杉木幼苗對低溫脅迫的生理響應及其抗逆性研究

摘 要 為探究低溫脅迫對杉木幼苗生長及抗逆性的影響，測定杉木幼苗各部位的生長量、葉綠素含量、酶活性和抗逆性物質含量的變化情況。結果表明：低溫脅迫可顯著影響杉木幼苗的生長，表現為抑制幼苗葉和莖的生長，影響葉片形狀，降低苗木質量指數；杉木葉片中葉綠素、可溶性多糖質量濃度和蛋白的質量分數也顯著降低。低溫脅迫可導致脂質過氧化產物丙二醛（MDA）的質量摩爾濃度增加，而杉木幼苗通過產生較多的抗逆性物質脯氨酸來應對低溫的脅迫。低溫脅迫還可誘導杉木中抗氧化酶的產生，使超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）的活性顯著增強。在低溫脅迫下，杉木通過自身調節來響應環境的變化。關鍵詞 低溫脅迫；杉木；幼苗；抗氧化；抗逆性中圖分類號：S791.270.7"" 文獻標識碼：A"" doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2025.02.010

Study on the Physiological Response and Stress Resistance of Cunninghamia lanceolata Seedlings to Low Temperature Stress

Xu Weijie

（Guangdong Lianshan Forest Farm （Guangdong Yingyangguan Forest Park Management Office），Qingyuan 513200，China）

Abstract In order to explore the effects of low temperature stress on the growth and stress resistance of" Cunninghamia lanceolata" seedlings，the changes of growth，chlorophyll content，enzyme activity and stress resistance substance content in different parts of" Cunninghamia lanceolata" seedlings were measured. The results showed that low temperature stress could significantly affect the growth of" Cunninghamia lanceolata" seedlings，which was manifested by inhibiting the growth of leaves and stemsof seedlings，affecting the shape of leaves and reducing the quality index of seedlings. The contents of chlorophyll，

mass concentration of

soluble polysaccharide and protein in" Cunninghamia lanceolata" leaves also decreased significantly. Low temperature stress could lead to the increase of lipid peroxidation product MDA content，while" Cunninghamia lanceolata" seedlings responded to low temperature stress by producing more stress-resistant substance proline. Low temperature stress could also induce the production of antioxidant enzyme in" Cunninghamia lanceolata，and significantly enhance the activities of SOD，CAT and POD. Under low temperature stress，Cunninghamia lanceolata responded to environmental changes through self-regulation.

Key words low temperature stress; Cunninghamia lanceolata;seedlings;antioxidation;stress resistance

杉木（Cunninghamia lanceolata）屬于柏科杉木屬高大喬木，是一種亞熱帶樹種，主要產自中國江蘇、浙江、福建和西藏等地區。杉木樹形高大，樹干挺拔，樹冠飄逸，多用于道路綠化及營造防風林，具有很強的觀賞價值。杉木生長快，產量高，可用作木材工業原料，具有較高的經濟價值[1]。此外，杉木具有解毒除濕、發表清火、順氣消疳和活血止痛等功效[2]。

溫度，尤其是低溫對植物的生長和發育有著顯著的影響。在低溫脅迫下，植物細胞的結構、功能和生物學特性發生顯著變化，表現為生長發育受到抑制或延緩，葉片褐化甚至干枯死亡，細胞膜的通透性發生改變，進而影響細胞的分裂和發育?？寡趸傅幕钚院头敲缚寡趸瘎┖康淖兓赡軙е轮仓暝馐芑钚匝醯亩竞?，甚至走向死亡[3-4]。近些年，全球氣候變暖和極端氣候事件頻發，植物面臨更加嚴峻的考驗。鑒于此，對植物在低溫逆境中的應對策略進行深入研究，可為篩選和培育低溫耐寒的優質種質資源奠定堅實的理論基礎。

逆境脅迫對植物的生長和發育具有重要的影響。方祿明[5]報道了低溫、NaCl和PEG脅迫對杉木種子萌發和幼苗生長的影響。研究發現，低溫處理可顯著降低杉木種子的發芽率和幼苗的干鮮質量比，但對種子發芽勢和幼苗苗高的影響不顯著。干旱脅迫也會影響杉木幼苗的生長和葉綠素的質量分數，并且杉木幼苗中丙二醛（MDA）的質量摩爾濃度隨著干旱脅迫的加劇與持續時間的延長而顯著上升，而過氧化物酶（POD）與超氧化物歧化酶（SOD）的活性則持續下降，這標志著杉木的抗氧化系統正遭受干旱的嚴重損害[6]。然而，目前對于杉木幼苗在低溫脅迫下的生理反應及其抗逆能力的深入研究仍顯匱乏。因此，本次主要研究低溫脅迫下杉木幼苗的生長、生理及抗逆性相關指標，為杉木抗低溫脅迫的生理響應機理研究提供依據。

1 試驗地概況

試驗地位于清遠市連山壯族瑤族自治縣的廣東省連山林場。該地屬低緯度中亞熱帶季風氣候區，氣候溫和，濕潤多雨，四季分明，晝夜溫差大。年平均氣溫16～25 ℃，其中1月氣溫最低可達-5 ℃以下，而7月和8月氣溫可達37" ℃以上；年降雨量平均為1 753.3 mm，最高年份達2 400 mm；年平均濕度為82%，年均無霜期317" d，年平均日照1 382 h，年均積溫5 906.0 ℃。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

同批次杉木種子培育出幼苗后，按統一的育苗基質單獨分盆后置于試驗大棚中，經過為期30 d的緩苗期，篩選出生長高度相仿的杉木幼苗作為研究對象。

試劑：超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、丙二醛（MDA）、脯氨酸等試劑盒均購自北京索萊寶科技有限公司。

儀器：試驗用儀器包括賽多利斯電子天平（中國）、IKA干燥箱（IKA，歐洲）、葉面積測量儀（申貝，中國）、P9紫外分光光度計（美普達，上海）、SPARK全自動酶標儀（TECAN，歐洲）、FM-971水分檢測儀（梵碼，中國）。

2.2 試驗方法

采用單因素試驗設計，設置-5、0、5 ℃ 3個不同低溫環境，并設定最適溫度20 ℃作為對照組，每個處理設置3次重復。試驗期間實施統一施肥、統一管理，定期除蟲除草。連續培養8個月后進行取樣檢測。

2.2.1 生長指標測定

試驗過程中每隔15 d用卷尺與游標卡尺對幼苗的株高與地徑進行精確測量。然后隨機挑選5片健康葉片，測量其葉長與葉寬，并借助葉面積測量儀測定葉面積。隨后，稱量葉片鮮質量，并置于105 ℃干燥箱中殺青30 min，再轉移至80 ℃的烘箱中烘至恒質量，稱取葉片干質量。測量完所有指標后，取出幼苗沖洗干凈，將每株苗木的根、莖、葉剪開單獨放置，再放入烘箱中殺青，烘干至恒質量。根據生物量計算出苗木的質量指數。

苗木質量指數=苗木總干質量苗高地徑+地上器官干質量地下器官干質量

2.2.2 葉綠素質量分數測定

采用丙酮提取法測定杉木葉片中的葉綠素質量分數。用80%丙酮提取2次，在722型可見光分光光度計中測定663、645、652、440 nm波長處的吸光度值（A）。

計算葉綠素a（Ca）、葉綠素b（Cb）、總葉綠素（C總）以及類胡蘿卜素（C類）的質量分數。

2.2.3 可溶性多糖質量濃度和蛋白質量分數的測定

可溶性多糖質量濃度和蛋白質量分數參照試劑盒方法進行。

2.2.4 抗逆相關酶活性檢測

參照試劑盒說明分別對杉木葉片中 SOD、CAT、POD活性和MDA的質量摩爾濃度，以及脯氨酸質量分數進行測定。

2.3 數據處理

采用SPSS 23.0軟件對各指標平均值和標準差進行處理，并進行單因素ANOVA方差分析。

3 結果與分析

3.1 低溫脅迫對杉木幼苗生長及葉片形態的影響

低溫脅迫可顯著影響杉木幼苗的苗高、地徑、葉長、葉寬、葉面積、比葉面積和苗木質量指數等，這些生長指標隨著溫度的降低而顯著降低（Plt;0.05），見表1。其中，與對照組（最適溫度20 ℃）相比，最低溫-5 ℃下，杉木幼苗的葉長、葉寬、比葉面積、苗木質量指數分別下降了49.64%、40.00%、37.72%和23.19%；即使在0 ℃時，這些指標也分別下降了20.00%、22.86%、25.66%和14.49%，表明低溫脅迫對杉木幼苗生長具有強烈的抑制作用。

3.2 低溫脅迫對杉木幼苗光合色素質量分數的影響

低溫脅迫可顯著影響杉木幼苗葉片中葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素的質量分數，隨著溫度的降低，這些指標顯著降低（Plt;0.05）。其中，與對照組（最適溫度20 ℃）相比，最低溫-5 ℃下杉木幼苗中葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡蘿卜素的質量分數分別下降了50.39%、53.16%、46.60%和48.65%；而0 ℃下這些指標分別下降了38.58%、25.32%、33.50%和39.19%（表2）。

0 ℃環境下葉綠素 a/b的比值與各組相比差異顯著，而其他3組之間差異不顯著（Pgt;0.05）。結果表明，低溫脅迫對杉木葉綠素質量分數的影響較大，且不同溫度下的影響程度也不同。

3.3 低溫脅迫對杉木幼苗可溶性多糖質量濃度和蛋白質量分數的影響

由圖1可知，低溫脅迫可顯著影響杉木幼苗可溶性多糖質量濃度和蛋白質的質量分數，隨著溫度的降低，杉木幼苗中多糖質量濃度和蛋白質的質量分數顯著降低。其中，-5 ℃環境下多糖質量濃度和蛋白質量分數與對照組相比分別降低40.80%和43.40%，而0 ℃條件下這2個指標分別降低28.78%和28.54%。最低溫-5 ℃條件下多糖質量濃度和蛋白質質量分數與各組相比均顯著降低（Plt;0.05）。

3.4 低溫脅迫對杉木幼苗抗逆性指標的影響

由圖2可知，低溫脅迫可顯著影響杉木幼苗中MDA和脯氨酸的含量，隨著溫度的降低杉木幼苗中MDA和脯氨酸的含量顯著升高（Plt;0.05）。其中，-5℃環境下MDA和脯氨酸的含量分別為5.47 μmol·g-1和61.07 μg·g-1，與對照組相比顯著上升73.65%和61.86%，而0℃條件下這兩個指標分別升高46.98%和52.08%。最低溫-5℃條件下MDA和脯氨酸含量與各組相比均顯著升高（Plt;0.05）。

3.5 低溫脅迫對杉木幼苗葉片酶活性的影響

表3顯示，低溫脅迫可顯著影響杉木幼苗中SOD、CAT和POD的活性，隨著溫度的降低杉木幼苗中SOD、CAT和POD的活性顯著升高（Plt;0.05）。其中，-5℃環境下SOD、CAT和POD的活性分別為140.33 U·g-1、227.07 U·g-1和394.73 U·g-1，與對照組相比顯著上升24.88%、59.27%和53.18%，而0℃條件下這三個指標分別升高了17.98%、41.22%和27.15%。最低溫-5℃條件下SOD、CAT和POD的活性與各組相比均顯著升高（Plt;0.05）。

4 結論與討論

溫度是影響植物生長發育的重要環境因素，低溫脅迫作為常見的非生物脅迫因子，不僅抑制植物的生長，還能使光合作用減弱，引發葉片萎蔫、褪綠乃至壞死。在此過程中，植物體內產生氧化應激，細胞膜亦遭受損傷[7]。低溫脅迫對杉木幼苗的生長和發育具有顯著的影響。本研究中，杉木幼苗在低溫脅迫（-5～5 ℃）下，其生長受到顯著抑制，表現為幼苗矮小，葉片生長緩慢，苗高、地莖、葉長、葉寬和葉面積等指標顯著降低。此外，低溫脅迫也會抑制杉木幼苗的光合作用，表現為葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素質量分數隨著溫度的降低顯著下降，光合速率減慢。

低溫誘導還能夠改變類囊體膜上葉綠素a/b-蛋白質復合體的構象，進而影響光合作用[8]。同時，低溫脅迫也會影響杉木幼苗中可溶性多糖質量濃度和蛋白的質量分數，隨著溫度的降低，杉木幼苗中可溶性多糖質量濃度和蛋白的質量分數也呈現降低的趨勢。結果表明，低溫脅迫會影響植物的光合作用，進而影響葉綠素的合成和光合作用產物多糖的產生。

與此同時，低溫脅迫會破壞植物細胞膜系統的完整性，導致細胞膜脂質過氧化，產生過多的脂質過氧化產物MDA，使膜的通透性增加，進而干擾了細胞內外物質的交換。MDA的質量摩爾濃度變化是衡量植物細胞在逆境脅迫下質膜過氧化程度的重要指標[9]。此外，脯氨酸以其極強的親水性，成為植物逆境生理中的一位守護者，其不僅能夠穩定原生質膠體的結構，還能維護組織內的代謝過程，防止細胞因脫水而導致的萎蔫[10]。本研究中，低溫脅迫顯著提升了杉木幼苗中MDA的質量摩爾濃度和脯氨酸的質量分數，揭示了低溫脅迫能夠加劇杉木細胞的脂質過氧化過程，進而對細胞的結構和功能造成一定程度的損害。然而，杉木展現出一種獨特的適應機制——通過合成大量的脯氨酸應對低溫的脅迫。

此外，低溫脅迫會導致植物體中一些關鍵酶活性的變化，如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）等抗氧化酶的活性。這些酶活性的變化是植物細胞應對低溫脅迫的一種生理反應，有助于減少活性氧的積累和脂質過氧化，保護植物細胞免受氧化損傷[11]。POD除了清除H2O2外，主要是參與木質素的合成，并與細胞的抗病性相關[12]。本研究中，低溫脅迫可促使杉木幼苗產生更多的抗氧化酶（SOD、CAT和POD），說明低溫脅迫下能激發杉木自身的抗逆性，提高幼苗的耐寒性。

綜上所述，低溫脅迫對杉木幼苗的影響表現在多個層面，尤其是對其葉片形態、葉綠素質量分數、抗逆物質質量分數以及抗氧化酶活性等指標造成顯著的脅迫效應。面對這樣的逆境，杉木幼苗通過啟動一系列的生理響應，以應對低溫脅迫帶來的挑戰。然而，這些響應背后的深層機理尚不明晰，有待于進一步研究。參考文獻：

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