陳麗麗，藺芳，張家洋

(新鄉(xiāng)學院 生命科學技術(shù)學院，河南　新鄉(xiāng)453003)

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溫度驟變對5種北方常綠植物抗寒性生理指標的影響

陳麗麗，藺芳，張家洋

(新鄉(xiāng)學院 生命科學技術(shù)學院，河南新鄉(xiāng)453003)

摘要：選取側(cè)柏、大葉黃楊、廣玉蘭、女貞和欏木石楠等5種北方常綠植物的葉片，經(jīng)未處理組(-5℃)、升溫處理組(0℃)和降溫處理組(-20℃)，分別于處理24h和48h時對葉片中可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸以及丙二醛的含量等4種生理指標進行測定，并通過隸屬函數(shù)法進行抗寒性綜合評價。結(jié)果顯示,5種常綠植物抗寒能力由大到小排序為：廣玉蘭>大葉黃楊>欏木石楠>女貞>側(cè)柏。

關(guān)鍵詞：溫度驟變；側(cè)柏；大葉黃楊;廣玉蘭;女貞;欏木石楠；抗寒性；隸屬函數(shù)法

植物的抗寒性是植物自身長期適應(yīng)低溫的一種遺傳特性，這種特性不僅與植物內(nèi)部的多種生理生化活動有關(guān)，而且還與其自身組織結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。目前，關(guān)于植物抗寒性的研究主要集中于農(nóng)作物和經(jīng)濟作物方面[1]，而對中國北方常用綠化樹種研究較少。中國北方地區(qū)四季分明，氣溫轉(zhuǎn)變頻繁而多驟變。在植物抗寒性的研究報道中，試驗方法中多是設(shè)置一系列的溫度梯度，梯度變化多在4～5℃，如馬娟等[2]在研究枇杷(Eriobotryajaponica)、桂花(Osmanthusfragrans)、南天竹(Nandianadomestica)等8種樹木的抗寒性時設(shè)置的溫度梯度為4℃，聶慶娟等[3]在研究大葉女貞(Ligustrumlucidum)、廣玉蘭(Magnoliagrandiflora)、小葉女貞(L.quihoui)以及黃楊(Euonvmusjaponlcus)在低溫脅迫下酶的活性變化時，設(shè)置的溫度梯度為5℃。這并不能準確反映植物在突然受到大幅降溫后體內(nèi)抗寒性相關(guān)生理生化指標的變化情況。同時，植物在溫度驟然升高時，其生理指標變化情況也鮮有報道[4]。

抗逆性隸屬函數(shù)法是應(yīng)用最普遍的植物抗逆性綜合評價方法之一，此方法是在多項抗性生理指標的測定基礎(chǔ)上，對實驗材料進行綜合評價，克服了單個生理指標的片面性，使評定結(jié)果更全面地反映品種的實際抗逆性能力，更具科學性和可靠性[5～6]。目前，該方法已廣泛應(yīng)用于植物抗寒性的相關(guān)研究[7]。

因此，本文選擇了側(cè)柏(Platycladusorientalis)、大葉黃楊(Euonymusjaponicus)、廣玉蘭、女貞(Ligustrumlucidum)和欏木石楠(Photiniadavidsoniae)等5種北方冬季常綠樹種，通過研究升溫和降溫處理不同時間后植物葉片內(nèi)可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸以及丙二醛的含量等生理指標的變化，采用隸屬函數(shù)法綜合評價和比較這5個樹種抗寒能力，以期為中國北方地區(qū)綠化植物的選擇提供參考，也為特殊天氣情況下對植物采取相應(yīng)保護措施提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

實驗材料采集于2012年12月中下旬，采集時室外溫度為-5℃，選擇河南省新鄉(xiāng)市新鄉(xiāng)學院內(nèi)自然條件下生長良好、無病蟲害的常綠植物側(cè)柏、大葉黃楊、廣玉蘭、女貞、欏木石楠5個樹種，每個樹種剪取枝條15枝(每個樹種約100葉片)，分別置于密封的塑料袋中，帶回實驗室。

葉樣用自來水、蒸餾水沖洗，并用吸水紙吸干水分。然后將每個樹種的葉片分為5份，置于自封袋中。降溫處理組放入冰箱冷凍室內(nèi)(溫度為-20℃)，升溫處理組放入冰箱冷藏室內(nèi)(溫度為0℃)，分別于處理24h和48h后取出1份樣品，測定其可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸以及丙二醛的含量，未處理組洗凈后直接測定。

可溶性糖含量的測定采用蒽酮法[1]，可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍G-250比色法[8]，游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定[1]，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸提取法進行測定[5]。

1.3數(shù)據(jù)分析處理

測定數(shù)據(jù)用Excel預(yù)處理，通過平均值來計算隸屬函數(shù)值，并將其累加求均值，進而計算出各樹種抗寒能力的平均隸屬度，以此來判斷這5個樹種的抗寒能力。隸屬函數(shù)計算公式：Uji=(Xji-Ximin)/(Ximax-Ximin)。式中，Uji是樹木j中指標i的隸屬函數(shù)，Xji是樹木j中指標i的測定值，Ximin是指標i的測定值中最小的一項，Ximax是指標i的測定值中最大的一項。

2結(jié)果與分析

2.1溫度變化對可溶性糖含量的影響

5種植物的葉片在升溫和降溫處理不同時間后可溶性糖含量測定和統(tǒng)計分析結(jié)果見表1。由表1可知：(1)升溫處理后，側(cè)柏、大葉黃楊和欏木石楠可溶性糖含量變化具有相同趨勢，24h時先明顯降低，48h時又顯著升高；廣玉蘭可溶性糖含量在24h時基本無變化，但48h時急劇升高，差異達到了顯著水平；女貞可溶性糖含量在24h和48h均顯著降低，且隨著持續(xù)時間的延長，可溶性糖含量基本無變化。(2)降溫處理后，24h時5個種樹葉片內(nèi)可溶性糖的含量均顯著升高，延長處理時間，48h時，5種樹木葉片內(nèi)的可溶性糖含量均又大幅降低，提示長時間的低溫可能導致葉片可溶性糖分解。

表1　不同處理后5種植物葉片中可溶性糖含量的變化

注：不同字母表示不同處理具有顯著差異，顯著性水平為0.05。對照溫度為-5℃，升溫處理溫度為0℃，降溫處理溫度為-20℃。側(cè)柏(Platycladusorientalis)、大葉黃楊(Euonymusjaponicus)、廣玉蘭(Magnoliagrandiflora)、女貞(Ligustrumlucidum)和欏木石楠(Photiniadavidsoniae)。

2.2溫度變化對可溶性蛋白含量的影響

2006年9月，吳湞離開長時間工作的江西，赴京出任國家食品藥品監(jiān)督管理局副局長、黨組成員，分管藥品注冊、監(jiān)管、審核、疫苗行業(yè)等工作。

5種植物的葉片在升溫和降溫處理不同時間后可溶性蛋白含量測定和統(tǒng)計分析結(jié)果見表2。由表2可知，(1)升溫處理后，側(cè)柏、女貞和欏木石楠等葉片中可溶性蛋白含量表現(xiàn)相同的變化趨勢，即先降低，之后隨著處理時間的延長又開始升高，其中女貞和欏木石楠葉片中可溶性蛋白的含量甚至超過了未處理組。而大葉黃楊可溶性蛋白含量則顯著升高，并隨處理時間的延長無顯著變化。廣玉蘭葉片中可溶性蛋白含量在升溫處理時變化不顯著；(2)降溫處理24h時，側(cè)柏、廣玉蘭和女貞等葉片中可溶性蛋白的含量顯著降低，隨著處理時間的延長即48h時，除了女貞繼續(xù)降低外，側(cè)柏和廣玉蘭葉片中可溶性蛋白的含量又明顯升高，廣玉蘭葉片中可溶性蛋白的含量甚至達到了未處理組的水平，而側(cè)柏葉片中可溶性蛋白的含量仍顯著低于未處理組。大葉黃楊葉片中可溶性蛋白的含量則在降溫處理脅迫時顯著升高，并隨著處理時間的延長稍有降低，但仍顯著高于未處理組。而欏木石楠葉片中可溶性蛋白的含量在降溫處理24h和48h時無顯著變化。

表2　不同處理后5種植物葉片中可溶性蛋白含量的變化

2.3溫度變化對脯氨酸含量的影響

5種植物的葉片在升溫和降溫處理不同時間后游離脯氨酸的含量測定和統(tǒng)計分析結(jié)果見表3。由表3可知，(1)升溫處理24h時，側(cè)柏、大葉黃楊、廣玉蘭和女貞葉片中游離脯氨酸的含量變化不明顯，而欏木石楠葉片中脯氨酸的含量則顯著降低；48h時，側(cè)柏、大葉黃楊和欏木石楠葉片中脯氨酸的含量顯著升高，分別提高2.88倍和0.71倍，欏木石楠葉片中脯氨酸的含量則重新回到了未處理組水平，女貞葉片中脯氨酸的含量仍變化不明顯；(2)降溫處理24h時，側(cè)柏、大葉黃楊、廣玉蘭葉片中游離脯氨酸的含量均升高，其中側(cè)柏升高最明顯，而女貞和欏木石楠葉片中游離脯氨酸的含量則有所降低；48h時，側(cè)柏和大葉黃楊葉片中游離脯氨酸的含量均明顯降低，但側(cè)柏仍明顯高于未處理組，女貞、廣玉蘭和欏木石楠葉片中游離脯氨酸的含量隨著降溫處理時間的延長，基本無明顯變化。

表3　不同處理后5種植物葉片中游離脯氨酸含量的變化

2.4溫度變化對丙二醛含量的影響

5種植物的葉片在升溫和降溫處理不同時間后丙二醛的含量測定和統(tǒng)計分析結(jié)果見表4。由表4可知，(1)升溫處理，24h時，5種植物葉片中丙二醛的含量均有所降低，48h時，大葉黃楊和廣玉蘭葉片中丙二醛的含量繼續(xù)降低，差異達到顯著水平；而側(cè)柏、女貞和欏木石楠葉片中丙二醛的含量則有所升高，甚至接近或達到未處理組水平。降溫處理24h時，側(cè)柏、大葉黃楊、廣玉蘭和欏木石楠葉片中丙二醛的含量顯著降低，女貞葉片中丙二醛含量則有所升高。48h時，廣玉蘭和欏木石楠葉片中丙二醛的含量又明顯升高，其中廣玉蘭葉片中丙二醛的含量甚至明顯高于未處理組；而女貞和大葉黃楊葉片中丙二醛的含量進一步降低；側(cè)柏葉片中的丙二醛含量則隨降溫處理時間的延長，無明顯變化。

表4　不同處理后5種植物葉片中丙二醛含量的變化

2.5抗寒能力的比較

根據(jù)5種植物在溫度變化以及處理不同時間時，葉片中可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸以及丙二醛含量的測定結(jié)果，采用隸屬函數(shù)法進行抗寒性綜合分析(表5)，得出5種植物抗寒能力由大到小的排序為：廣玉蘭>大葉黃楊>欏木石楠>女貞>側(cè)柏。

表5　5種植物葉片各指標隸屬度及抗寒性綜合評價

3結(jié)論與討論

3.1溫度上升對植物生理指標的影響

溫度是影響植物生長發(fā)育的主要因子，近年來，隨著全球溫室效應(yīng)的加劇，全球平均氣溫上升，許多植物面臨著高溫脅迫的嚴峻挑戰(zhàn)。研究溫度升高對植物生理的影響，將有助于采取有效的措施減輕高溫的危害。植物葉片是對高溫非常敏感的器官，高溫引起葉片多種生理活動的變化[9]。研究表明，高溫脅迫下會導致植物體內(nèi)可溶性糖和脯氨酸的積累，同時也會加劇膜脂過氧化作用，導致過氧化產(chǎn)物丙二醛含量的增加[9]，植物通過生理上的適應(yīng)，對高溫的耐受能力可以進行小的調(diào)整，主要體現(xiàn)在生理生化上的變化。

本文結(jié)果顯示，升溫處理后，葉片中可溶性糖含量在側(cè)柏、大葉黃楊和欏木石楠中具有相同變化趨勢，24h時先明顯降低，48h時又顯著升高；而廣玉蘭可溶性糖含量在24h時基本無變化，但48h時急劇升高，差異達到了顯著水平?？扇苄缘鞍缀吭趥?cè)柏、女貞和欏木石楠中具有相同的變化趨勢，升溫處理24h時先降低，之后隨著處理時間的延長又升高，而在廣玉蘭中無顯著變化，大葉黃楊中則顯著升高，并隨處理時間的延長維持較高水平。側(cè)柏、大葉黃楊、廣玉蘭升溫處理后游離脯氨酸含量增加，而欏木石楠和女貞基本無變化。5種植物在升溫處理24h時，丙二醛的含量均有所降低，48h時，大葉黃楊和廣玉蘭中丙二醛的含量繼續(xù)降低，而側(cè)柏、女貞和欏木石楠中丙二醛的含量則有所升高，甚至達到未處理組水平。這些測定結(jié)果，基本與高溫脅迫后植物生理變化規(guī)律相一致，也反映出廣玉蘭良好的抗升溫逆性。

3.2溫度驟降對植物生理指標的影響

環(huán)境溫度的改變影響著植物的生長發(fā)育和各種生理生化指標，而植物自身則是通過各種生理生化指標的改變來抵抗環(huán)境溫度的脅迫。低溫往往導致植物生長發(fā)育緩慢，甚至造成凍害和寒害，甚至死亡[10]。北方冬季氣溫驟降時有發(fā)生，植物在氣溫驟降后生理指標如何改變需要深入研究。降溫處理24h時，5個種樹葉片內(nèi)可溶性糖的含量均顯著升高，48h時，5種樹木葉片內(nèi)的可溶性糖含量均又大幅降低，提示長時間的低溫可能導致葉片可溶性糖分解。可溶性蛋白的含量在側(cè)柏和廣玉蘭降溫處理24h時顯著降低，之后隨著處理時間的延長又明顯升高，廣玉蘭中可溶性蛋白的含量甚至達到了未處理組的水平，而女貞中可溶性蛋白的含量則一直顯著降低，欏木石楠中可溶性蛋白的含量在降溫處理24h和48h時基本無變化。側(cè)柏、大葉黃楊、廣玉蘭中游離脯氨酸的含量在降溫處理24h時均升高，而女貞和欏木石楠中游離脯氨酸的含量則降低；48h時，側(cè)柏和大葉黃楊中游離脯氨酸的含量均明顯降低，女貞、廣玉蘭和欏木石楠中游離脯氨酸的含量隨著降溫處理時間的延長基本無明顯變化。此外，降溫處理24h時，側(cè)柏、大葉黃楊、廣玉蘭和欏木石楠中丙二醛的含量顯著降低，女貞中丙二醛含量則有所升高。48h時，廣玉蘭和欏木石楠中丙二醛的含量又明顯升高，其中廣玉蘭中丙二醛的含量甚至明顯高于未處理組；而女貞和大葉黃楊中丙二醛的含量進一步降低；側(cè)柏的丙二醛含量無明顯變化。降溫處理后，這些生理指標的變化趨勢與相關(guān)報道基本相一致[11]。

3.3植物抗寒能力的比較

北方氣候四季分明，氣溫變化頻繁而又驟變，尤其是冬季，氣溫變化晝夜溫差大。不同的植物對低溫的抵抗能力也有差別，對溫度驟降的適應(yīng)程度也不同[12]。對植物抗寒能力的比較研究，有助于中國北方地區(qū)綠化植物的選擇，也為特殊天氣情況下對植物采取相應(yīng)保護措施有重要意義。

目前，對廣玉蘭抗寒能力的生理指標研究報道較少[13]。降溫處理后，廣玉蘭的可溶性糖含量顯著的升高，可溶性蛋白和丙二醛的含量有所降低，但隨著低溫時間的持續(xù)，它們的含量又有大幅升高，游離脯氨酸的含量則一直保持相對穩(wěn)定，表明廣玉蘭有很強的抗寒能力。有研究表明，抗寒性強的品種，可溶性糖的含量較高[14]。本文研究綜合評價后，發(fā)現(xiàn)廣玉蘭可溶性糖的含量最高，其抗寒性應(yīng)該也較強，這與最后抗寒能力排序的結(jié)果相一致。大葉黃楊是中國北方地區(qū)園林綠化主要的常綠闊葉優(yōu)良樹種，在中國其他地區(qū)也均有種植[14]，足以表明其較強的抗寒能力。研究結(jié)果也顯示，降溫處理時，大葉黃楊葉片中這些保護物質(zhì)的含量并沒有出現(xiàn)較大幅度的變化，顯示出良好的適應(yīng)變化和低溫保護的能力，表現(xiàn)出良好的抗寒能力。但是，低溫處理時女貞的生理指標變化較為顯著，可溶性蛋白和游離脯氨酸的含量都大幅的降低，表現(xiàn)出對低溫的不適應(yīng)，雖然可溶性糖的含量有暫時的升高，但隨著降溫處理時間的延長，可溶性糖的含量仍大幅降低。這些生理指標的變化趨勢與郝明灼等[15]研究結(jié)果相一致，提示女貞的抗寒能力較弱。側(cè)柏實際上具有較好的抗寒性，甚至能耐-25℃的低溫。在本實驗中沒有表現(xiàn)出良好的抗寒性，這可能與本實驗所選用的側(cè)柏的種源為南方種源以及樹齡較小有關(guān)系。有研究表明，側(cè)柏東、南部種源與西、北部種源相比較，生長較快，表層根系發(fā)達，但耐旱和耐寒能力較差[16]。

總之，通過研究升溫和降溫處理不同時間后5種北方常綠植物葉片內(nèi)可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸以及丙二醛的含量等生理指標的變化，采用最普遍的植物抗逆性綜合評價方法隸屬函數(shù)法，在上述生理指標的測定基礎(chǔ)上，對實驗材料進行綜合評價，初步得出這5個樹種抗寒能力的排序為：廣玉蘭>大葉黃楊>欏木石楠>女貞>側(cè)柏。

然而，植物的生長發(fā)育受外界多種因素的影響，不僅有自然因素還有人為因素。而且，在不同的生長階段其生物學特性也不相同。受到低溫脅迫時，不同的植物以及同種植物不同組織對低溫的抵抗能力是不盡相同。同時，植物生長過程中抗逆性也受各種因素的共同作用，本文通過研究升溫以及降溫處理不同時間后5北方常綠植物葉片中4種與抗逆性有關(guān)的生理指標的變化情況，初步得出他們抗寒能力的大小排序，并未對風力、緯度、土壤等其它影響因素進行考慮，尚需要進一步研究和完善。

參考文獻：

[1]周建，尤揚，袁德義.低溫脅迫對廣玉蘭生理特性的影響[J].西北林學院學報，2008，23(6)：38-42.

[2]馬娟，王飛，梁宗鎖.8種常綠闊葉樹的抗寒性研究[J].西北林學院學報,2008，23(5)：26-29.

[3]聶慶娟，孟朝，梁海永,等.低溫脅迫對4種常綠闊葉植物膜脂過氧化及保護酶活性的影響[J].植物研究，2007，27(5)：578-581.

[][]

[4]鄭軍，曹福亮，汪貴斌，等.高溫對銀杏品種主要生理指標的影響[J].林業(yè)科技開發(fā)，2008，22(1)：13-16.

[5]趙一鶴.低溫脅迫下3個甜角品種幼苗的抗寒性研究[J].林業(yè)科學研究，2012，25(2)：150-156.

[6]許桂芳，張朝陽，向佐湘.利用隸屬函數(shù)法對4種珍珠菜屬植物的抗寒性綜合評價[J].西北林學院學報，2009，24(3):24-26.

[7]黃希蓮，羅充，宋麗莎.低溫脅迫對貴陽市9種綠籬植物抗寒性生理生化指標的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學，2012，39(2)：47-50.

[8]曹廣才.華北小麥[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2001.

[9]張哲，閔紅梅，夏關(guān)均，等.高溫脅迫對植物生理影響研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38(16)：8338-8339，8342.

[10]郭子武，李憲利，高東升，等.植物低溫脅迫響應(yīng)的生化與分子生物學機制研究進展[J].中國農(nóng)業(yè)生態(tài)學報，2004，12(2)：54-57.

[11]屈俊峰，王玉珍.低溫脅迫對4種耐陰植物的生理指標的影響[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，2014(3)：114-116.

[12]江福英，李延，翁伯琦.植物低溫脅迫及其抗性生理[J].福建農(nóng)業(yè)學報，2002，17(3)：190-195.

[13]周建，尤揚，袁德義.低溫脅迫對廣玉蘭生理特性的影響[J].西北林學院學報，2008，23(6)：38-42.

[14]熊佑清，李崇濤，劉曉輝.大葉黃楊的抗寒性及其應(yīng)用研究[J].中國園林，2004，20(4)：36-38.

[15]郝明灼，韓明慧，彭方仁,等.4個女貞品種抗寒性比較[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報，2011，33(6)：1094-1099.

[16]吳海.側(cè)柏地理種源變異規(guī)律及優(yōu)良種源選擇[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2010.

Influence of Temperature Shock on the Physiological Indexes of Cold Resistance of 5 Evergreen Plants from Northern China

CHEN Li-li，LIN Fang，ZHANG Jia-yang

(School of Life Science and Technology，Xinxiang University，Xinxiang Henan 453003，P.R.China)

Abstract:The leaves of 5 evergreen plants from northern China were collected and classified into 3 types:untreated, high temperature treated and low temperature treated.The contents of soluble sugar, soluble protein, free praline and malonaldehyde were measured at 24hs and 48hs after treatment.A comprehensive evaluation of cold-resistance was given based on subordinate function value analysis.The results showed that the order of cold-resistance was Magnolia grandiflora>Euonymus japonicus>Photinia davidsoniae>Ligustrum luncidum>Platycladus orientalis.

Key words:temperature shock;Platycladus orientalis；Euonymus japonicas;Magnolia grandiflora;Ligustrum luncidum;Photinia davidsoniae;cold resistance；subordinate function analysis

中圖分類號：Q 945

文獻標識碼：A

文章編號：1672-8246(2016)02-0112-06

通訊作者簡介：張家洋(1975-)，男，講師，碩士，主要從事環(huán)境生態(tài)學研究。E-mail:skxsyszr@163.com

第一作者簡介：陳麗麗(1980-)，女，講師，碩士，主要從事植物生理生態(tài)學研究。E-mail:fanglin2035@126.com

基金項目：河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究項目(142300410100)。

*收稿日期：2015-07-01