榆林市2種引栽綠化樹種的抗寒性分析

劉 娟，李鮮花，趙歡蕊

（榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西榆林719000）

在低溫條件下，植物體內(nèi)會(huì)發(fā)生一系列錯(cuò)綜復(fù)雜的反應(yīng)，導(dǎo)致植物體內(nèi)的生理指標(biāo)發(fā)生變化，因此，可以通過對(duì)其生理指標(biāo)的測(cè)定來(lái)反映植物的抗寒性。有研究表明，植物對(duì)低溫的反應(yīng)與植物體內(nèi)的游離脯氨酸含量、丙二醛含量和過氧化物酶活性密切相關(guān)。

在正常情況下，脯氨酸含量并不高，然而在植物遭受低溫影響時(shí)，脯氨酸含量增多，其能夠作為抗寒性的生理指標(biāo)[1]。呂優(yōu)偉等[2]對(duì)早熟禾在低溫脅迫下的生理響應(yīng)及苗期抗寒性研究中認(rèn)為，游離脯氨酸含量隨著溫度的降低而逐漸上升。郭黃萍等[3]在山西梨部分栽培品種抗寒性研究初報(bào)中得出，梨枝條中游離脯氨酸含量隨著外界溫度的降低而升高。黃浩等[4]在黃梁木種源的抗寒性綜合評(píng)價(jià)中得出，在低溫脅迫條件下，不同黃梁木種源的枝芽存活率與游離脯氨酸含量呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明生理指標(biāo)的變化與枝芽的抗寒性密切相關(guān)。

丙二醛含量在抗性生理研究中是一種常用的指標(biāo)，它能間接地反映植物對(duì)低溫脅迫的抵抗和忍耐能力，可以利用其作為脂質(zhì)過氧化指標(biāo)來(lái)表示植物本身對(duì)逆境條件的反應(yīng)[5]。王慶軍等[6]在3個(gè)石榴品種的抗寒性分析中指出，植物的抗寒性與丙二醛含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。趙歡蕊等[7]在對(duì)遼東櫟在低溫脅迫下的生理響應(yīng)研究中指出，丙二醛含量隨著自然溫度的降低逐漸上升。何威等[8]在山茶花耐寒性研究中也指出，丙二醛含量在自然降溫過程中隨著溫度的降低逐漸增加，其可作為鑒定山茶花品種耐寒性強(qiáng)弱的生理指標(biāo)。

過氧化物酶（POD）活性的變化在一定程度上可以反映植物的抗寒性，當(dāng)植物感受到外界溫度降低時(shí)，過氧化物酶通過酶促降解H2O2，避免自由基對(duì)細(xì)胞膜的傷害，保護(hù)植物細(xì)胞[9]。王勇等[10]在核桃優(yōu)良品種枝條抗寒性生理生化指標(biāo)分析中指出，隨著核桃生育進(jìn)程的繼續(xù)以及氣溫的變化，POD酶活性在核桃枝條內(nèi)含量越高，抗寒性越強(qiáng)。艾鵬飛等[11]在研究仁用杏抗寒性生理指標(biāo)評(píng)價(jià)中得出，過氧化物酶活性在脅迫降溫過程中呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，且與仁用杏枝條的萌芽率相關(guān)性較好。因此，過氧化物酶活性的變化在一定程度上可以反映植物的抗寒性。

合歡和紫荊是榆林市近年來(lái)引進(jìn)的新樹種，在已有的研究中，關(guān)于合歡和紫荊對(duì)低溫的反應(yīng)，尤其是抗寒生理的研究較少。榆林地處陜西省最北部，冬季寒冷，而這2種植物皆喜溫暖濕潤(rùn)氣候，低溫是限制其引種的主要環(huán)境因子[12]。

本試驗(yàn)在低溫條件下對(duì)合歡和紫荊的3種抗寒性生理指標(biāo)進(jìn)行比較，旨在探索其在自然降溫過程中生理變化的規(guī)律，為進(jìn)一步擴(kuò)大其引種范圍提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于陜西省榆林市榆林學(xué)院校園內(nèi)，位于東經(jīng) 108°58′～110°24′，北緯 37°49′～38°58′。屬于溫帶半干旱大陸季風(fēng)氣候，一年中以12月至次年2月日照差異最大，四季溫差明顯，干濕不同。年平均氣溫為8.3℃，冬季寒冷，平均氣溫在-7.8～4.1℃，極端最低溫曾達(dá)到-32.7℃。試驗(yàn)期間（2016年11月至2017年3月）榆林地區(qū)氣溫變化情況如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)材料

以合歡和紫荊的一年生休眠枝條為試驗(yàn)材料。

1.3 試驗(yàn)方法

從2016年11月1日至2017年3月1日，每隔10 d左右取樣一次，取樣時(shí)間分別為11月1日、11月11日、11月21日、12月1日、12月11日、12月21日、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，共13次，采集植物時(shí)取上部生長(zhǎng)良好的一年生休眠枝條，放入保鮮袋中帶回實(shí)驗(yàn)室作為試驗(yàn)材料備用。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

游離脯氨酸含量的測(cè)定采用茚三酮法[6]，丙二醛含量的測(cè)定采用巴比妥酸法[8]，POD活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[6]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Excel 2010進(jìn)行圖表處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然降溫對(duì)合歡和紫荊游離脯氨酸含量的影響

由圖2可知，在試驗(yàn)期間，合歡枝條中游離脯氨酸含量隨著溫度的降低而升高，隨著溫度的升高而降低，與溫度呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)溫度在0℃以上時(shí)（2016-11-01—11-21），隨著溫度的升高，游離脯氨酸含量緩慢減少；在12月1日當(dāng)溫度降至0℃以下時(shí)，再隨著溫度的升降，游離脯氨酸含量呈波形變化，共出現(xiàn)4個(gè)波峰，分別出現(xiàn)在溫度驟降的12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰對(duì)應(yīng)的游離脯氨酸含量分別為 7.23，12.99，19.99，12.64 μg/g。整體上，游離脯氨酸含量呈先上升后下降的趨勢(shì)。

紫荊植物體內(nèi)脯氨酸含量的變化，與合歡基本相同。當(dāng)溫度在0℃以上升溫時(shí)，脯氨酸含量緩慢減少，在12月1日溫度降至0℃以下時(shí)，隨著溫度的變化，脯氨酸含量呈波形變化，共出現(xiàn)4個(gè)波峰，各波峰對(duì)應(yīng)的脯氨酸含量分別為4.01，6.83，10.41，6.57 μg/g。與合歡相比，均有所下降，分別下降了3.22，6.16，9.58，6.07 μg/g。此后，隨著溫度的上升，至試驗(yàn)?zāi)┑?月1日（-5℃），合歡脯氨酸含量下降至 10.03 μg/g，紫荊下降至 4.12 μg/g。在同一時(shí)期內(nèi)，合歡枝條中的脯氨酸含量均高于紫荊。

2.2 自然降溫對(duì)合歡和紫荊丙二醛含量的影響

由圖3可知，在試驗(yàn)期間，合歡枝條中丙二醛含量隨著溫度的降低而升高，隨著溫度的升高而降低，與溫度呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)溫度在0℃以上時(shí)（2016-11-01—11-21），隨著溫度的升高，丙二醛含量緩慢減少；在12月1日當(dāng)溫度降至0℃以下時(shí)，隨著溫度的升降，脯氨酸含量呈波形變化，共出現(xiàn)4個(gè)波峰，分別出現(xiàn)在溫度驟降的12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰對(duì)應(yīng)的丙二醛含量分別為8.02，9.06，13.46，7.83 μmol/g。整體上，丙二醛含量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。

紫荊植物體內(nèi)丙二醛含量的變化，與合歡基本相同。在試驗(yàn)初期溫度在0℃以上時(shí)，丙二醛含量變化較小，當(dāng)12月1日溫度降至0℃以下時(shí)，隨著溫度的升降，丙二醛含量呈波形變化，共出現(xiàn)4個(gè)波峰，各波峰對(duì)應(yīng)的丙二醛含量分別為9.56，12.53，22.73，17.38 μmol/g，與合歡相比，均有所上升，分別上升了 1.54，3.47，9.27，9.55 μmol/g。此后，隨著溫度的上升，至試驗(yàn)?zāi)┑?月1日（-5℃），合歡丙二醛酸含量下降至4.11 μmol/g，紫荊下降至6.53 μmol/g。在同一時(shí)期內(nèi)，合歡枝條中的丙二醛含量均比紫荊低。

2.3 自然降溫對(duì)合歡和紫荊過氧化物酶（POD）活性的影響

由圖4可知，在試驗(yàn)期間，合歡枝條中過氧化物酶活性隨著溫度的降低而升高，隨著溫度的升高而降低，與溫度呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)溫度在0℃以上時(shí)（2016-11-01—11-21），隨著溫度的逐漸升高，過氧化物酶活性緩慢降低；在12月1日當(dāng)溫度降至0℃以下時(shí)，隨著溫度的變化，過氧化物酶活性呈波形變化，共出現(xiàn)4個(gè)波峰，分別出現(xiàn)在溫度驟降的12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰對(duì)應(yīng)的POD活性分別為 11.19，15.89，30.01，15.26 U/（g·min）。整體上，POD活性呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。

紫荊植物體內(nèi)POD活性的變化，與合歡基本相同。當(dāng)溫度在0℃以上升溫時(shí)，POD活性緩慢降低，當(dāng)12月1日溫度降至0℃以下時(shí)，隨著溫度的變化，POD活性呈現(xiàn)出波形變化，共出現(xiàn)4個(gè)波峰，各波峰對(duì)應(yīng)的POD活性分別為7.29，8.12，16.88，9.37 U/（g·min）。與合歡相比，均有所降低，分別降低了3.9，7.77，13.13，5.89U/（g·min）。此后，隨著溫度的上升，至試驗(yàn)?zāi)┑?月1日（-5℃），合歡POD活性下降至8.59 U/（g·min），紫荊下降至7.02 U/（g·min）。在同一時(shí)期內(nèi)，合歡枝條中的POD活性均高于紫荊。

3 討論

本試驗(yàn)表明，在自然降溫過程中，合歡和紫荊中的脯氨酸含量、丙二醛含量、過氧化物酶活性均呈波形變化，隨著溫度的降低而增加，隨著溫度的升高而減少，與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這分別與李麗等[13]對(duì)淡竹、張艷俠等[14]對(duì)石榴、魯金星等[15]對(duì)砧木和釀酒葡萄枝條中的研究結(jié)果一致。可能是因?yàn)橹参镌诘蜏貤l件下，會(huì)分泌植物蛋白，以增加細(xì)胞液的濃度來(lái)維持植物的生命[16]，如脯氨酸能夠維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞運(yùn)輸和調(diào)節(jié)滲透壓等，使植物具有一定的抗性和保護(hù)作用[17]。而當(dāng)植物在低溫刺激后產(chǎn)生POD對(duì)H2O2有促降解的作用，得以提高植物的抗寒性，同時(shí)溫度的降低使植物細(xì)胞過氧化，從而產(chǎn)生大量的丙二醛。

王小媚等[18]研究表明，在低溫脅迫過程中，楊桃的抗寒性指標(biāo)POD活性呈現(xiàn)出先升后降的變化趨勢(shì)，呈上升趨勢(shì)可能是因?yàn)闇囟冗^低，超出了植物的耐寒范圍。而本試驗(yàn)中，POD活性與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，可能是因?yàn)樽匀唤禍剡^程中出現(xiàn)的最低溫度還沒有達(dá)到2種樹種所能忍受的臨界低溫，說(shuō)明POD活性在不同的作物中抗寒性存在一定的差別，這與石如意等[19]、王勇等[20]的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)通過對(duì)游離脯氨酸含量、丙二醛含量、過氧化物酶活性3個(gè)指標(biāo)的測(cè)定來(lái)進(jìn)行合歡和紫荊2種植物的抗寒性比較分析。綜合3種指標(biāo)得出，合歡的抗寒性大于紫荊。這一結(jié)論對(duì)于擴(kuò)大植物引種、豐富榆林本地的園林綠地生物多樣性指數(shù)、進(jìn)一步改善生態(tài)壞境具有重大意義。此外，由于植物在抵御低溫的過程中，會(huì)產(chǎn)生一系列錯(cuò)綜復(fù)雜的生理變化，且易受多種外界因素的影響，考慮今后可進(jìn)一步通過對(duì)半致死溫度、電阻率、可溶性蛋白等生理指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)定，從而加強(qiáng)對(duì)植物抗寒性鑒定的準(zhǔn)確性和可靠性。