全 文 ：文章编号:1000-1573(2006)04-0044-04
低温胁迫对青榨槭幼树抗寒指标的影响
缴丽莉1 , 　倪志云2 , 　路丙社1 , 　白志英1 , 　周如久1 , 　冯　蕾3
(1.河北农业大学 园林与旅游学院 , 河北 保定 071000;2.河北省林业局 , 河北 石家庄 050000;
3.衡水学院生物系 , 河北 衡水 053000)
摘要:以 3 年生青榨槭幼树 1年生枝条为材料 ,测定了不同冷冻处理条件下细胞超氧化物歧化酶(SOD)和过氧
化物酶(POD)活性 、丙二醛(MDA)含量以及枝条的相对电导率。结果表明:随着温度下降 , 细胞 SOD和 POD酶
活性均呈现先升高后下降的趋势 ,MDA 含量随温度降低逐渐升高;枝条相对电导率随处理温度降低呈“S”形上
升。相对电导率结合 Log istic方程推算的青榨槭低温半致死温度(LT 50)为-29.93℃, 与枝条恢复生长试验结
果基本一致 ,因此 , 相对电导率可以作为测定青榨槭低温半致死温度简洁 、有效的生理指标。
关　键　词:青榨槭(Acer davidii F ranch.);相对电导率;低温半致死温度;抗寒性
中图分类号:S 664　　　　　　　　文献标识码:A
Effects of low temperature on cold-resistance of David maple
JIAO Li-li1 , NI Zhi-yun2 , LU Bing-she1 , BAI Zhi-ying1 , ZHOURu-j iu1 , FENG Lei3
(1.College of Landscape A rchitecture and Tourism , Agricultural Univ ersity of Hebei , Baoding 071000 , China;
2.Forestry Bureau of Hebei Province, Shijiazhuang 050000 , China;
3.Biology Department , Hengshui University , Hengshui 053000 , China)
Abstract:Under the low temperature t reatments , the activities of SOD and POD , the content of
Malondialdehyde (MDA)and the relative electroly te leakage percentage of David maple s(Acer da-
vidii)sticks were studied in the paper.I t show ed that the activities of SOD and POD in membrane
increased early and decreased later;the content of MDA increased , and the relative electric conduc-
tivity increased as a S-curves with the temperature decreased.According to the Logistic equation ,
we could calculate the semi-lethal temperature (L T 50)for david maple s one -year stick w as
-29.93℃, which is in ag reement wi th the recovery test result , which may be an important index
of cold resistance in David maple.
Key words:David maple;electroly te leakage;semi-lethal temperature(L T 50);cold resistance
　　植物对低温的抗性因种类而异。目前 ,国内外
评定林木抗寒性的主要指标包括形态指标 、理化指
标以及代谢指标等[ 1] 。细胞膜结构的稳定性是植物
抗寒性关键 ,环境变化引起的具有强氧化性的超氧
化物自由基积累 ,可导致膜系统损伤和破坏;细胞内
超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)等保护
酶可清除体内自由基和活性氧 ,以保护膜系统不受
伤害[ 2] 。相对电导率是反映细胞质膜透性的指标 ,
相对电导率达 50%的低温点可以直观估测植物的
半致死温度(LT 50);利用相对电导率结合 Logistic
　收稿日期:2005-12-06
作者简介:缴丽莉(1978-),女 , 河北廊坊人 ,在读硕士生.
通讯作者:路丙社(1965-),男 , 河北新乐人 ,博士 ,副教授 , 主要从事阿月浑子和园林植物引种研究.
第 29卷第 4期
2 0 0 6年 7月
河 北 农 业 大 学 学 报
JOURNAL OF AGRICU LT URAL UNIVERSI TY OF HEBEI
　 　 Vol.29 No.4
Jul .2 0 0 6
曲线方程推导的低温半致死温度更能准确地反映植
物抗寒能力和所能耐受的低温极限 ,这已在刺槐 、栀
子等植物抗寒性研究方面广泛应用[ 3-6] 。
青榨槭(Acer davidii Franch.)是槭树科槭树属
落叶乔木 ,树形优美 、生长快 ,树皮花纹奇特 ,秋叶变
红 、橙 、紫色 ,是北方城市园林极具应用前景的绿化
和观赏树种 。目前仅有对其形态和应用的简单介
绍[ 7] ,而有关抗寒程度及相关生理指标的研究至今
尚未见报道。本研究对其低温胁迫下抗寒生理指标
进行了测定 ,以期为青榨槭在北方推广应用提供理
论依据。
1　材料与方法
1.1　材料
以 3年生青榨槭幼树为材料。选取生长一致的
1年生休眠枝条中段 ,剪成 15 cm 枝段 ,洗净擦干 ,
分 7组装入聚乙烯袋中 ,置于低温冰柜(海尔 , BD-
255LTB)中分别以每 1 h 降低 2.5℃的速度降温到
设定温度(-5 、-10 、-15 、-20 、-25和 -30℃),
冷冻处理 24 h。以 5℃冰箱中保存的枝条为对照
(CK)。每处理各树种枝条 30段 ,3次重复。
1.2　方法
1.2.1　超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定　采用
NBT 光还原法[ 8] 。
1.2.2　过氧化物酶(POD)活性的测定　采用愈创
木酚显色法[ 9] 。
1.2.3　MDA 含量测定　采用 TBA比色法[ 10] 。
1.3　相对电导率的测定及低温半致死温度的计算
将冷冻后枝条剪成 2 cm小段 ,称重后按每克材
料加 10 mL 无离子水于三角瓶中 , 真空渗入 10
min ,静置 24 h 后用 DDS -IIA 型电导仪测定电导
值;之后将三角瓶封口放入 98℃烘箱 1.5 h , 取出静
置 24 h后测定总电导值 ,并以此作为终电导值计算
相对电导率 。相对电导率=初电导率 终电导率×
100%。将相对电导率用 Logist ic 方程拟合该曲线
出现拐点时的温度 ,以此作为枝条组织的半致死温
度 。
1.4　生长恢复实验
分别取冷冻处理后的枝段插入水瓶中 ,置于培
养箱中(温度 25℃,湿度 85%),半月后 ,检查枝条生
长情况[ 5] 。
2　结果与分析
2.1　冷冻处理对 SOD活性的影响
冷冻处理对 SOD活性的变化如由表 1 所示。
随着冷冻处理温度的降低 ,SOD活性呈现先上升后
下降的趋势 。5℃时 SOD活性为 87.33 , -10℃时
上升到 108.80 , -15℃时 SOD 活性达最大值 ,较
5℃(CK)升高了 24.58%;处理温度继续降低时 ,
SOD活性开始下降 , -25℃时 SOD活性与5℃时几
乎相同 , -30℃时 SOD活性降至最低值 66.27。低
温胁迫初期 , SOD活性上升 ,是植物细胞对低温胁
迫的一种保护性应激反应;随着冷冻温度的进一步
降低 ,SOD活性下降 ,表明低温胁迫对 SOD酶产生
了伤害 。
表 1　冷冻处理后枝条酶活性及 MDA含量变化
Table 1　Changes of enzyme activity and MDA content in sticks under low temperature
酶
Enzyme activity
温度 ℃　Temperature
CK -5 -10 -15 -20 -25 -30
SOD活性 U 87.33±1.70 98.87±3.25 108.80±4.92 96.87±3.72 90.87±1.13 88.07±1.80 66.27±3.84
POD活性 U 0.886±0.100 1.307±0.083 1.510±0.144 1.819±0.120 1.715±0.092 0.830±0.094 0.735±0.201
M DA含量
(μmol·g -1 FW) 0.414±0.031 0.477±0.010 0.569±0.026 0.878±0.038 0.467±0.013 0.511±0.019 0.779±0.008
2.2　冷冻处理对 POD活性的影响
POD 是防止膜脂过氧化的主要酶 ,在低温胁迫
下能够保持膜的完整性 ,具有分解 H2O 2 的作用 。
表1 的结果表明:POD 活性变化规律与 SOD 活性
变化规律几乎一致 ,但 POD 活性最大值出现在 -
15℃,而后迅速下降 , -30℃达最低值。5℃时POD
活性为 0.886 ,而后逐渐上升 ,在 -10℃时 POD 活
性比 5℃时 POD活性上升了 70.43%,当温度降到
-15℃时 , POD 活性比 5℃ 时 POD 活性上升了
105.30%;当温度降低到-25℃时 POD活性与 5℃
时 POD活性几乎相同 ,但比-15℃时 POD活性降
低了 54.37%;-30℃时 POD 活性最低为 0.735 ,
比-15℃时 POD活性降低了 59.43%。
2.3　冷冻处理对MDA含量的影响
MDA 是膜脂过氧化作用的最终产物 ,也是膜
系统受害的重要指标之一 。由表 1 可知 , CK 的
45　第 4期　 缴丽莉等:低温胁迫对青榨槭幼树抗寒指标的影响
MDA含量为 0.414;-5℃时 MDA 含量比 CK 的
MDA含量增加了 12.80%;在-10℃时 MDA 含量
相对 CK的 MDA 含量增幅为 37.44%;当温度降低
到-15℃时 ,MDA 含量达到 0.878 ,比 CK 的 MDA
含量增加了 112.08%,为本次试验冷冻处理后枝条
MDA 含量的最大值 , 在 -30℃时 MDA 含量为
0.779 ,比-15℃时 MDA 含量略降低了 11.28%。
MDA含量变化表明 ,低温胁迫下 ,脂质发生过氧化
作用细胞膜受损 ,低温胁迫越深 ,细胞膜脂过氧化作
用增强 ,致使细胞膜受损程度越大 。
2.4　冷冻处理对相对电导率的影响
冷冻处理后青榨槭枝条相对电导率变化情况如
图 1 所示 , 其变化趋势呈 “S”形曲线 。在 -5 ～
-15℃的降温过程中 ,相对电导率增加缓慢 , -5 、
-10和-15℃的相对电导率分别比 5℃时增加了
5.85%、7.17%、9.74%;在-15 ～ -30℃的降温过
程中 ,相对电导率增加幅度较大 , -20 和-30℃时
出现 2个增加高峰 ,分别比 5℃时提高了 18.31%和
342%,相对电导率的大幅增加 ,说明细胞膜受到了
明显伤害 。
目前 ,以电解质渗透率达 50%时的温度作为半
致死温度(简称 L T 50)是国内外确定半致死温度的
简洁方法[ 2 , 3] 。本试验中 , -30℃时青榨槭枝条相
对电导率为 50.94%,说明其低温半致死温度约在
-30℃左右。
图 1　冷冻处理 24 h后枝条相对电导率的变化
Fig.1　Changes of relative leakage of
electrolytes in sticks after twenty-four
hour freezing resistance
为准确确定人工冷冻处理后青榨槭枝条半致死
温度 ,将相对电导率按 Rajashekar 的方法[ 5] 拟合成
Logistic方程:
y =k (1+ae-bt) (1)
式(1)中 y 为相对电导率;t 为温度梯度;k 为
极限相对电导率 ,为 100%;a和b 为待定系数。
对式(1)求二阶导数 ,并令其为零 ,得式(2):
t=lna b (2)
式(2)为相对电导率随温度下降而增加最快时
的温度 ,即 LT 50(或组织崩溃点)。
依据式(1)和(2)计算得相对电导率 Logistic方
程为:
y =1 (1+7.769e-0.061 85 t) (3)
相对电导率相关系数在 0.97以上 ,其半致死温
度为-29.32℃,说明采用相对电导率拟和 Logistic
曲线方程描述人工冷冻处理后枝条伤害过程效果较
好 。
2.5　冷冻处理后枝条生长恢复情况
树木受冻害后是否存活 , 主要是通过芽对冻害
的敏感性反映出来的 ,用枝条受冻害后是否存活来
估价树木伤害程度是最直接的方法[ 6] 。由图 2 可以
看出 ,低温处理后枝条存活率和发芽率均降低 ,说明
芽和枝条均受到不同程度的伤害 ,发芽率的下降幅
度普遍大于枝条存活率的下降幅度 ,说明芽对低温
伤害较枝条对低温伤害更敏感 。在-15℃处理时 ,
青榨槭枝条的发芽率下降为 40.25%,说明-15℃
的低温对芽构成了严重伤害;-30℃处理时枝条存
活率下降为 46.59%,接近 50%,说明-30℃低温可
对枝条造成严重伤害。
图 2　冷冻处理 24 h后枝条存活率和发芽率
Fig.2　Survival rate and shooting rate for
sticks recover test after twenty-four
hour freezing resistance
3　讨论
SOD 、POD等是植物对膜脂过氧化的酶促防御
体系中重要的保护酶[ 4] 。在细胞保护酶系统中 ,
SOD可清除超氧自由基 ,POD可降解 H2O2 ,进而维
持细胞膜的完整和免遭破坏 。低温胁迫降低保护酶
活性 , 使植物体内 O -2 增加 , 在香蕉(Musa nana
Lour.)和大蕉(M .sapientum L.)[ 11] 等多种植物上
得到证实 。本试验中 , SOD 、POD活性呈先升高后
下降的变化趋势;低温胁迫初期 , SOD 、POD活性增
46　　　　　 河 北 农 业 大 学 学 报 第 29卷
强 ,是植物细胞对低温胁迫主动适应的方式之一;随
胁迫温度降低 , SOD 、POD活性下降 ,说明细胞膜保
护酶系统可能受到了损伤 。MDA作为膜脂过氧化
最终产物 ,是反映细胞膜伤害程度的一个重要指标 。
本试验中 , MDA含量出现先升高再降低趋势 ,可能
与在降温过程中植物体通过增加保护酶的活性
(SOD 、POD),来发挥其保护作用 ,抑制低温引起的
O
-
2 的积累 ,从而降低 MDA 含量 ,但随着温度进一
步降低 ,酶促保护系统受到破坏 ,清除自由基的能力
下降 ,MDA含量又回升 。
细胞膜是与外界环境发生物质交换的主要通
道 ,是细胞感受环境胁迫最敏感的部位[ 12] 。
关于低温半致死温度反应植物抗寒性的原理 ,
Rajashekar 等的研究表明低于 Logistic曲线方程拐
点温度时植物组织中液态水迅速减少 ,并推论这是
质膜结构改变导致组织内冰晶扩散屏障消失的结
果[ 5] 。本试验中相对电导率随温度降低呈现的“S”
形变化结果表明 ,青榨槭枝条对低温胁迫有一定适
应性 。-30℃相对电导率超过 50%,说明其低温半
致死温度约为 -30℃,与利用 Logistic方程计算的
半致死温度-29.93℃相吻合 ,与枝条生长恢复试验
结果亦基本一致。因此 ,相对电导率可以作为测定
青榨槭低温半致死温度简洁 、有效的生理指标 。
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