全 文 ：日本厚朴抗寒生理研究
刘兴宇,周广柱*,王新颖
(沈阳农业大学 林学院,沈阳110161)
摘要:研究日本厚朴的越冬期生理变化规律;探求日本厚朴的安全越冬能力。以日本厚朴引种实生苗为试材,于越冬期不同阶段设
置温度梯度,系统分析低温胁迫下其植株的生理生化变化,并以白玉兰为对照。结果表明:休眠初期组织内SOD,MDA,游离脯氨酸
和可溶性糖的含量均比较低,休眠中期温度降低,各种物质含量增加,其中可溶性糖含量变化明显,休眠末期各种物质含量减少;
低温处理过程中各种物质含量也有不同程度增加,其中游离脯氨酸含量变化显著;日本厚朴的半致死温度略低于白玉兰。越冬过
程中,日本厚朴组织中可溶性糖含量变化显著,可以作为鉴定日本厚朴抗寒性的生理指标,在沈阳地区背风向阳处可以安全越冬。
关键词:日本厚朴;抗寒性;超氧化物歧化酶;丙二醛;脯氨酸;可溶性糖;半致死温度
中图分类号:Q949.747.1 文献标识码:A 文章编号:1000-1700(2006)06-0845-04
Cold-toleranceofMagnoliaobovataThunb
LIUXing-yu,ZHOUGuang-zhu*,WANGXin-ying
(ColegeofForest,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang110161,China)
Abstract:Thecold-resistantmechanismofMagnoliaobovatawasstudiedforseekingtheabilityofMagnoliaobovatathroughthe
wintersurvivessafely.Magnoliaobovatawasusedinthestudyoftheefectsoflowtemperatureonthephysiologicalandbio-
chemicalchanges,comparedwithMagnoliadenudate.IntheinitialdormancyperiodtissueSOD,MDA,prolineandsolublesugar
contentwerelow.Inintermediatedormancystage,alongwiththetemperaturedecreased,theabovematerialcontentsincreasd,the
solublesugarcontentchangedmoreobviously.Inlatedormancystage,thecontentsreduced.Inthelow-temperaturetreatment
processalmaterialcontentsincreasedinvaryingdegrees,withprolinecontentchangingmoreremarkable.TheLT50ofMagnolia
obovatawaslowerthanthatofMagnoliadenudate.Throughthewinter,thetissuesolublesugarcontentchangedremarkably,
whichcouldbeusedasMagnoliaobovatawinter-resistantphysiologicalindex.Magnoliaobovataplantedtowardthesunmay
safelysurvivethroughwinterinShenyang.
Keywords:Magnoliaobovata;cold-resistance;SOD;MDA;proline;solublesugar;LT50
日本厚朴原产日本北海道,是木兰科重要的树种之一[1]。该树种树形美观,观赏价值高,是优良名贵绿化观
赏树种[2,3]。木兰科大部分植物仍在引种驯化中,尚未得到广泛应用,已应用到园林绿化中的只有天女木兰、白
玉兰等少数品种[4]。低温成为限制其分布及引种的重要环境因素[5]。
Christiansen等(1970)、Zewis等(1964)在研究植物的冷害时,发现植物受低温冷害时,其细胞膜透性显著增
加,因此提出了根据膜透性变化情况来作为衡量植物种或品种抗寒性的指标[6]。用电导法测定植物组织膜透性,
对植物抗寒性研究有了很大的进展[7,8]。许多研究发现,低温胁迫下植物体内呼吸作用的底物——可溶性糖的
含量显著增加[9],进入冬季低温条件后,无花果、桃和草莓等树种均表现为可溶性糖、总糖量逐渐提高并积累[10]。
游离脯氨酸在寒冷条件下都有积累,抗寒性越强的品种积累的量越大[11]。脯氨酸是重要的抗寒保护性物质,其
含量的增加有利于提高抗寒性[12]。本研究结合沈阳地区自然环境条件,对引入的日本厚朴进行了抗寒性的测
定,旨在探讨其越冬期间的生理变化特点,为日本厚朴栽培区域划分提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
试验材料为日本厚朴(Magnoliaobovata)和白玉兰(Magnoliadenudate)2个树种,树龄为10年生实生苗,
收稿日期:2006-04-07
基金项目:辽宁省科学技术计划项目(2004-JH3/ZX04-01-1-0563)
作者简介:刘兴宇(1982-),男,沈阳农业大学硕士研究生,从事园林植物生理生态与栽培研究。*通讯作者Corespondinganthor:周广柱(1964-),
男,沈阳农业大学教授,硕士,从事园林植物生理生态与栽培教学与研究。
沈阳农业大学学报,2006-12,37(6):845-848
JournalofShenyangAgriculturalUniversity,2006-12,37(6):845-848
第37卷沈 阳 农 业 大 学 学 报
2.3 日本厚朴越冬期脯氨酸含量变化
如图3所示,越冬过程中,日本厚朴组织中游离脯氨酸含量变化不明显,休眠中期的含量与休眠末期相近,
略高于休眠初期。低温处理过程中组织中游离脯氨酸含量随温度降低而显著增加,说明短时间低温处理对日本
厚朴组织中游离脯氨酸含量变化影响显著。
2.4 日本厚朴越冬期可溶性糖含量变化
如图4所示,日本厚朴组织中可溶性糖含量在越冬时期的变化趋势是上升-高峰-下降。越冬初期日本厚
朴组织中可溶性糖含量较低,体内积累的可溶性糖较少。随着气温降低,组织内可溶性糖含量明显上升,并于休
眠中期气温最低时达到峰值。休眠末期组织内可溶性糖含量逐渐降低。
引种于丹东市。试验地设于辽宁省沈阳农业大学园林苗圃内,全年气温在-30～36℃之间,平均气温8.3℃。分别
于休眠初期(2005年11月,日平均气温-4.5℃,最低气温-12℃)、休眠中期(2006年 1月,日平均气温-14.6℃,
最低气温-30℃)和休眠末期(2006年3月,日平均气温-5.9℃,最低气温-19℃)取日本厚朴和白玉兰枝条及芽,
用蒸馏水清洗后进行试验。
1.2 方法
取日本厚朴冬芽置于冰箱中处理。处理温度分别为0,-10,-20和-30℃,每个处理温度下处理3h,以10℃
作对照。低温处理前0℃预冷1h,处理后0℃回温1h。测定组织内超氧化物歧化酶(SOD)活力、丙二醛(MDA)、脯
氨酸和可溶性糖含量的变化。SOD活力的测定采用NBT光化还原法。MDA含量的测定:硫代巴比妥酸(TBA)
在酸性条件下加热与植物组织中MDA显色反应法,波长532、600nm下测定反应物光密度值。脯氨酸含量的测
定:酸性条件下,脯氨酸与茚三酮反应显色,红色产物于520nm波长下测定吸收值,计算脯氨酸含量。可溶性糖
含量的测定采用蒽酮法[13]。通过外渗电导率测定,利用电解质渗出率曲线配以Logistic方程求拐点温度作为半
致死温度[14]。每组试验重复3次,应用EXCEL软件和SPSS软件处理数据。
2 结果与分析
2.1 日本厚朴越冬期SOD活性变化
如图1所示,在越冬初期,日本厚朴组织中SOD活性较低,到休眠中期随着气温降低,SOD活性提高,并达
到最高值,休眠末期SOD活性稍下降。低温处理过程中组织中SOD活性变化显著,随着处理温度的降低SOD
活性增加,0~-20℃范围内呈线性增长。
2.2 日本厚朴越冬期MDA含量变化
如图2所示,在休眠初期日本厚朴组织中MDA含量较低,而随着气温的降低,到休眠中期有所增加,但是
增长量比较低,休眠末期MDA含量略有降低。低温处理过程中组织中MDA含量随温度降低而增加。
图1日本厚朴越冬期组织内SOD活性的变化
Figure1ChangeofSODactivity
ofMagnoliaobovatathroughWinter
图2日本厚朴越冬期组织内MDA含量的变化
Figure2ChangeofMDAcontent
ofMagnoliaobovatathroughWinter
温度 Temperature/℃
丙
二
醛
含
量
M
D
A
co
nt
en
t
/n
m
ol ·
g-
1
11月 November
1月January
3月March
50
40
30
20
10
0
10 0 -10 -20 -30
SO
D
活
力
SO
D
ac
tiv
ity
/U
·
g-
1
温度 Temperature/℃
10 0 -10 -20 -30
100
80
60
40
20
0
11月November
1月January
3月March
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第6期
3 结论与讨论
对于园林植物抗寒性的方法研究,前人多研究膜透性、蛋白质和可溶性糖含量,快速准确地鉴定出园林植
物幼苗阶段的抗寒性[16],本试验也借鉴了此方法进行研究。试验表明在越冬期低温诱导期间,植株中可溶性糖、
游离脯氨酸、SOD活性、MDA含量和相对电导率均有一定的变化。SOD活性变化在低温处理情况下反应明显,
而在整个越冬时期活性变化不显著,MDA含量的变化不明显。结果显示,作为主要渗透调节物质的可溶性糖
类、游离脯氨酸都与日本厚朴的抗寒性密切相关,但变化的幅度不一,可溶性糖含量随着气温降低逐渐积累,并
在休眠中期(气温最低时)达到峰值;游离脯氨酸含量对短期低温胁迫反应敏感,脯氨酸在植物抗性中有一定的
渗透调节作用,可作为抗寒性辅助指标,但其影响远不及可溶性糖的大[17]。日本厚朴组织中的可溶性糖含量的
变化与温度的变化负相关,呈现良好的低温保护反应,可作为有效的抗寒性鉴定生理指标。因此利用可溶性糖
含量的变化来评价和监测日本厚朴对越冬期日本厚朴的生理生态响应具有重要的意义。
利用求拐点温度法估算植物半致死温度,在离体小麦叶片,蚕豆叶片及葡萄上均取得满意效果[18]。本研究
表明也适合于日本厚朴抗寒性鉴定,比较日本厚朴与白玉兰的不同时期半致死温度差异,发现白玉兰的LT50
均略高于日本厚朴,两者的越冬抗寒能力差异不大。由于白玉兰于沈阳地区背风向阳处能够安全越冬,所以选
表1日本厚朴和白玉兰不同越冬时期的半致死温度
Table1 LT50ofMagnoliaobovataandMagnoliadenudateindiferentwinterstages
日本厚朴
Magnoliaobovata
白玉兰
Magnoliadenudate
越冬时期
Winterstage
/month
11
01
03
11
01
03
回归方程
Logisticequation
y=9.178+0.705x
y=7.387+0.695x
y=8.482+0.710x
y=8.496+0.700x
y=7.415+0.727x
y=7.487+0.717x
-13.02
-10.63
-11.95
-12.14
-10.20
-10.44
半致死温度 LT50
Semilethaltemperature
/℃
图4日本厚朴越冬期组织中可溶性糖含量变化
Figure4Changeofsolublesugarcontent
ofMagnoliaobovatathroughWinter
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
11 1 3
越冬时期Winterstage/month
可
溶
性
糖
含
量
So
lu
bl
e
su
ga
r
co
nt
en
t
/m
g ·
g-
1 F
W
2.5 日本厚朴和白玉兰半致死温度(LT50)比较
从表1可以看出,白玉兰与日本厚朴在越冬过程中的半致死温度趋势为低-高-低,整个越冬期维持在-
10～-14℃之间,变化轻微。白玉兰在沈阳地区适当的栽培条件下可以顺利越冬,引种栽培已取得成功,所以本试
验将日本厚朴与其进行比较,结果显示日本厚朴的抗寒能力与白玉兰相近,在沈阳地区适当防护可以耐低温,
顺利过冬。
图3日本厚朴越冬期组织中脯氨酸含量变化
Figure3Changeofprolinecontent
ofMagnoliaobovatathroughWinter
11月November
1月January
3月March
温度 Temperature/℃
脯
氨
酸
含
量
Pr
ol
in
e
co
nt
en
t/m
g ·
g-
1 160
120
80
40
0
-40
10 0 -10 -20 -30
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第37卷沈 阳 农 业 大 学 学 报
择适宜的栽培地点并在越冬期进行适当的防护措施,日本厚朴也可以在沈阳地区安全越冬。
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[责任编辑 王 娟,见习编辑 马迎杰]
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