全 文 ：第 34 卷 第 1 期
2012 年 1 月
北 京 林 业 大 学 学 报
JOURNAL OF BEIJING FORESTRY UNIVERSITY
Vol． 34，No． 1
Jan．，2012
收稿日期:2011--03--06
基金项目:林业公益性行业科研专项(201004009)。
第一作者:江锡兵，博士。主要研究方向:林木遗传改良与生物技术。电话:010--62336248 Email:jxb912@ gmail． com 地址:100083 北
京市清华东路 35 号北京林业大学 1000 号信箱。
责任作者:张志毅 ，教授，博士生导师。主要研究方向:林木遗传改良与生物技术。地址:同上。
本刊网址:http:∥ journal． bjfu． edu． cn
低温胁迫下美洲黑杨与大青杨杂种无性系
若干生理指标变化研究
江锡兵1 宋跃朋1 马开峰1 郭 斌1 安新民1 张志毅
1
史志伟2 徐兰丽2 张有慧3
(1 北京林业大学林木育种国家工程实验室，林木花卉遗传育种教育部重点实验室，国家林业局树木花卉育种
与生物工程重点开放实验室 2 河北省平泉县林业局 3 山东省冠县国营苗圃)
摘要:以美洲黑杨与大青杨 6 个杂种无性系 1 年生扦插苗为材料，对其 5 ℃ 连续 5 d 低温胁迫过程中若干生理指
标的变化规律进行研究。结果表明，随着胁迫时间的延长，6 个无性系叶绿素含量和最大光能转换效率逐渐降低，
丙二醛含量保持逐渐上升趋势，而可溶性糖与可溶性蛋白含量均呈现出先上升后下降的趋势。此外，各指标 6 个
无性系间差异明显:无性系 DU146 和 DU147 叶绿素含量、最大光能转换效率、可溶性糖以及可溶性蛋白含量在胁
迫过程中均相对较高，而丙二醛含量及其增加倍数相对较低，说明其具有较强的光合作用及低温耐受能力;其次是
无性系 DU136 和 DU165;而无性系 DU135 和 DU150 光合作用及低温耐受能力较弱。
关键词:杨树;无性系;低温;叶绿素;最大光能转换效率;丙二醛;可溶性糖;可溶性蛋白
中图分类号:S792. 11;S718. 43 文献标志码:A 文章编号:1000--1522(2012)01--0058--06
JIANG Xi-bing1;SONG Yue-peng1;MA Kai-feng1;GUO Bin1;AN Xin-min1; ZHANG Zhi-yi
1
;SHI
Zhi-wei2;XU Lan-li2;ZHANG You-hui3. Changes of several physiological indices in hybrid clones
of Populus deltoides Bartr． × P． ussuriensis Kom． under low temperature stress． Journal of Beijing
Forestry University (2012)34(1)58--63［Ch，24 ref．］
1 National Engineering Laboratory for Tree Breeding，Key Laboratory of Genetics and Breeding in Forest
Trees and Ornamental Plants of Ministry of Education， Tree and Ornamental Plant Breeding and
Biotechnology Laboratory of State Forestry Administration，Beijing Forestry University，100083，P． R．
China;
2 Forest Administration of Pingquan County，Hebei，067500，P． R． China;
3 National Nursery of Guanxian County，Shandong，252500，P． R． China．
Cuttings of six hybrid clones of P． deltoides × P． ussuriensis were exposed to consecutive low
temperatures (5 ℃，0 to 5 days) to study the variation of several physiological indices． The results
indicated that under low temperature stress，chlorophyll content and F v /Fm values in the six hybrid clones
decreased gradually;MDA content kept a gradually increasing trend;content of soluble sugar and soluble
protein increased first and then declined． In addition，there were significant differences among the six
clones in those physiological indices under low temperature stress，and chlorophyll content，F v /Fm
values，soluble sugar and soluble protein content in clones DU146 and DU147 were the highest，whereas
MDA content and the increased multiples were the lowest， reflecting that they possessed more
photosynthetic and low-temperature-tolerant abilities;clones DU136 and DU165 were in the next place，
whereas clones DU135 and DU150 were the weakest．
Key words poplar;clone;low temperature;chlorophyll;F v /Fm;malondialdehyde;soluble sugar;
soluble protein
DOI:10.13332/j.1000-1522.2012.01.024
低温是调节植物生长和发育以及限制植物产量
的最重要的环境因素之一［1］。低温条件下，植物的
光合生理指标如叶绿素含量以及荧光参数等均会受
到显著影响。同时，植物体内活性氧自由基明显增
加，当自由基的积累超过阈值时，就会引起膜脂过氧
化。丙二醛(MDA)是植物组织中膜脂过氧化最终
产物，是膜系统受害的重要标志之一。它在正常情
况下含量极少，在遭到寒害后，膜脂过氧化产物
MDA 大量积累，膜透性上升，电解质外渗，细胞质相
对电导率随即上升，最终造成细胞膜系统的严重损
伤［2］。然而，胁迫条件下，渗透调节物质在植物细
胞内大量积聚，稳定体内的渗透压平衡，进而增强植
物的保水能力，最终使植物能够忍耐胁迫所带来的
负面影响［3］。
杨树(Populus spp．)生长迅速、适应性强以及易
于繁殖，已广泛应用于木材、纸浆以及造纸行业，而
且是生物能源的潜在资源［4］。由于其种类多样性
以及分布广泛性，已有不少品种大量种植于寒冷及
干旱地区［5］。近年来，对于杨树应对低温胁迫生理
生化方面已有大量研究［6
--9］，然而，针对杨树在连续
低温胁迫下生理生化变化过程的系统研究依然较
少。基于此，本研究以美洲黑杨(Populus deltoides
Bartr．)与大青杨(P． ussuriensis Kom．)杂种 6 个无
性系 1 年生盆栽扦插苗为材料，对其在连续低温胁
迫过程中若干生理指标的变化情况进行系统研究，
旨在揭示低温胁迫下这些生理指标的变化规律以及
无性系间的差异情况，为进一步研究低温下杨树光
合作用及耐低温生理机制提供理论参考。
1 材料与方法
1. 1 试验材料及处理方法
2010 年春天，于河北省平泉县林业局种苗站苗
圃美洲黑杨与大青杨杂种无性系测定林中，采集 6
个杂 种 无 性 系 DU135、DU136、DU146、DU147、
DU150、DU165 的 1 年生萌条若干，带回北京林业大
学苗圃进行扦插繁殖。插条扦插于 10 cm(直径)×
15 cm(深度)的塑料盆中，基质为沙土、草炭灰、蛭
石以及珍珠岩混合物，体积比为 3 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 1。待扦插
苗发芽及生长 2 个月后，选取生长状况良好，苗高及
冠幅大小基本一致扦插苗若干，移至北京林业大学
国家工程实验室培养室中，对其进行半环境控制，光
照采取光照强度为 4 800 lx 日光灯，16 h /d，白天温
度为(25 ± 1)℃、夜晚为(15 ± 1)℃，湿度控制在
55% ～ 85%。数天后将无性系扦插苗转移到低温培
养箱中进行低温胁迫处理，处理温度为 5 ℃，光照
16 h /d，湿度 55% ～ 85%，连续处理 5 d，并以处理 0
d 的为对照。处理过程中分别于第 1、2、3、4、5 天测
定叶绿素荧光参数，并收集 6 个无性系相应叶绿素
荧光测定叶片(从顶端往下第 3 ～ 5 片)若干，立即
液氮冷冻后置于 － 80 ℃ 冰箱保存，用于叶绿素含
量、丙二醛含量、可溶性糖以及可溶性蛋白的测定。
每个无性系处理 30 株，取样时每次平均取 5 株，重
复处理 3 次。
1. 2 叶绿素含量的测定
叶片叶绿素含量测定:参照李合生［10］方法并作
些许改进，采用简易提取法(95%乙醇浸提 24 ～ 48
h)提取叶绿素，利用 UV-2100 型分光光度计在波长
665 和 649 nm 下测定其吸光度(A) ，计算总叶绿素
含量(chl a + b) ，计算公式如下:
色素浓度(CT)= 6. 63 A665 + 18. 08 A649
Chl a + b = 色素浓度 × 提取液体积 × 稀释倍
数 /样品鲜质量(或干质量)
1. 3 叶绿素荧光的测定
利用便携式调制荧光仪 FMS2(Hansatech，英
国)测定不同无性系的叶绿素荧光参数，测定于室
温下(25 ℃)进行，将叶片暗适应 30 min 后测定初
始荧光(F0) ，随后加一个强闪光 (6 000 μmol /
(m2·s) ) ，脉冲 0. 8 s 测定最大荧光(Fm)。参照
Demming-Adams 等［11］方法计算光系统(PSⅡ)最大
光能转换效率(F v /Fm)=(Fm － F0)/Fm。
1. 4 丙二醛(MDA)含量的测定
MDA 含量参照 Xu 等［12］方法测定。
1. 5 可溶性糖及蛋白的测定
可溶性糖含量测定参照 Mohsenzadeh 等［13］方
法;可溶性蛋白含量按照 Bradford［14］方法测定，以牛
血清蛋白作标准曲线。
1. 6 结果统计及分析方法
运用 EXCEL 及 SAS 8. 2 软件包对数据进行统
计分析，并采用单因素方差分析(one-way ANOVA)
和最小显著差异法(LSD)比较不同组数据间的
差异。
2 结果与分析
2. 1 低温胁迫下杂种无性系叶绿素含量变化
叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，是一
类含脂的色素家族，位于类囊体膜，在光合作用的光
吸收中起核心作用，植物遭受逆境胁迫时，叶绿素含
量会受到影响。如表 1 所示，6 个杂种无性系在遭
受低温胁迫时叶绿素含量均逐渐降低。其中，
DU146 和 DU147 叶绿素含量刚开始时降低幅度较
小，直至胁迫第 4 天才出现大幅降低;DU165 叶绿
素含量至胁迫第 3 天开始明显降低;DU135 和
95第 1 期 江锡兵等:低温胁迫下美洲黑杨与大青杨杂种无性系若干生理指标变化研究
DU136 叶绿素含量于胁迫第 2 天出现明显降低趋
势，而 DU150 叶绿素含量胁迫第 1 天即开始显著降
低。至胁迫处理第 5 天，DU135、DU136、DU146、
DU147、DU150 及 DU165 叶绿素含量分别降到未处
理时的 60. 3%、65. 6%、77. 3%、71. 7%、51. 8% 及
64. 1%。多重比较结果显示，未进行胁迫处理时，6
个无性系叶绿素含量无明显差异，而在胁迫处理过
程中，6 个无性系叶绿素含量表现出显著差异，
DU146 和 DU147 叶绿素含量相对较高，其次是
DU136 和 DU165，而 DU135 和 DU150 叶绿素含量
较低。此外，遭受低温胁迫时，DU146 和 DU147 叶
绿素含量降低幅度较小，光合作用受到影响也较小，
其次是 DU136 和 DU165，而 DU135 和 DU150 叶绿
素含量降低幅度较大，其光合作用受到明显影响。
表 1 低温胁迫下杂种无性系叶绿素含量变化
Tab． 1 Changes in chlorophyll content of hybrid clones under low temperature stress mg·g － 1
无性系 第 0 天 第 1 天 第 2 天 第 3 天 第 4 天 第 5 天
DU135 2. 47 ± 0. 04 a 2. 44 ± 0. 01 ab 2. 05 ± 0. 10 b 2. 04 ± 0. 11 b 1. 79 ± 0. 04 c 1. 49 ± 0. 08 c
DU136 2. 53 ± 0. 04 a 2. 49 ± 0. 02 ab 2. 30 ± 0. 15 a 2. 05 ± 0. 11 b 1. 94 ± 0. 18 bc 1. 66 ± 0. 13 bc
DU146 2. 64 ± 0. 27 a 2. 62 ± 0. 15 a 2. 49 ± 0. 13 a 2. 48 ± 0. 17 a 2. 22 ± 0. 10 a 2. 04 ± 0. 17 a
DU147 2. 58 ± 0. 19 a 2. 53 ± 0. 10 ab 2. 41 ± 0. 05 a 2. 41 ± 0. 21 a 2. 03 ± 0. 09 ab 1. 85 ± 0. 14 ab
DU150 2. 34 ± 0. 23 a 2. 10 ± 0. 19 c 1. 82 ± 0. 17 b 1. 73 ± 0. 16 c 1. 56 ± 0. 07 d 1. 21 ± 0. 10 d
DU165 2. 45 ± 0. 13 a 2. 40 ± 0. 03 b 2. 34 ± 0. 18 a 2. 07 ± 0. 09 b 1. 82 ± 0. 15 c 1. 57 ± 0. 08 c
注:表中数据为平均值 ± 标准差;数字后不同小写字母表示无性系差异显著(P ＜ 0. 05)。下同。
2. 2 低温胁迫下杂种无性系最大光能转换效率
变化
最大光能转换效率(F v /Fm) ，又称 PSⅡ最大光
化学量子产量，反映 PSⅡ反应中心内禀光能转换效
率，在非胁迫条件下，F v /Fm变化极小，而在逆境胁
迫条件下，F v /Fm会明显下降。6 个无性系 F v /Fm遭
受低温胁迫时变化趋势如表 2 所示，随着处理时间
的延长，6 个无性系 F v /Fm均逐渐降低。低温胁迫
第 1、2、3 天，6 个无性系 F v /Fm降低均不明显;至胁
迫处理第 4 天，DU135、DU136 及 DU150 的 F v /Fm开
始明显降低，而 DU146、DU147 及 DU165 相对于胁
迫第 3 天降低不明显;至低温胁迫第 5 天，除 DU146
外，其余 5 个无性系 F v /Fm均有明显降低，DU135、
DU136、DU146、DU147、DU150 及 DU165 的 F v /Fm
分别降低至未处理时的 68. 8%、75. 3%、93. 9%、
88. 9%、60. 8%及 72. 8%。未进行低温处理时，6 个
无性系 F v /Fm无明显差异，而在低温胁迫处理过程
中，6 个无性系 F v /Fm 均表现出显著差异，其中
DU146 和 DU147 的 F v /Fm 相对较高，DU136 和
DU165 次之，而 DU135 和 DU150 的 F v /Fm较低。结
果显示，DU146 和 DU147 的 F v /Fm受到低温胁迫影
响较小，DU136 和 DU165 次之，而 DU135 和 DU150
遭受低温胁迫时 F v /Fm明显降低。
表 2 低温胁迫下杂种无性系最大光能转换效率变化
Tab． 2 Changes in F v /Fm values of hybrid clones under low temperature stress
无性系 第 0 天 第 1 天 第 2 天 第 3 天 第 4 天 第 5 天
DU135 0. 80 ± 0. 00 b 0. 80 ± 0. 00 c 0. 79 ± 0. 01 ab 0. 79 ± 0. 01 ab 0. 68 ± 0. 02 c 0. 55 ± 0. 01 e
DU136 0. 81 ± 0. 01 ab 0. 80 ± 0. 00 bc 0. 80 ± 0. 00 ab 0. 80 ± 0. 00 ab 0. 72 ± 0. 01 b 0. 61 ± 0. 01 c
DU146 0. 82 ± 0. 01 a 0. 82 ± 0. 01 a 0. 80 ± 0. 01 a 0. 80 ± 0. 01 a 0. 79 ± 0. 02 a 0. 77 ± 0. 02 a
DU147 0. 81 ± 0. 02 ab 0. 81 ± 0. 01 ab 0. 80 ± 0. 01 ab 0. 80 ± 0. 01 ab 0. 78 ± 0. 01 a 0. 72 ± 0. 01 b
DU150 0. 79 ± 0. 01 b 0. 78 ± 0. 00 d 0. 78 ± 0. 00 c 0. 75 ± 0. 02 c 0. 65 ± 0. 01 d 0. 48 ± 0. 01 f
DU165 0. 81 ± 0. 01 ab 0. 80 ± 0. 00 bc 0. 79 ± 0. 01 b 0. 78 ± 0. 00 b 0. 74 ± 0. 01 b 0. 59 ± 0. 01 d
2. 3 低温胁迫下杂种无性系丙二醛含量变化
连续低温胁迫下，6 个无性系丙二醛(MDA)含
量变化如表 3 所示。低温胁迫第 1 天，DU135、
DU136、DU150 及 DU165 MDA 含量骤然升高，分别
达到对照水平的 3. 88、2. 04、5. 32 及 2. 82 倍，而
DU146 及 DU147 MDA 含量上升幅度不大，分别为
对照水平的 1. 35 及 1. 70 倍;随后，胁迫处理的第
2、3、4、5 天，6 个无性系 MDA 含量逐渐升高，至低温
胁迫第 5 天，DU135、DU136、DU146、DU147、DU150
及 DU165 MDA 含量均升高至最大值，分别为对照
水平的 6. 76、3. 98、2. 90、3. 32、7. 50 及 5. 49 倍。在
对照及低温胁迫处理过程中，6 个无性系 MDA 含量
均表现出明显差异，在对照中，DU146 和 DU147
MDA 含量相对较高，其次是 DU136 和 DU165，而
DU135 和 DU150 MDA 含量较低;然而，在遭受低温
胁迫时，DU135 和 DU150 MDA 含量及其增加倍数
均相对较大，其次是 DU136 和 DU165，而 DU146 和
DU147 MDA 含量及其增加倍数较小。植物在低温
06 北 京 林 业 大 学 学 报 第 34 卷
条件下，受到伤害后会发生膜脂过氧化作用，细胞膜
透性发生变化，导致 MDA 含量增加，影响组织内正
常的生理活动。结果表明，DU146 和 DU147 在低温
胁迫下受到伤害最小，其次是 DU136 和 DU165，而
DU135 和 DU150 受到较严重的伤害。
表 3 低温胁迫下杂种无性系丙二醛含量变化
Tab． 3 Changes in MDA content of hybrid clones under low temperature stress μmol·g － 1
无性系 第 0 天 第 1 天 第 2 天 第 3 天 第 4 天 第 5 天
DU135 10. 67 ± 0. 18 cd 41. 45 ± 1. 11 b 50. 28 ± 3. 74 ab 62. 57 ± 2. 90 b 71. 33 ± 1. 03 a 72. 12 ± 1. 74 a
DU136 17. 02 ± 0. 61 b 34. 74 ± 1. 80 c 43. 19 ± 0. 53 c 55. 66 ± 4. 15 cd 64. 01 ± 2. 86 b 67. 82 ± 1. 52 b
DU146 20. 95 ± 2. 64 a 28. 24 ± 2. 29 d 30. 77 ± 2. 06 d 52. 20 ± 1. 85 d 60. 15 ± 2. 27 c 60. 85 ± 1. 12 c
DU147 19. 02 ± 1. 49 ab 32. 39 ± 1. 43 c 35. 39 ± 3. 36 d 55. 48 ± 2. 36 cd 62. 54 ± 1. 02 b 63. 18 ± 3. 76 c
DU150 9. 42 ± 1. 50 d 50. 15 ± 3. 14 a 53. 19 ± 3. 27 a 67. 88 ± 3. 13 a 70. 57 ± 1. 16 a 70. 64 ± 0. 25 a
DU165 12. 73 ± 1. 68 c 35. 96 ± 3. 19 c 45. 94 ± 2. 83 bc 57. 48 ± 0. 67 c 69. 91 ± 2. 50 a 69. 95 ± 3. 31 a
2. 4 低温胁迫下杂种无性系可溶性糖含量变化
可溶性糖作为渗透调节因子，参与植物组织在
逆境胁迫下渗透势调节，从而有利于增强植物抗逆
性。同时，可溶性糖还是生物体内重要的碳素营养
物质之一，它的积累对于植物免受低温伤害具有重
要作用。遭受低温胁迫时，6 个无性系可溶性糖含
量均呈现出先升高后降低的变化趋势，如表 4 所示。
其中 DU150 可溶性糖含量在低温胁迫第 3 天时开
始逐渐降低，DU135、DU136 和 DU165 可溶性糖含
量在低温胁迫第 4 天开始逐渐降低，而 DU146 和
DU147 可溶性糖含量至胁迫第 5 天时才开始降低，
然而，低温胁迫至第 5 天，6 个无性系可溶性糖含量
仍高于对照水平，分别为对照水平的 1. 45、1. 57、
2. 36、1. 93、1. 33 及 1. 28 倍。在对照及低温胁迫过
程中，6 个无性系可溶性糖含量差异显著:未进行低
温胁迫时，6 个无性系可溶性糖含量为 DU147 ＞
DU165 ＞ DU146 ＞ DU136 ＞ DU135 ＞ DU150;而遭受
低温胁迫时，DU146 和 DU147 可溶性糖含量相对较
高，其次是 DU136 和 DU165，DU135 和 DU150 可溶
性糖含量较低。结果显示，连续低温胁迫下，DU146
和 DU147 积累了更多的可溶性糖，且在较长时间的
低温胁迫下连续增加其可溶性糖含量，表明 DU146
和 DU147 具有较强的耐低温胁迫能力，DU136 和
DU165 次之，而 DU135 和 DU150 耐低温胁迫能力
较差。
表 4 低温胁迫下杂种无性系可溶性糖含量变化
Tab． 4 Changes in soluble sugar content of hybrid clones under low temperature stress mg·g － 1
无性系 第 0 天 第 1 天 第 2 天 第 3 天 第 4 天 第 5 天
DU135 4. 63 ± 0. 13 c 9. 26 ± 0. 32 bc 9. 54 ± 0. 26 c 9. 70 ± 0. 12 c 8. 84 ± 0. 63 c 6. 70 ± 0. 46 d
DU136 5. 26 ± 0. 32 b 10. 10 ± 0. 23 b 10. 52 ± 0. 80 b 11. 37 ± 0. 32 b 10. 66 ± 0. 33 b 8. 25 ± 0. 10 b
DU146 5. 42 ± 0. 40 b 12. 98 ± 0. 35 a 12. 80 ± 0. 42 a 12. 98 ± 1. 13 a 15. 12 ± 0. 38 a 12. 77 ± 0. 49 a
DU147 6. 48 ± 0. 25 a 11. 98 ± 0. 67 a 12. 66 ± 0. 28 a 12. 65 ± 0. 40 a 14. 45 ± 0. 52 a 12. 49 ± 0. 15 a
DU150 4. 30 ± 0. 24 c 8. 80 ± 0. 49 c 8. 88 ± 0. 31 c 7. 60 ± 0. 50 d 7. 04 ± 0. 43 d 5. 73 ± 0. 42 e
DU165 5. 74 ± 0. 53 b 9. 37 ± 0. 98 bc 9. 63 ± 0. 87 bc 10. 59 ± 0. 29 bc 9. 13 ± 0. 42 c 7. 32 ± 0. 26 c
2. 5 低温胁迫下杂种无性系可溶性蛋白含量变化
可溶性蛋白是生物体内重要的氮素营养物质之
一，它的积累同样有利于植物耐低温胁迫能力的增
强。如表 5 所示，6 个无性系遭受低温胁迫时可溶
性蛋白含量同样表现出先升高后降低的变化趋势。
低温胁迫第 3 天，DU150 可溶性蛋白含量开始降
低，其余无性系可溶性蛋白含量仍保持升高趋势;低
温胁迫第 4 天， 6 个无性系可溶性蛋白含量均逐渐
表 5 低温胁迫下杂种无性系可溶性蛋白含量变化
Tab． 5 Changes in soluble protein content of hybrid clones under low temperature stress mg·g － 1
无性系 第 0 天 第 1 天 第 2 天 第 3 天 第 4 天 第 5 天
DU135 5. 02 ± 0. 34 ab 5. 96 ± 0. 28 b 6. 27 ± 0. 13 bc 6. 64 ± 0. 36 b 5. 55 ± 0. 35 c 4. 15 ± 0. 05 c
DU136 5. 43 ± 0. 12 a 6. 15 ± 0. 09 b 6. 60 ± 0. 16 b 7. 02 ± 0. 37 b 5. 92 ± 0. 12 bc 4. 33 ± 0. 04 c
DU146 4. 71 ± 0. 36 b 7. 70 ± 0. 44 a 7. 75 ± 0. 37 a 8. 17 ± 0. 20 a 6. 87 ± 0. 46 a 5. 33 ± 0. 51 a
DU147 5. 14 ± 0. 16 ab 7. 37 ± 0. 20 a 7. 77 ± 0. 17 a 8. 00 ± 0. 01 a 6. 30 ± 0. 23 b 5. 17 ± 0. 28 ab
DU150 5. 06 ± 0. 52 ab 5. 86 ± 0. 29 b 6. 09 ± 0. 09 c 5. 76 ± 0. 16 d 4. 22 ± 0. 30 d 4. 14 ± 0. 26 c
DU165 5. 10 ± 0. 60 ab 5. 98 ± 0. 11 b 6. 30 ± 0. 20 bc 6. 68 ± 0. 21 bc 6. 07 ± 0. 23 bc 4. 74 ± 0. 13 b
16第 1 期 江锡兵等:低温胁迫下美洲黑杨与大青杨杂种无性系若干生理指标变化研究
降低，且降低趋势明显;至低温胁迫第 5 天，DU146
和 DU147 可溶性蛋白含量仍高于对照水平，而
DU135、DU136、DU150 及 DU165 可溶性蛋白含量均
低于对照水平。未进行低温胁迫处理时，6 个无性
系可溶性蛋白含量无明显差异;而遭受低温胁迫时，
6 个无性系可溶性蛋白含量差异显著，其中，无性系
DU146 和 DU147 可溶性蛋白含量相对较高，其次是
无性 系 DU136 和 DU165，而 无 性 系 DU135 和
DU150 可溶性蛋白含量较低。由此可见:DU146 和
DU147 在长期低温胁迫下能够积累更多的可溶性
蛋白，其耐低温胁迫能力较强;DU136 和 DU165 积
累可溶性蛋白含量次之，其耐低温胁迫能力次之;而
DU135 和 DU150 积累可溶性蛋白含量较少，耐低温
胁迫能力较差。
3 结论与讨论
大量研究证实，环境因子的改变可以引起叶绿
素含量的变化，而叶绿素在植物光合作用的原初光
反应过程中起着关键作用，其含量的变化与叶片的
生理活性、植物对环境的适应性和抗逆性有关［15］。
刘慧英等［16］认为低温能加剧叶绿体的降解和抑制
其合成，因此叶绿素含量的变化也能反映低温对植
物的伤害程度。另外一些研究者认为，低温下叶绿
素含量较高的植物，有利于光合作用，形成可溶性糖
等溶质，对抗寒有利［17］。在本研究中，美洲黑杨与
大青杨 6 个杂种无性系在连续低温胁迫下叶绿素含
量均呈逐渐降低趋势，表明杨树光合作用在低温条
件下受到了一定影响，且不同的无性系对低温的耐
受能力不一样，从而表现出叶绿素含量不同的变化
趋势。
叶绿素荧光参数的改变预示着植物中光能的吸
收和传输、生理条件的变化过程以及光合作用效应。
而最大光能转换效率(F v /Fm) ，表述光化学反应的
潜在产量，是测定光合作用效率的有效参数，同样也
是光合作用装置受胁迫的指示器［18］。遭受低温胁
迫时，美洲黑杨与大青杨杂种无性系 F v /Fm逐渐降
低，这可能与从天线到反应中心的能量转换效率的
降低或 PSⅡ反应中心的钝化有关［19］。无性系
DU146 和 DU147 在连续低温胁迫下，叶绿素含量及
F v /Fm降低幅度较小，且其在相对较长时间的低温
胁迫下才有明显降低趋势，表明无性系 DU146 和
DU147 在低温条件下仍然具有较强的光合作用能
力，其耐受低温的能力较强;无性系 DU136 和
DU165 耐受低温的能力其次;而无性系 DU135 和
DU150 在较短时间的低温胁迫下，叶绿素含量及
F v /Fm便有明显降低，其耐受低温的能力较弱。
丙二醛(MDA)是膜脂过氧化作用的最终产物，
是膜系统受伤害的重要标志之一［20］，积累越多，表
明植物组织保护能力越弱，细胞膜遭受破坏越严重。
本研究结果显示，美洲黑杨与大青杨 6 个杂种无性
系遭受低温胁迫时 MDA 含量均有不同程度的升
高，表明其细胞膜均遭受不同程度的伤害。无性系
DU135 和 DU150 在低温胁迫第 1 天，MDA 含量大
幅升高，分别达到对照的 3. 88 及 5. 32 倍，且随着低
温胁迫时间的延长，MDA 含量不断升高，直至胁迫
第 5 天达到最大值，分别为对照的 6. 76 及 7. 50 倍，
表明无性系 DU135 和 DU150 细胞膜受低温伤害严
重;而无性系 DU136 和 DU165 细胞膜受低温伤害
其次;无性系 DU146 和 DU147 遭受低温胁迫时，
MDA 含量缓慢上升，至胁迫第 5 天，其含量分别仅
为对照的 2. 90 及 3. 32 倍，说明其细胞膜受到低温
伤害较小。
在逆境胁迫下，植物能够通过自身细胞的渗透
调节作用，在细胞内积累各种有机和无机物质，以提
高细胞液浓度，调节其渗透势，如此，植物即可维持
膨压，表现出抵抗外界渗透胁迫的能力，从而维持原
有的代谢过程。许多研究发现，植物遭受低温胁迫
时能够大量积累渗透调节物质如可溶性糖和可溶性
蛋白等。石进朝等［21］研究发现，在秋冬季节寒冷低
温 条 件 下，长 绿 期 金 银 木 (Lonicera maackii
‘Canglvqi’)叶片内可溶性糖及可溶性蛋白含量大
量增加，且随着温度的降低以及低温的持续，可溶性
糖及可溶性蛋白含量呈现不断增加的趋势。颉建明
等［22］研究表明，在低温弱光条件下，辣椒(Capsicum
frutescens)叶片可溶性糖含量升高，而可溶性蛋白含
量于处理前期升高，后期降低。本研究中，美洲黑杨
与大青杨 6 个杂种无性系在遭受连续低温胁迫时可
溶性糖和可溶性蛋白含量均表现出先升高后降低的
变化趋势，表明可溶性糖及可溶性蛋白在杨树遭受
低温胁迫前期起着重要的渗透调节作用，保护杨树
细胞免受低温伤害。然而，随着低温胁迫时间的延
长，杨树体内生物合成及代谢作用受到较大影响，从
而可能使得可溶性糖及可溶性蛋白含量不断降低。
无性系 DU146 和 DU147 的可溶性糖和可溶性蛋白
含量分别在低温胁迫第 5 天和第 4 天才分别开始下
降，表明无性系 DU146 和 DU147 能够忍受较长时
间的低温胁迫，具有较强的低温耐受能力;无性系
DU136 和 DU165 相比 DU146 和 DU147，其低温耐
受能力较弱;而无性系 DU135 和 DU150 遭受低温
胁迫时可溶性糖及可溶性蛋白含量积累较少，且在
短时间内表现降低趋势，其低温耐受能力最弱。
一般认为，自然界中，在 － 7 ℃时，树木地上部
26 北 京 林 业 大 学 学 报 第 34 卷
分即受到伤害，主要表现为落叶和嫩枝抽梢，而在
－ 12 ℃ 及以下低温时则会受到严重伤害，甚至导
致死亡［23］。然而，树木在秋冬季节有一个寒冷驯化
和适应的过程，即在零上低温时，树木会降低叶片光
合作用能力，停止生长，在叶片内积累可溶性糖及其
他保护物质，重新组织体内蛋白质，细胞逐渐收缩，
中心液泡分成许多小液泡等，以逐渐增强其低温耐
受能力，从而在零下低温时减少或避免冻害发
生［8］。寒冷驯化是一个极其复杂的过程，涉及树木
遗传、生理以及发育机理等方面［24］。本研究通过监
测 5 ℃胁迫下 6 个美洲黑杨与大青杨杂种无性系 5
个具代表性生理指标的变化过程以及无性系间差异
情况，初步了解杨树在零上低温胁迫下光合生理、膜
系统以及渗透调节物质的变化规律，为进一步研究
自然条件下杨树寒冷驯化过程及耐低温优良无性系
的选择提供些许理论参考。
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(责任编辑 董晓燕)
36第 1 期 江锡兵等:低温胁迫下美洲黑杨与大青杨杂种无性系若干生理指标变化研究