全 文 ：第 47 卷　第 1 期 厦门大学学报(自然科学版) Vol.47　No.1
　2008 年 1 月 Journal of Xiamen Universi ty (Natural Science) Jan.2008　
低温胁迫对长苞铁杉幼苗的生理影响
赖志华1 ,朱小龙1 ,李振基1＊ ,王建林2 ,宋爱琴1 ,
关少华1 ,杨伟伟1 ,郑凌峰2 ,蔡昌棠2
(1.厦门大学生命科学学院 ,福建 厦门 361005;2.福建省永安天宝岩国家级自然保护区管理局 , 福建 永安 366000)
　　
收稿日期:2007-03-11
基金项目:国家自然科学基金(30370275)资助
＊通讯作者:zh enji l@163.com
摘要:经模拟低温(-12 、-8 、-4 、0 、4℃)胁迫处理后 , 长苞铁杉幼苗叶片和根系相关生理指标均发生明显变化.随着
温度降低 ,叶片光合色素含量增加 , 但反映光合活性强弱的 Chla/ Chlb 降低;叶片中渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖含
量增加 ,呈极显著正相关(r=0.804 , p<0.01), 根系中可溶性糖含量的减少说明根对低温胁迫的渗透调节更依赖于脯氨
酸的累积.幼苗在-4℃及更低温度胁迫下受到严重的冻害使 SOD活性持续下降 , 叶片中 POD 活性与 SOD 活性变化呈
极显著负相关(r=-0.908 , p<0.01),但根系中 POD 活性与 SOD 活性没有相关性 ,说明长苞铁杉幼苗对抗外界胁迫机
理的复杂性.叶片 M DA 含量比根系低可能与叶片中 Car 能缓解1O 2 对细胞的伤害有关.
关键词:长苞铁杉幼苗;低温胁迫;生理
中图分类号:Q 948.1　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:0438-0479(2008)01-0122-05
　　长苞铁杉(Tsuga longibracteata Cheng)属松科
铁杉属长苞铁杉组(Sect.Heopence Keng et Keng
f.),是我国珍稀的古老植物 ,也是第四纪冰期遗留下
来的树种.主产于贵州东北部 、湖南 、广东和广西北部 、
江西南部 、福建西部 ,生于海拔 800 ～ 2 000 m 中山地
带 ,喜温暖湿润气候和酸性红壤 、山地黄棕壤 ,对立地
条件要求不严 ,在山脊陡坡可形成纯林;在山谷土壤深
厚 、肥沃的立地条件下可长成大树 ,且形成针阔混交
林 ,现有资源甚少 ,已列为福建省重点保护珍贵树木.
在福建省永安天宝岩国家级自然保护区内的天宝岩海
拔 1 200 m 处保存有一片完好的以长苞铁杉为优势种
的原生性针叶林 ,面积达到 186.7 hm 2 ,是该保护区的
特色森林生态系统类型之一[ 1] .通过对不同低温环境
中长苞铁杉幼苗叶片光合色素系统 、叶片和根系的膜
氧化产物 、抗氧化酶活性 、渗透调节物质等问题展开研
究 ,可以为长苞铁杉幼苗对冬季低温环境的适应生理
生态学研究提供科学依据.
1　材料与方法
1.1　采样地自然概况
福建省永安天宝岩国家级自然保护区位于福建省
永安市东部 , 地理坐标为东经 117°28′03″～ 117°35′
28″,北纬 25°50′51″～ 26°01′20″,面积 11 015.38 hm2 ,
海拔 580 ～ 1 604.8 m.区内气候属于中亚热带东南季
风气候 ,年平均气温为 15℃,最冷月(1月)均温 5℃,
最热月(7月)均温 23℃,极端最低温-11℃,极端最高
温40℃,无霜期 290 d左右 ,平均降水量 2 039 mm ,空
气湿度较高 ,各月平均在 80%以上[ 2-3] .
1.2　材料培养与处理
长苞铁杉与毛竹混交林中长苞铁杉幼苗天然更新
良好[ 4] ,采集当年生实生苗 ,苗高 4 ～ 5 cm ,用营养袋
(7 ×11 cm)培养.所用土壤为长苞铁杉与毛竹混交林
林下土 ,土壤理化性质:pH 5.25 , 全 N 含量 0.625
mg/g ,总 P 含量 0.228 mg/g ,K 含量 7.89 mg/g.
幼苗按表 1在人工气候箱经 7 d 抗寒锻炼(光照
强度 3 000 lx ,湿度 80%)后 ,于夜间分组进行连续8 h
(22:00 ～ 6:00)低温胁迫(Low temperature st ress ,
LTS)试验 ,温度梯度设置为 4(对照组)、0 、-4 、-8 、
-12℃,每个梯度设 3个重复 ,第 2天取成熟叶片和根
系进行相关生理指标的测定.
1.3　测定方法
叶绿素(Chl)含量测定采用 A rnon法[ 5] :称取 0.1
g 叶片 ,80%丙酮浸泡至叶片无色.分别测定浸提液在
663 、645 、445 nm 的 OD 值.
可溶性糖(Soluble sugar)含量测定参照李合生的
方法[ 6] :材料(叶片/根)称取0.2 g ,加入蒸馏水后沸水
浴提取 ,提取液过滤;上清液加入蒽酮乙酸乙酯和浓硫
酸 ,充分振荡后沸水浴;冷却至室温测定 OD 630.
游离脯氨酸(Proline)含量参照张殿忠等的方
法[ 7] :材料(叶片/根)称取 0.5 g ,加磺基水杨酸后沸水
表 1　长苞铁杉幼苗的抗寒锻炼
Tab.1　Cold acclima tion in seeding o f Tsuga longibracteata
时间 第 1 天 第 2 天 第 3 天 第 4 天 第 5 天 第 6天 第 7天
温度(℃) 10 9 8 7 6 5 4
表 2　低温胁迫对长苞铁杉光合色素含量及其比例的影响
Tab.2　Effects of LTS on the content and ratio of pho to synthetic pigments o f Tsuga longibracteata
t/ ℃ Chla/(mg · g-1) Chlb/(mg· g -1) Chl/(mg· g -1) Car/(mg· g -1) Chla/Chlb Car/ Chl
-12 1.235±0.104 0.322±0.023 1.557±0.126 0.278±0.020 3.839±0.128 0.179±0.002
-8 1.332±0.130 0.323±0.029 1.645±0.157 0.312±0.005 4.086±0.144 0.191±0.016
-4 1.088±0.092 0.254±0.015 1.342±0.102 0.274±0.011 4.288±0.267 0.205±0.009
　0 0.862±0.109 0.184±0.062 1.046±0.170 0.202±0.021 4.235±0.183 0.195±0.015
　4 0.889±0.080 0.198±0.015 1.087±0.094 0.215±0.023 4.480±0.095 0.198±0.005
浴 10 min;冷却后取上清液加入酸性茚三酮 ,沸水浴
40 min;用甲苯萃取 ,测定 OD520.
超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性 、
可溶性蛋白质含量的测定:材料(叶片/根)称取 0.2 g ,
酶提取液冰浴研磨匀浆 , 4℃离心 ,上清液即为粗酶液.
SOD活性测定采用氮蓝四唑(NBT)法[ 8] ;POD活性测
定采用愈创木酚法[ 9] ;可溶性蛋白质含量采用考马氏
亮蓝 G-250染色法[ 10] .
丙二醛(MDA)含量参照 Heath 和 Packe r 的方
法[ 11] :材料(叶片/根)称取 0.2 g ,10%TCA 4 mL 和少
量石英沙研磨至匀浆后离心 ,取上清液加入 TBA 后沸
水浴 ,冷却 4℃离心;取上清液测定 532 、600 、450 nm
的OD 值.
幼苗根和叶在 105℃杀青 15 m in后于 85℃中烘
干至恒量 ,测定材料含水量.
2　结果与分析
2.1　低温胁迫对幼苗叶片叶绿素含量及比例
的影响
低温对长苞铁杉幼苗叶绿素含量及其比例的影响
如表 2 所示 , 结果为:叶绿素 a(Chla)含量在 0℃和
-4℃处理时与对照无显著差异(p>0.05),在-8℃和
-12℃低温处理时比对照分别增加 48.8%(p<0.05)
和 39.0%(p<0.01),且-8℃和-12℃之间差异不显
著(p>0.05);叶绿素 b(Chlb)含量变化趋势与 Chla
相似;零下低温处理(-4 、-8和-12℃)使总叶绿素
(Chl)含量增加且影响显著(p <0.05),0℃处理时 ,叶
绿素含量 1.046 mg/g(fm),比对照 1.087 mg/g(fm)
减少 3.9%,但方差分析显示 ,差异不显著;0℃时类胡
萝卜素(Car)含量与对照无显著差异 , -4 、-8 和
-12℃比对照分别增加了 27.2%、45.0%和 29.1%(p
<0.05),且这 3个温度梯度之间差异不显著;Chla/
Chlb值随温度的降低呈减小趋势 ,方差分析显示 ,只有
在 -12℃时 Chla/Chlb值与对照有显著差异(p <
0.05);温度胁迫对Car/Chl影响不显著(p>0.05).
2.2　低温胁迫对幼苗渗透调节物质的影响
随着温度的降低 ,叶片中的可溶性糖含量呈上升
趋势(图 1A),差异达极显著水平(p<0.01),其中 0℃
和-12℃处理可溶性糖含量分别比对照组增加15.0%
和 38.4%,但 0℃、-4℃和-8℃处理之间差异不显著
(p>0.05).而根中的可溶性糖含量变化随温度降低呈
现下降趋势 , 各处理与对照之间差异都极显著(p <
0.01), -8℃处理可溶性糖含量最低 , 只有对照的
65.7%;叶片可溶性糖含量都比根系高.
脯氨酸(Pro)是多种植物体内有效的一种亲和性
渗透调节物质 ,对于某些植物而言 ,几乎所有的逆境
(包括干旱 、低温 、高温 、冰冻 、盐害等)都可以造成体内
脯氨酸的累积.从图 1B可见 ,叶片中脯氨酸含量随温
度的降低逐渐增加且极差异显著(p<0.01), -4℃、-
8℃和-12℃处理脯氨酸含量分别为对照的 2.29 、
2.13和 2.48 倍 ,但这 3 个处理之间差异不显著(p>
0.05).0℃处理根系脯氨酸含量比对照减少了 3.9%,
但差异不显著 , -4℃和-8℃处理与对照差异也不显
著 ,当温度降低到 -12℃处理时 , 脯氨酸含量达到
489.84μg/g(dm),为对照的 1.97倍 ,且差异达到极显
著水平(p<0.01).
2.3　低温胁迫对幼苗抗氧化酶系的影响
叶片SOD活性变化见图 2A ,与对照组4℃处理相
比 , -4℃处理叶片中的SOD活性增加了 2.03%,但差
异不显著(p>0.05),其他 0℃、-8℃和-12℃处理组
·123·第 1 期　　　　　 　　　　　 　　　　赖志华等:低温胁迫对长苞铁杉幼苗的生理影响
　图 1　低温胁迫对长苞铁杉根和叶可溶性糖和脯氨酸含
量的影响
Fig.1　Effects o f LTS on the content of sugar and pro-
line on ro ot and leaf of Tsuga longibracteata
SOD 活性均比对照低 ,分别为对照的 82.8%、77.3%
和 61.5%,差异达显著水平(p<0.05).根系 SOD 活
性随温度的降低变化比较复杂 ,呈现先降低后升高再
降低的变化趋势 ,0℃处理 SOD活性为对照的85.2%,
差异显著(p <0.05),其他各处理之间差异不显著(p
>0.05).
POD活性变化如图 2B 所示 , 0℃处理叶片 POD
活性比对照有所增加 ,但差异不显著(p>0.05);-8℃
和-12℃处理 POD 活性分别是对照的 1.30 和 1.76
倍 ,且差异达到极显著水平(p <0.01);-4℃处理
POD活性只有对照的 81.9%.根系-4℃处理 POD活
性1 329.01 U/(mg(pr)·min)比 4℃对照 1 247.53
U/(mg(pr)·min)增加 6.5%,但差异不显著;其他各
处理与对照相比都有所降低 , -8℃处理 POD 活性最
低 ,为 746.28 U/(mg(pr)·min).
2.4　低温胁迫对幼苗膜氧化伤害产物丙二醛
(MDA)含量的影响
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[ 7] .长苞铁杉幼苗 MDA 含量变
化如图 3所示 ,温度降低到 0℃时叶片中的 MDA 含量
比对照增加了 11.3%,差异达显著水平(p<0.05);随
　图 2　低温胁迫对长苞铁杉根和叶 SOD 和 POD活性的
影响
Fig.2　Effects of LTS on the SOD and POD activity ro ot
and leaf of Tsuga longibracteata
　图 3　低温胁迫对长苞铁杉根和叶 MDA 含量的影响
Fig.3　Effects of LTS on the content of MDA on root
and leaf of Tsuga longibracteata
温度的进一步降低 ,膜脂过氧化作用加强 ,MDA 含量
都比对照高 ,经方差分析 ,差异极显著(p<0.01).经方
差分析结果表明 ,根系中的 MDA 含量变化在 0℃处理
时 MDA 含量比对照增加 13.4%,但差异不显著(p>
0.05);随着温度降低 , -4℃处理 MDA 含量比对照增
加 19.2%,且差异达到显著水平(p <0.05);-8℃和
-12℃处理的 MDA 含量虽然比对照分别增加 59.1%
·124· 厦门大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　 　　　　　　　　　2008 年
和 44.6%,差异极显著(p <0.01), -12℃处理时的
MDA 含量虽然比-8℃处理时下降了 ,但是两者之间
没有差异(p>0.05).
3　讨　论
叶片中的光合色素是叶片光合作用的物质基础 ,
环境因子的改变可以引起光合色素的变化 ,大多数植
物在低温情况下叶绿素会受到一定的破坏 ,光合速率
也明显下降 ,但也有例外 ,高山的毛桦在低温期间光合
速率大于低地的同一植物[ 12] .本实验出现了长苞铁杉
幼苗在低温胁迫时 Chla 、Chlb 和 Chl 含量比对照高 ,
说明长苞铁杉幼苗在一定的低温范围内仍然能够保持
较好的生长状况和叶片的光合能力 ,从而表现出对冻
害的一种抵抗力.Chla/Chlb值的变化能反映叶片光合
活性的强弱[ 13] ,低温胁迫下虽然 Chla、Chlb和 Chl含
量比对照高 ,但光合活性降低了.Ca r/Chl值的高低与
植物忍受逆境的能力有关 , 进而引起光合功能的改
变[ 14] .本实验中Car/Chl值随温度变化没有显著差异 ,
说明长苞铁杉幼苗对于低温胁迫有较强的耐受性.
维持质膜稳定性对细胞进行生命活动起到直接影
响作用 ,而植物的抗冷性与质膜组成 、结构及功能稳定
性有关[ 15] .低温胁迫导致某些物质如脯氨酸 、可溶性
糖和可溶性蛋白质含量升高以加强质膜稳定性 ,提高
细胞耐脱水能力[ 16-17] .本试验中 ,叶片可溶性糖和脯
氨酸含量都随温度的降低大量积累 ,加强渗透调控能
力以维持叶片质膜稳定性 ,且二者呈现极显著正相关
(r=0.804 , p <0.01);在达到-4℃及更低温度情况
下 ,长苞铁杉幼苗叶片中脯氨酸含量达到一定水平 ,起
到了渗透调节的作用.根系可溶性糖含量随温度的降
低而下降 ,但变化幅度较小 ,而脯氨酸含量的累积随温
度的变化较为敏感 ,脯氨酸可能更适合作为长苞铁杉
幼苗根系的抗寒指标.
低温胁迫下细胞内自由基代谢平衡被破坏导致自
由基不能被及时清除 ,过剩自由基的毒害之一是引发
或加剧膜脂过氧化作用 ,造成细胞膜系统的损伤[ 18] .
SOD和 POD 能清除组织中的自由基 ,对膜起保护作
用.低温逆境中 SOD 、POD 活性水平与植物的抗寒性
强弱有着十分密切的关系 ,并可以作为植物抗寒性检
测的生理指标[ 19] .本研究表明 ,长苞铁杉幼苗经过低
温锻炼叶片后抗寒能力有所加强 ,但温度降到零下低
温-4℃后 ,细胞膜活性发生严重膜脂过氧化作用 ,幼
苗受到比较严重的冻害 ,从而使 SOD 活性持续下降.
叶片中 POD活性变化与 SOD活性变化呈极显著负相
关(r =-0.908 , p <0.01),但根系中 POD 活性与
SOD活性没有相关性 ,叶片和根系对低温胁迫的调节
及防御方式不同.
低温下 SOD 活性下降使细胞内自由基增加 ,而
POD活性的下降则使 H 2O 2 不能有效清除 ,使 MDA
含量增加[ 20] .本实验研究表明 ,长苞铁杉幼苗叶片中
MDA 含量随温度的降低而增加 , -12℃时 MDA含量
的减少 ,叶片可能已部分受伤;根系 MDA含量与 POD
含量呈极显著负相关(r =-0.696 , p <0.01), 而与
SOD活性没有相关性.叶片比根系中 MDA 含量低可
能与叶片中 Car 能缓解1O2 对细胞的伤害有关[ 21] .长
苞铁杉幼苗在低温胁迫下叶片和根系对细胞膜系统稳
定性具有不同的调控方式.
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Effects of Low Temperature Stresse on Tsuga longibracteata Seedlings
LA I Zhi-hua1 , ZHU Xiao-long1 , LI Zhen-ji1＊ ,WANG Jian-lin2 ,
SONG Ai-qin1 ,GUAN Shao-hua1 ,YANG Wei-wei1 ,
ZH ENG Ling-feng2 ,CA I Chang-tang2
(1.Schoo l o f Life Sciences , Xiamen Unive rsity , Xiamen 361005 , China;
2.Administr ation of Yong′an Tianbaoyan Na tional Natural Reserve o f Fujian , Yong′an 366000 , China)
Abstract:The activities of super oxide dismutase(SOD)and pero xidase(POD), content of pho tosynthetic pigment , pro line , so lu-
ble suga r and malondialdehyde(MDA)in the leave s and ro ots of Tsuga longibracteata seedling w ere studied unde r the simula te low
temperature stress(-12 , -8 , -4 , 0 , 4 ℃).The experimental results indicate tha t w ith decreasing temperature , content of pho tosyn-
thetic pigment in leaf increased , but the ratio o f chlorophy ll a and chlo rophy ll b (Chla/ Chlb)which reflected activity of photo synthe-
sis reduced.There is po sitive cor rela tion betw een proline and soluble sugar w hich increase in the leaves(r=0.804 , p<0.01).Moreo-
ver , osmoregulation in the roo ts depend on cumula tion of pro line because o f the decrease of soluble sugar.The activity o f SOD in the
seedling leave s declined g radually blow -4℃.There is a po sitiv e co rr elation betw een the activities of SOD and POD(r=-0.908 , p
<0.01)in leaf , but w ithout co rrelation in the ro ot.I t also show the comple xity of mechanism which the seedling of Tsuga longi-
bracteata resist the environment st ress.Lowe r content of MDA in leaf may due to the increase o f ca rotenoid(Car)w hich decrease in-
jury o f cell by 1O 2.
Key words:Tsuga longibracteata seedling s;low tempera ture st ressed;phy sio log y
·126· 厦门大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　 　　　　　　　　　2008 年