大果榉对不同低温的生理响应

　　摘要：以大果榉叶片为试验材料，分别在-5、-10、-15、-20℃下进行低温处理，测定不同低温条件下大果榉叶片的丙二醛含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性，研究大果榉对不同低温的生理响应。结果表明，大果榉对于不同低温的生理响应存在差异，随着温度的降低，丙二醛含量逐渐增加，但在-15℃之后略有下降;可溶性蛋白和可溶性糖含量整体呈下降趋势，变化幅度和趋势受温度影响;超氧化物歧化酶活性整体呈先升高后下降的趋势，其活性在-15℃后大幅降低。-15℃可能是大果榉叶片的最低忍受温度，低于此温度后大果榉叶片将无法正常生长代谢。

　　本文源自山西农业科学,2020,48(10):1599-1601.《山西农业科学》(月刊)创刊于1961年，由山西省农业科学院主办。主要刊载生物技术、遗传育种、耕作栽培、生理生化、资源与环境、植物保护、贮藏加工、畜牧兽医等学科的研究报告、学术论文及综合述评等。

　　大果榉(Zelkovasinica)又名小叶榉、圆齿鸡油树、抱树，榆科(Ulmaceae)榉属(Zelkova)，是我国特有树种[1]。其常生于海拔800～2500m地带之山谷、溪旁及较湿润的山坡疏林中，主要分布在山西南部、甘肃、陕西、四川北部、湖北西北部、河南和河北等地。大果榉根系发达，耐干旱瘠薄，萌蘖性强，同时树形优美，冠幅大，季相变化十分明显，是良好的园林绿化树种[2]。大果榉在山西境内主要分布于太谷及南部地区，北部地区鲜有分布。为了扩大大果榉的栽培面积，丰富山西北部园林绿化的景观效果，深入了解其生长发育特性，加强对大果榉的过冬防护与管理，研究大果榉的抗寒性就变得很有必要。目前国内外学者的研究表明，大果榉当年生实生苗生长较快，对大果榉1年生实生苗进行平茬，可以促进苗木生长。3年生的大果榉实生苗可以在太谷地区安全越冬[3]。

　　低温会影响植物生长代谢、生理特性等[4]。在低温条件下，植物的生物膜系统会受到伤害，导致其膜透性增加，电解质外渗。此外，植物受到低温胁迫时，会影响植物体内细胞的生长代谢平衡。引起冻害的低温胁迫在植株整个生长发育过程中均能造成不利的影响，如影响植物的细胞膜系统，植物的光合作用、呼吸作用，植物的激素含量，酶的活性等[5]，从而使植物生长发育受损，因此，生理指标成为评价植物抗寒性的重要指标。

　　本试验通过对不同温度处理下的大果榉叶片进行丙二醛含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性的测定，从而分析大果榉对不同低温的生理响应，以期进一步了解大果榉的抗寒特性，为大果榉的栽培及推广提供理论支持。

　　1、材料和方法

　　1.1试验材料

　　试验以引种在山西农业大学林学院苗圃的大果榉叶片为研究材料。

　　1.2试验方法

　　试验于2019年11月在山西农业大学林学院实验室进行。将2019年11月采集的大果榉叶片装入保鲜袋迅速带回实验室，分为4组后分别放入-5、-10、-15、-20℃的低温冰箱中，低温恒温处理12h，之后取出放入4℃的冰箱中解冻12h，采用硫代巴比妥酸比色法(TBA)测定其丙二醛(MDA)含量，采用G-250考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量，采用氮蓝四唑法(NBT)测定超氧化物歧化酶(SOD)活性[6,7]。每组重复3次。

　　1.3数据分析

　　数据采用SPSS25.0进行统计分析，并采用Excel2010作图。

　　2、结果与分析

　　2.1低温胁迫对大果榉MDA含量的影响

　　由图1可知，随着处理温度的降低，丙二醛含量整体呈现上升的趋势，在-15℃时，丙二醛含量达到最大，-20℃时丙二醛含量较-5℃时仍增加，但低于-15℃时丙二醛含量。这说明在低温胁迫下，丙二醛含量与温度呈负相关，随着温度的降低，大果榉所受到的伤害越大。

　　2.2低温胁迫对大果榉可溶性蛋白含量的影响

　　由图2可知，随着处理温度的降低，可溶性蛋白含量呈降低趋势。可溶性蛋白含量在-15℃时达到最低，继续降低处理温度到-20℃时，可溶性蛋白含量较-15℃时略有回升但仍低于-5℃。说明在持续的低温处理后，大果榉细胞结构逐渐被破坏，自身产生调节物质的能力大幅下降。

　　2.3低温胁迫对大果榉可溶性糖含量的影响

　　由图3可知，随着处理温度的降低，可溶性糖含量整体呈下降趋势，变化幅度在不同温度区间有所差异，-5～-15℃较-15～-20℃的变化幅度更加明显，这表明在温度逐渐降低后，大果榉的抵抗能力越来越弱，温度低于-15℃后基本已超出了大果榉细胞的耐受范围。

　　2.4低温胁迫对大果榉SOD活性的影响

　　由图4可知，随着处理温度的降低，SOD活性呈现动态变化，在-15℃时，SOD活性最高，-15℃之后，SOD活性又迅速降低，在-20℃时，SOD活性最低。说明在逆境环境到来时，大果榉启动了细胞内的代谢保护机制，SOD活性增加，从而维持了正常的代谢，但是当外界低温超过自身承受能力后，就会对植物产生很大的影响。

　　3、结论与讨论

　　丙二醛含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性都与植物的抗寒性有很大的关系。本研究对不同低温胁迫所产生的生理响应结果发现，在MDA含量测定中，随着温度降低，MDA含量整体呈升高趋势[8]。MDA是膜脂过氧化作用的分解产物，植物在受到逆境胁迫时，细胞膜会受到伤害，同时植物体内的正常代谢也会受到扰乱[9]。当温度降低时，植物受到伤害，细胞内发生膜脂过氧化作用，生成分解产物，使MDA含量升高[10];到达一定温度后，由于植物大部分细胞已失去生活力，丧失了生理功能，使得MDA含量有所下降，但其含量仍比温度较高时所产生的MDA含量高。这与陈博等[11]对大果榉枝条的研究结果相一致。可溶性蛋白、可溶性糖含量是反映植物抗寒性的一种重要生理指标，植物在遭受低温胁迫时能产生调节物质，从而使细胞内电解平衡，帮助植物体抵御寒冷，使它们能更好地适应低温环境[12]。一般来说，在植物遭受低温时，可溶性蛋白和可溶性糖含量会在一定限度内增加，以提高其抗寒能力，但当其到达一定条件后开始减少[13]。在本试验中，可溶性蛋白和可溶性糖含量整体呈减少趋势，可能是由于太谷地区11月的最低温度在0℃左右，在0～-5℃期间，此时大果榉已处于低温环境中，细胞会对逆境产生抵抗作用，为了抵御寒冷，短时间内产生了许多渗透调节物质，使可溶性蛋白含量和可溶性糖含量增加[14]，但是之后在-5～-20℃，大果榉因遭受持续的显著低温伤害后，细胞超出耐受范围，导致细胞结构被破坏，植物机体内的生理代谢受到影响，因此，可溶性蛋白和可溶性糖含量大幅度下降。这与赵彩霞等[14,15]对油菜和马尾松的研究结果一致。SOD与植物的抗寒性也密切相关，它是最重要的清除氧自由基酶之一，其作用是清除细胞内因低温等逆境胁迫产生的超氧自由基，同时产生歧化性产物H2O2，从而能够抵消或消除掉植物在逆境生长时所产生的各种有害物质[16]。在SOD活性测定中，随着温度降低，酶活性呈先升高后降低，是由于一开始植物在逆境中受到刺激引起植物自身产生应激表现，温度进一步降低，到达植物临界温度后，超过了植物体自身调节能力所承受的限制，导致细胞受损，酶活性降低[17,18]。这与唐丽等[18]对菲油果的研究一致。

　　本研究结果表明，随着温度降低，大果榉的丙二醛含量逐渐增加，在-15℃时达到最大，之后随着温度继续降低导致细胞结构被破坏，丙二醛含量略有下降;可溶性蛋白含量逐渐降低，在-15℃时达到最低，之后有所回升;可溶性糖含量不断降低，在-15℃后缓慢降低;超氧化物歧化酶活性一开始变化幅度很小，之后迅速升高，在-15℃时达到最大后又迅速大幅降低。综合分析可推断，大果榉在-15℃的多种生理指标发生了特殊变化，因此，-15℃可能是大果榉叶片的最低忍受温度，在低于此温度的环境中，大果榉叶片将无法进行正常的生长代谢。为了改善大果榉在寒冷地区栽培，提高其园林绿化效果，当温度低于-15℃时需要进行保护。大果榉自身的抗寒机制是十分复杂的，低温环境下其他生理指标的变化情况还需要做进一步研究。

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