全 文 ：·园林花卉·植物 北方园艺 2010(6):112～ 114
第一作者简介:马迪(1983-),女, 在读硕士 ,研究方向为园林植物
种质资源。
通讯作者:岳桦(1962-),女 ,教授 ,硕士生导师,现从事园林植物资
源与应用研究工作。 E-mail:yuehua0123@126.com。
收稿日期:2009-12-20
大叶铁线莲对低温胁迫的响应
马 　迪 , 岳 　桦
(东北林业大学 园林学院 ,黑龙江哈尔滨 150040)
　　摘　要:研究了大叶铁线莲在人工模拟低温胁迫下根系细胞膜透性 、SOD活性 、可溶性蛋白
含量 、丙二醛含量和脯氨酸含量的变化 ,以探求其抗寒性。结果表明:在低温胁迫下大叶铁线莲
细胞膜透性明显增加 ,呈“S”形曲线;SOD活性 、可溶性蛋白含量 、丙二醛含量先上升再下降 ,脯氨
酸含量呈下降变化规律;通过相关性研究 ,相对电导率、可溶性蛋白含量和脯氨酸含量可作为评
价其抗寒性的评价因子;配合 Logistic方程得到 LT50低于哈尔滨历史极限最低温度。
关键词:大叶铁线莲;低温胁迫;细胞质膜透性;SOD活性;可溶性蛋白;丙二醛;脯氨酸
中图分类号:S 682.36　文献标识码:A　文章编号:1001-0009(2010)06-0112-03
　　大叶铁线莲(Clematis heraclei folia)为毛茛科铁线
莲属落叶直立灌木 ,其原始自然分布地区涵盖全国 14
个省 ,最南端为云南省 ,最北端为吉林省。哈尔滨位于
吉林省以北 ,北纬 44°04′～ 46°40′,东经 125°42′～ 130°10′
之间 ,冬季 210 d ,集中降雪期为 11月至翌年 1月 ,1月
的月平均气温为-20.3℃[ 1-2] ,日极端最低气温为-
42.6℃,年极端最多降水量为 1 081.3 mm ,年极端最少
降水量为247 mm ,极端最大风速为 37.0 m/ s。为丰富
哈尔滨植物景观。现对大叶铁线莲进行抗寒性研究 ,期
望通过测定人工模拟低温(0 ～ -40℃极端低温)后大叶
铁线莲植株细胞膜渗透性 、SOD活性 、可溶性蛋白 、丙二
醛(MDA)和脯氨酸含量 ,分析其与抗寒性的关系 ,为大
叶铁线莲在哈尔滨地区及其哈尔滨以北地区绿化应用
提供科学依据。
1　材料与方法
1.1　试验材料
试验地位于黑龙江哈尔滨市东北林业大学实验林
场的苗圃内。选用 2008年播种大叶铁线莲实生苗为供
试材料设为A组 ,以丹东 4 a生大叶铁线莲已引种到哈
尔滨1 a的植株为试材设为 B组。于 2008年 10月至
2009年 3月期间进行人工模拟低温胁迫研究。
1.2　试验方法
2008年 10月选取长势一致 ,健康无病虫害且具有
越冬芽的大叶铁线莲试验苗移入实验室 ,用自来水将供
试材料根系清洗干净 ,再用去离子水清洗根系 2遍 ,擦
干后用纱布包好 ,进行预冷降温处理(4℃即CK),经过
预冷后进行人工模拟低温处理。人工模拟低温处理时
0℃为起始温度 ,以2℃/h速度降温 ,达到处理温度后维
持12 h。选取大叶铁线莲的主根若干测定细胞膜渗透
性 、SOD活性 、可溶性蛋白含量 、丙二醛含量及脯氨酸含
量。
电导率采用电导仪测定;氮蓝四唑(NBT)法测定超
氧化物歧化酶(SOD)活力[ 3] ;可溶性蛋白质含量测定参
照Bradford的考马斯亮蓝法;丙二醛(MDA)参照邹琦方
法测定;脯氨酸采用张殿忠等的磺基水杨酸提取 ,酸性
茚三酮显色。上述试验均重复3次 ,每次重复量为 3。
2　结果与分析
A 、B 2组大叶铁成莲在人工不同低温胁迫后 ,其相
对电导率、SOD、可溶性蛋白质 、MDA 、脯氨酸差异见表
1、表 2 ,其各因子的相关性见表 3、4。
2.1　细胞质膜透性对不同低温胁迫的响应
大叶铁线莲相对电导率与处理温度之间的关系呈
现出急剧(B组)或缓慢(A组)上升的“S”形曲线。随着
处理温度的下降 ,在-20℃时出现明显拐点 ,拐点以前 ,
外渗率不断增加 ,表明降温对细胞膜伤害率的递增效应
不断增大 ,到拐点时最大;拐点之后 ,外渗率逐渐下降 ,
表明降温对细胞膜伤害率的递增效应减小。配合 Lo-
gistic方程求出 A 、B两组冰冻半致死温度(LT50)分别
为-43.14℃和-52.22℃,二者均低于哈尔滨历史极限
最低温度 ,表明在哈尔滨地区引种大叶铁线莲种子与多
年生苗木是可行的。
2.2　超氧化歧化酶(SOD)活性对不同低温胁迫的响应
A组SOD活力随着温度的降低升高-降低 ,B组呈
现出升高-降低-升高的变化趋势。低温胁迫条件下 ,
A组SOD活性变化趋势剧烈 ,B组的 SOD活性变化趋
势平缓 ,2者在 0℃时均出现最高值 ,表明大叶铁线莲在
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此温度下有明显清除体内有害物质引起的超氧自由基 ,
从而减少因此引起的过氧化损伤 ,起到保护植物的作
用[ 4] 。A组在-40℃时出现了最低值;B组在-20℃时
出现了最低值 ,且低于CK ,表明大叶铁线莲体内清除氧
自由基的能力显著降低 ,因而低温已经引起的伤害 ,对
于 A组 SOD的保护作用可以持续到-30℃,B组只能
维持在-10℃。SOD活性变化规律与孙昌祖等[ 5] 研究
低温胁迫对青杨叶片保护酶的影响结果一致 。
2.3　可溶性蛋白质含量对低温胁迫的响应
已有研究表明 ,低温胁迫下 ,植物可溶性蛋白质含
量增加[ 6-8] 。但大叶铁线莲在低温胁迫下 ,其 A组可溶
性蛋白质含量随着温度的降低呈现出单峰曲线 ,B组则
呈现出双峰曲线。A 、B 2组在低温胁迫过程初期 ,低温
促进植物体内某些蛋白的合成 ,增加的可溶性蛋白质的
增加可以束缚更多的水分 ,还可以减少原生质因结冰而
伤害致死的机率 ,A 组在-40℃时达到最低点 ,B组在
0 ～ -20℃及-30℃后的过程中可溶性蛋白质含量降低;
后期由于体内代谢消耗的有机物质氨基酸使得可溶性
蛋白的含量 ,才呈现出下降趋势 ,失去了原有的保护功
能。-20 ～ -30℃过程中可溶性蛋白质含量出现上升
趋势。这种变化趋势与詹福建等[ 9] 对马占相思树在低
温处理期间可溶性蛋白质含量的变化研究中的变化趋
势相同 ,可能的原因是植物因低温产生了特异蛋白(如:
抗冻蛋白等)。
2.4　丙二醛(MDA)含量对低温胁迫的响应
MDA含量变化可以代表质膜受损伤的程度 ,MDA
含量越高质膜受损伤的程度越高[ 10] 。由表 1 、2可知 ,A
组MDA含量随着温度的降低呈现出上升-降低的趋
势 ,B组则呈现出升高-降低-升高的趋势。A 、B 2组
在低温胁迫的初期均表现出MDA含量升高 ,表明植物
的质膜受损伤 ,但很快 MDA含量降低说明植物自我保
护作用起到缓解低温对之无伤害的作用。A 组在 0 ～
-10℃过程中MDA含量明显降低 ,之后变化相对平缓;
B组在 0℃～ -10℃及过程中可溶性蛋白质含量明显降
低 ,通过植物自我保护作用降低对植物的伤害降到最
低。B组-10～ -40℃过程中 MDA含量呈现上升趋势
表明 ,此时的温度对膜系统再次造成伤害 ,已经超出植
物自身所承受的能力范围了。
2.5　脯氨酸含量对低温胁迫的响应
一般情况下逆境中的植物其体内的脯氨酸会大量
的积累 ,这是植物对不良环境的一种适应性反映[ 11] 。有
研究表明[ 12]脯氨酸含量随着温度的下降而上升 ,该试验
结果与此不一致。试验中脯氨酸含量随着温度的降低
而降低 ,呈现出明显正相关性。由表 1、2可知 ,A 、B 2组
脯氨酸含量均呈现出随着温度的降低呈现出降低的趋
势。A组在温度从 CK 下降到 0℃和 -10℃下降到
-20℃时脯氨酸含量明显下降;B 组-10℃下降到-
20℃时脯氨酸含量明显下降。相似结果在魏娜、艾琳
等[ 16-17]研究中有出现。脯氨酸的积累是由植物体内脯
氨酸生物合成激活和脯氨酸降解的抑制共同导致
的[ 13-15] ,并非是单因子影响的 ,虽然在试验中脯氨酸含
量变化呈现出一定的变化规律且规律性明显 ,但是关于
低温对脯氨酸代谢的调节机理我们了解很少 ,但是有待
于进一步深入研究。
　　表1 不同低温胁迫下1 a生大叶铁线莲各因子含量差异
胁迫温度/ ℃ 相对电导率/ % SOD活性/ U·g-1 可溶性蛋白含量/ mg·g-1 丙二醛含量/μmol·g-1 脯氨酸含量/μg·mL-1
CK 0.3203±0.00333 62.4823±0.0017 2.4863±0.00032 0.004638±0.00002 0.546853±0.0014
0℃ 0.6239±0.00065 158.3828±0.00481 3.8052±0.00058 0.006418±0.00001 0.345617±0.00059
-10℃ 0.7218±0.00348 123.6451±0.05898 3.7076±0.00051 0.003121±0.00001 0.360217±0.00091
-20℃ 0.8765±0.0028 79.2809±0.05593 2.1707±0.00143 0.003647±0.00001 0.121503±0.00036
-30℃ 0.8712±0.00351 72.1958±0.04758 1.7727±0.00224 0.002922±0.00001 0.069307±0.00008
-40℃ 0.8852±0.0034 31.9519±0.07256 1.142±0.00198 0.002002±0.00001 0.108183±0.00002
　　表2 不同低温胁迫下4 a生大叶铁线莲各因子含量差异
胁迫温度/ ℃ 相对电导率/ % SOD活性/ U·g-1 可溶性蛋白含量/ mg·g-1 丙二醛含量/μmol·g-1 和脯氨酸含量/μg·mL-1
CK 0.4195±0.00052 46.0874±0.00266 2.4139±0.00111 0.012178±0.00001 0.49615±0.00089
0℃ 0.3879±0.00426 51.1406±0.00243 3.1101±0.00147 0.017044±0.00001 0.377783±0.00139
-10℃ 0.4828±0.0049 26.9362±0.0322 2.0415±0.00207 0.010197±0.00001 0.309373±0.0006
-20℃ 0.7645±0.00306 12.2914±0.03411 1.7137±0.00069 0.013418±0.00001 0.022217±0.00082
-30℃ 0.758±0.00671 39.9693±0.05241 2.781±0.00177 0.016185±0.00002 0.03101±0.00016
-40℃ 0.7607±0.00969 24.1315±0.01183 1.6081±0.00231 0.018747±0.00001 0.010317±0.00027
2.6　不同低温胁迫下不同生理因子的相关性
从表3 、4可知 , A 、B组在低温胁迫下 ,温度与相对
电导率 、可溶性蛋白含量和脯氨酸含量相关性显著(P<
0.01),可见相对电导率 、可溶性蛋白含量和脯氨酸含量
变化可以作为大叶铁线莲对低温响应的衡量标准;相对
电导率与丙二醛(MDA)含量和脯氨酸含量相关性显著
(P<0.01),可溶性蛋白含量与脯氨酸含量相关性显著
(P<0.01),表明几者之间具有紧密的相关性 ,可以通过
单一因素推论另外几者 ,为所得结论提供佐证。
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·园林花卉·植物 北方园艺 2010(6):112～ 114
表 3　不同低温胁迫下1 a生大叶铁线莲各因子相关性
Tem SOD Conductivity DP MDA Pro
Tem 1 -0.535＊ 0.915＊＊ -0.722＊＊ -0.424 -0.923＊＊
SOD -0.535＊ 1 -0.455 0.934＊＊ 0.672＊＊ 0.349
Conductivity 0.915＊＊ -0.455 1 -0.597＊＊-0.605＊＊-0.894＊＊
DP -0.722＊＊ 0.934＊＊ -0.597＊＊ 1 0.538＊ 0.617＊＊
MDA -0.424 0.672＊＊ -0.605＊＊ 0.538＊ 1 0.277
Pro -0.923＊＊ 0.349 -0.894＊＊ 0.617＊＊ 0.277 1
表 4　不同低温胁迫下4 a生大叶铁线莲各因子相关性
Tem SOD Conductivity DP MDA Pro
Tem 1 0.042 0.828＊＊ -0.671＊＊ 0.590＊＊ -0.942＊＊
SOD 0.042 1 0.229 -0.189 0.094 -0.200
Conductivity 0.828＊＊ 0.229 1 -0.409 0.821＊＊ -0.927＊＊
DP -0.671＊＊ -0.189 -0.409 1 -0.069 0.676＊＊
MDA 0.590＊＊ 0.094 0.821＊＊ -0.069 1 -0.613＊＊
Pro -0.942＊＊ -0.200 -0.927＊＊ 0.676＊＊ -0.613＊＊ 1
　　注:Tem —温度 ,Conductivity—相对电导率 ,DP—可溶性蛋白含量 ,MDA—丙二
醛含量 ,Pro—脯氨酸含量;＊代表相关关系达到显著水平(P<0.05), ＊＊代表相关
关系达到显著水平(P<0.01)。
3　小结
　　在经过人为设定降温梯度下模拟低温胁迫 ,发现低
温对大叶铁线莲生长有影响 ,且不同发育阶段的大叶铁
线莲理论最低抗寒极限分别是-43.14℃和-52.22℃,这表
明不同发育阶段同种植物抗寒能力有差异性的 ,随着苗
龄的增加抗寒性增强。
　　试验中各因子中相对电导率 、可溶性蛋白含量和脯
氨酸含量与温度相关性显著(P<0.01),这 3个因子可
以作为评价其抗寒性的评价因子 ,且 3因子之间具有联
系:质膜透性直接影响相对电导率 ,细胞膜一般是以蛋
白质和脂质为主 ,可溶性蛋白含量多少直接影响质膜的
透性 ,即间接影响到相对电导率;脯氨酸含量对植物内
环境酸碱平衡具有影响 ,内环境直接影响可溶性蛋白的
水解程度 ,间接起到影响植物抗寒性。
分析上述结果表明 ,在哈尔滨地区既可以引种大叶
铁线莲的种子亦可以引种多年生成苗作为造景应用的
植物材料 ,以达到丰富高寒地区植物景观的目的。
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Response on Physiology and Biochemistry of Clematis heracleifolia
under Low-temperature Stress
MA Di , YUE Hua
(Co llege of Landscape A rchitecture of Northeast Forestry University ,Harbin ,Heilongjiang 150040)
Abstract:By means of the stress of different low-temperatures for the Clematis heraclei folia , several physio-biochemical
changes of their roots have been determined under the low-temperature stress to seek the cold resistance of the Clematis
heraclei folia.The results showed that under the low temperature condition , the variation of relative elect ric conduct-
ance , which expressed the variation of cell membranes permeation , became much stronger and increased following a“S”
shape.The activity of the SOD , the content of dissoluble protein and MDA presented to rise first and then drop.The
content of proline all decreased during the freeing period.The association study indicated that the conductivity , dissoluble
protein and proline can judge of the cold resistance of the Clematis heraclei folia.And it can be used in Harbin by work-
ing with the logistic equations.
Key words:Clematis heraclei folia;low-temperature stress;cell membrane permeability;SOD;dissoluble protein;MDA;proline
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