全 文 ：植 物 研 究
BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH
第 17 卷 第 2 期 1997 年 4 月
Vol.17 No.2 April , 1997
芸香抗寒生理的初步研究
万清林 刘鸣远
(哈尔滨师范大学生物系 ,哈尔滨 150080)
摘 要 对芸香在原产地无零下低温而移到高纬度高寒地区栽培极度抗寒的某些
生理变化进行了研究 。发现随着温度的降低 ,可溶性糖含量 、可溶性蛋白质含量 、
过氧化氢酶活性提高 ,膜透性较为稳定 ,淀粉含量下降 ,呼吸速率稳中有降 ,而抗氰
呼吸更为稳定 ,直到-20℃以后才明显下降 ,但此时的呼吸作用几乎完全运行着抗
氰呼吸。
关键词 芸香;抗寒;膜透性;可溶性蛋白质;抗氰呼吸
A PRELIMINARY STUDYON COLD RESISTANT
PHYSIOLOGYOF RUTA GRAVEOLENS
Wan Qing -lin Liu M ing-yuan
(Department of Biology Harbin Normal University , Harbin 150080)
Abstract Some physiological changes of cold resistance w as investigated , when Ru-
ta Graveolens Linn was planted in high latitudes region far f rom its original place
without low temperature under zero.Results show ed that , w ith decrease of tempera-
ture , soluble sugar content 、 soluble protein content and catalase activity increased.
Memberance permeability is stable , starch content declined , rate of respiration fell
gradually .But cyanide resistant respiration is more steady.It didn t decline appear-
antly until the temperature dropped to -20℃ while cyanide resistant respiration
played a dominant role.
Key words Ruta Graveolens Linn ;Cold resistant;Memberance permeability ;Soluble
pro tein;Cyanide resistant respiration
本文由蔡火石生物科学发展基金资助。
1996年 8月收稿。
1.前 言
芸香(Ruta Graveolens Linn)是多年生宿根草本植物 ,又名臭草 ,可入药 ,原产南欧地中海
沿岸 ,我国引入栽培历史至少 300年〔1〕 ,虽然原产地终年无零下低温 ,但引入高寒地区栽培 ,即
便在零下三十几度气温下地下部分仍能完全越冬 。地上部分的茎叶在长期低温而且最低温度
-20℃以下持续多天的情况下仍保持生活状态 ,直到继续降温冻干而死 ,这在哈尔滨地区除裸
子植物外 ,是宿根植物绝无仅有的。本文针对芸香在原产地终年无零下温度而又极度抗寒的
特点 ,进行了某些抗寒的生理生化特性的研究 。
2.材料和方法
2.1 材料 地栽芸香生长至 15—20cm高度移至盆内栽培 ,然后用 convi ro E15植物生长
箱(加拿大产)进行连续变温培养 ,温度梯度是 15℃、10℃、5℃、0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-
20℃、-25℃,每个温度持续 24小时 ,光照 5000Lux ,分别取叶和根进行测试。
2.2 方法 膜透性采用电导法(DDS-11A电导仪),计算相对电导率〔2〕。可溶性蛋白质
含量测定采用紫外分析法(751 紫外分光光度计)〔3〕 。可溶性糖含量和淀粉含量采用蒽酮
法〔4〕 。呼吸速率和抗氰呼吸速率采用微量定积检压法(SKW-3 型微量呼吸检压仪)〔5〕 。过
氧化氢酶活性采用微量定积检压法(SKW-3型微量呼吸检压仪)〔5〕 。
3.结果与分析
3.1 膜透性的变化
膜透性与抗寒力有密切关系〔3〕 ,一般认为抗寒力强的植物在冷害时膜透性有明显的稳定
性 ,质膜是寒害过程中最敏感的部位 ,如果损伤就会使离子和水分外渗 ,失去膨压 ,植物萎蔫 。
芸香膜透性不但在零上低温稳定 ,而且在零下低温也较为稳定(图 1)。
图 1 芸香膜透性的变化
Fig.1 Change of permeability of Ruta Graveolens
1912 期 万清林等:芸香抗寒生理的初步研究
图 2 芸香可溶性蛋白质含量的变化
Fig.2 Change of soluble pro tein content of Ruta Graveolens
3.2 可溶性蛋白质含量的变化
可溶性蛋白质含量与抗寒性的
关系近年来引起重视 ,它们的平行增
长关系已经在多种抗寒植物中被发
现〔7〕 ,植物在逆境下失水伤害是首要
的〔7〕 。可溶性蛋白质的增加可以束
缚更多的水分 ,同时可以减少原生质
内结冰而伤害致死的机会。芸香可
溶性蛋白质含量随着温度的降低有
所增加 , -20℃达到积累高峰(图
2)。
我们认为 ,在诸多抗寒物质同时
存在的情况下 ,可溶性蛋白质起主导
作用 ,因为它在抗脱水 、减少原生质
内结冰起到重要作用 。
3.3 糖类含量的变化
可溶性糖含量与植物抗寒力在多数植物中表现出正相关〔7〕 。芸香随温度的降低 ,可溶性
糖含量逐渐增加 ,而淀粉含量逐渐减少(图 3)。
图 3 芸香叶片中可溶性糖和淀粉的变化
Fig.3 Change of soluble sugar and starch in leave of Ruta Grave-
olens
可溶性糖可以增加原生质浓度 ,
从而起到抗脱水作用及减少细胞内
结冰机会 ,对原生质 ,冻敏感蛋白质 、
偶联因子等起到保护作用〔7〕 。
3.4 呼吸速率与抗氰呼吸速率
的变化
芸香随温度的降低 ,呼吸速率较
为平稳 ,但降到-15℃后 ,呼吸速率
明显降低 ,这符合抗寒植物呼吸作用
的一般规律〔5〕 ,没有出现大起大落现
象 ,但是抗氰呼吸却在 5℃以后占主
导地位(图 4),因抗氰呼吸是放热呼
吸 ,这样可以维持原生质内小环境的
温度 ,维持一定的代谢能力。
3.5 过氧化氢酶活性的变化
低温胁迫下 , 细胞内易产生
H2O2而起到破坏作用 ,过氧化氢酶可以清除H 2O2〔6〕 。芸香根系随着温度的降低 ,过氧化氰酶
活性有所提高 ,再降温仍表现出较高的活性 , -25℃时才有所下降。叶片过氧化氢酶活性一直
高于根系 ,可能是因为光合组织H2O2产生量高的缘故 。但在低温下仍然保持很高的活性(图
5)。
192 植 物 研 究 17 卷
4.讨 论
芸香原产地南欧 ,属地中海气候区 ,无零下温度 ,但又极抗寒 ,可能因为第四纪冰川时期在
图 4 芸香叶片呼吸速率和抗氰呼吸速率的变化
Fig.4 Change o f rate respiration and cyanide resistant respiration
in leave of Ruta Graveolens
欧洲形成大冰盖 ,对当时形成物种的
基因库产生了深刻的影响 ,基因库产
生抗寒基因 ,当冰川退却时 ,阿尔卑
斯山阻碍南欧植物北移 ,从而被迫适
应了地中海气候 ,但在基因库中却保
留了抗寒基因 ,当引到低温地区栽
培 ,则诱导抗寒基因表达 ,在生理上
表现出强抗寒性。在低温膜结构和
透性稳定 ,可溶性蛋白质和可溶性糖
含量提高 ,呼吸速率平稳而后逐渐降
低 ,没有大起大落现象 ,但低温时抗
氰呼吸占主导地位 ,起到为细胞内增
温作用 ,过氧化氢酶表现出较强的活
性 ,保护了细胞不受 H2O2 这种自由
基的危害。但是 ,应该指出 ,具有抗
图 5 芸香过氧化氢酶活性变化
Fig.5 Change of catalase activity of R uta Graveolens
寒力的植物一定存在着抗寒基因〔9〕 ,
在低温下表达出生理和形态结构的
抗性。生理抗性也不是单一因子的
作用 ,可能是综合的生理因素〔5〕 。上
述测试的几种生理因子与芸香抗寒
性有一定关系 ,是否与其它方面有关
系还有待进一步探讨 。
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194 植 物 研 究 17 卷