三種羅漢松季節性生理生化指標變化比較

黃相玲，朱栗瓊，陳惠昕，何晶晶，黃英鎊，招禮軍

（廣西大學林學院，廣西 南寧 530004）

在植物長期的生長發育歷程中，植物會不可避免地經歷多種環境因子季節性的變化，植物的生理特性也會呈季節性的動態變化。有研究表明，巨尾桉與其他4種針葉樹和闊葉樹在不同季節中葉綠素、可溶性糖含量等方面存在差異，發現葉片中葉綠素含量表現為夏季最高、冬季最低，可溶性糖含量為夏季最高、秋季最低等規律[1]；對蒿柳在不同生長期階段的研究表明，夏季蒿柳的凈光合速率、葉綠素含量以及SOD、POD、PPO、苯丙氨酸解氨酶活性均顯著高于秋季[2]；宜麗娜[3]研究發現，廣西貓兒山中3種落葉樹在春季時SOD、POD活性和可溶性糖、可溶性蛋白、MDA含量均處于較高水平，而在冬季低溫情況下3種常綠植物葉片中SOD、POD、CAT活性則較高。我國是一個植物物種豐富的國家，目前對植物生理生化指標的季節性動態變化的研究也逐漸成為熱點。通過對植物季節性生理變化的研究，可以揭示植物與物候季節性變化之間的關系，探討植物與生長環境之間季節性的適應機制，以期為苗木抗性品種的選育提供科學的理論參考，同時為植物物種多樣性的保護提供新的思路和方法。

羅漢松（Podocarpus macrophyllus）是羅漢松科（Podocarpaceae）羅漢松屬（Podocarpus）的綠喬木或灌木，是古老的裸子植物，葉條形、披針形、橢圓狀卵形或鱗形，螺旋狀排列，近對生或交叉對生，基部通常不扭轉或扭轉成兩列，是我國國家二級保護植物，主要分布于我國長江以南各省[4]。其樹型美觀，寓意“長壽”，是我國南方庭院觀賞、園林綠化優先考慮引進的樹種，我國約有2屬14種。羅漢松除了具有較高的美學觀賞價值外，在醫學上藥用價值也顯赫，其根、皮、果實均可入藥治療多種疑難雜癥。因此，對羅漢松的季節性生理變化研究具有重大意義，分析不同品種在季節上的動態變化規律可為羅漢松優良品種的選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

廣西南寧市隆安縣金惠園林花木場位于廣西西南部，位于北回歸線以南，地理位置為107°40′～108°11′E、22°18′～23°14′N，屬南亞熱帶濕潤季風氣候，炎熱多雨，冬短夏長。年平均降雨量1 301 mm，年內降雨量分配很不均勻，季節性較強，降雨多集中在夏季。多年平均氣溫21.8℃，多年平均最高月氣溫28.4℃，最低月平均氣溫13.2℃。

供試材料為采自廣西南寧市隆安縣金惠園林花木場的4年生羅漢松屬植物——貴妃羅漢松、海南羅漢松、廣西本地羅漢松葉片，于2017年3、6、9、12月上旬晴天采樣。選取生長一致的、3個不同品種的4年生羅漢松各20（雌雄各10株）株，每個植株采3個平行樣，均選擇向陽面采集相同葉位和相同葉齡的葉片作為試驗材料，裝入樣品袋放入冰盒帶回實驗室，置于-20℃冰箱低溫保存備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 滲透性調節物質含量測定 可溶性糖含量采用蒽酮比色法[5]測定，可溶性蛋白含量采用G-250考馬斯亮藍法[5]測定，游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法[6]測定。

1.2.2 保護酶活性測定 過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚比色法[7]測定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT光化還原法[8]測定，過氧化氫酶（CAT）活性采用分光光度法[9]測定。

1.2.3 光合色素含量測定 采用乙醇、丙酮（1∶1）浸提法[10]測定光合色素含量。

試驗數據采用Origin 8.5作圖，用SPSS 17.0進行數據處理及統計分析。

2 結果與分析

2.1 3種羅漢松滲透性調節物質含量季節性變化

可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸是植物的三大滲透性調節物質，可維持植物體內滲透壓平衡。3種羅漢松滲透性調節物質含量季節性變化結果見圖1～圖3。從圖1可以看出，3種羅漢松可溶糖含量表現為貴妃羅漢松（63.75 mg/g，FW）＞海南羅漢松（56.25 mg/g，FW）＞本地羅漢松（38.25 mg/g，FW）。在季節性變化上除了貴妃羅漢松可溶性糖含量在春季達到最大外，海南羅漢松、本地羅漢松均在冬季達到最大。通過季節性間的方差分析可知，貴妃羅漢松可溶性糖含量除在秋季和冬季間差異不明顯外、其余季節間差異均顯著，海南羅漢松可溶性糖含量在春夏秋冬四季差異均顯著，本地羅漢松可溶性糖含量在春夏季節間差異不明顯且含量較低。由圖2可知，3種羅漢松可溶性蛋白含量的動態變化趨勢基本一致，表現為在秋季植株葉片可溶性蛋白含量達到最高，而夏季降到最低，在春冬季節逐步表現為上升變化的趨勢，其具體為貴妃羅漢松的可溶性蛋白含量變化規律是：秋季＞春季＞夏季＞冬季，而海南羅漢松、本地羅漢松均表現為秋季＞春季＞冬季＞夏季。秋季的本地羅漢松可溶性蛋白含量最大為14.28 mg/g冬季的貴妃羅漢松可溶性蛋白含量最低為6.47 mg/g，3種羅漢的平均可溶性蛋白含量規律為海南羅漢松（10.16 mg/g，FW）＞本地羅漢松（9.95 mg/g，FW）＞貴妃羅漢松（8.09 mg/g，FW）。由圖3可知，海南羅漢松脯氨酸含量動態變化趨勢與本地羅漢松基本一致、均表現為秋季＞春季＞冬季＞夏季，而貴妃羅漢松脯氨酸含量季節性動態變化為冬季＞春季＞秋季＞夏季且各季節間變化相對平緩。由季節性間的方差分析可知，貴妃羅漢松與海南羅漢松均表現為在春、秋兩個季節上無明顯變化，而本地羅漢松在春、冬兩個季節間表現為差異顯著。

圖1 3種羅漢松可溶性糖含量季節性變化

圖2 3種羅漢松可溶性蛋白含量季節性變化

圖3 3種羅漢松脯氨酸含量季節性變化

2.2 3種羅漢松保護酶活性季節性變化

SOD、POD、CAT是植物的三大保護酶系統，3種酶共同相互作用可以減少植物體內因過多的氧自由基造成的傷害。3種羅漢松保護酶活性季節動態變化結果見圖4～圖6，圖4顯示，3種羅漢松葉片SOD活性四季動態變化趨勢基本一致、呈先升后降的趨勢，變化規律為秋季＞冬季＞春季＞夏季。由方差分析可知，在不同季節間SOD活性差異明顯，說明季節性變化對3種羅漢松SOD活性有明顯影響。秋季，3種羅漢松SOD活性達到最大值，其中海南羅漢松SOD活性最高為653.29 U/g·min，SOD活性表現為海南羅漢松（489.23 U/g·min）＞本地羅漢松（390.14 U/g·min）＞貴妃羅漢松（291.53 U/g·min）。由圖5可知，3種羅漢松葉片POD活性表現為春季＞夏季＞冬季＞秋季，由季節間方差分析可知，貴妃羅漢松POD活性四季差異顯著，海南羅漢松、本地羅漢松均在春夏季節間差異不明顯。3種羅漢松POD活性變化順序為海南羅漢松（727.26 U/g·min）＞本地羅漢松（582.97 U/g·min）＞貴妃羅漢松（438.86 U/g·min）且均在春季達到最大，其中海南羅漢松POD活性最高為932.41 U/g·min。由圖6可知，3種羅漢松CAT活性季節動態變化規律一致、均表現為冬季＞夏季＞春季＞秋季。通過方差分析可知，海南羅漢松CAT活性四季差異均顯著，表明季節變化對海南羅漢松CAT活性影響明顯，而貴妃羅漢松、本地羅漢松在春夏季節間差異均不顯著。3種羅漢松CAT活性的排序為海南羅漢松（785.59 U/g·min）＞本地羅漢松（578.70 U/g·min）＞貴妃羅漢松（550.64 U/g·min）。

圖4 3種羅漢松SOD活性季節性變化

圖5 3種羅漢松POD活性季節性變化

圖6 3種羅漢松CAT活性季節性變化

2.3 3種羅漢松光合色素含量季節性變化

植物光合色素直接與光合作用緊密相關，影響植物能量的累積。3種羅漢松葉片光合色素含量的季節性變化結果見表1。由表1可知，3種羅漢松葉片葉綠素a含量在四季中差異明顯。貴妃羅漢松春、夏季節間葉綠素含量差異顯著，秋冬季節差異不顯著；海南羅漢松和本地羅漢松葉綠素a含量在春、夏、秋3個季節間差異不明顯，而在冬季差異顯著；3種羅漢松葉綠素a含量均在夏季達到最大，且海南羅漢松最高為1 049.76 μg/g。3種羅漢松葉綠素a含量季節性動態變化表現為夏季＞秋季＞春季＞冬季，在品種間的葉綠素a含量為海南羅漢松（708.17 μg/g，FW）＞貴妃羅漢松（518.14 μg/g，FW）＞本地羅漢松（309.48 μg/g，FW）。葉綠素b含量和類胡蘿卜素含量在季節動態變化上基本一致、表現為夏季＞春季＞秋季＞冬季，葉綠素b含量和類胡蘿卜素含量均在夏季達到最大，且海南羅漢松為最高、分別為568.99 μg/g和90.16 μg/g，具體為海南羅漢松＞本地羅漢松＞貴妃羅漢松。經方差分析可知，3種羅漢松葉綠素b含量和類胡蘿卜素含量在季節性間差異顯著性規律基本一致，貴妃羅漢松在春、夏、秋3個季節間差異不顯著、而在冬季差異明顯，海南羅漢松和本地羅漢松在春冬季節間差異不明顯、而在夏秋季節間差異顯著。葉綠素（a+b）是植物葉綠素的總和表征，3種羅漢松總葉綠素含量季節動態變化為夏季＞秋季＞春季＞冬季，種間變化規律為海南羅漢松（1 046.78 μg/g，FW）＞貴妃羅漢（650.35 μg/g，FW）＞本地羅漢松（549.80 μg/g，FW）。

表1 3種羅漢松光合色素含量季節性變化

3 結論與討論

植物在生長發育過程中隨季節性的更替其生理特性也發生不同程度的變化。本研究結果表明，在南寧當地環境下，3種羅漢松生理生化指標對季節性變化的響應機制各不相同，其中海南羅漢松生理生化指標大于貴妃羅漢松和本地羅漢松，表明在南寧海南羅漢松生長更占優勢，更適合南寧園林景觀栽培育種。

可溶性糖作為植物的主要碳源由光合作用產生，其含量受自身合成與分解共同作用[11]。本研究中，3種羅漢松可溶性糖含量除貴妃羅漢松外均在冬季達到最大，其原因一方面是冬季氣溫低，植物需要通過累積可溶性糖來提高細胞液濃度、增加細胞內的非結冰水，從而增強自身的抗寒能力[12]；另一方面是羅漢松在冬季低溫環境下其葉片、根系等器官為了能夠正常適應冬季寒冷環境，需要通過儲存大量的可溶性糖來增強其抗凍性，保持正常生長。本研究發現，隨季節變化，3種羅漢松的可溶性糖含量累積各不相同，其中在氣溫降低的秋冬季節含量均較高，這與齊代華[13]對長葉竹柏低溫脅迫生理變化的研究結果一致，說明可溶性糖有利于植物抗寒性的提高。可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸是植物三大滲透性調節物質[14]。本試驗結果表明，3種羅漢松秋季可溶性蛋白含量達到最高，而夏季降至最低，在春冬季節逐漸表現為上升趨勢。主要是因為蛋白質的合成與分解受氣溫影響，高溫條件下蛋白質容易發生化學變性、不利于合成，而夏季氣溫較高，植物體內蛋白質合成速率變緩，而在春冬季節氣溫相對較低，植物為適應寒冷環境通過提高可溶性蛋白的含量增加細胞液濃度，降低冰點溫度，保持植物正常過冬，這與Charest等[15]的研究結果一致。脯氨酸是一種游離氨基酸，不僅可以調節植物的滲透壓平衡，同時也是植物碳氮累積的一種途徑。有研究表明，脯氨酸含量與可溶性糖含量存在一定的相關性，通常是植物抗逆性的表征[16-18]。本研究結果表明，3種羅漢松中，以海南羅漢松的脯氨酸含量最高，說明在同一環境下海南羅漢松抗逆性更強。

SOD、POD、CAT是植物體內的三大保護酶系統，廣泛存在于植物體內。SOD主要清除植物體內氧化過程中多余的氧自由基，避免植物體內因過多的氧自由基而產生傷害。有研究表明，植物體內SOD活性在季節性動態變化中，隨季節氣溫的逐漸降低，會出現先升后降的趨勢[19]。本研究中3種羅漢松SOD活性變化呈先升后降的趨勢，季節變化表現為秋季＞冬季＞春季＞夏季，這與前人研究結果一致。POD是植物體內一類氧化還原酶，具有較高活性適應性，通常是植物生長發育、體內代謝和適應環境的酶系表征[20]。本研究發現，3種羅漢松葉片POD活性四季變化順序均表現為春季＞夏季＞冬季＞秋季，其中海南羅漢松的POD活性最大，由此推測海南羅漢松對環境的適應性更強，春季是羅漢松生長發育的最佳時節。CAT廣泛存在于植物細胞內，是平衡植物體內過氧化氫的主要酶，有研究表明CAT在植物的抗旱、抗病等方面起著重要作用[21-22]。本研究發現3種羅漢松CAT活性最大的是海南羅漢松，在季節變化中夏季最大，表明在相同環境下海南羅漢松抗逆性最強。

葉綠素是植物的主要光合色素，在植物體內通過一系列的化學反應電子傳遞來參與植物的光合作用。本研究中3種羅漢松光合色素均在夏季達到最大，其原因一方面是夏季光照強度大，植物光合能力較強，光合色素的合成速率較快；另一方面是植物的色素合成和累積受葉片自身的形態性狀決定，一般厚革質葉片色素含量要高于硬革質葉片。本試驗結果表明，海南羅漢松總色素含量要高于貴妃羅漢松和本地羅漢松，說明在相同條件下，海南羅漢松的光合作用強于其他兩種羅漢松。