全 文 ：收稿日期:2006-07-28.
基金项目:四川省重点项目(05KJT PT-01 , 03NG002-013));四川省青年基金(05ZQ026-029)
作者简介:代旭兰(1982-),女, 2004级硕士研究生 ,研究方向为植物逆境生物.
通讯作者:乔代蓉.E-mail:qiaodr@sohu.com
文章编号:　0490-6756(2007)01-0199-04
播娘蒿抗寒性生理研究
代旭兰 ,黄　敏 ,易秀丽 ,黄　秦 ,王丽丽 ,邓雪柯 ,曹　毅 ,乔代蓉
(四川大学生命科学学院四川省生物信息与代谢工程共享实验平台 ,成都 610064)
摘　要:采用酸性茚三酮法 、比色法和电导率测定仪测定了播娘蒿在冷胁迫下脯氨酸 、超氧化
物歧化酶(SOD)活性变化和叶片电导率等生理生化指标 ,结果表明:播娘蒿叶片中脯氨酸的含
量随冷处理时间的延长而不断增加 ,前 12 h内脯氨酸含量增加迅速 ,12 h后脯氨酸含量增势变
缓;叶片中 SOD的活性在冷驯化 24 h时达到最大 ,此后逐渐下降;在温度下降到-5℃前 ,叶片
电导率的增加值比较缓慢 ,低于-5℃后 ,电导率值大幅度上升 ,表明播娘蒿有较高的抗寒能力.
关键词:播娘蒿;冷驯化;超氧化物歧化酶(SOD);脯氨酸;叶片电导率
中图分类号:Q945　　　文献标识码:A
A study on physiological characters of Descurainia sophia in the
condition of cold stress
DAI Xu-lan , HUANG Min , YI Xiu-li , HUANG Qin , WANG Li-li ,
DENG Xu-ke , CAO Y i , QIAO Dai-rong
(Sichuan Public Experiment Platform of Bioinformatics and Metabolic Engineering ,
College of Life Sciences , Sichuan University , Chengdu 610064 , China)
Abstract:The phy siological and biochemical indexes about superoxide dismutase(SOD), proline(Pro)and elec-
tric conductivity w as measured by colorimetric method , acidity ninhydrin and elect ric conductivity radiometer ,
respectively.The results showed that Pro content w as closely correlated w ith t reatment time , it increased during
12 h;the maximal act ivity of SOD appeared in 24 h , and then it decreased slowly;the electric conductivi ty in-
creased slowly with cold t reatment above -5℃, and it significantly increased below -5℃.Descurainia sophia
has excellent cold resistance , and it can grown up in the f rozen temperature -5℃.
Key words:Descurainia sophia , cold st ress , supero xide dismutase (SOD), proline , electric conductivity
1　引　言
低温不仅会限制农作物的栽种范围 , 也会造成
农作物减产 ,每年由于低温而造成经济作物的损失
已成为一个全球性的问题.不少的学者对黄瓜 、小
麦 、紫花苜蓿等植物的抗寒生理机理进行了研
究[ 1-3] .
播娘蒿(Descurainia sophia)属于十字花科 ,适
应性强 ,分布范围广 ,它具有极强的适应寒冷环境的
能力 ,0℃下也能抽苔开花.同时具有极强的种子繁
殖能力以及良好的发芽能力 ,在 4℃下发芽率仍可
达 70%以上[ 4] .目前对播娘蒿的抗寒适应性原理及
其分子机制的研究几乎属于空白 。了解播娘蒿的抗
寒机制通过基因工程的手段提高冷敏感植物的抗寒
2007年 2月　
第 44卷第 1期
四川大学学报(自然科学版)
Journal of Sichuan University (Natural Science Edit ion)
　 Feb.2007
Vol.44　No.1
能力 ,对改良抗逆性较弱的经济植株的种植推广具
有十分重要的意义.本文主要研究了在不同程度的
低温胁迫下 ,播娘蒿幼苗叶片中常用抗寒能力检测
指标———超氧化物歧化酶(SOD)活性及细胞膜透
性 、脯氨酸(Pro)含量的变化及其与抗寒性的关系 ,
以明确播娘蒿低温致伤的生理特性 ,为播娘蒿抗寒
性分子机理分析提供依据和参考.
2　材料和方法
2.1　材　料
实验材料播娘蒿的种子采自四川省阿坝州若尔
盖县.
2.2　方　法
2.2.1　播娘蒿培养　将种子播于温室中(恒定温度
25℃),培养容器采用高 10 cm 、直径 5 cm 、底有小孔
的小杯 ,内装营养土 ,生长 30 d(光照 16 h ,暗培养
8 h),每 7 d浇 1次 Hoag land营养液以加速植株生
长.
2.2.2　播娘蒿植株冷驯化处理　将上述培养好的
播娘蒿植株置于 4℃下光照培养 ,时间分别为 1 、3 、
6 、12 、24 、48 h.处理后材料分别进行脯氨酸含量测
定 、SOD酶活测定 、电导率变化测定 ,每个实验重复
3次.
2.2.3　叶片脯氨酸含量测定　采用酸性茚三酮法
测定植株叶片的脯氨酸含量[ 5] .先建立脯氨酸含量
的标准曲线 ,再测定冷驯化植株的脯氨酸含量.
2.2.4　叶片 SOD酶活性测定　采用比色法测定播
娘蒿植株叶片的 SOD 酶活性[ 5] .以抑制 50%的氮
蓝四唑(NBT)光还原为一个酶活性单位(U)表示
SOD活性 ,按下式计算:
SOD活性= (A C-A)·V
0.5·AC·W·V T
式中:SOD活性以鲜重酶单位每克(U/g)表示;AC
为光照对照管的吸光度;A 为样品管的吸光度;V
为样品液总体积 ,单位 mL;W 为样品的鲜重 ,单位
g ;V T 为测定时样品用量 ,单位 mL.以 3 次平行实
验的结果平均值为准.
2.2.5　播娘蒿叶片电导率测定　叶片用去离子水
冲洗干净 ,将水分吸干 ,将叶片按每组 5片放于具塞
刻度试管中 , 分别置于 0℃、-2℃、-3℃、-4℃、
-5℃、-6℃、-7℃下 ,用 Thermometer Kit 监测 ,
低温处理 30 min.然后放置 4℃冰箱 30 min , 加入
10 mL去离子水 , 摇床振荡 30 min ,用 DDS-11A 型
电导率测定仪测定电导率.之后 ,煮沸 10 min ,补充
去离子水至 10 mL ,振荡 30 min ,再次测定其电导
率 ,计算各不同温度下相对电导率 ,以此表示细胞膜
所受的伤害程度[ 6] .
3　结　果
3.1　不同低温处理时间对播娘蒿叶片脯氨酸含量
的影响
实验采用酸性茚三酮法测定低温胁迫下播娘蒿
叶片中脯氨酸含量的变化 ,图 1为脯氨酸含量的标
准曲线.该曲线的相关系数为 0.9924 ,说明本次的
测定方法准确可行 ,可为后面实验的标准曲线.
图 1　脯氨酸含量的标准曲线
Fig.1　Standard curve of proline content
在低温胁迫下 ,大部分植物均会积累大量的脯
氨酸 ,以适应在逆境条件下植物细胞内外渗透压的
变化.低温胁迫对播娘蒿叶片脯氨酸含量的影响如
图 2所示.
图 2　低温处理时间对播娘蒿叶片脯氨酸含量的影响
Fig.2 　Changes of proline content in various chilling
treated time
结果表明 ,播娘蒿叶片脯氨酸的含量是随着冷
驯化时间的增加而增加的.在 12 h 内 ,播娘蒿叶片
脯氨酸的含量随着冷驯化时间的增加而急剧增加 ,
从初始的147.48μg/g上升到 12 h的 737.24μg/g.
此后随着冷驯化的进行 ,脯氨酸含量增加趋势变缓 ,
48 h时含量为 866.28 μg/g.可见 ,冷驯化时间大约
1h左右 ,播娘蒿植株内的脯氨酸含量随着冷驯化时
200 四川大学学报(自然科学版) 第 44卷
间的推移大量积累.而未经冷驯化的对照植株的脯
氨酸含量在整个试验过程中浮动于 73.87 ～ 78.77
μg/g 之间 ,明显小于冷驯化后的含量 ,这说明冷驯
化在一定程度上能提高播娘蒿脯氨酸的积累.
3.2　不同低温处理时间对播娘蒿 SOD酶活的影响
播娘蒿植株在 4℃下冷驯化 48 h ,植株叶片中
SOD的活性变化如图 3所示.
图 3　低温处理时间对播娘蒿叶片 SOD活性的影响
F ig.3　Changes of SOD activity in various chilling treated
time
图 4　不同低温胁迫下播娘蒿叶片电导率的变化
F ig.4　Changes of leaves electric conductivity in various
chilling treated time
低温胁迫下 ,播娘蒿叶片中 SOD的活性变化趋
势是先增加后下降.冷驯化开始播娘蒿叶片中 SOD
的活性迅速增加 ,6 h时达到 99.78;之后 ,随着冷驯
化时间的推移 ,植株叶片中SOD的活性继续缓慢增
长 ,24 h 时达到最大值 117.84;24 h 后开始大幅度
下降.未经冷驯化的对照植株的 SOD活性在整个测
试期内的变化不大 ,SOD活性均低于低温处理 48 h
后的值.说明冷驯化能增加植物的 SOD 的合成量 ,
以保护植株少受寒冷的伤害.
3.3　不同低温处理对播娘蒿叶片电导率的影响
对0 ～ -7℃冷处理下播娘蒿植株离体叶片质
膜电导率的测定结果见图 4 ,播娘蒿叶片的电导率
随着温度的降低在总体上呈上升的趋势.未经低温
胁迫的对照植株的相对电导率为 2.37%(图中未显
示).而冷驯化的植株 ,在 0 ～ -5℃时电导率值增加
缓慢 ,在-5℃时达到 7.42%;当温度降到-6℃时
电导率值急剧增加 ,达到 14.3%,说明温度从-5℃
降低到-6℃时播娘蒿叶片受到了较大的损伤 ,叶片
细胞的质膜通透性快速增大.由此可见 ,播娘蒿耐受
0℃以下低温能力强 , -5℃的低温对播娘蒿的正常
生长影响不大.
4　讨　论
4.1　低温胁迫与脯氨酸含量的关系
有研究表明植物在受到低温胁迫时 ,体内游离
脯氨酸含量会迅速提高[ 7] ,它的增加有助于保持细
胞和组织水分 ,同时还可保护酶和细胞结构.李建设
等[ 8]的研究发现 ,在低温胁迫后茄子体内脯氨酸含
量的增加幅度与茄子品种的抗寒性强弱成正相关.
在番茄积累脯氨酸的突变体中 ,脯氨酸积累与其抗
寒性提高一致[ 9] ,但一些具有较强的抗寒能力的番
茄突变体中 ,其脯氨酸水平很低[ 10] ,严寒静等也发
现脯氨酸的含量与栀子的抗寒性效应关系不大[ 11] .
可见在不同的植物中脯氨酸与植物抗寒性关系不
同.
实验研究表明 ,当受到低温胁迫时 ,播娘蒿植株
中游离脯氨酸的含量随低温胁迫时间的延长不断增
加.这说明播娘蒿中的游离脯氨酸的积累是由低温
导致的 ,在播娘蒿植株中它作为一种耐寒性相关物
质而存在.播娘蒿对冷胁迫反应灵敏 ,在 1 h 后脯氨
酸含量就急剧增加 ,12 h 后趋向于饱和 ,脯氨酸含
量的大幅度增加极大地提高了植株抗寒的能力.脯
氨酸在冷处理 1 h 后才大幅度增加 ,这可能是因为
脯氨酸合成机制在 1 h之后才能完全启动.
4.2　低温胁迫与 SOD酶活性的关系
有学者对黄瓜[ 12] 、蕃茄[ 13] 、水稻[ 14]等物种的
低温胁迫研究表明:低温下植物细胞中超氧化物自
由基含量增加 ,会加剧膜脂过氧化作用 ,从而破坏细
胞膜的脂双层结构.同时超氧化物自由基还会与膜
蛋白产生聚合作用 ,导致蛋白失活 ,使细胞膜系统产
生不可逆变性损伤 ,以致植物体受损 、甚至死亡[ 15] .
冷驯化 1 h时 ,播娘蒿植株的 SOD活性比对照
植株略偏低 ,其原因是由于低温使得一部分 SOD的
活性丧失 ,而此时植株响应低温的 SOD酶表达的增
强机制尚未完全启动.播娘蒿叶片中 SOD活性在低
温驯化 12 h内达到非常高的活性水平 ,但24 h后酶
活开始逐渐下降 ,是由于低温对植物造成的伤害越
来越严重 ,植株已无法保持高水平的 SOD活性 ,酶
的合成开始减少 ,酶活也相应的降低;SOD活性增
201第 1期 代旭兰等:播娘蒿抗寒性生理研究 　
强机制与损害造成的损失在 48 h后达到动态平衡 ,
总活性保持相对平稳.由此可知 SOD是植物膜脂过
氧化酶促防御系统中的重要保护酶.由此可见 ,低温
下播娘蒿能逐步自身增强 SOD的活性 ,使植株少受
伤害 ,它与冷信号的传导 ,冷响应体系的激活和保护
物质的积累有一定的联系.
4.3　冻温对质膜的伤害
冻温下细胞膜的不饱和脂肪酸发生氧化降解 ,
质膜透性变大 ,电解质外渗 ,细胞结构被破坏 ,植物
体因此受到损害[ 16] .组织渗出液电导率的变化是最
为常用的耐寒性指标 ,同一温度下抗寒性强的植物
叶片电导率比抗寒性弱的植物小.有研究发现当两
个温度之间的电导率发生大幅增加时 ,植株受到了
不可逆转的低温伤害[ 17] .由实验结果可知 ,播娘蒿
叶片的电导率随着温度的降低而呈上升的趋势 ,即
播娘蒿叶片质膜受到的伤害随着温度的降低而随之
增大.当温度在-5℃以上时 ,电导率随着温度的降
低而缓慢增加 ,表明在此温度下 ,植株仍能生长 ,播
娘蒿对-5℃低温有很好的耐受性.而当温度达到
-6℃后 ,叶片的电导率急剧上升 ,表明此时播娘蒿
植株的质膜受到了更大的冰冻伤害 ,植株在此条件
下生长已较困难.与常见草本植物相比 ,播娘蒿具有
更好的抗寒性.如茄子在 5℃已不能正常生长 ,0℃
下死亡率已经非常高[ 18] ;苜蓿的脯氨酸响应出现在
12 h 以后 ,能抵御-3℃的低温[ 3] .而播娘蒿对低温
胁迫刺激反应迅速 ,低温耐受性更强 , -5℃的低温
对其生长影响不大 ,进一步证明了播娘蒿是一种具
有良好抗寒能力的优良植株.
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202 四川大学学报(自然科学版) 第 44卷