全 文 ：新疆农业科学 , 一
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苔景天和联合勘察加景天对低温胁迫的生理响应
胡增辉 ,王 倩 ,冷平生
北京农学院园林学院 ,北京
摘 要 【目的】多种景天类植物具有极强的抗寒性 ,但对其抗寒机理了解较少。通过检测低温胁迫下不同景
天植物的生理指标 ,研究抗寒性差异的原因 ,探索景天抗寒机理。 方法 」以抗寒性强的苔景天 灸 ,
和抗寒性较弱的联合勘察加景天 袖 瓦叱 必 为实验材料 ,经过人工低温处理
、 、 、一 、一 ℃五个梯度 ,检测两种景天叶片中相对含水量 、可溶性蛋白 、可溶性糖 、淀粉及过氧化氢
酶和超氧化物歧化酶活性等生理指标。【结果】经低温处理后 ,两种景天的相对含水量 、淀粉含量均降低 ,可
溶性糖含量升高 ,而可溶性蛋白含量在苔景天中表现出升高的趋势 ,但在联合勘察加景天中则降低 。对于以
上生理指标 ,苔景天均明显高于联合勘察加景天 。在联合勘察加景天中 ,低温诱导了 、 活性的升高 ,
而在苔景天 活性出现了降低 , 活性虽也被诱导升高 ,但显著低于联合勘察加景天。 【结论 抗寒性不
同景天对低温的生理响应存在显著差异 。
关键词 苔景天 联合勘察加景天 低温 抗寒性 生理指标
中图分类号 文献标识码 文章编号 一 一加 一
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收稿日期 一 一
基金项目北京市科委 “北京山区芳香植物筛选 、培育技术研究与示范 ,
作者简介 胡增辉 一 ,男 ,河北人 ,讲师 ,博士 ,研究方向为植物生理生态 , 一 目
通讯作者 冷平生 一 ,男 ,江西人 ,教授 ,博士 ,研究方向为植物生理生态 , 一 即日 腼
新挂农业科学 卷
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引 言
【研究意义】低温胁迫是植物面临的主要逆境之一 ,是制约农林业发展的重要因素。我国北方地区
冬季气候寒冷且漫长 ,大多数园林植物无法生长 ,地上部分能够露地栽培越冬 ,适于营造北方城市冬季
园林绿地景观的植物种类较少 。因此 ,如何提高园林绿化植物的抗寒性 ,寻找和培育抗寒力强的园林植
物品种是北方地区园林建设堕待解决的问题 。 【前人研究进展】景天植物由于生长整齐 ,株丛矮小 ,花
色鲜艳 ,花朵密集 ,花期及绿期较长 ,容易栽培管理 、且综合抗性强等的优点 ,已经成为目前园林绿化建
设中不可缺少的优良植物材料川 ,表现出良好的生态和景观价值 。在前期的种植实验中发现 ,一些景
天植物能够在北京地区露地越冬 ,且地上部分保持常绿仁〕,具有极强的抗寒性。 【本研究切人点】但目
前国内对景天植物研究主要集中于对其抗旱性 〔一 、耐热性仁 、抗盐性 等领域 ,但对景天抗寒机理的
研究较少 。通过检测低温胁迫下不同景天植物的生理指标 ,研究抗寒性差异的原因 ,探索景天抗寒机
理 。 拟解决的关键问题 研究以田间抗寒性较强的苔景天 反己“ ,以及抗寒性较差的联合勘察加
景天 初功。以心君 “二 以加口 为实验材料 ,经低温处理后 ,检测可溶性蛋白 、可溶性糖 、淀
粉等渗透调节物质含量 ,以及超氧化物歧化酶 、过氧化氢酶 等抗氧化酶活性 ,通过差异比较 ,
初步揭示景天植物抗寒性的生理机制 ,对抗寒性强的景天植物的筛选及推广应用提供理论依据 。
材料与方法
材 料
研究以苔景天 决血 、联合勘察加景天 以 “ 左面。 证 扦插苗为试
验材料 。选取大小一致的景天枝条扦插于 的营养钵中 ,基质选用珍珠岩 蛙石 草炭
的混合型基质 ,定期浇水 ,每周浇 营养液 。实验于 年 月进行 。
方 法
低温处理
低温处理在 一 低温培养箱中进行 ,设定 、 、 、一 、一 ℃五个温度梯度 ,每个温度梯
度处理 ,然后采集景天叶片测定叶片相对含水量 、可溶性蛋白 、可溶性糖和淀粉的含量 ,以及超氧化
物歧化酶 和过氧化氢酶 活性 。以 ℃下景天为对照 ,每个处理三个重复 。
可溶性蛋白含量
准确称取景天叶片 ,加人 磷酸缓冲液 , , 研钵中研磨成匀浆 ,于 旧
离心 ,上清液备用 。反应体系包括 提取液 , 磷酸缓冲液 ,
,以磷酸缓冲液为空白对照 ,于 和 处测定吸光度 。
可溶性蛋白浓度 二 一 。
可溶性糖含量
准确称取景天叶片 ,剪碎后放人刻度试管中 ,加 蒸馏水 ,塑料薄膜封口 ,沸水浴 ,
l 期 胡增辉等 苔景天和联合勘察加景天对低温胁迫的生理响应
滤液过滤至 容量瓶中 ,提取 次 ,蒸馏水定容 。吸取滤液 于 试管中 ,加 蒸
馏水 ,然后加 葱酮乙酸乙醋和 浓硫酸 ,充分振荡后立即沸水浴 ,冷却后于 下
测定吸光度 ,通过查标准曲线 ,计算可溶性糖含量 。
淀粉含量
准确称取景天叶片 ,加人 于研钵中研磨至匀浆 ,于 创卫 离心
,弃上清 ,残渣于 蒸馏水中悬浮洗涤一次 ,再次离心后弃上清 ,残渣悬浮于
中 ,沸水浴 , 。 离心 ,将上清液转人 容量瓶中 ,残渣用 重复
提取 次 ,合并提取液 ,定容至 。取 提取液 ,用 补充至 ,加人 协
一 ,摇匀 ,于 测定吸光度 ,计算淀粉含量 。
超氧化物攻化酶 活性
准确称取景天叶片 于预冷的研钵中 ,加人 预冷的磷酸缓冲液 。 ,冰
浴上研磨成匀浆 ,在 ℃下 ,离心 ,上清液加缓冲液使终体积为 ,即为 粗提
液 。取透明度好 ,质地相同的 指形管 ,加人 反应液 ,磷酸缓冲液 , 二
叩 一 卜 核黄素 林 蒸馏水的比例为 ,
。混匀后 ,将 支对照管罩上比试管稍长的双层黑色硬纸套遮光 ,与其它各试管同时置于
日光灯下反应 ,各个试管照光一致 ,反应温度控制在 一 ℃。反应结束后 ,用黑布罩于试管 ,
终止反应 。以遮光的对照管作为空白 ,分别在 波长下测定各管的吸光度 ,计算 的活性 。
过氧化氮酶 活性
准确称取景天叶片 ,加少许 、石英砂 ,及 蒸馏水 ,于研钵研磨至匀浆 ,加蒸馏水到
总量 ,在室温下浸提 ,不时摇动 ,用脱脂棉过滤得到酶的粗提液 。吸取 酶液于一试管中 ,
置沸水浴中煮沸 。取两锥形瓶 ,一个放人煮过酶液 ,另一个放人未煮过的酶液 ,两瓶中
各加入 蒸馏水和 ,摇匀后置室温下平衡巧 ,用高锰酸钾进行滴定 ,计算过氧化
氢酶活性 。
结果与分析
低温对两种景天相对含水 的影响
苔景天和联合勘察加景天经低温处理后叶片相对含水量的变化可以看出 ,随着温度下降两种景天
叶片含水量均呈下降趋势 ,但联合勘察加景天下降幅度明显大于苔景天 。联合勘察加景天与苔景天在
℃时相对含水量差异不大 ,但在一 ℃时联合勘察加景天的相对含水量与 ℃相比下降了 ,而
苔景天则仅下降了 ,与对照相比差异不显著 。图
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温度 ℃
图 低温对两种景天相对含水盆的影响
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新疆农业科学 卷
低温对两种景天可溶性蛋白的影响
在 ℃时 ,联合勘察加景天叶片中的可溶性蛋白含量明显低于苔景天 。随着温度的降低 ,联合勘
察加景天叶片中的可溶性蛋白含量呈现出先降低或升高的趋势 ,而苔景天则呈现出升高的趋势 ,在
℃时升高了 。在整个低温处理过程中 ,苔景天叶片可溶性蛋白含量均显著高于联合勘察加景
天 。图
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图 低温对两种景天可溶性蛋白含最的影响
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低温对两种景天叶片可溶性糖含量和淀粉含里的影响
低温处理后 ,联合勘察加景天和苔景天叶片可溶性糖含量和淀粉含量的变化表明 ,在对照水平下 ,
苔景天叶片可溶性糖和淀粉含量均显著高于联合勘察加景天 ,特别是淀粉含量 ,几乎高 倍 。两种景天
叶片中可溶性糖在经低温处理后 ,均表现出先升高后降低的趋势 ,但苔景天的变化幅度更为明显 ,在
℃时的可溶性糖含量达到了 ℃时的 倍 。而两种景天叶片的淀粉含量随着温度的降低则逐步减
少 ,特别是 ℃以下的低温使其含量降低更为显著 。图
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联合勘察加景天
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图 低温对两种景天叶片可溶性糖 和淀粉 含最的影响
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1 期 胡增辉等 苔景天和联合勘察加景天对低温胁迫的生理响应
低温对两种景天植物叶片 、 活性的影响
植物体内抗氧化酶活性的升高是植物抵抗低温胁迫的重要反应 。研究表明 ,随着温度下降 ,两种景
天的 、 活性变化差异显著 。联合勘察加景天的 活性表现出先升高后下降的趋势 ,而石景
天景天的 活性则呈现出先下降后升高的变化趋势 图 。在 ℃时联合勘察加景天叶片 活
性为苔景天的 倍 。而对于 活性 ,两种景天均呈现出先升高后降低的变化规律 ,但联合勘察加景
天 的升高幅度显著高于苔景天 图 。两种景天的 活性最大值均出现在 ℃处理时 ,与
℃相比 ,联合勘察加景天增加了近 倍 ,苔景天升高了近 倍 ,但联合勘察加景天 活性显著高
于苔景天 , ℃时的活性几乎为苔景天的 倍 。图
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图 低温对两种景天 和 活性的影响
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讨 论
低温是植物生长过程中遇到的主要环境胁迫因子之一 。低温不仅会影响植物的生长 ,严重时甚至
会造成植物死亡 ,因此对植物抵抗低温胁迫方面的研究一直是植物抗逆的重要研究领域 。在我国北方
地区的园林绿化中 ,由于冬天寒冷 ,适用的植物材料较少 ,造成冬季园林景观单一 、生态功能较低 。因
此 ,寻找和培育强抗寒性的园林绿化植物是园林植物研究的一个重要领域 。景天类植物由于抗旱性强
的特点 ,已广泛用于园林绿化中 。在实地的栽培中发现 ,景天类植物同样具有较强的抗寒性 。在国外 ,
和 对 “ ` 和 助 留 “坛 两种景天属植物的抗
寒性进行了鉴定 ,发现 ` 能耐 一 ℃的低温 ,而 ` `能耐 一 ℃的低温 〔〕。而国内的
研究表明 , 胭`脂红 景天 能够在在江苏省露地栽培越冬 ,并且生长良好 〔〕。
新疆农业科学 卷
梁明霞 〔`”」对华北地区苔景天 、 胭`脂红 景天等 种景天植物的春季返青率作了初步的统计 ,发现苔景
天越冬性最强 。在田间栽培试验中发现 ,苔景天等多种景天植物在北京地区能够安全越冬仁 〕,但目前
对景天抗寒机理的研究较少 。研究选取两种田间抗寒性差异明显的景天植物一强抗寒性的苔景天和抗
寒性相对较差的联合勘察加景天 ,经人工低温处理 ,检测生理生化指标 ,探索和分析景天抗寒的生理机
制 。
经低温处理后 ,两种景天各生理指标均表现出明显的差异 。植物叶片相对含水量是反映植物的持
水能力 ,逆境条件下植物叶片相对含水量的大小 ,可以反应植物抗逆性的强弱 。随着温度的降低 ,苔景
天叶片相对含水量下降不明显 ,而联合勘察加景天显著降低 ,表明苔景天在低温下有较强的吸收水分和
保持水分的能力 。
可溶性蛋白是植物抗寒性的重要指标之一 川 。在实验中发现 ,苔景天叶片中可溶性蛋白含量明显
高于联合勘察加景天 ,并且随温度降低呈现出显著上升的趋势 。曹建东等〔”对不同品种葡萄的抗寒性
检测中也发现抗寒性较强的品种其体内的可溶性蛋白含量随温度降低逐渐升高 。可溶蛋白质含量的提
高 ,能够增加细胞渗透浓度和功能蛋白的数量 。并且 ,苔景天叶片中另一类重要的渗透调节物质一可溶
性糖的含量 ,也显著的高于联合勘察加景天 ,随着温度降低表现出同样升高的趋势 。虽然联合勘察加景
天叶片中的可溶性糖含量随温度也有所增加 ,但增加的幅度较小。苔景天体内这两类渗透调节物质含
量较高 ,维持了低温胁迫下细胞结构的稳定 ,以及各种代谢过程的正常进行 。可溶性糖由淀粉分解而
来 ,两种景天叶片中淀粉含量随着温度降低均呈现出降低的趋势 ,但苔景天的淀粉含量远远高于联合勘
察加景天 。在对百合进行低温处理后 ,其体内的可溶性糖和淀粉含量表现出相似的变化规律 〔” 。高含
量的淀粉 ,能够通过代谢和分解产生更多的可溶性糖等渗透调节物质及生理活性物质 ,提高植物的抗寒
性 。
低温胁迫下 ,植物体内活性氧的积累 ,是引起细胞膜脂过氧化 ,造成细胞损伤甚至死亡的重要原
因 〔 】。植物体由 、 等组成的抗氧化酶系统在清除活性氧方面起着重要作用 。在两种景天中 ,
联合勘察加景天的 和 活性总体上显著高于苔景天 ,并且随着温度降低 ,在 ℃时活性达到最
高。在苔景天中 ,这两种抗氧化酶活性较低 ,表明其经低温处理后 ,能够维持各种生理过程的正常运行 ,
产生的活性氧较少 ,对细胞膜系统的伤害较小 ,能够在较低的温度下保持细胞活性 。而王倩等〔〕发现 ,
在露地越冬的苔景天中 和 的活性显著高于联合勘察加景天 ,与研究的结果存在差异 ,这与低
温处理方式不同有关 。由于露地越冬是一个长期的低温处理过程 ,景天体内大量活性氧不断的合成 ,抗
氧化酶系统被充分激活 ,抗氧化酶活性均处于较高水平 ,此时苔景天中高水平的 和 活性能够
清除更多的活性氧 ,表现出更高的抗寒性 。实验中的低温处理是一个短期的胁迫过程 ,抗氧化酶系统未
被充分激活 。苔景天较高的渗透调节能力等能够减轻低温引起的伤害 ,从而减少活性氧的产生 ,其抗氧
化酶活性相应较低 ,而联合勘察加景天的活性氧产生较多 ,因此抗氧化酶活性相对较高 。
结 论
经人工低温处理后 ,与联合勘察加景天相比 ,苔景天在含水量 、渗透调节物表现出较高的水平 ,并且
较低的抗氧化酶活性反映了产生的活性氧较少 ,导致其具有较高的抗寒性 。研究初步在生理水平上为
景天的抗寒机理提供了依据 ,但其低温胁迫下的基因和蛋白表达 ,以及抗寒性产生过程中的信号传递还
是研究的空白领域 ,需要下一步进行深人探索 。
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