全 文 ：第 32 卷 第 3 期
2011 年 7 月
华南农业大学学报
Journal of South China Agricultural University
Vol． 32，No． 3
Jul． 2011
收稿日期:2010-11-18
作者简介:王 宁(1979—) ，男，博士研究生，通信作者:苏金乐(1953—) ，男，教授，E-mail:Sujinle@ 163． com
基金项目:河南省科技攻关计划项目(0624070035)
大叶冬青对低温胁迫的生理响应及抗寒性分析
王 宁1，吴 军2，夏鹏云1，苏金乐1
(1 河南农业大学 林学院，河南 郑州 450002;2 河南农业大学 农学院，河南 郑州 450002)
摘要:通过对不同低温处理下大叶冬青 Ilex latifolia叶片内过氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶
(CAT)等保护酶活性、叶绿素(Chl)总量、渗透调节物质可溶性糖(SS)、细胞膜脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量
以及相对电导率的测定，探讨大叶冬青对不同低温胁迫的响应特性和耐寒适应能力．结果表明:随着胁迫时间的延
长，不同低温处理中叶片相对电导率均呈先升后降又升的变化，且半致死温度(LT50)均在 － 11 ℃左右;叶绿素总量
在 0 和 － 6 ℃胁迫下先降后略有上升，而 － 12 和 － 18 ℃处理中则呈一直下降的变化;SOD 和 CAT 活性及 SS 含量
均呈先升后降的变化，且均以 0 和 － 6 ℃处理中上升较为明显;POD活性呈先降后升的变化，以 0 和 － 6 ℃处理上
升明显，而以 － 12 和 － 18 ℃处理下降显著;MDA含量整体呈上升变化，但 24 h内以 － 18 ℃处理的上升最为明显．
关键词:大叶冬青;生理响应;抗寒性
中图分类号:S723 文献标志码:A 文章编号:1001-411X(2011)03-0082-05
Physiological Responses of Ilex latifolia to Low Temperatrure
and Its Cold Tolerance
WANG Ning1，WU Jun2，XIA Peng-yun1，SU Jin-le1
(1 College of Forestry，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China;
2 College of Agronomy，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China)
Abstract:The relative electric conductivity (REC) ，semilethal temperature (LT50)of Ilex latifolia under
low temperature below 0 ℃，and SOD，POD，CAT activity，content of MDA，soluble suger and chlorophyll
were investigated． The results showed that as low temperature stress intensified and time prolonged，the
REC increased at the beginning then decreased，but increased at last． The LT50 was － 11 ℃ or much
lower;The content of chlorophyll decreased at the beginning then increased in 0 and － 6 ℃ treatment，
but decreased at all in － 12 and － 18 ℃ treatment;The content of soluble sugar and SOD and CAT ac-
tivities increased at the beginning then decreased，the greatest changes in 0 and － 6 ℃ treatment;POD
activity decreased at the beginning then increased;The content of MDA decreased at all，but greatest
changes was found in 18 ℃ treatment within 24 h．
Key words:Ilex latifolia;physiological response;cold resistance
低温是限制植物北引的主要环境胁迫因子［1］．
尽管自然界中有许多在自然分布范围以北依然能生
长良好的植物，如火炬松等，但大量研究数据显示低
温(尤其是极端低温)依然是影响植物分布范围的直
接因素［2］．随着全球气候的逐渐变暖，南方树种有望
逐渐向北方地区引种．大叶冬青 Ilex latifolia 是冬青
科冬青属常绿阔叶乔木，主要分布于长江中下游地
区，树形优美，枝叶浓荫，具有较高的观赏价值和经
济价值．对于常绿阔叶树种相对匮乏的北方城市而
言，引种驯化大叶冬青的相关研究越来越受到相关
部门的重视．因此，了解大叶冬青对低温胁迫的响应
特点，并进一步开展其抗寒性评价，具有较高的研究
价值和现实意义．目前，有关大叶冬青抗寒性的相关
研究较少，谢晓金等［3］研究了大叶冬青的半致死温
度(LT50)随采样时期不同而呈现出的动态变化;田
如男等［4］通过模拟自然低温胁迫，测定大叶冬青的
相对电导率，利用 Logistic方程求得其 LT50 ．然而，由
于植物的抗寒性受多因素调控，因此需从多方面对
其进行抗寒性综合评价．为此，本试验通过对不同低
温及时间处理中大叶冬青叶片内过氧化物歧化酶
(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等保
护酶活性、叶绿素总量、可溶性糖(SS)、丙二醛
(MDA)含量以及相对电导率的测定，探讨各指标间
与大叶冬青抗寒性关系，以期了解其对低温的反应
特点，为科学评价大叶冬青的抗寒能力提供理论
基础．
1 材料与方法
1． 1 试验材料及处理
供试材料为 2 年生大叶冬青，由南京市祥园苗
圃基地提供． 2009 年 3 月，移植于河南农业大学林学
院试验场(河南，郑州) ，采用盆栽方式，盆高 26 cm，
口径 21 cm，基质为 V(蛭石)∶ V(珍珠岩)∶ V(草炭)=
1∶ 1∶ 2，进行正常栽培管理． 2009 年 5 月 1 日开始，将
盆栽大叶冬青分别移至不同的 ZPQ-280D 智能气候
箱内进行前期培养(温度 25 ℃，光照时间 8:00—
19:00，光照强度12 000 lx，相对湿度 75% ～ 80%)．
从 2009 年 5 月 15 日开始进行不同低温及时间的处
理，设置 25(对照)、0、－6、－12 和 －18 ℃ 5 种温度，
从 25 ℃开始采用每天下降 3 ℃，直至 6 ℃时，稳定 3
d;再从 6 ℃降温，每次降温 6 ℃，直至 －18 ℃．各项检
测项目设 3个重复，降温结束后进行取样检测，每次取
3盆植株的第 5片叶以上的叶片进行各种分析．
1． 2 相对电导率的测定
参考邹琦［5］的方法，稍有改进．称取打好的小圆
片 0. 5 g 放入 50 mL 的小烧杯中，加入蒸馏水 10
mL，用保鲜膜密封好，用 DSS-120 型电导仪测定 3 次
电导值(E) :1 min 后震荡摇匀测定 E0;在室温下放
置 24 h后，充分摇匀测定 E1;然后，沸水浴中加热 15
min，冷却至室温测定 E2 ． 按以下公式计算相对电
导率:
相对电导率 =(E1 － E0)/(E2 － E0)× 100% ．
测定数据用 SPSS17. 0 统计软件进行非线性回
归分析，将叶片组织在不同低温处理下的相对电导
率随温度的变化用 Logistic方程 Y = K /(1 + ae － bx)拟
合，其中 Y为低温处理下的相对电导率，x 为处理温
度，K、a、b为参数．求该方程的二阶导数并令其为 0，
则可获曲线的拐点 X，即 X = lna /b，在此点低温下叶
片相对电导率的递增效应最大． 此拐点温度作为半
致死温度(LT50)．
1． 3 其他抗寒生理指标的测定
按照文献［6 － 7］，采用蒽酮比色法测定可溶性
糖含量，硫代巴比妥酸法测定 MDA，氮蓝四唑(NBT)
还原法测定 SOD，愈创木酚法测定 POD，紫外吸收法
测定 CAT，叶绿素含量采用 φ为 80%的丙酮法测定．
1． 4 数据处理
数据分析利用 SPSS 统计软件进行相关分析和
方差分析．
2 结果与分析
2． 1 不同低温胁迫过程中大叶冬青相对电导率及
其半致死温度的变化
从图 1 中看出，随着胁迫时间的延长，不同低温
处理下大叶冬青的相对电导率均呈先升后降又升的
变化．至 72 h，与对照相比，－ 12 和 － 18 ℃处理的相
对电导率增加了 62. 56%和 89. 13%，而 0 和 － 6 ℃
处理的变化不明显，说明 － 6 ℃以上低温对大叶冬青
影响较小．
图 1 低温处理后大叶冬青的相对电导率变化
Fig． 1 Changes of relative electric conductivity in Ilex latifolia
leaf under low temperature
38第 3 期 王 宁等:大叶冬青对低温胁迫的生理响应及抗寒性分析
用 Logistic曲线拟合求出的拐点温度(即 LT50)
列于表 1．拐点温度值越低，表明其 LT50越低，即该树
种抗寒性越强［8］． 表 1 中的 R2 为相关指数，是方程
拟合度的度量，它的取值在［0，1］，R2 越大，说明回
归方程拟合数据越好． 表 1 表明不同处理时间低温
胁迫下，大叶冬青的 LT50均在 － 11 ℃左右，且随胁迫
时间的延长，LT50也逐渐降低．
表 1 不同处理时间大叶冬青半致死温度(LT50)的计算
Tab． 1 The LT50 of Ilex latifolia leaf of different periods
t处理 /h Logistic方程1) LT50 /℃
拟合度
(R2)
24 Y = 58． 436 /(1 + 165． 277 e0． 461 x) － 11． 08 0． 986
48 Y = 57． 465 /(1 + 69． 868 e0． 378 x) － 11． 23 0． 997
72 Y = 61． 247 /(1 + 103． 867 e0． 360 x) － 12． 90 0． 973
1)Y为低温处理下的相对电导率，X为处理温度．
2． 2 不同低温胁迫过程中大叶冬青抗寒生理生化
指标的变化
2． 2． 1 叶绿素总量的变化 大叶冬青叶片内叶绿
素总量在 0 和 － 6 ℃处理中呈先降后升，而 － 12 和
－ 18 ℃处理中则呈一直下降变化(图 2a)． 24 h 内叶
绿素总量始终处于下降趋势，至 48 h，0 和 － 6 ℃叶
绿素总量开始回升． 这可能是大叶冬青为了维持正
常的光合作用主动适应低温环境的结果． 当低温胁
迫超过了植物的承受范围，叶绿素含量出现一直减
少的变化．
2． 2． 2 SOD、POD及 CAT活性的变化 SOD活性在
0和 －6 ℃处理中呈先升后降又升，－ 12 和 － 18 ℃处
理中则呈先升后降的变化(图 2b)． 至 72 h，－ 12 和
－18 ℃处理的 SOD活性与胁迫 24 h 相比，分别下降
85. 95%和 87. 39%;与对照相比，0、－ 6、－ 12 和 － 18
℃ 处理的 SOD 活性分别下降 20. 59%、30. 59%、
80. 0%和 82. 94% ．表明在短时间内大叶冬青通过调
节 SOD活性来增加其抗寒性，但随着胁迫的进一步加
剧，其自身调节能力减弱，从而导致低温胁迫伤害．
随着胁迫时间的延长，0 和 － 6 ℃处理的 POD活
性呈先降后升(图2c) ，并分别在胁迫至48和24h出
图 2 不同低温处理下大叶冬青叶片中各项生理指标的变化
Fig． 2 Changes of physiological response in Ilex latifolia leaf under low temperature
现最低值，分别比处理前降低 53. 66%和 65. 92% ．与
对照相比，胁迫至 48 和 72 h，POD活性均以 － 6 ℃处
理为最高，－ 18 ℃处理为最低． 由此说明，短时间和
－6 ℃的胁迫，大叶冬青可维持一定的 POD 活性，随
胁迫时间延长和温度的降低，其活性也随之下降．
CAT活性呈先升后降变化(图 2d) ，上升阶段以 0
和 －6 ℃处理较明显，而下降阶段以 －12 和 －18 ℃处
理明显．至 48 h，各低温处理 CAT 活性依然均高于对
照，至 72 h，－12及 －18 ℃处理低于对照．上述结果表
明，短时间和 － 6 ℃的胁迫，大叶冬青叶片通过提高
CAT活性来提高其抗寒性，随着胁迫时间的延长和温
度的降低，其活性也随之下降，导致低温胁迫伤害．
2． 2． 3 MDA及可溶性糖含量变化 不同低温处理
的 MDA含量均呈上升变化(图 2e) ，24 h 内以 － 18
℃处理最为明显． 胁迫至 72 h，0、－ 6、－ 12 和 － 18
℃处理的 MDA 含量分别比处理前增加了 36. 54%、
39. 84%、52. 25%和 63. 59%;而与对照相比，分别增加
了 35. 44%、43. 69%、58. 90%和 66. 50% ． 由此表明，
48 华 南 农 业 大 学 学 报 第 32 卷
随着温度的降低和胁迫时间的延长，－ 18 ℃处理对
大叶冬青的伤害较大，而 － 12 ℃处理次之．
可溶性糖含量呈先升后降趋势(图 2f) ，其中 0
和 － 6 ℃处理中的下降在 48 h后，而 － 12 和 － 18 ℃
处理的下降则出现在 24 h 后．至 48 h，0、－ 6 及 － 12
℃处理的可溶性糖含量高出处理前 18. 65%、
20. 45% 和 34. 52%，而 － 18 ℃ 处理比处理前低
9. 34% ．与对照相比，至 48 h，0、－ 6 及 － 12 ℃处理
可溶性糖含量分别增加了 23. 78%、14. 59% 和
22. 16%，而 － 18 ℃处理则降低了 10. 81% ． 这表明
短期低温胁迫，大叶冬青通过积累可溶性糖来增强
自身抗寒能力，但随着胁迫时间延长和温度的降低，
持续低温对其造成了伤害．
2． 3 不同低温胁迫过程中大叶冬青各项抗寒生理
指标的相关性分析
从表 2 看出，Chl 与 MDA 之间均呈负相关或显
著负相关，胁迫至24h，Chl与SS、POD呈显著正相
表 2 不同低温胁迫下大叶冬青叶片各项指标的相关性分析1)
Tab． 2 Correlation analysis of the indicators in Ilex latifolia
under low temperature stress
t处理 /
h
指标 Chl总量 MDA
可溶性
糖(SS)
膜透性
(MP)
SOD POD
24 MDA － 0． 819
SS 0． 929* － 0． 844
MP － 0． 922* 0． 905* 0． 896*
SOD 0． 680 0． 232 0． 441 0． 382
POD 0． 903* － 0． 643 － 0． 680 － 0． 792 － 0． 831*
CAT － 0． 718 0． 257 0． 452 0． 491 0． 961＊＊－ 0． 896*
48 MDA － 0． 893*
SS 0． 902* － 0． 436
MP － 0． 336 0． 616 － 0． 858
SOD 0． 615 － 0． 792 － 0． 033 － 0． 175
POD 0． 783 － 0． 753 － 0． 342 0． 232 0． 552
CAT － 0． 518 0． 264 0． 743 － 0． 704 － 0． 572 － 0． 647
72 MDA － 0． 898*
SS 0． 976＊＊ － 0． 938*
MP － 0． 931* 0． 715 － 0． 904*
SOD 0． 984＊＊ 0． 922* 0． 996＊＊ － 0． 912*
POD 0． 904* － 0． 902* 0． 970* － 0． 873 0． 948*
CAT 0． 676 － 0． 287 0． 574 － 0． 853 0． 614 0． 497
1)* 表示在 0. 05 水平上显著相关 ，＊＊ 表示在 0. 01 水平
上显著相关．
关，与膜透性(MP)呈显著负相关，MP与 MDA、SS 之
间呈极显著正相关，POD与 SOD、CAT之间呈显著相
关，SOD与 CAT之间极显著正相关． 在低温胁迫下，
膜脂过氧化的加剧，致使植物渗透调节物质合成速
度减小，渗透调节能力降低，Chl含量下降，致使植物
生成机制遭到破坏．
至 48 h，MDA与 SS、SOD、POD负相关，与 MP和
CAT正相关，说明在这个过程中 SS、SOD、POD 的协
同作用有效地保护了 MDA 对大叶冬青细胞膜的伤
害．至 72 h，MDA 与 MP、SOD 正相关，与 SS、POD、
CAT负相关，说明 SS、POD、CAT 在这个过程中起着
重要的作用．表明在整个低温胁迫过程中，这些物质
都不能有效清除 MDA对细胞膜的伤害，不同物质在
不同阶段对 MDA直接清除作用是不同的．
3 讨论与结论
3． 1 不同低温处理中MDA含量及相对电导率与大
叶冬青的抗寒性
低温条件下植物体内超常积累活性氧自由基，
引起膜脂过氧化导致冷伤害［9］，此伤害最明显的变
化之一就是积累了大量的膜脂过氧化产物 MDA． 因
而 MDA的产生量成了鉴别和了解低温胁迫对生物
膜危害程度的重要指标之一． 本试验中，24 h 内以
－ 18 ℃处理 MDA含量增加最为明显，而其他 3 种温
度处理不明显，说明此时间大叶冬青通过自身调节
来适应 － 12 ℃低温的胁迫，从而减少对其造成低温
伤害．
电解质的外渗则导致了电导率的加大［10］．本试
验中相对电导率随胁迫时间延长呈现先升后降再升
的变化．胁迫至 72 h，与对照相比，－ 6 ℃处理的电导
率变化不明显，说明在 － 6 ℃低温下胁迫 72 h 并未
对大叶冬青叶片造成伤害． LT50均在 － 11℃左右，说
明大叶冬青具有一定抗寒性，这与前人研究结果［5］
相似．
3． 2 不同低温处理中保护酶活性与大叶冬青的抗
寒性
许多研究表明 SOD、CAT 的活性与植物抗逆性
有关系，在适度逆境诱导下 SOD、CAT的活性增加以
提高植物适应力［11］．在强度胁迫试验中，酶活性一般
随胁迫增加而增加，或者是先增加后降低的基本势
态［12］．本研究表明，不同温度降幅下 SOD、CAT 活性
变化属于后者．在一定的低温范围内，大叶冬青通过
58第 3 期 王 宁等:大叶冬青对低温胁迫的生理响应及抗寒性分析
酶活性的增加提高适应低温胁迫的能力． 但当胁迫
超过其忍受范围，保护酶活性不再增加反而下降，说
明其忍受低温的能力是有限的．与 0 和 － 6℃处理相
比，－ 18 ℃处理中酶活性下降最为明显，－ 12 ℃处
理次之，说明 － 18 ℃超过了大叶冬青的忍受范围，而
－ 6℃低温对其造成的影响较小．
3． 3 不同低温处理中可溶性糖含量、叶绿素总量与
大叶冬青的抗寒性
低温条件下，植物通过体内各种渗透调节物质
的积累，维持细胞内外的渗透平衡，从而提高植物的
抗寒能力［13］．可溶性糖作为植物体内重要的渗透调
节物质，其含量变化与植物的抗寒性必然密切相关．
本研究中，0 和 － 6℃处理中，可溶性糖的下降出现在
48 h后，且下降幅度较小，说明大叶冬青通过渗透调
节物质的增加能够适应此低温胁迫． 而 4 种低温处
理中，以 － 18 ℃处理中在 24 h 后的下降最为明显，
说明此条件超过其能忍受低温的范围．
常绿阔叶植物在越冬期间叶绿体形态结构发生
明显变化，叶绿体数目较少，叶绿素含量降低［14］． 本
试验中，0 和 － 6℃处理中叶绿素总量先下降后上升
的变化，说明大叶冬青通过自身调节能够完全适应
－ 6 ℃以上的低温胁迫．
相关性分析结果表明，各项抗寒指标间存在较
好的相关性，但由于植物的抗寒性受多因素调控，因
此对其抗寒性评价也需要是多方面的，采用多种方
法相互加以印证，才能得到更加完善的结论．
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【责任编辑 李晓卉】
68 华 南 农 业 大 学 学 报 第 32 卷