全 文 ：低温胁迫下角果木幼苗的生理响应
刘锴栋， 陈 燕， 袁长春， 成夏岚， 钟军弟
（湛江师范学院生命科学与技术学院， 广东 湛江 524048）
摘 要：以红树植物角果木（Cerops tagal）幼苗为材料，研究 5℃低温胁迫对其叶片超氧阴离子自由基（O2-·）和 H2O2含量，超氧
化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性以及可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛（MDA）含量等的影响。结果表明：
随着胁迫时间的延长，O2-·含量、CAT 活性均表现出先升后降再升的趋势；SOD 活性、POD 活性、H2O2含量、MDA 含量、可溶性蛋白
含量呈现出先升后降的变化趋势；脯氨酸含量呈现波浪式上升的趋势。综合多个抗寒生理指标的变化，表明角果木幼苗在 5℃低温
环境中，能通过自身的抗寒体系进行自我修复，基本维持正常生长。
关键词：低温胁迫； 角果木； 生理响应
中图分类号：S718 文献标识码：A 文章编号：1004-874X（2012）17-0046-04
Physiological response to low temperature stress
in Cerops tagal seedlings
LIU Kai-dong, CHEN Yan, YUAN Chang-chun, CHENG Xia-lan, ZHONG Jun-di
(Life Science and Technology School, Zhanjiang Normal University, Zhanjiang 524048, China)
Abstract： The effects of low temperature stress at 5℃ on seedlings of mangrove Cerops tagal was conducted in this paper. The
changes of cold resistant physiological index such as the content of superoxide anion free group (O2-·), the content of H2O2, superoxide
dismutase(SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT) activity, the content of soluble protein, proline and malondialdehyde (MDA) were
measured. The results showed that as low temperature stress intensified and time prolonged, the content of O2-· and the activity of CAT
first increased then decreased, and increased at last; the activity of SOD, POD and the content of H2O2, MDA, soluble protein increased at
first, then decreased; the content of proline increased wave upon wave. The changes of cold resistant physiological index showed that
Cerops tagal seedling could repair itself by its own cold resistant system to maintain normal growth at 5℃ low temperature environment.
Key words： low temperature stress; Cerops tagal; physiological response
红树林是生长于热带、 亚热带陆地与海洋交界的海
岸滩涂，是陆地向海洋过度的特殊生态系统 [1]，具有维护
湿地生态系统、预防和减少风浪灾害、促淤保滩、净化大
气与海洋环境、维护海岸景观等重要生态功能 [2]。
角果木（Ceriops tagal）是热带红树林的主要组成树种
之一，属于嗜热广布种，自然分布于我国海南岛，广东和
广西沿海也有小片分布[3]。 在过去的 50年里，围海造田与
海岸经济的快速发展导致全国红树林面积减少了 50％以
上 [4]，为保护和修复海岸带红树林资源，我国已陆续在各
地建立红树林自然保护区，并鼓励在宜林的滩涂引种，扩
大种植面积。 近十几年，我国红树林的人工造林和北移引
种造林工作取得了一定的成效， 部分红树植物的人工造
林技术已初步形成；但至今为止，角果木的人工繁殖和北
移引种工作仍然进展缓慢。 低温是限制红树林向高纬度
分布的重要因子，大多数红树种类（包括角果木）对低温
比较敏感，降温、不定期的寒冷或霜冻对其生长和分布有
着重要影响[5]。 这一现象严重影响了角果木的人工繁殖和
北移引种。
目前，有关角果木抗寒性及生理方面的研究还少有报
道。因此本研究通过对低温冷害胁迫下角果木幼苗超氧阴
离子自由基（O2-·）和、H2O2含量，超氧化物歧化酶（SOD）、
过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性，可溶性蛋
白、脯氨酸、丙二醛（MDA）含量等抗寒性生理指标的测
定，探讨各指标间与角果木幼苗叶片的抗寒性关系，以期
科学评价角果木的抗寒能力，为促进角果木的人工繁殖和
北移引种造林提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验所用材料取自广东省徐闻县官曹海岸红树林。采
集其中的角果木胚轴，种植在花盆中，每盆 10 株，共 48
盆；盆钵直径 40 cm，高 30 cm，每盆装生长地的滩涂泥 20
kg；扦插后约 30 d 出芽，待幼苗生长 6 个月，长出 4 片成
熟叶片时进行处理。
1.2 试验方法
1.2.1 处理方法 将幼苗分别置于 25℃（CK） 和 5℃的光
照培养箱内（光照设置为白天 12 h、夜间 12 h，相对湿度
保持在 70%左右， 光照强度 4 000 lx）， 分别于 0、12、24、
收稿日期：2012-07-05
基金项目：国家自然科学基金（31201586）；广东省科技计划项
目（2008B020300001）；广东高校优秀青年创新人才培养计划项目（LY
M11087）；湛江市科技攻关计划项目（2011C3106019，2012C3102019）；
湛江师范学院青年科研基金（QL0911）
作者简介：刘锴栋（1982-），男，硕士，讲师，E-mail：liukaidong20
01@126.com
通讯作者：陈燕（1962-），女，硕士，副教授，E-mail：yanch211@
163.com
广东农业科学 2012年第 17 期46
DOI:10.16768/j.issn.1004-874x.2012.17.064
400
350
300
250
200
150
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AT
活
性
(U
/g·
m
in
， F
W
) 5℃
CK
0 12 24 36 48 60 72 84
处理时间（h）
图 5 低温胁迫对角果木幼苗叶片 CAT 活性的影响
140
120
100
80
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20
0
SO
D
活
性
(U
/g·
m
in
， F
W
） 5℃
CK
0 12 24 36 48 60 72 84
处理时间（h）
图 3 低温胁迫对角果木幼苗叶片 SOD 活性的影响
600
500
400
300
200
100
0
H
2O
2
含
量
(μ
g/
g，
FW
) 5℃
CK
0 12 24 36 48 60 72 84
处理时间（h）
图 2 低温胁迫对角果木幼苗叶片 H2O2含量的影响
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
O 2
- ·
含
量
(μ
g/
g，
FW
)
0 12 24 36 48 60 72 84
处理时间（h）
图 1 低温胁迫对角果木幼苗叶片O2-·含量的影响
5℃
CK
36、48、60、72、84 h 剪取对照和处理的相同叶位的叶片测
定各项抗寒性相关生理指标。 每个处理 3次重复。
1.2.2 生理指标测定 O2-·含量测定参照王爱国等 [6]的羟
胺氧化反应方法；H2O2 含量测定参照 Ferguson 等 [7]的方
法；SOD、CAT、POD活性测定以及可溶性蛋白质含量测定
参照李合生等 [8]的方法；用考马斯亮蓝 G-250 染色，以牛
血清蛋白作标准曲线，在 595 nm 处测定光吸收值；脯氨
酸含量测定采用茚三酮比色法，参照张志良等 [9]的方法；
MDA含量测定参考 Health等[10]的方法。
1.3 数据处理
采用 Microsoft Excel 2003 软件对数据进行处理和绘
图， 采用 DPS 7.5 统计分析软件对数据进行处理， 采用
Duncan新复极差法进行差异显著性检验。
2 结果与分析
2.1 低温胁迫对角果木幼苗叶片 O2-·和 H2O2含量的影
响
在低温胁迫初期，角果木幼苗叶片 O2-·的含量随胁迫
时间的延长而急剧增加， 在 24 h 时达到最高， 是对照的
7.71倍（图 1）。 而在处理后期，含量开始下降。 在 24~36 h
和 48~60 h 之间下降速度较快， 处理 60 h 后 O2-·含量略
有回升。在低温胁迫各个时间点的 O2-·含量均显著高于对
照。从图的走势看，在低温胁迫 24 h后角果木体内的某些
物质对 O2-·的清除速率有所增加。
从图 2可以看出， 角果木幼苗叶片的 H2O2含量随着
低温胁迫处理时间的延长而不断积累， 到 48 h 达到最大
值，此后缓慢下降并维持在一个相对稳定的状态。
2.2 低温胁迫对角果木幼苗叶片保护酶活性的影响
2.2.1 低温胁迫对角果木幼苗叶片 SOD活性的影响 SOD
作为清除 O2-·的重要酶类，其活性大小可以反映细胞对逆
境的适应能力[11]。如图 3显示，低温胁迫下，SOD活性呈先
上升后缓慢下降的变化规律，在 36 h 时，SOD活性达到峰
值，随后呈下降趋势。 在培养至 72 h 时，SOD活性降至对
照水平。
2.2.2 低温胁迫对角果木幼苗叶片 POD活性的影响 POD
也是植物对膜脂过氧化的酶促防御系统中一种重要保护
酶，其主要作用是催化过氧化物分解，从而降低其对膜的
伤害作用，提高植物的抗逆性 [11]。 如图 4 显示，低温胁迫
下，POD活性也和 SOD一样，呈先急剧上升后下降的变化
趋势，且整个处理期间都高于对照。 在 48 h 时，POD活性
达到最大值，是对照的 2.36倍。
2.2.3 低温胁迫对角果木幼苗叶片 CAT 活性的影响 从
图 5可以看出，低温胁迫下，角果木幼苗叶片中的 CAT活
性呈现先迅速上升、后急剧下降、再缓慢上升的趋势。 胁
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PO
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， F
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) 5℃
CK
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处理时间（h）
图 4 低温胁迫对角果木幼苗叶片 POD 活性的影响
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0.08
0.07
0.06
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0.04
0.03
0.02
0.01
0
M
DA
含
量
（ μ
g/
g，
FW
） 5℃
CK
0 12 24 36 48 60 72 84
处理时间（h）
图 8 低温胁迫对角果木幼苗叶片 MDA 含量的影响
16
14
12
10
8
6
4
2
0
脯
氨
酸
含
量
(μ
g/
g，
FW
) 5℃
CK
0 12 24 36 48 60 72 84
处理时间（h）
图 7 低温胁迫对角果木幼苗叶片脯氨酸含量的影响
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0可
溶
性
蛋
白
质
含
量
(m
g/
g)
0 12 24 36 48 60 72 84
处理时间（h）
图 6 低温胁迫对角果木幼苗叶片可溶性蛋白质含量的影响
5℃
CK
迫初期，CAT 活性在 24 h 时达到了最大值并显著高于对
照；随后急剧下降，在 48 h时甚至显著低于对照；48 h 后，
CAT 活性缓慢上升并达到相对稳定的状态。 CAT 活性出
现峰值的时间分别比 SOD、POD提前了 12、24 h。
2.3 低温胁迫对角果木幼苗叶片可溶性蛋白质和脯氨酸
含量的影响
细胞可溶性蛋白质是植物代谢的主要调控和促进物
质，其含量的变化反映了植物合成和代谢的能力[12]。 从图
6 可以看出，随着低温胁迫处理时间的延长，角果木叶片
的可溶性蛋白质含量呈现先急剧上升后缓慢下降的趋
势，并在处理的第 24 h 出现最大值，是对照的 5.26 倍，24
h 后可溶性蛋白质的含量趋于平稳状态。 在处理的 84 h
内低温处理植株始终显著高于对照植株。
植物体内游离脯氨酸是作为细胞质的渗透调节物质
在植物对抗低温胁迫时起到平衡细胞代谢的作用， 以保
持细胞内环境的相对稳定， 还可直接影响蛋白质的稳定
性，其含量的增加和积累有利于提高植物抗寒性[13]。 由图
7 可知，低温胁迫下，角果木幼苗叶片中的游离脯氨酸含
量呈波浪形上升趋势，处理时间为 84 h 时，脯氨酸含量达
到最高值。
2.4 低温胁迫对角果木幼苗叶片MDA含量的影响
MDA 常被用于指示氧化胁迫下膜脂过氧化的程度，
MDA的积累可能对膜和细胞造成伤害[12,14]。 从图 8可以看
出， 随着低温胁迫处理时间的延长， 角果木幼苗叶片的
MDA 含量呈现先上升后缓慢下降的趋势， 并在 48~84 h
间达到一个稳定的状态。
3 结论与讨论
3.1 低温胁迫下角果木幼苗叶片活性代谢特征
正常情况下，活性氧、自由基和清除它们的酶类和非
酶类物质维持平衡状态。 一旦这种平衡遭到破坏，自由基
便积累， 植物的这种氧化损伤通常在胁迫条件下得到加
强 [15-16]。 本研究发现，5℃低温处理对角果木叶片产生一定
程度的氧化损伤， 这可以由低温胁迫 24 h 内导致的超氧
阴离子自由基含量的急剧增加得到证实。
低温胁迫后， 植株活性氧产生与清除的平衡被打破，
植株自身保护机制启动， 主要表现为诱发植物防御体系
的建立，活性氧清除系统酶活性增强，从而避免或减轻活
性氧对植物的伤害。 SOD、POD、CAT 3 者协调作用，共同
组成植物主要的保护酶， 清除植物体内需氧细胞在代谢
过程中产生一系列活性氧簇 （ROS）, 提高植物对胁迫的
适应性 [14,17]。 SOD 可以催化 O2-·生成 H2O2 和 O2，POD 和
CAT 可以催化 H2O2分解为 H2O 和 O2，从而减轻逆境下对
细胞膜的伤害[18]。
本研究表明，低温胁迫初期（0~24 h），角果木幼苗叶
片 SOD、POD、CAT 活性均上升， 同时 O2-·和 H2O2的含量
也相应升高，且 O2-·的含量的上升幅度明显高于 3 种保护
酶的上升幅度， 表现出活性氧代谢和保护酶活性共同升
高的趋势， 这是植物细胞对低温胁迫的一种保护性应激
反应。 主要的原因可能是在低温胁迫下，尽管叶片中部分
抗氧化酶活性上升， 但这并不意味着清除活性氧的能力
也同步升高， 因为活性氧的清除需要整个防御系统的协
调作用；此外还可能由于在低温胁迫下，活性氧的过量生
成超过了防御系统的清除能力，引起膜脂过氧化，导致膜
系统的损伤[19-20]。
随着低温胁迫时间的延续，SOD、POD、CAT 活性分别
在处理后的 36、48、24 h 达到峰值，而 24 h 后，O2-·的含量
则开始下降， 这说明 SOD、POD、CAT 在 24 h 后对 O2-·的
清除起到一定的作用。 3种保护酶活性的增加也提高了角
果木适应低温胁迫的能力。与此同时，H2O2含量在 48 h时
达到最大值，这可能由于 SOD催化 O2-·生成了许多 H2O2。
在低温胁迫 48 h 后，H2O2含量下降， 这可能由于 POD 活
性在 48 h达到最大值，促进了 H2O2的分解。此后，H2O2含
量变维持在一个相对稳定的平衡状态， 这可能由于 POD
和 CAT 活性在 48 h 后不断下降， 导致催化 H2O2分解为
H2O和 O2的速度下降。
随着低温胁迫时间的不断延长，SOD、POD、CAT 活性
均呈现下降趋势， 也就是说当低温胁迫超过角果木忍受
范围的时候，3 种保护酶活性不再增加反而下降， 说明其
48
忍受低温的能力是有限的。
3.2 低温胁迫下角果木幼苗叶片膜脂过氧化特征
膜脂过氧化作用涉及到多种活性氧及酶促和非酶促
保护系统的复杂平衡关系， 活性氧的清除需要整个防御
系统的协调作用[14]。由于这些氧自由基在植物体内的过量
积聚会攻击生物膜中许多不饱和脂肪酸引发脂质过氧化
反应， 形成脂质过氧化物 MDA，MDA 对细胞膜和细胞中
的许多生物功能分子有很强的破坏作用。 它能与膜上的
蛋白质氨基酸残基或核酸反应生成 Shiff 碱， 引起蛋白质
分子内和分子间的交联，降低膜的稳定性，引起质膜透性
的升高，促使膜的渗漏，使细胞膜的结构、功能紊乱，严重
时导致细胞死亡 [21-22]。 本研究表明，伴随氧自由基含量不
断增加的同时，角果木幼苗叶片内的 MDA 含量也大幅增
加，说明角果木幼苗在低温胁迫下，细胞发生了膜脂过氧
化作用。 但在胁迫后期（60~84 h），MDA 含量基本维持在
一个稳定的浓度，这表明植株通过自身生理代谢的调节，
使体内膜脂过氧化过程达到了一个新的动态平衡状态。
而此时 SOD、POD、CAT活性均呈现下降趋势，这可能由于
MDA 的适当积累反过来抑制了 SOD、POD、CAT 的活性，
致使膜系统受到一定程度的损伤。
可溶性蛋白和游离脯氨酸都是植物细胞内重要的渗
透调节物质， 它们通过调节渗透浓度来启动脱落酸的形
成，诱发蛋白质的合成，对缓解植物体内在逆境条件下的
伤害起重要的调节作用[14,17]。研究表明，玉米植株脯氨酸含
量变化与耐寒性关系密切[23]。本研究结果显示低温胁迫导
致可溶性蛋白先上升后下降， 然后维持在一个相对稳定
的含量较高的状态以及游离脯氨酸的含量呈波浪上升的
趋势， 特别是可溶性蛋白的含量在达到最高点以后的一
段时间内都显著高于对照。 这说明可溶性蛋白的大量积
累和脯氨酸的增加是角果木幼苗对低温胁迫适应性的反
应，并在一定程度上缓解低温对植株的伤害。
综上所述， 低温胁迫导致角果木幼苗叶片细胞内活
性氧的失衡，24~48 h 是角果木幼苗对低温胁迫响应的一
个拐点，在这一时段前，角果木幼苗可以通过体内渗透调
节物质、 保护酶活性等共同的调节来适应低温胁迫并提
高植株保护功能，即通过提高 SOD、POD、CAT等保护酶的
活性， 增加可溶性蛋白质和脯氨酸的含量等来抵御低温
的胁迫，长时间（60~84 h）的低温胁迫后，保护酶的活性下
降，O2-·和 MDA 的含量仍然较高，这对角果木会造成一定
的伤害。
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