全 文 ：五大连池地区香鳞毛蕨自然越冬特性研究
常 缨，李 艳，安玉婷，张志美，王鹤萌，张 微
（东北农业大学生命科学学院，哈尔滨 150030）
摘 要：探讨黑龙江省五大连池地区香鳞毛蕨越冬机制，对其自然越冬过程中的生理生化特性及超微结构进
行研究。结果表明，香鳞毛蕨相对电导率和MDA含量先增加后减少；POD、CAT两种保护酶活性呈“N”型，SOD
活性先降低后升高；脯氨酸和可溶性糖含量均呈“N”型变化，可溶性蛋白含量变化不明显；ABA含量随温度下降
而上升，GA3、IAA含量与ABA趋势相反；叶片中的叶绿体，体积膨胀变形，基粒片层逐渐不清晰，但未全部解
体；线粒体内脊数量明显减少，双层膜结构破坏严重，膜边界模糊，直至膜遭到严重破坏，解体消失。
关键词：香鳞毛蕨；自然越冬；生理机理；保护酶；抗寒性
中图分类号：S828；Q782 文献标志码：A 文章编号：1005-9369（2014）08-0041-08
常缨,李艳,安玉婷,等.五大连池地区香鳞毛蕨自然越冬特性研究[J].东北农业大学学报, 2014, 45(8): 41-48.
Chang Ying, Li Yan, An Yuting, et al. Study on Dryopteris fragrans (L.) Schott live throughnatural winter in Wudalianchi of er-
dos[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2014, 45(8): 41-48. (in Chinese with English abstract)
Study on Dryopteris fragrans（L.）Schott live through natural winter in
Wudalianchi of erdos/CHANG Ying, LI Yan, AN Yuting, ZHANG Zhimei, WANG Hemeng,
ZHANG Wei(School of Life Sciences, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)
Abstract: The overwintering mechanism of Dryopteris fragrans (L.) Schott in Wudalianchi Heilong-
jiang Province and its physiological and biochemical characteristics as well as ultrastructure were
carried out in this study. The results showed that D. fragrans relative electrical conductivity and content
of MDA increased at first and decreased, activity of POD, CAT both generally rised to form into the N
curve, activity of SOD declined and then increased, content of proline, soluble sugar and soluble protein
all presented as the N curve. The ratio of ABA/GA3 was related closer with low temperature
adaptability. The volume of leaf chloroplast expanded into deformation, the granum lamella gradually
fuzzied, but not all became collapsed. The number of mitochondria ridge obvious reduced, and double
membrane structure were serious destoried. Membrane border fuzzied until they were severely
damaged and collapses into disappear finally.
Key words: Dryopteris fragrans (L.) Schott; natural overwintering; physiological mechanism; protective
enzyme; cold resistance
收稿日期：2014-03-03
基金项目：国家自然科学基金项目（31070291)
作者简介：常缨（1970-），女，教授，博士，博士生导师，研究方向为植物资源学与植物分子生物学。E-mail: changying@neau. edu. cn
Journal of Northeast Agricultural University
东 北 农 业 大 学 学 报第45卷 第8期 45(8): 41~48
2014年8月 Aug. 2014
香鳞毛蕨（Dryopteris fragrans（L.）Schott）是多年
生蕨类植物，以黑龙江省为分布中心，在塔河县
白卡鲁山、呼中的大白山高地、牡丹江镜泊湖及
小兴安岭北部高寒地区均有分布，特别是在五大
网络出版时间 2014-7-26 14:32:52 [URL] http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140726.1432.003.html
连池地区分布广泛[1]。香鳞毛蕨生境特殊，生长于
火山喷发后形成的滑石坡、火山周围岩浆缝中，在
低温环境可生存 [2]。近年来，研究发现香鳞毛蕨
对皮肤病、类风湿性关节炎、抑菌等具有很好疗
效 [3-5]，是极具开发潜力和应用前景的珍稀天然药
用植物资源，但其药材来源靠野生采挖，由于人类
盲目采收以及对熔岩环境的破坏致使香鳞毛蕨资源
不断减少，野生资源正遭到严重破坏。
植物在自然越冬过程中对低温逆境有一个适应
和自我调节过程，低温促使植物细胞发生一系列生
理生化变化 [6-8]。低温严重影响香鳞毛蕨的正常生
长发育，野生香鳞毛蕨主要依靠根状茎进行繁殖并
且能自然越冬，独特的生理特性增加了香磷毛蕨对
低温的适应能力。
本试验探究五大连池地区野生香鳞毛蕨自然越
冬期间的低温生理学适应机制，探讨低温对香鳞毛
蕨生长发育过程生理生化反应的影响，对香鳞毛蕨
低温胁迫下的叶片进行超微结构体观察，为进一步
了解香鳞毛蕨生长机制、指导生产实践提供可靠的
理论依据，对香鳞毛蕨野生资源低温保护和可持续
利用具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 试验样地越冬期间的气温变化
五大连池市位于黑龙江省北部，黑河市南部，
地处小兴安岭与松嫩平原的过渡地带。东起东经
127°37′，西至 125°42′；南起北纬 48°16′，北至 49°12′。
五大连池气候特征是冬长夏短，低温冷湿，年平均
气温 0 ℃左右，年平均降水量 500 mm左右。平均
海拔高度为 250~300 m，属寒温带大陆性季风气
候，夏季较炎热，最高日温可达34 ℃，多见于6~8
月；冬季较冷，气温一般在-20 ℃左右，最低日温
可达-36 ℃，无霜期121 d。
根据采集样品实际测量结果表示，2011~2012
年越冬期，五大连池二池地区最高气温出现在
2011年 10月中旬，为 5.8 ℃，随后气温大幅度下
降，到翌年 1月左右气温达到最低值，为-28 ℃，
2012年 2月、2012年 3月气温基本与 2011年 11
月、2011年 12月气温保持一致，2012年 3月气温
回升到 0 ℃，越冬期的 6个月平均气温为-7.6 ℃。
各采样日气温变化如图1所示。
1.1.2 材料来源
野生香鳞毛蕨孢子体植株于 2011年 10月至
2012年3月每个月中旬赴黑龙江省五大连池二池火
山岩地区采集，采集时间及外部形态如表 1所示；
每次选取长势相同的整株香鳞毛蕨植株 10株，混
合后分装并标记，迅速放入液氮中冷冻，-80 ℃保
存备用。每个样品3次重复。
1.2 方法
1.2.1 测定指标及方法
相对电导率（Electrical conductivity）采用电导仪
法测定[9]；丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量采
用硫代巴比妥酸比色法测定 [10]；超氧化物歧化酶
（Superoxide dismutase， SOD）采用氮蓝四唑比色
法测定 [10]；过氧化物酶（Peroxidase ，POD）活性采
用愈创木酚比色法测定 [10]；过氧化氢酶（Catalase，
CAT）采用碘量法测定 [11]；可溶性蛋白含量采用考
马斯亮蓝G-250比色法测定[11]；可溶性糖含量采用
图1 各采样日期的气温变化
Fig. 1 Temperature records at each sampling date
温
度（
℃）
Tem
pera
ture
20
10
0
-10
-20
-30
-40 2011.10 2011.11 2011.12 2012.1 2012.2 2012.3
最低温度 Minmum temperature
最高温度 Maxmum temperature◆▲
▲◆
采集样品时间 Sampling time
◆
◆
◆
◆
◆
▲
▲
▲
▲▲
样品采集时间（年月）Sampling time
2011.10
2011.11
2011.12
2012.01
2012.02
2012.03
外部形态External morphology
叶色稍微变深，少数叶片边缘
有轻度的皱缩萎蔫
叶面色泽深暗，叶片皱缩萎蔫
叶片棕褐色，卷缩，积雪下
少数叶片深绿色
叶片棕褐色，卷缩，积雪下
少数叶片深绿色
叶片棕褐色，卷缩，积雪下
少数叶片深绿色
叶片黄褐色，卷缩萎蔫
表1 香鳞毛蕨越冬期间外部形态变化
Table 1 Changes of Dryopteris fragrans external
morphology during the winter
东 北 农 业 大 学 学 报·42· 第45卷
蒽酮比色法测定[12]；脯氨酸含量采用磺基水扬酸提
取茚三酮比色法测定[12]；参照植物生理学实验技术
高效液相色谱法 [13] 测定脱落酸（Abscisic Acid，
ABA）、吲哚乙酸（Indole-3-acetic acid，IAA）、赤
霉素（Gibberellin，GA3）含量，用美国Waters 600型
高效液相色谱仪测定，测定条件流动相为100％甲
醇-水-冰乙酸(体积比为45：54.2：0.8)混合液，流
速为 1.0 mL · min- 1，柱温为室温，进样量为 20
μL，检测波长为 254 nm，定量方法为外标标准曲
线法。每个样品3次取样，3次测量重复。
1.2.2 叶片超微结构观察方法
采用透射电镜方法[14]对香鳞毛蕨叶片超微结构
进行观察，对越冬期间香鳞毛蕨叶片叶肉部位进
行取样，并用戊二醛进行前固定，经过清洗、后
固定、清洗、脱水、浸透、包埋、修块、切片、
染色等过程，最后在透射电镜下对香鳞毛蕨叶片
叶绿体和线粒体进行观察并拍照。
1.2.3 数据分析及图像处理软件
数据均用Microsoft Excel 2003进行计算并制
图，SPSS11.5对试验数据进行统计分析，采用单因
素方差分析进行差异显著性分析，并对各指标进
行相关分析。
2 结果与分析
2.1 越冬期间香鳞毛蕨质膜相对透性和膜脂过氧
化的动态变化
2.1.1 质膜相对透性的动态变化
在低温下植物的膜结构受到破坏，破坏程度
随温度的降低而增加，膜的破坏程度可以通过细
胞内电解质外渗率，即相对电导率大小判断。香
鳞毛蕨在自然越冬期间相对电导率的总体动态变
化趋势表现为先升后降。如表 2所示，从 2011年
10月五大连池地区气温开始持续下降，冬长夏短
的气候特征导致深冬季节环境温度变化不大，随
着自然降温过程中温度的降低和低温持续时间的
延长表现为电导率不断升高，在 2011年 12月到
2012年2月，香鳞毛蕨电导率处于较平稳趋势，分
别为0.33 、0.35、0.34，在2012年1月测量值达到
最大，2月到 3月期间，随温度的回升，电导率降
至0.23。
表2 自然越冬过程中香鳞毛蕨各项生理指标的动态变化
Table 2 Dynamic change of various physiological indices of Dryopteris fragrans during the winter
采集样
品时间Date
2011.10
2011.11
2011.12
2012.01
2012.02
2012.03
相对电导率Electricalconductivity
0.18c
0.21b
0.33a
0.35a
0.34a
0.23ab
MDA含量
（μmol·g－1）MDA content
7.63e
9.80d
10.91c
11.90a
11.25b
10.00d
SOD活性
（U·g－1）SODactivity
150.00b
117.00a
100.00a
90.00c
125.00c
210.00a
POD活性
（U·g－1·min－1）PODactivity
15.00c
31.19a
22.13b
20.58b
18.67c
25.01a
CAT活性
（U·g－1·min－1）CATactivity
84.15c
97.00b
57.34d
56.79d
58.19d
125.66a
可溶性蛋
白含量
（μg·g－1）Solubleproteincontent
1.71a
1.89a
1.70a
1.80a
1.77a
1.69a
可溶性糖
含量
（μg·g－1）Solublesugarcontent
72.03ab
74.91a
41.00b
36.78cd
24.50d
49.56bc
脯氨酸
含量
（μg·g－1）Proline-contentcontent
28.97c
56.07b
27.04b
25.98d
25.00d
46.66a
ABA含量
（μg·g－1）ABAcontent
3.15d
23.69a
11.26b
10.00b
10.59b
6.78c
IAA含量
（μg·g－1）IAAcontent
16.62a
6.08c
0.92b
1.00d
1.99d
12.03bd
GA3含量
（μg·g－1）GA3content
157.21c
23.01g
22.12de
24.43df
271.34b
455.12a
注：小写字母表示在0.05水平上相关性差异。
Note: Small letters denote significant difference at 0.05 level.
2.1.2 膜脂过氧化的动态变化
植物在逆境胁迫过程中，膜脂过氧化的中间产
物自由基和最终产物 MDA 都会严重损伤生物膜。
所以，MDA 是膜系统受害的标志之一，也用于评
价植物对低温条件反应的强弱。如表2所示，在自
然越冬过程中随着自然温度的下降，2011年 10月
到 2012 年1月MDA活性升高，低温胁迫加剧膜脂
过氧化强度，导致 MDA含量由 7.63 μg · g-1缓慢增
加至 11.9 μg · g-1，增加幅度为55.9%；2012年2月
至2012年3月，随着温度的持续回升和低温胁迫逐
渐解除，MDA 含量也因此从 11.25 μg · g-1缓慢下
降至10.00 μg · g-1，下降幅度为12.5%。
2.2 越冬期间香鳞毛蕨保护酶活性的动态变化
2.2.1 超氧化物歧化酶（SOD）活性的变化
SOD是活性氧清除剂中的核心成员，在低温逆
境条件下，SOD能被活性氧诱导产生，从而减轻细
常 缨等：五大连池地区香鳞毛蕨自然越冬特性研究第8期 · 43·
胞膜的受害程度。在自然越冬过程中，香鳞毛蕨中
SOD活性随着环境温度的变化，总体上呈现小幅度
的先降后升变化趋势，结果如表2所示。在低温胁
迫下，调节适应机制的局限性，超过一定限度，从
2011年10月开始，SOD酶活性开始随温度的降低逐
渐变弱，2012年1月达到最低值90 U · g-1。2012年
2月温度回升后，香鳞毛蕨植株进入生长阶段，
SOD活性逐渐升高，促进香鳞毛蕨生长，3月达到
最高值210 U · g-1。
2.2.2 过氧化物酶（POD）活性的变化
在自然越冬中，如表 2所示，香鳞毛蕨中
POD 酶活性随时间的变化总体呈类似“N”型变化
趋 势 。 2011 年 11 月 POD 酶 活 性 升 高 到 31.19
U · g-1 · min-1，表明随着温度的降低，香鳞毛蕨细
胞中H2O2大量积累，从而香鳞毛蕨细胞中POD酶活
性逐渐增强，清除过剩的H2O2，保护香鳞毛蕨组织
细胞免受伤害。在2011年12月至2012年2月，POD
酶活性一直处于较低水平，最低值出现在2月，为
18.67 U · g-1 · min-1。随着温度回升，POD活性开
始变强，2012年3月值为25 U · g-1 · min-1。
2.2.3 过氧化氢酶（CAT）活性的变化
在整个自然越冬采样期，如表2所示，CAT酶
活性同样呈先升后降再上升的变化趋势。2011年
11月 CAT酶活性从 84.15 U · g-1 · min-1增加至 97
U · g-1 · min-1，表明随着温度的降低，香鳞毛蕨细
胞中H2O2大量积累，植物为减轻和防止H2O2对细
胞的伤害，CAT活性逐渐增强，清除过剩的H2O2，
保护香鳞毛蕨组织细胞免受伤害。随后CAT活性
开始下降，到 2012年 2月，一直维持较低活性，
2012年 2月以后，随气温回升，CAT活性开始变
强，2012年3月达到最高值125.66 U · g-1 · min-1。
2.3 越冬期间香鳞毛蕨渗透调节物含量的动态变化
2.3.1 可溶性蛋白含量的变化
随着温度降低，如表2所示，香鳞毛蕨中可溶
性蛋白含量呈现上升趋势，2011年 11月含量达到
1.89 μg · g-1。但随着越冬时间的持续，可溶性蛋
白含量小幅度降低，说明香鳞毛蕨在抵御外界环境
的变化时，导致部分蛋白质发生降解，2011年 12
月以后，可溶性蛋白虽然仍在减少，但变化幅度相
对较小，整体趋势趋于平缓。
2.3.2 可溶性糖含量的变化
在自然越冬过程中，如表2所示，香鳞毛蕨内
可溶性糖含量随自然温度的变化总体表现出“N”
型变化趋势。2011年 10～11月，香鳞毛蕨能够在
低温诱导下通过增加组织中可溶性糖的含量增
强细胞保水能力以获得低温适应性，可溶性糖含
量为 72.03~74.91 μg · g-1，含量升高 7％。随着寒
冬的到来，可溶性糖含量维持在较低水平，随后 3
个月里，可溶性糖含量缓慢降低，最低值出现在
2012年 2月，为 24.5 μg · g-1。之后随着温度回升，
可溶性糖含量提高到49.56 μg · g-1，为提高香鳞毛
蕨细胞的吸水能力，适应初春温度变化提供生理
条件。
2.3.3 脯氨酸含量的变化
在自然越冬过程中，如表2所示，香鳞毛蕨中
脯氨酸含量呈现先降后升再下降的“N”型变化趋
势。2011年 12月到 2012年 2月脯氨酸含量一直保
持在较低水平，最低值达到 25 μg · g-1，之后随着
温度的升高升高到46.66 μg · g-1，有助于香鳞毛蕨
在较低温度下生长，说明香鳞毛蕨在受到低温胁迫
后，迅速调节体内渗透能力以适应环境变化，从而
减少低温对细胞的伤害。但随着胁迫时间的持续，
脯氨酸含量达到峰值后又有所下降，这可能是由于
低温胁迫条件下碳水化合物供应受阻，影响谷氨酸
形成，进而影响脯氨酸合成。
2.4 越冬期间香鳞毛蕨叶片内源激素含量的动态
变化
2.4.1 越冬过程中香鳞毛蕨 ABA含量的变化
如表 2所示，在越冬过程中，香鳞毛蕨中
ABA 含量经历先升后降的变化趋势。随着越冬过
程中气温的降低，香鳞毛蕨中ABA含量在 2011年
11月达到最大值 23.693 μg · g-1。随后ABA含量逐
渐下降，到 2012年 3月，ABA含量为 6.78 μg · g-
1，同2011年11月相比，下降71.38%。
2.4.2 越冬过程中香鳞毛蕨 IAA含量的变化
如表 2所示，香鳞毛蕨中 IAA含量呈现先降后
升的趋势。随着温度的降低，IAA含量从2011年10
月的16.62 μg · g-1下降到2012年1月的1 μg · g-1。然
后随着温度回升，IAA含量开始上升，最大值为
13.18 μg · g-1。
2.4.3 越冬过程中香鳞毛蕨中赤霉素（GA3）含量的
变化
如表 2所示，香鳞毛蕨中GA3含量整体上呈现
先降后升变化趋势。随着温度的降低，GA3含量从
东 北 农 业 大 学 学 报·44· 第45卷
2011年10月的157.21 μg · g-1下降到2012年1月的
24.43 μg · g-1。然后随着温度的回升，GA3含量的
最大值达到455.12 μg · g-1。
2.5 香鳞毛蕨越冬期间各生理指标相关性分析
如表3所示，在自然越冬过程中，香鳞毛蕨电
导率与MDA含量、可溶性糖含量、SOD活性呈现
显著正相关，与可溶性蛋白、脯氨酸、POD、
CAT、IAA、GA3呈负相关；MDA含量与可溶性蛋
白含量呈极显著正相关，与 SOD活性显著相关，
与脯氨酸含量、POD及CAT活性呈负相关，与 IAA
活性呈极显著负相关，与GA3呈显著负相关；可溶
性蛋白含量与可溶性糖含量、POD活性及 IAA、
GA3呈负相关，与SOD活性呈显著正相关，与ABA
显著相关；可溶性糖与脯氨酸含量、POD及 CAT
活性、IAA及 GA3含量呈负相关；脯氨酸含量与
SOD活性、ABA含量呈正相关，与CAT活性呈显
著正相关；SOD活性与 POD活性呈显著正相关，
与ABA含量正相关；POD与CAT活性与ABA含量
正相关；ABA与 IAA及 GA3呈负相关，而 IAA和
GA3呈显著正相关。
表3 各项生理指标相关性分析
Table 3 Correlation analysis of various physiological indices
相关系数Correlationcoefficients
电导率
MDA
可溶性蛋白
可溶性糖
脯氨酸
SOD
POD
CAT
ABA
IAA
GA3
电导率Electricalconductivity
1
0.846*
-0.321
0.977*
-0.750
0.552*
-0.552
-0.677
0.398
-0.840
-0.754
MDAMDAcontent
1
0.233**
0.940
-0.283
0.911*
-0.911
-0.181
0.152
-1.000**
-0.988*
可溶性蛋白Soluble-proteincontent
1
-0.113
0.867
0.613**
-0.613
0.914
0.997*
-0.245
-0.380
可溶性糖Solublesugarcontent
1
-0.593
0.716
-0.716
-0.506
0.195
-0.936
-0.876
脯氨酸Proline-contentcontent
1
0.137
-0.137
0.995*
0.905
-0.271
-0.131
SODSODactivity
1
1.000**
-0.240
0.546
-0.916
-0.964
PODPODactivity
1
-0.240
0.546
-0.916
-0.964
CATCATactivity
1
0.945
-0.169
-0.027
ABAABAcontent
1
-0.164
-0.303
IAAIAAcontent
1
0.990*
GA3GA3content
1
注：*在0.05水平上相关显著，**在0.01水平上相关极显著。
Note: * denote significant difference at 0.05 level, ** denote extremely significant difference at 0.01 level.
2.6 越冬期间香鳞毛蕨叶片超微结构变化
2.6.1 叶绿体超微结构的变化
叶片最重要的功能是进行光合作用，而叶绿体
正是光合作用发生的场所。由于香鳞毛蕨叶片从
12月至翌年3月初均处于萎蔫状态，所以本试验对
2011年 10~12月的香鳞毛蕨叶片进行超微结构观
察。通过对香鳞毛蕨叶片叶肉细胞的超微结构观
察，叶肉细胞内的叶绿体皆紧贴细胞壁分布，一般
呈纺锤形，环绕在叶肉细胞四周，叶绿体中含有数
量和大小不等的淀粉粒和嗜锇颗粒。
2011年 10月的香鳞毛蕨叶片中叶绿体为椭圆
形或近圆形，被膜清晰，类囊体多，类囊体基粒和
片层排列整齐，片层间隙有大小不一的淀粉粒和嗜
锇颗粒，整个叶绿体结构清晰，见图版 I-a、b。随
着温度的降低，叶绿体位置并未发生变化，仍整齐
地单行排列在细胞壁周围，但叶绿体内淀粉粒聚集
变少并且变小，基粒片层排列基本整齐，只有少部
分有断裂。到11月时，叶绿体超微结构遭到严重破
坏，基粒片层不清晰，体积膨胀变形，排列位置发
生变化，出现在细胞中央，见图版 I-d,e，但是并未
解体，见图版 I-g，此即香鳞毛蕨叶片在随后的 12
月到翌年3月仍有部分呈绿色的原因。
嗜锇颗粒随着温度的降低先聚集增多后逐渐减
少，见图版 I-a、d。嗜锇颗粒是锇酸与酚类作用形
成的物质，故嗜锇颗粒的积累说明细胞中有大量酚
类物质存在，植物多酚是一类广泛存在于植物体内
的次生代谢物质，具有较强的氧化活性，可清除植
物在逆境条件下细胞中产生的自由基。
常 缨等：五大连池地区香鳞毛蕨自然越冬特性研究第8期 · 45·
2.6.2 线粒体超微结构的变化
植物可通过激活细胞内 ATP酶的水解活性，
增强能量释放抵御寒冷。线粒体在能量转换中起着
其他细胞结构无法取代的作用，它与植物低温适应
性有密切关系。
线粒体发育正常时呈圆球形，位于叶绿体之间
或叶绿体与质膜的连接处，数量不多，具有完整的
膜结构，嵴的数量较多，见图版 I-c。在越冬期
间，随温度的降低，香鳞毛蕨叶片中的线粒体部分
形状发生变化，呈椭圆形，内脊数量明显减少，但
膜结构完整。2011年 11月时线粒体已经没有明显
的内脊，双层膜破坏严重，膜边界模糊，见图版
I-f。在 2011年 11~12月份，线粒体严重膨胀，其
线粒体膜遭到破坏，最后解体消失见图版Ⅰ-g）。
图版Ⅰ 自然越冬期间香鳞毛蕨叶片超微结构变化
PlateⅠ Change of leaf ultrastructure of Dryopteris fragrans during the winter
CH-叶绿体；CW-细胞壁；M-线粒体；Sg-淀粉粒； V-液泡；Og-嗜锇颗粒；a-2011.10月香鳞毛蕨叶片叶绿体；b-2011.10月
香鳞毛蕨叶片细胞；c-2011.10月香鳞毛蕨叶片线粒体；d-2011.11月香鳞毛蕨叶片叶绿体；e-2011.11月香鳞毛蕨叶片细胞；f-
2011.11月香鳞毛蕨叶片线粒体；g-2011.12月香鳞毛蕨叶片细胞
CH-Chloroplast; CW-Cell wall; M-Mitochondrion; Sg-Starch grains; V-Vacuole; Og-Osmiophilic granules; a-Chloroplast in the leaves of
Dryopteris fragrans in October; b-Cell in the leaves of Dryopteris fragrans in October; c-Plastosome in the leaves of Dryopteris fragrans in
October; d-Chloroplast in the leaves of Dryopteris fragrans in November; e-Cell in the leaves of Dryopteris fragrans in November; f-Plasto⁃
some in the leaves of Dryopteris fragrans in November; g-Cell in the leaves of Dryopteris fragrans in December
Cw CH
Sg
Lg
Lg
CH
CH
Lg
M
V
V
Sg
Ch
V
Cw
Cw
M
M
Cw
CH
Sg
Vgfe
c d
ba
3 讨 论
3.1 自然越冬对香鳞毛蕨质膜相对透性和膜脂过
氧化的影响
生物膜系统与植物耐低温性关系密切，电解质
渗透率可以作为一种反映植物细胞膜受低温伤害程
度的指标；膜脂过氧化产物 MDA是另一种反映细
胞膜受伤害程度的指标，严重损伤细胞膜，这种损
伤主要是因为 MDA 与膜中蛋白质结合而引起蛋白
质分子内和分子间的交联，引发膜脂过氧化程度加
剧，细胞膜透性增大，膜伤害程度增大[15]。香鳞毛
蕨在越冬期间相对电导率与MDA含量均呈现先上
东 北 农 业 大 学 学 报·46· 第45卷
升后下降的变化趋势，与温度呈负相关关系。本试
验结果与沈静研究结果[16]一致。
3.2 自然越冬对香鳞毛蕨保护酶活性的影响
低温下植物活性氧代谢的强弱与植物低温适应
性关系密切。低温胁迫时，植物体内会产生大量的
活性氧自由基，导致膜质过氧化程度增加，造成膜
系统的伤害，及时清除体内的活性氧有利于植物抗
低温胁迫，相关作用的酶类主要有 SOD、POD和
CAT。本试验结果表明，酶活性的提高和降低与植
物耐低温性的强弱呈一定相关性。自然越冬期间香
鳞毛蕨 SOD活性随着温度的变化而变化，呈正相
关，与戴金平等对黄瓜、已经改良过的番茄幼苗、
耐寒性强的葡萄、白三叶的 SOD 活性的报道相符
合，SOD活性与低温呈正相关关系[17-20]。但是香鳞
毛蕨中的 POD和 CAT活性变化曲线均呈“N”型，
可能是因为香鳞毛蕨植物组织耐低温力的大小与自
身维持活性氧代谢平衡的能力有关。但随着温度的
继续降低，各种酶活性开始逐渐下降，植物体内的
氧代谢失调，细胞内自由基产生和消除的平衡受到
破坏而出现自由基积累，并引发或加剧细胞膜过氧
化，MDA含量增多，导致香鳞毛蕨酶活性表现出
表达量低的现象，从 2011年 12月到 2012年 2月一
直维持在较低水平。
3.3 自然越冬对香鳞毛蕨渗透调节物质含量的影响
在植物抗低温胁迫过程中，体内会大量积累各
种渗透调节物质，赋予植物多种渗透调节的能力。
崔红等研究表明，香鳞毛蕨在低温条件下，通过抗
氧化酶和内源激素的调节，细胞内主动积累可溶性
糖、可溶性蛋白质和游离脯氨酸，使细胞渗透势下
降，提高细胞液浓度，增加束缚水含量，降低冰
点，可缓和细胞质过度脱水，保持细胞不致遇冷凝
固，提高香鳞毛蕨低温适应性。本试验结果与崔红
等研究结果[21]一致，但同种植物不同生长阶段对低
温的适应性有很大差异。香鳞毛蕨野生植株中蛋白
质含量变化不明显，其他两种物质含量在越冬期间
呈“N”型变化，并不随环境温度降低而持续升高，
随着温度的继续降低，酶活性逐渐下降，由此引起
香鳞毛蕨渗透调节物的代谢失衡，出现下降趋势，
从2011年12月到2012年2月一直维持在较低水平。
3.4 自然越冬对香鳞毛蕨叶片内源激素含量的影响
植物内源激素被大多数研究者认为是植物对抗
寒基因表达的启动因子，特别是脱落酸ABA对植
物抗寒力的调控以及对维持细胞膜结构功能起重要
作用[22]。IAA和GA3为促生长类激素，对植物生长发
育主要起促进作用，逆境条件下植物一般需要降低
生长速度以度过不良环境。杨广东等研究结果表
明，低温适应性强的植物品种比低温适应性弱的植
物品种GA3含量低；温度越低，抗性较强的辣椒品
种ABA含量越高[23]。本研究中，香鳞毛蕨在自然越
冬低温胁迫时ABA含量升高，而GA3和 IAA含量随
着温度的降低而降低。研究结果说明低温环境下香
鳞毛蕨能够通过调节自身的内源激素减轻低温伤
害，维持植物体正常生长及生理代谢功能，表现出
一定的耐低温性。植物生理过程很大程度上受激素
的促进作用和抑制作用的平衡调节，如ABA与GA3
有共同的合成前体，二者的许多生理作用相互拮
抗，已知植物的生长与休眠主要由ABA和GA3调
节。沈漫利用露地栽培的常春藤为材料进行研究，
结果表明露地栽培的常春藤具有较强的低温适应
性，其ABA含量显著高于温室栽培的常春藤，GA3含
量低于温室栽培的常春藤，ABA/GA3比值与温度呈
负相关[24]；黄涛等研究发现在低温适应性中ABA/GA3
的作用比ABA或GA3的绝对含量更重要，抗性强的
水稻品种ABA/GA3比抗性弱的品种变化幅度大[25]。本
文结果同时表明，随温度的降低，野生香鳞毛蕨叶
片中ABA/GA3比总体变化为先升高后降低，并且温
度越低，变化幅度越大，与曲凌慧等研究结果[26]相
似。以上结果表明，内源激素ABA、IAA、GA3及
ABA/ GA3比与香鳞毛蕨低温适应性呈正相关，初步
认为其可作为香鳞毛蕨低温适应性的鉴定指标。
3.5 自然越冬对香鳞毛蕨叶片超微结构的影响
香鳞毛蕨叶片中椭球形或圆形的叶绿体结构清
晰，随着入冬季节温度的持续降低，细胞壁周围的
叶绿体超微结构遭到严重破坏，淀粉粒聚集变少并
且变小，光合作用产物减少，基粒片层组织逐渐模
糊，组织结构遭到破坏，随着基粒片层位置的移
动，细胞内其他物质的变化，叶绿体并没有解体消
失。线粒体在植物的生长过程中不断的提供能量，
随着温度的降低，线粒体的位置和形状发生变化，
重要的结构嵴由数量变少，最后被严重破坏，解体
消失。本试验结果与赵明明对几种冬青属植物抗寒
性进行比较研究的结果[27]一致，认为随着胁迫温度
的降低，细胞内细胞器逐渐损伤，嗜锇颗粒增多，
叶绿体也逐渐变形扭曲，且位置发生变化，细胞器
常 缨等：五大连池地区香鳞毛蕨自然越冬特性研究第8期 · 47·
结构的稳定性同植株的抗低温能力呈正相关，即
冷害引起的各类细胞器结构的变化及其破坏程
度，取决于植物的耐低温性[27-28]。
4 结 论
香鳞毛蕨在越冬期间相对电导率与MDA含量
均呈现先上升后下降的变化趋势，与温度呈负相
关关系。自然越冬期间香鳞毛蕨保护酶 SOD活性
随着温度的变化而变化，呈正相关，POD和CAT
活性变化呈“N”型。自然越冬期间香鳞毛蕨渗透调
节物质中可溶性蛋白质含量变化不明显，可溶性
糖和游离脯氨酸含量呈“N”型变化。自然越冬期间
香鳞毛蕨内源激素ABA含量随着温度的下降而上
升，GA3、IAA含量与ABA变化趋势相反，与温度
呈负相关。通过观察香鳞毛蕨叶片越冬期间的超
微结构，叶绿体基粒片层逐渐不清晰，但未消
失，线粒体随温度的降低，脊数量明显减少，双
层膜结构破坏严重，解体消失。
[ 参 考 文 献 ]
[ 1 ] 王建中. 东北蕨类植物的分类研究[J]. 木本植物研究, 1989(9):
73-82.
[ 2 ] Ito H, Muranaka T, Mori K,et al. Dryofragin and aspidin PB, pis-
cicidal components from Dryopteris fragrans[J]. Chem Pharm Bull,
1997, 45(10): 1720-1722.
[ 3 ] 沈志滨,金哲雄,张德连,等.香鳞毛蕨治疗银屑病的药理作用研
究[J].中草药, 2002, 33(5): 448-449.
[ 4 ] 沈志滨,金哲雄,张德连,等.香鳞毛蕨的生药学研究[J].中草药,
2002, 33(7): 661-663.
[ 5 ] 樊锐锋,黄庆阳,常缨.香鳞毛蕨抑菌特性比较研究[J].东北农业
大学学报, 2012, 43(3): 81-84.
[ 6 ] Gana J A, Sutton F, Kenefick D G. cDNA structure and expression
patterns of a low-temperature-specific wheat gene tacr7[J]. Plant
Molecular Biology, 1997, 34: 643-650.
[ 7 ] Minami A, Nagao M, Ikegami K, et al. Cold acclimation in
bryophytes: Low temperature-induced freeing tolerance in Phys-
comitrella patens is associated with increases in expression levels
of stress- related genes but not with increase in level of endo-
genous abscisic acid[J]. Planta, 2005, 220: 414-423.
[ 8 ] Liu Y Y, Li J Z, Chen L, et al. Effect of low temperature stress on
peroxidation product of membrane lipids and activity of related
enzymes in wheat seedling leaves[J]. Journal of Triticeae Crops,
2006, 26(4): 70-73.
[ 9 ] 汤章诚, 魏家绵, 陈因, 等. 现代植物生理学实验指南[M]. 北京:
科学出版社, 1999.
[10] 陈建勋,王晓峰.植物生理学实验指导[M].广州:华南理工大学
出版社, 2005．
[11] 李合生,孙群,赵世杰,等．植物生理生化实验原理和技术[M].北
京:高等教育出版社, 2000.
[12] 王晶英,敖红,张杰,等.植物生理生化实验技术与原理[M].哈尔
滨:东北林业大学出版社, 2003．
[13] 吴红京,张春玲,赖钟雄.高效液相色谱法测定龙眼胚芽中的细
胞分裂素[J].福建分析测试, 2005, 14(1): 2096-2100.
[14] 洪涛,姚骏恩,李文镇,等.生物医学超微结构与电子显微镜技术
[M].北京:科学出版社, 1984.
[15] 周建,尤扬,袁德义.低温胁迫对广玉兰生理特性的影响[J].西北
林学院学报, 2008, 23(6): 38-42．
[16] 沈静.野牛草响应低温胁迫的生理机制和蛋白质组学初步研究
[D].兰州:甘肃农业大学, 2010.
[17] 戴金平,沈征言.低温锻炼对黄瓜幼苗几种酶活性的影响[J].植
物学报, 1991, 23(8): 627-632.
[18] 蔡素雯,郭桂云,张红梅,等.磁场处理种子后番茄幼苗在低温胁
迫下保护酶的变化[J].植物研究, 1996, 16(2): 219-223.
[19] 刘伟,曲凌慧,刘洪庆.低温胁迫对葡萄保护酶和氧自由基的影
响[J].北方园艺, 2008(5): 21-24.
[20] 安莹,陈雅君,赵伟,等.低温对白三叶膜质过氧化及保护酶活性
的影响[J].草原与草坪, 2009, 13(43): 8-11.
[21] 崔红,于晶,苍晶,等. 3个紫斑牡丹品种的抗寒生理特性研究[J].
东北农业大学学报, 2009, 40(7): 24-27.
[22] 刘洪雨,张吉立,李新,等.低温对园林植物生物膜及内源激素的
影响[J].湖南农业科学, 2011(5): 111-113.
[23] 杨广东,郭瑜敏.低温胁迫对青椒苗期和花期脱落酸含量的影响
[J].山西农业科学, 1998, 26(2): 45-48.
[24] 沈漫.常春藤质膜透性和内源激素与抗寒性关系初探[J].园艺学
报, 2005, 32(1): 141-144.
[25] 黄涛,陈大洲,夏凯,等.抗冷与不抗冷水稻在低温期间叶片ABA
与GA1水平变化的差异[J].华北农学报, 1998, 13(4): 56-60.
[26] 曲凌慧,车永梅,刘新,等. ABA和 IAA等激素参与葡萄对低温胁
迫的应答[J].青岛农业大学学报:自然科学版, 2010, 27(1): 36-41.
[27] 赵明明.几种冬青属植物抗寒性比较研究[D].南京:南京林业大
学, 2012.
[28] 韦如萍,胡德活,王润辉,等.自然低温条件下南洋楹抗寒生理研
究[J].广东林业科技, 2008, 24(1): 10-15．
东 北 农 业 大 学 学 报·48· 第45卷