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        澤瀉和慈姑葉片對低溫脅迫的響應(yīng)

        2015-02-23 08:56:14巴永娣張建旗
        草原與草坪 2015年2期
        關(guān)鍵詞:植物

        巴永娣,張建旗,趙 峰

        (蘭州市園林科學(xué)研究所,甘肅 蘭州 730070)

        澤瀉和慈姑葉片對低溫脅迫的響應(yīng)

        巴永娣,張建旗,趙 峰

        (蘭州市園林科學(xué)研究所,甘肅 蘭州 730070)

        以澤瀉和慈姑葉片為試驗材料,研究其在0、-10、-15、-20 ℃低溫脅迫下葉片中可溶性糖(WSC)、游離脯氨酸(Pro)含量、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性及相對電導(dǎo)率等5個生理生化指標(biāo)的變化。結(jié)果表明,在0 ℃時2個植物的POD和CAT活性顯著增加,之后隨溫度的降低而下降,在-20 ℃無活性。隨著溫度的降低,葉片相對電導(dǎo)率、可溶性糖和脯氨酸含量均有所增加,但增加幅度不同,綜合5項指標(biāo)分析得出,慈姑的抗寒性強于澤瀉。

        低溫脅迫;澤瀉;慈姑;抗寒性

        澤瀉(Alismaorientale)和慈姑(Sagittariasagittifolia)均屬于多年生沼生草本挺水植物,可種植于水邊、岸邊,在城市園林水景布置中,既可以美化環(huán)境,又可以凈化水源。近年來,為豐富蘭州市黃河兩岸濕地景區(qū)植物品種,澤瀉和慈姑作為水生觀賞植物在部分地段有所種植,但由于蘭州市冬季寒冷,使?jié)蔀a、慈姑易受低溫脅迫,故限制了其推廣種植。澤瀉與慈姑抗寒性的研究對于其抗凍性育種和栽培具有重要意義。試驗以澤瀉和慈姑為研究對象,采用不同低溫處理,通過測定葉片中可溶性糖(WSC)、游離脯氨酸(Pro)含量,過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性及相對電導(dǎo)率等生理生化指標(biāo),分析和研究其抗寒性差異,為2個植物的栽培和生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

        1 材料和方法

        1.1 試驗材料

        以蘭州市園林科學(xué)研究所試驗基地自然條件下生長的澤瀉和慈姑兩年生葉片為試驗材料。

        1.2 試驗方法

        采集生長健壯且長勢一致的植株葉片(6~8片),裝入采集袋帶回試驗室,先用自來水洗掉葉片上粘附的灰塵,再用蒸餾水輕輕沖洗葉片,后用濾紙吸干葉片表面的蒸餾水。貼明標(biāo)簽,放入恒溫冰箱中進行低溫脅迫處理,試驗設(shè)0、-10、-15、-20 ℃ 4個溫度梯度處理24 h,以常溫為對照(CK),然后進行各生理指標(biāo)的測定。

        測定指標(biāo)及方法:可溶性糖(WSC)含量采用蒽酮法、游離脯氨酸(Pro)含量采用水合茚三酮法、過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法、過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法、電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法[1-4]。每個處理重復(fù)3次。

        提取粗提液時用預(yù)冷的研缽冰浴研磨,并在低溫離心機內(nèi)離心。制備好的粗提液迅速轉(zhuǎn)入低溫冷藏,以減小酶的失活。

        1.3 數(shù)據(jù)處理

        用Excel 2003軟件對所有數(shù)據(jù)進行處理并作圖,用SPSS 13軟件對品種間各項指標(biāo)的差異顯著性進行分析[5]。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 低溫脅迫下澤瀉和慈姑葉片POD活性的變化

        不同溫度梯度下,澤瀉和慈姑葉片POD活性呈先上升,后下降趨勢(圖1),較CK均差異顯著(P≤0.05)。在0 ℃時,澤瀉和慈姑葉片中POD活性均達到最大值,二者之間差異不顯著(P<0.05)。隨著溫度不斷降低,POD活性迅速下降,當(dāng)溫度降至-20 ℃時,澤瀉已經(jīng)沒有POD活性,慈姑的POD活性僅為13 μg/min FW,由此可見,不同的低溫脅迫下,慈姑葉片的POD活性明顯高于澤瀉葉片的POD活性。

        圖1 澤瀉和慈姑葉片POD活性的變化Fig.1 The changes of POD activity in leaves of A.orientale and S.sagittifolia

        注:不同小寫字母表示差異顯著(P≤0.05),下同

        2.2 低溫脅迫下澤瀉和慈姑葉片CAT活性的變化

        隨著溫度的降低,各處理間與CK間均差異顯著(P≤0.05)??傮w呈下降趨勢,在0 ℃時達最大值,但隨溫度的下降CAT活性迅速降低,直至無活性。在-15 ℃時,澤瀉CAT活性已完全喪失;在-20 ℃時,慈姑CAT活性也失活,可見低溫脅迫對慈姑和澤瀉葉片CAT活性具有較大的影響(圖2)。

        圖2 澤瀉和慈姑葉片的CAT活性Fig.2 The changes of CAT activity in leaves of A.orientale and S.sagittifolia

        2.3 低溫脅迫下澤瀉和慈姑葉片Pro含量的變化

        隨著溫度的降低,澤瀉和慈姑葉片Pro積累均有增加,但增加幅度不同(圖3),且與CK差異顯著(P≤0.05),且各溫度間也有差異。與CK相比,溫度降至-20 ℃時,慈姑葉片Pro含量增加了13.88 mg/g;澤瀉葉片Pro含量增加了8.97 mg/g。

        圖3 澤瀉和慈姑葉片的Pro含量Fig.3 The Changes of proline content in leaves of A.orientale and S.sagittifolia

        2.4 低溫脅迫下澤瀉和慈姑葉片WSC含量的變化

        低溫脅迫下澤瀉葉片WSC始終呈上升趨勢,且各處理間與CK均差異顯著(P≤0.05)。慈姑葉片WSC含量的變化呈“S”型曲線,與CK相比葉片WSC含量增加,在0 ℃達到1個頂峰,WSC含量達943 mg/g,然后,緩慢降低,在-20 ℃達到頂峰,WSC含量達1 003.75 mg/g,這是植物葉片為適應(yīng)低溫逆境,進行大分子的淀粉降解為WSC,以降低細胞冰點,增加其抗寒性(圖4)。

        圖4 澤瀉和慈姑葉片的WSC含量Fig.4 The Changes of soluble sugar leaves of A.orientale and S.sagittifolia

        2.5 低溫脅迫下澤瀉和慈姑葉片相對電導(dǎo)率的變化

        2個植物與CK相比,脅迫后的相對電導(dǎo)率明顯增大,這是因為在植物剛進行低溫脅迫時,植物細胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,導(dǎo)致細胞內(nèi)含物外滲,電導(dǎo)率增大。澤瀉葉片相對電導(dǎo)率隨著溫度的降低緩慢增加,溫度降至-20 ℃時與-10 ℃相比較,葉片相對電導(dǎo)率增加了1.26%;而慈姑葉片相對電導(dǎo)率隨著溫度的降低呈現(xiàn)出先略有下降后上升趨勢,溫度降至-20 ℃時與-10 ℃相比,葉片相對電導(dǎo)率增加了3.56%(圖5)。

        圖5 澤瀉和慈姑葉片的相對電導(dǎo)率Fig.5 The changes of relative conductivity in leaves of A.orientale and S.sagittifolia

        3 討論與結(jié)論

        POD和CAT屬于植物細胞防御系統(tǒng)的保護酶。研究表明保護酶在植物體內(nèi)的濃度和活性的高低與植物抗寒性強弱有密切的關(guān)系[6,7]。試驗結(jié)果顯示,低溫脅迫初期,POD和CAT活性增強,反映慈姑和澤瀉在受到低溫脅迫時出現(xiàn)了應(yīng)激反應(yīng),通過調(diào)節(jié)POD和CAT活性來增強自身的抗寒性。隨著溫度的降低,POD和CAT活性隨之下降,其自身調(diào)節(jié)能力減弱,從而導(dǎo)致低溫脅迫傷害,細胞膜保護酶系統(tǒng)受到了損傷。

        Pro和WSC作為細胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),其含量的積累對提高細胞液的流動性和維持細胞在低溫下的正常功能有著重要的作用[8-10],植物受到逆境脅迫時出現(xiàn)Pro和WSC大量積累的現(xiàn)象[11-13]。研究結(jié)果表明,Pro和WSC的含量與植物的抗寒性呈線性正相關(guān)[14-16]。細胞浸出液電導(dǎo)率的變化可以反映質(zhì)膜受傷害的程度,當(dāng)植物受到傷害時,則引起原生質(zhì)體結(jié)構(gòu)的傷害而引起質(zhì)膜透性的改變[17,18],電導(dǎo)率越大表明植株受傷害愈嚴重,抗寒性愈弱。植物葉片中的Pro、WSC含量和相對電導(dǎo)率等反映了植物生理代謝過程中的自身調(diào)節(jié)能力,其適宜的組合比例是體現(xiàn)植物抗寒性的重要指標(biāo)[19,20]。隨著溫度的降低,耐寒性較強的植物Pro、WSC增加,相對電導(dǎo)率變化不大。試驗中慈姑與澤瀉葉片的Pro和WSC含量隨著低溫脅迫的增加而緩慢積累,積累幅度不盡相同,慈姑大于澤瀉;葉片相對電導(dǎo)率在低溫脅迫下也有所增加,但澤瀉的增加幅度小于慈姑,說明澤瀉葉片細胞膜受傷程度相對小一些。通過綜合分析得出,慈姑的抗寒性比澤瀉強。

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        Effects of low temperature stress on leaves ofAlismaorientaleandSagittariasagittifolia

        BA Yong-di,ZHANG Jian-qi,ZHAO Feng

        (InstituteofgardenResearchofLanzhou,GansuLanzhou730070,China)

        The leaves of two alismataceae plants were used to study the changes of soluble sugar, proline content, peroxidase (POD), catalase activity(CAT) and the relative conductivity under the different low temperature stress (0 ℃, -10 ℃, -15 ℃, -20 ℃). The results showed two plants have a significant increase in the activity of POD and CAT at 0 ℃. The activity of POD and CAT decreased with decreasing temperature, and there was no activity of both components at -20 ℃. But, the activity of POD and CAT inS.sagittifoliawere higher than that inA.orientaleat same temperature.With increasing low temperature stress,the contents of relative conductivity, soluble sugar and proline in leaves were increased, but, the extent of increase was different. Baes on the integrated five indexes,the cold resitance ofS.sagittifoliawere stronger thanA.orientale.

        cold stress;Alismaorientale;Sagittariasagittifolia;cold hardiness

        2014-06-19;

        2014-07-17

        蘭州市科技局攻關(guān)項目“蘭州地區(qū)濕地適生水生植物引種栽培及應(yīng)用研究”(2010-1-34)資助

        巴永娣(1970-),女,甘肅蘭州市人,工程師,學(xué)士,主要從事園林植物研究工作。 E-mail:bayongdi@126.com 張建旗為通訊作者。

        S 567.2

        A

        1009-5500(2015)02-0077-04

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