低溫脅迫對櫻花幾個生化指標的影響

陳寶石，卞 琴

(張掖市甘州區九龍江林場,甘肅 張掖 734000)

1 引言

櫻花(Prunussubg. Cerasus sp.)是薔薇科、櫻亞屬所有物種和種植品種的通稱[1]，為溫帶、亞熱帶樹種，適宜在陽光充足、溫暖濕潤的氣候條件和疏松肥沃的土壤條件下生長，具有一定的耐寒和耐旱能力，主要分布于我國的西部及西北部[2]。有大量學者對櫻花中揮發油、多糖[3～5]、黃酮[6，7]及提取物的抗氧化活性進行研究，發現櫻花不僅具有園林觀賞價值，還具有極高的藥用價值，因此受到廣泛關注。

本文就人工模擬低溫脅迫條件，對櫻花葉片的丙二醛含量、游離氨基酸含量、超氧化物歧化酶活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量和脯氨酸含量進行測定分析，研究其在低溫脅迫下生化指標的變化規律，為甘肅櫻花苗期抗寒性研究及栽培提供參考。

2 材料和方法

2.1 供試材料

將一年生紅葉櫻花幼苗統一栽植于混合基質(沙土∶泥炭土=1∶1)的塑料盆中，盆高、底徑和內口徑分別為9.5、8.0和10.5 cm，每盆1株。于日光室內自然光照條件下進行常規管理，選取70～80 cm、長勢一致、健康狀況良好的植株進行實驗。

2.2 實驗設計

共設16個處理，每個處理3個重復，共48株試驗幼苗，隨機排列。以光照培養溫度(1、5、10和25 ℃)和脅迫時間(1、4、7和10 d)為實驗影響因素，分別置于可編程光照培養箱中進行實驗，到達取樣時間后選取功能葉片進行生物指標的測定，具體實驗設計如表1所示。

表1 實驗設計

2.3 分析測定方法

丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法進行測定[8]、游離氨基酸含量采用酸性茚三酮法進行測定[9]、超氧化物歧化酶活性采用抑制氮藍四唑光還原法進行測定[9]、可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250法進行測定[9]、可溶性糖含量采用蒽酮比色法進行測定[9]。

2.4 數據統計與分析

利用Excel和Origin軟件進行數據統計與分析，SPSS軟件進行相關性分析。

3 結果與討論

3.1 低溫脅迫對紅葉櫻花幼苗葉片丙二醛含量、脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性的影響

低溫脅迫對紅葉櫻花幼苗葉片丙二醛含量、脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性的影響見表2。

表2 不同低溫脅迫下紅葉櫻花幼苗丙二醛含量、脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性

丙二醛為膜脂質過氧化的產物之一，通常作為脂質過氧化指標，表示細胞膜的損傷程度和植物對脅迫條件的反應強度[10]。由表2可知，不同光照培養溫度水平的處理中，紅葉櫻花幼苗的丙二醛含量隨脅迫處理時間的增加呈不同變化趨勢。當光照培養溫度為1℃時，T1、T5、T9和T13處理隨低溫脅迫處理時間的增加丙二醛含量顯著增加(P<0.05)，處理時間為10 d時丙二醛含量達到最高值(17.8 μmol/g)。當溫度為5℃時，紅葉櫻花幼苗的丙二醛含量呈緩慢增加趨勢。當處理溫度為10和25 ℃時，紅葉櫻花幼苗的丙二醛含量增加并無顯著性差異(P<0.05)。表明低溫導致紅葉櫻花幼苗細胞膜質過氧化強度顯著增加(P<0.05)，細胞膜質過氧化程度隨低溫脅迫程度的增加而增加。因此，植株通過調節自身的生理機能難以維持低溫對細胞膜質的損傷，從而導致細胞膜質過氧化。與王仕林等[11]對低溫條件下油菜幼苗中丙二醛含量變化結果相一致。

脯氨酸為細胞內部的膜穩定劑，在植株受到逆境脅迫時主要起滲透調節作用，大量研究表明植株脯氨酸含量與其抗寒特性相關[12～15]。不同光照培養溫度水平的處理中，紅葉櫻花幼苗的脯氨酸含量隨脅迫處理時間的增加呈不同變化趨勢。當光照培養溫度為1 ℃時，T1、T5、T9和T13處理隨低溫脅迫處理時間的增加脯氨酸含量呈現先增加后降低的趨勢，處理時間為4 d時脯氨酸含量達到最高值(22.8 μg/g)，處理時間為10 d時脯氨酸含量降至10.1 μg/g。當光照培養溫度為5 ℃時，T2、T6、T10 ℃和T14處理隨低溫脅迫處理時間的增加脯氨酸含量呈現先增加后降低的趨勢，處理時間為4 d時脯氨酸含量達到最高值(20.7 μg/g)，處理時間為10 d時脯氨酸含量降至14.7 μg/g，與光照培養溫度為1 ℃的處理相比脯氨酸含量變化趨勢較為緩慢。當處理溫度為10 ℃和25 ℃時，紅葉櫻花幼苗的脯氨酸含量變化并無顯著性差異(P<0.05)。表明低溫脅迫處理紅葉櫻花可在短時間內通過自身生理調節平衡低溫對細胞的迫害作用，但隨著低溫脅迫時間的延長，植株細胞內部脯氨酸含量降低，植株自身生理調節效應也隨之降低。

超氧化物歧化酶為細胞中最重要的抗氧化酶之一，其主要功能是歧化超氧陰離子(O2-)生成O2和H2O2[16]，避免植株體內自由基的過量積累，從而一定程度上緩解逆境脅迫帶來的傷害。由表2可知，不同光照培養溫度水平的處理中，紅葉櫻花幼苗的超氧化物歧化酶活性隨脅迫處理時間的增加呈不同變化趨勢。當光照培養溫度為1 ℃時，T1、T5、T9和T13處理隨低溫脅迫處理時間的增加超氧化物歧化酶活性呈現先增加后降低的趨勢，處理時間為4 d時超氧化物歧化酶活性達到最高值(243.6 U/g)。當光照培養溫度為5 ℃時，T2、T6、T10和T14處理隨低溫脅迫處理時間的增加超氧化物歧化酶活性呈現先增加后降低的趨勢，處理時間為7 d時超氧化物歧化酶活性達到最高值(218.5 U/g)。當處理溫度為10和25 ℃時，紅葉櫻花幼苗的超氧化物歧化酶活性變化并無顯著性差異(P<0.05)。在低溫脅迫下，紅葉櫻花幼苗能夠通過提高細胞內酶活性降低低溫脅迫對植株帶來的損傷，但是當低溫脅迫處理時間增加，紅葉櫻花幼苗植株逐漸喪失抵抗低溫損傷的能力。與葉亞新[17]等人對低溫脅迫處理的小麥、玉米和蘿卜幼苗超氧化物歧化酶活性變化趨勢相一致。

3.2 低溫脅迫對紅葉櫻花幼苗葉片可溶性蛋白含量和可溶性糖含量的影響

低溫脅迫對紅葉櫻花幼苗葉片可溶性蛋白含量和可溶性糖含量的影響，見表3。

表3 不同低溫脅迫下紅葉櫻花幼苗可溶性蛋白含量和可溶性糖含量

可溶性蛋白具有的親水膠體性可增加細胞持水力，從而提高植株的抗寒能力[18]。由表3可知，光照培養溫度為1 ℃時，T1、T5、T9和T13處理隨低溫脅迫處理時間的增加可溶性蛋白含量呈現先增加后降低的趨勢，處理時間為4 d時可溶性蛋白含量達到最高值(15.8 mg/g)，處理時間為10 d時可溶性蛋白含量降至6.8 mg/g。光照培養溫度為5 ℃時，T2、T6、T10和T14處理可溶性蛋白含量隨低溫脅迫處理時間的增加而增加，處理時間為10 d時可溶性蛋白含量達到15.1 mg/g。光照培養溫度為10和25 ℃的不同處理可溶性蛋白含量變化并無顯著性差異(P<0.05)。說明在光照溫度為1 ℃培養4 d前低溫脅迫促使細胞合成大量新蛋白，4 d后新蛋白合成的速度小于降解的速度，使可溶性蛋白含量顯著降低(P<0.05)。在光照溫度為5 ℃培養10 d前低溫脅迫促使細胞合成大量新蛋白，合成速度大于蛋白降解速度，使可溶性蛋白含量顯著增加(P<0.05)。

有研究表明，低溫脅迫會使植株的可溶性糖含量增加[19，20]。由表3可知，當光照培養溫度為1和5℃時，紅葉櫻花幼苗葉片中的可溶性糖含量均隨培養時間的延長而顯著增加(P<0.05)。光照培養溫度為10和25 ℃的不同處理可溶性糖含量變化并無顯著性差異(P<0.05)。這說明短期低溫脅迫下紅葉櫻花幼苗葉片通過積累可溶性糖減輕逆境脅迫帶來的傷害。

4 結論

實驗結果發現在培養溫度為1 ℃時，T1、T5、T9和T13處理隨低溫脅迫處理時間的增加丙二醛含量呈現增加的趨勢，超氧化物歧化酶活性呈現先增加后降低的趨勢。可能是植株在低溫條件下O2的利用率降低，多余的O2會被代謝成活性氧導致膜脂質過氧化，植株為了降低自身的活性氧含量激活超氧化物歧化酶活性，使超氧化物歧化酶活性增加，但是過多的丙二醛反而抑制超氧化物歧化酶的活性，最終使超氧化物歧化酶活性顯著降低。

不同低溫處理的脯氨酸含量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量均顯著高于25 ℃培養的對照組，但隨著培養時間的延長,不同指標的變化趨勢不同。1 ℃處理的3個指標含量均呈現先增加后降低的趨勢，5 ℃處理可溶性糖含量和脯氨酸含量均呈現先增加后降低的趨勢，可溶性蛋白含量隨低溫脅迫時間延長呈現增加趨勢，10 ℃處理的3個指標均隨低溫脅迫處理時間的延長呈現緩慢增加的趨勢。這說明可溶性物質與植株的抗寒特性具有一定的相關性，當低溫脅迫處理時間超出植株忍受范圍后，可溶性物質含量會顯著降低，從而抵抗低溫的作用也會降低。綜上所述，紅葉櫻花幼苗可忍受的低溫脅迫處理為1 ℃條件下培養4 d，從而為人工種植紅葉櫻花人工種植提供實驗經驗和理論參考。