自然低溫下雙莢決明葉片生理指標的變化

劉國宇，毛祝新，王 瑋，王 慶，李雪君，李 艷

(1.陜西省西安植物園，陜西 西安 710061；2.陜西省植物資源保護與利用工程技術研究中心，陜西 西安 710061)

雙莢決明(CassiabicapsularisLinn.)為豆科決明屬直立灌木，原產美洲熱帶地區，花色鮮黃、花期長、適應性強，在我國南方地區露地栽培，可作綠籬，是觀賞性極高的綠肥植物。隨著國家生態文明建設的推進，森林城市建設得到了快速發展，園林景觀從新穎性、豐富度、季節觀賞性等各方面有了新的要求，越來越多熱帶亞熱帶觀賞植物被應用到北方園林中。近些年，在北京、河南、西安地區已有雙莢決明的引種應用[1]。在西安地區雙莢決明主要是作為宿根亞灌木應用，研究發現，稍加保護即可越冬，在適宜的小環境下不進行保護也可自然越冬。目前，關于雙莢決明的研究主要是集中在栽培繁殖和水脅迫等方面[2～4]，鮮見有關于低溫對其葉片影響的研究。筆者主要是研究在西安地區自然低溫條件下雙莢決明葉片生理指標的變化，以期能為雙莢決明在西安地區園林中的應用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

雙莢決明為陜西省西安植物園(108°57′15.07″E, 34°12′36.44″N)當年播種繁殖的實生苗。

1.2 取樣方法

選取植株地上60～80 cm 之間分枝中下部無病蟲害的完整葉片。從2017年11月18日至2018年1月17日每隔10 d采樣1次，每個樣本3個重復，共取樣7次。記錄整個取樣期間的環境溫度，以采樣前5 d的平均最低溫度作為當次采樣的最低溫度。

1.3 生理指標的測定方法

使用SPAD-502葉綠素儀(KONICA MINOLTA公司)測定葉片相對葉綠素含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[5]；采用考馬斯亮藍比色法測定可溶性蛋白含量(試劑盒，南京建成生物工程研究所，型號：A045-2)；采用硫代巴比妥酸顯色法測定MDA含量[5]；采用酸性茚三酮法測定脯氨酸含量[6]；采用鉬酸銨法測定CAT活性(試劑盒，南京建成生物工程研究所，型號：A007-1)；采用黃嘌呤氧化酶法測定SOD活性(試劑盒，南京建成生物工程研究所，型號：A001-1-1)；采用愈創木酚法測定POD活性(試劑盒，南京建成生物工程研究所，型號：A084-3)。

1.4 數據分析

利用Excel和SPSS 19.0對試驗數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 自然低溫下相對葉綠素含量的變化

葉綠素含量是衡量植物光合作用的重要生理指標，直接影響植物的光合效率[7]。圖1可以看出，雙莢決明葉片的SPAD值先升高后降低，又緩慢升高，SPAD值差異不顯著。說明在整個試驗期間，低溫對雙莢決明葉片的相對葉綠素含量影響不大。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

2.2 自然低溫下滲透調節物質含量的變化

滲透調節物質具有維持細胞的滲透壓和正常代謝的功能[8]。低溫脅迫可以誘導滲透調節物質增加來提高細胞內溶質的濃度，以防止失水，提高植物抗寒性[9]。由圖2和圖4可以看出，在試驗期間，雙莢決明葉片中可溶性糖和脯氨酸含量均隨溫度降低而增加，而且差異顯著，這樣有利于增強葉片抵御低溫的能力。圖3表明，可溶性蛋白含量呈雙峰變化，分別在第一次劇烈降溫和第二次降溫時出現峰值，說明雙莢決明葉片在試驗期間遇到降溫可以通過增加可溶性蛋白含量提高抗寒性。

2.3 自然低溫下MDA濃度的變化

MDA的含量可以反應植物細胞膜脂過氧化而遭受傷害的程度，含量越高，受傷害程度越高[10]。圖5可以看出，前5次取樣的低溫下，雙莢決明葉片中MDA含量差異不顯著，隨著1月7日溫度再次降低，MDA含量驟然升高，差異顯著，表明細胞受到低溫傷害程度增大。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

2.4 自然低溫下保護酶活性的變化

低溫脅迫可直接誘導植物細胞產生過多的活性氧，植物通過自身的應激防御系統提高SOD、POD和CAT的活性清除體內過多的活性氧以提高自身抵御低溫的能力[11]。圖6可以看出，在試驗前期，隨著溫度下降雙莢決明葉片中SOD活性先升高后降低，且差異顯著；試驗后期隨著溫度持續降低，SOD活性又升高，但差異不顯著；試驗結束時SOD活性比降溫前有所增加，且差異顯著，說明SOD活性的增強有助于雙莢決明葉片提高耐寒性。雙莢決明葉片中POD活性呈單峰變化(圖7)，但1月7日前差異不顯著，最后一次取樣POD活性顯著降低，可能是由于低溫持續時間長，POD活性受到了限制。圖8可以看出，開始降溫時雙莢決明葉片中CAT活性大幅度升高以抵御低溫環境，隨著12月18日溫度略有所回升，CAT活性降低，1月7日溫度再次降低時，CAT活性又升高，與試驗開始時差異顯著，說明CAT活性的升高對抵御低溫起到積極作用。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

2.5 自然低溫下抗寒指標的相關性分析

對雙莢決明葉片的8個抗寒指標進行簡單的相關性分析，結果見表1。雙莢決明葉片中的可溶性糖含量與脯氨酸含量呈極顯著正相關，與MDA濃度呈顯著正相關。可溶性蛋白含量與SOD活性呈顯著正相關。脯氨酸含量與MDA濃度呈極顯著正相關，與POD活性呈顯著負相關。MDA濃度與POD活性呈極顯著負相關。

表1 抗寒指標的相關性分析

注：*和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著相關。

3 討論

在筆者研究中，經歷試驗期間的自然低溫過程后，雙莢決明葉片中可溶性糖和脯氨酸含量都顯著增加，滲透調節物質含量的積累有利于提高植物的抗寒性，這與鮑思偉[12]的研究結果是一致的。雙莢決明葉片中可溶性蛋白含量變化呈雙峰變化，第一個峰值后含量下降應該是植物本身對低溫環境的適應性調節，第二個峰值后含量下降可能是由于低溫持續時間長，超出了植物自身對低溫的調節能力導致蛋白質合成受阻。

在低溫過程中，植物體要通過SOD、POD和CAT三種保護酶的相互協調來增強抵御低溫的能力[13]。在筆者試驗中，雙莢決明葉片中SOD和CAT活性最終都有所增強，而POD活性在試驗結束時驟然降低，三種酶的協調作用不足以及時清除過多的活性氧和自由基，導致細胞膜的過氧化程度加劇，MDA大量積累。

利用自然低溫條件可測得植物生理指標變化的真實情況，且耗時耗費少，但是由于自然低溫發生的強度和時間存在年度差異，對植物耐寒性評價的一次性描述準確度不夠[14]，因此需要多次自然低溫及人工控制溫度相結合來更準確的描述植物的耐寒性。