劉國(guó)宇，毛祝新，王 瑋，王 慶，李雪君，李 艷

(1.陜西省西安植物園，陜西 西安 710061；2.陜西省植物資源保護(hù)與利用工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710061)

雙莢決明(CassiabicapsularisLinn.)為豆科決明屬直立灌木，原產(chǎn)美洲熱帶地區(qū)，花色鮮黃、花期長(zhǎng)、適應(yīng)性強(qiáng)，在我國(guó)南方地區(qū)露地栽培，可作綠籬，是觀賞性極高的綠肥植物。隨著國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)，森林城市建設(shè)得到了快速發(fā)展，園林景觀從新穎性、豐富度、季節(jié)觀賞性等各方面有了新的要求，越來越多熱帶亞熱帶觀賞植物被應(yīng)用到北方園林中。近些年，在北京、河南、西安地區(qū)已有雙莢決明的引種應(yīng)用[1]。在西安地區(qū)雙莢決明主要是作為宿根亞灌木應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)，稍加保護(hù)即可越冬，在適宜的小環(huán)境下不進(jìn)行保護(hù)也可自然越冬。目前，關(guān)于雙莢決明的研究主要是集中在栽培繁殖和水脅迫等方面[2～4]，鮮見有關(guān)于低溫對(duì)其葉片影響的研究。筆者主要是研究在西安地區(qū)自然低溫條件下雙莢決明葉片生理指標(biāo)的變化，以期能為雙莢決明在西安地區(qū)園林中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

雙莢決明為陜西省西安植物園(108°57′15.07″E, 34°12′36.44″N)當(dāng)年播種繁殖的實(shí)生苗。

1.2 取樣方法

選取植株地上60～80 cm 之間分枝中下部無病蟲害的完整葉片。從2017年11月18日至2018年1月17日每隔10 d采樣1次，每個(gè)樣本3個(gè)重復(fù)，共取樣7次。記錄整個(gè)取樣期間的環(huán)境溫度，以采樣前5 d的平均最低溫度作為當(dāng)次采樣的最低溫度。

1.3 生理指標(biāo)的測(cè)定方法

使用SPAD-502葉綠素儀(KONICA MINOLTA公司)測(cè)定葉片相對(duì)葉綠素含量；采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量[5]；采用考馬斯亮藍(lán)比色法測(cè)定可溶性蛋白含量(試劑盒，南京建成生物工程研究所，型號(hào)：A045-2)；采用硫代巴比妥酸顯色法測(cè)定MDA含量[5]；采用酸性茚三酮法測(cè)定脯氨酸含量[6]；采用鉬酸銨法測(cè)定CAT活性(試劑盒，南京建成生物工程研究所，型號(hào)：A007-1)；采用黃嘌呤氧化酶法測(cè)定SOD活性(試劑盒，南京建成生物工程研究所，型號(hào)：A001-1-1)；采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD活性(試劑盒，南京建成生物工程研究所，型號(hào)：A084-3)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel和SPSS 19.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然低溫下相對(duì)葉綠素含量的變化

葉綠素含量是衡量植物光合作用的重要生理指標(biāo)，直接影響植物的光合效率[7]。圖1可以看出，雙莢決明葉片的SPAD值先升高后降低，又緩慢升高，SPAD值差異不顯著。說明在整個(gè)試驗(yàn)期間，低溫對(duì)雙莢決明葉片的相對(duì)葉綠素含量影響不大。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

2.2 自然低溫下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)具有維持細(xì)胞的滲透壓和正常代謝的功能[8]。低溫脅迫可以誘導(dǎo)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)增加來提高細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的濃度，以防止失水，提高植物抗寒性[9]。由圖2和圖4可以看出，在試驗(yàn)期間，雙莢決明葉片中可溶性糖和脯氨酸含量均隨溫度降低而增加，而且差異顯著，這樣有利于增強(qiáng)葉片抵御低溫的能力。圖3表明，可溶性蛋白含量呈雙峰變化，分別在第一次劇烈降溫和第二次降溫時(shí)出現(xiàn)峰值，說明雙莢決明葉片在試驗(yàn)期間遇到降溫可以通過增加可溶性蛋白含量提高抗寒性。

2.3 自然低溫下MDA濃度的變化

MDA的含量可以反應(yīng)植物細(xì)胞膜脂過氧化而遭受傷害的程度，含量越高，受傷害程度越高[10]。圖5可以看出，前5次取樣的低溫下，雙莢決明葉片中MDA含量差異不顯著，隨著1月7日溫度再次降低，MDA含量驟然升高，差異顯著，表明細(xì)胞受到低溫傷害程度增大。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

2.4 自然低溫下保護(hù)酶活性的變化

低溫脅迫可直接誘導(dǎo)植物細(xì)胞產(chǎn)生過多的活性氧，植物通過自身的應(yīng)激防御系統(tǒng)提高SOD、POD和CAT的活性清除體內(nèi)過多的活性氧以提高自身抵御低溫的能力[11]。圖6可以看出，在試驗(yàn)前期，隨著溫度下降雙莢決明葉片中SOD活性先升高后降低，且差異顯著；試驗(yàn)后期隨著溫度持續(xù)降低，SOD活性又升高，但差異不顯著；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)SOD活性比降溫前有所增加，且差異顯著，說明SOD活性的增強(qiáng)有助于雙莢決明葉片提高耐寒性。雙莢決明葉片中POD活性呈單峰變化(圖7)，但1月7日前差異不顯著，最后一次取樣POD活性顯著降低，可能是由于低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，POD活性受到了限制。圖8可以看出，開始降溫時(shí)雙莢決明葉片中CAT活性大幅度升高以抵御低溫環(huán)境，隨著12月18日溫度略有所回升，CAT活性降低，1月7日溫度再次降低時(shí)，CAT活性又升高，與試驗(yàn)開始時(shí)差異顯著，說明CAT活性的升高對(duì)抵御低溫起到積極作用。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

注：α=0.05，相同字母代表差異不顯著，不同字母代表差異顯著。

2.5 自然低溫下抗寒指標(biāo)的相關(guān)性分析

對(duì)雙莢決明葉片的8個(gè)抗寒指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的相關(guān)性分析，結(jié)果見表1。雙莢決明葉片中的可溶性糖含量與脯氨酸含量呈極顯著正相關(guān)，與MDA濃度呈顯著正相關(guān)?？扇苄缘鞍缀颗cSOD活性呈顯著正相關(guān)。脯氨酸含量與MDA濃度呈極顯著正相關(guān)，與POD活性呈顯著負(fù)相關(guān)。MDA濃度與POD活性呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表1 抗寒指標(biāo)的相關(guān)性分析

注：*和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著相關(guān)。

3 討論

在筆者研究中，經(jīng)歷試驗(yàn)期間的自然低溫過程后，雙莢決明葉片中可溶性糖和脯氨酸含量都顯著增加，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的積累有利于提高植物的抗寒性，這與鮑思偉[12]的研究結(jié)果是一致的。雙莢決明葉片中可溶性蛋白含量變化呈雙峰變化，第一個(gè)峰值后含量下降應(yīng)該是植物本身對(duì)低溫環(huán)境的適應(yīng)性調(diào)節(jié)，第二個(gè)峰值后含量下降可能是由于低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，超出了植物自身對(duì)低溫的調(diào)節(jié)能力導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成受阻。

在低溫過程中，植物體要通過SOD、POD和CAT三種保護(hù)酶的相互協(xié)調(diào)來增強(qiáng)抵御低溫的能力[13]。在筆者試驗(yàn)中，雙莢決明葉片中SOD和CAT活性最終都有所增強(qiáng)，而POD活性在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)驟然降低，三種酶的協(xié)調(diào)作用不足以及時(shí)清除過多的活性氧和自由基，導(dǎo)致細(xì)胞膜的過氧化程度加劇，MDA大量積累。

利用自然低溫條件可測(cè)得植物生理指標(biāo)變化的真實(shí)情況，且耗時(shí)耗費(fèi)少，但是由于自然低溫發(fā)生的強(qiáng)度和時(shí)間存在年度差異，對(duì)植物耐寒性評(píng)價(jià)的一次性描述準(zhǔn)確度不夠[14]，因此需要多次自然低溫及人工控制溫度相結(jié)合來更準(zhǔn)確的描述植物的耐寒性。