1 d到3 d的變化幅度較大，3 d到5 d變化幅度較小。

3.2 低溫下噴灑抗凍劑對油茶可溶性糖含量的影響

可溶性糖是植物進行滲透調節的重要物質，它可以提高細胞液濃度從而降低水勢，增強細胞保水能力，降低其冰點[16]。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，細胞液濃度提高，以調節細胞滲透壓，提高機體抗寒能力[17]。

由圖2可知，噴灑3種抗凍劑的油茶的可溶性糖含量都高于噴灑蒸餾水的對照組。其中對照組和噴灑CaCl2水溶液及噴灑抗壞血酸的油茶組的可溶性糖含量均呈現小幅度增長趨勢，而噴灑ABA的油茶可溶性糖含量先增加再減少，4組油茶的可溶性糖含量變化幅度都比較小。

3.3 低溫下噴灑抗凍劑對油茶可溶性蛋白質含量的影響

低溫引起植物細胞蛋白質變化，主要表現為可溶性蛋白質和酶類的變化以及產生抗寒性蛋白質，植物細胞中的可溶性蛋白質具有較強的親水性，能明顯提高細胞的持水力。在低溫條件下，可溶性蛋白質含量增加，可以束縛更多的水分，避免原生質因結冰而受害致死，從而提高植物體抗寒性[16]。

由圖3可知，3組噴灑抗凍劑的油茶可溶性蛋白質含量都遠高于噴灑蒸餾水的對照組。隨著時間推移，噴灑CaCl2水溶液的油茶組可溶性蛋白質的含量逐漸減少，而對照組和噴灑抗壞血酸及噴灑ABA的油茶組的可溶性蛋白質含量都先增加再減少。

3.4 低溫下噴灑抗凍劑對油茶MDA含量的影響

當植物受到低溫脅迫時，植物細胞膜膜脂會在活性氧作用下發生氧化作用，MDA是膜脂過氧化最重要的產物之一，它的產生能加劇膜的損傷，因此，通過MDA膜脂過氧化的程度，可以間接測定膜系統受損程度以及植物的抗逆性[18]。通過測定植物體內MDA含量及變化動態，可以判斷該樹種抵抗低溫能力強弱[19]。長期以來，植物體內MDA含量及動態變化是衡量膜脂過氧化程度的一個公認指標[20]。

由圖4可知，噴灑3種抗凍劑的油茶的MDA含量都低于只噴灑蒸餾水的對照組，隨著時間推移，對照組油茶的MDA含量呈現上升趨勢，處理1 d到3 d，3組噴灑抗凍劑的油茶MDA含量幾乎沒有變化，到處理5 d除了噴灑CaCl2水溶液的油茶MDA含量小幅度減少以外，其余噴灑抗凍劑的2組都呈現小幅度增加。

3.5 低溫下噴灑抗凍劑對油茶葉綠素含量的影響

光合作用是植物合成有機物質和獲得能量的根本途徑，可以反映出植株的生長狀況和抗性的強弱，是植物生長發育的基礎[21]。光合作用很容易受低溫的影響，低溫幾乎影響到植物光合作用的各個環節，葉綠素含量就是其中之一，低溫會導致葉綠素含量降低，從而影響植物的生長。在綠色植物中葉綠素具有捕捉光能的重要功能，其含量的高低將會直接影響光合作用的水平以及植物對光能的利用和干物質的積累，是反映光合生理狀況的一個基本標準[22]。

由圖5可知，噴灑抗凍劑的各油茶組的葉綠素含量均高于對照組。隨著時間的推移，對照組和噴灑抗壞血酸的油茶組葉綠素含量逐漸減少，而噴灑CaCl2水溶液和ABA的油茶組的葉綠素含量先增加再減少。4組中只有對照組葉綠素含量的變化幅度較大，其余噴灑抗凍劑的3組變化幅度都很小。

3.6 低溫下噴灑抗凍劑對油茶葉綠素熒光參數的影響

低溫脅迫導致植物的光合速率下降，光能過剩，甚至促使光抑制的產生從而破壞植物的光合機制[23]。葉綠素熒光利用植物體內葉綠素作為天然探針，檢測植物光合生理狀況以及各種原因對植物光合作用造成的影響，具有簡便、快捷、準確的優點，并且不會對植物本身造成損害。以往研究證實，低溫會降低植物葉綠素熒光參數。因此，葉綠素熒光參數可以作為抗冷性的選擇指標，葉綠素熒光分析技術也越來越廣泛地被投入到植物的抗寒特性研究中[24]。

由圖6可知，噴灑抗凍劑的油茶葉綠素熒光參數均略高于對照組。隨著時間推移，對照組和噴灑ABA的油茶組的葉綠素熒光參數小幅度減小，噴灑CaCl2水溶液的油茶組葉綠素熒光參數先增加后減少，而噴灑抗壞血酸的油茶組則先減小后增大。隨著時間推移，4組油茶的葉綠素熒光參數變化幅度均不大。

4 討論與結論

噴灑抗凍劑油茶組的根系活力強，其可溶性糖、可溶性蛋白質、葉綠素含量和葉綠素熒光參數均高于只噴灑蒸餾水的對照組，只有MDA的含量試驗組遠低于對照組。

低溫脅迫會降低植物的根系活力、葉綠素含量和葉綠素熒光參數，噴灑抗凍劑油茶組的這3個生理指標均高于對照組，說明抗凍劑會提高植物的根系活力、葉綠素含量和葉綠素熒光參數，可以提高油茶的根系活力和光合作用，增強油茶抗凍性。

低溫脅迫會提高植物的可溶性蛋白質、可溶性糖和MDA的含量。噴灑抗凍劑油茶組的可溶性蛋白質和可溶性糖含量均高于對照組，噴灑抗凍劑可以提高低溫脅迫下油茶的可溶性蛋白質和可溶性糖含量，從而提高油茶細胞保水能力，防止細胞結冰；噴灑抗凍劑油茶組MDA含量遠低于對照組，說明抗凍劑可以降低低溫條件下油茶的MDA含量，避免低溫條件下油茶產生的MDA損傷細胞膜，提高油茶抗凍性。6組生理指標中，可溶性蛋白質和MDA的試驗組相對于對照組變化較大，可以大膽猜測，抗凍劑對可溶性蛋白質和MDA的影響較為顯著。

結合試驗數據和分析可以推測，在冬季低溫條件下向油茶噴灑抗凍劑可以減少低溫脅迫對油茶的損害，提高油茶的抗凍性和適應性，對油茶的栽培和推廣技術有重要意義。

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