全 文 ：林 业科 学研 究 2010, 23( 6) : 862 865
Forest Research
文章编号: 1001-1498( 2010) 06-0862-04
贵州 4 种木兰科植物幼苗的抗寒性研究
方小平1, 李昌艳2, 胡光平1
( 1. 贵州师范大学生命科学学院 , 贵州 贵阳 550001; 2. 贵州省黔东南州民族高级中学 , 贵州 凯里 556000)
摘要: 对贵州 4 种木兰科植物经过不同低温胁迫后的半致死温度、MDA 含量及 SOD 酶活性变化进行研究, 以探讨该
4 种木兰科植物的抗寒性, 结果表明: 各树种的半致死温度各不相同, 乐东拟单性木兰最低( - 17. 07 ℃) , 观光木最
高( - 6. 38 ℃) ; 不同树种鲜叶中 MDA 含量出现的第 1 个峰值均在各自半致死温度之前, 且出现最早的是观光木,
最晚的是乐东拟单性木兰; 与 5 ℃相比, 观光木 SOD 酶活性在 - 4 ℃时出现了较大幅度的增加, 但在 - 4 ℃之后
SOD 酶活性逐渐降低, 其余 3 个树种 SOD 酶活性变化幅度较小。根据上述指标千种木兰科植物的抗寒能力排序
为: 乐东拟单性木兰D 乐昌含笑D 紫花含笑D 观光木。
关键词: 木兰科植物; 半致死低温; MDA; SOD 酶活性; 抗寒能力
中图分类号: S722. 3 文献标识码: A
收稿日期 : 2010-04-10
基金项目 : 贵州省科技厅十一五攻关项目“木兰科植物培育研究与产业化技术示范”( 黔科合 NY( 2006) 3034)
作者简介 : ( 1963— ) , 女 , 贵州安顺人 , 副教授 , 硕士研究生导师 , 从事资源植物及园林花卉研究 .
Studies on the Cold Resistance of Four Magnoliaceae Species in Guizhou Province
FANG Xiao-ping1, LI Chang-yan2 , HU Guang-ping1
( 1. Institute of Life Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang 550001 , Guizhou, China;
2. High School of Qiandongnan Prefecture, Kaili 556000, Guizhou, China)
Abstract: The cold resistance of four Magnoliaceae species in Guizhou Province was studied by means of comparing the re-
lated physiological indices including TL50 , MDA content and SOD activity under cold stress caused by gradient of low-tem-
perature treatment in order to provide theoretical reference for the landscaping application of these native species. The re-
sults showed that the TL50 of each species was different, the lowest TL50 was - 17. 07 ℃ with Parakmeria lotungensis,
while the highest TL50 was - 6. 38 ℃ with Tsoongiodron odorum. The first MDA peak value of each species all appeared a-
bove the TL50 , and that of Tsoongiodron odorum appeared at the relatively highest temperature, whereas the first MDA peak
value of Parakmeria lotungensis occurred at the relatively lowest temperature. The SOD activity of Tsoongiodron odorum
substantially increased at the temperature between 5 ℃ and 4 ℃, but then decreased gradually after the temperature was
lower than - 4 ℃; The SOD activity of the rest three tree species changed less with the temperature variation. The cold re-
sistance of the four species was ranked in the order as Parakmeria lotungensis > Michelia chapensis > Michelia crassipes >
Tsoongiodron odorum in the light of above indices.
Key words: Magnoliaceae; TL50; MDA; SOD activity; cold resistance
木兰科( Magnoliaceae) 植物是被子植物中最原
始的类群之一, 全世界共有木兰科植物 16 属 300 余
种, 我国有 11 属, 160 种, 占其属数的 69% , 种总数
的 53% , 是木兰科植物的现代分布中心 [ 1 - 2 ] 。贵州
省野生的分布比较普遍, 在全省的 80 个县市中, 57
个有木兰科的种类分布, 但主要集中分布在黔东南
的雷公山保护区和月亮山保护区、黔南的茂兰保护
区、黔东北的梵净山保护区、黔北的大沙河和桫椤保
护区等。从总体分布看, 东部多于西部, 北部多于南
部, 多集中在黔东南、黔南和黔东北的原始天然
林区 [ 3 ] 。
关于 对 木 兰 科 植 物 抗 寒 性 的 研 究 报 道 不
第 6 期 方小平等: 贵州 4 种木兰科植物幼苗的抗寒性研究
多 [ 4 - 5 ] 。木兰科植物因其花大芳香、树形优美常用
于城市生态建设中, 但由于地理和气候因素, 在推广
应用中有寒害发生, 而对该地区木兰科植物抗寒性
的研究尚未见报道。因此, 通过对 2 年生留床苗进
行抗寒性研究, 以探讨乐昌含笑、紫花含笑、乐东拟
单性木兰、观光木的抗寒性能, 为其资源的培育和推
广应用提供数据参考。
1 试验材料
试验于 2008 年 10—12 月份在贵州师范大学生
命科学学院实验室内进行。本试验用的 4 种木兰科
植物是 2007 年培育的 2 年生留床苗, 健康无病虫。
苗木种子采自贵州荔波、雷山、台江, 分别为拟单性
木兰属中的乐东拟单性木兰 ( Parakmeria lotungensis
Law) 、观光木属中的观光木( Tsoongiodendon odorum
Chun) 、含 笑属 中的 乐昌 含 笑 ( Michelia chapensis
Dandy) 、紫花含笑( M. crassipes Law) 。
2 试验方法
取植株上倒叶位第 3 5 片叶片, 洗净擦干, 置
于冰箱内冰冻 2 h( 设置的温度梯度为: 5、- 4、- 8、
- 12、- 16、- 20 ℃) , 经冷冻处理后测定其半致死
低温( TL50 ) 、抗氧化酶系。
2.1 半致死低温( TL50) 的测定
对经不同低温处理后的苗木叶片进行电导率测
定, 并将测量得出的相对电导率采用 SPSS 统计分析
软件 [ 7 ] 进行 Logistic 曲线方程的拟合, 求得各供试材
料曲线方程、曲线拐点 X = ( - ln1 / a) /b, 即半致死
低温( TL50 ) 和拟合度 ( R
2
) , 具体操作参考李刚等 [ 8 ]
方法。
2.2 MDA( 丙二醛) 含量的测定
测定经不同低温处理后叶片 MDA 的含量, 参考
高俊凤 [ 9 ] 的方法。
2.3 SOD( 超氧化物歧化酶) 酶活性的测定
2. 3. 1 SOD 酶的提取 不同温度冷冻处理后的叶
片各称取 0. 5 g 于预冷的研钵中, 加 2 mL 预冷的
SOD 酶提取介质( 50 mmol·L - 1磷酸缓冲液 ( pH 值
7. 8) 内含 1% 聚乙烯吡咯烷酮 ( PVP) ) 在冰浴中研
磨匀浆, 转移至 10 mL量瓶中, 用提取介质冲洗研钵
2 3 次( 每次 1 2 mL) , 合并冲洗液于量瓶中, 定
容至 10 mL。取 5 mL 提取液于 4 ℃下 10 000 r·
min - 1离心 15 min, 上清液即为 SOD 粗提取液。
2. 3. 2 SOD 酶活性的测定 测定各叶片经不同低
温处理后 SOD 酶活性, 参考中国科学院上海植物生
理研究所、上海市植物生理学会编《现代植物生理学
实验指南》( 1999-12-1) 的测定方法。
3 结果与分析
3.1 4种常绿木兰科植物叶片半致死低温( TL50 )
4 种常绿木兰科植物叶片经过不同低温 ( 5、
- 4、- 8、- 12、- 16、- 20 ℃) 处理后, 用 SPSS 统计
分析软件统计分析, 其结果见表 1。
表 1 4种木兰科植物叶片电导率的 Logistic方程参数及半致死温度
种名 Logistic 方程 半致死温度 ( TL50 ) / ℃ 拟合度 ( R2 )
乐东拟单性木兰 y = 130 . 420 /( 1 + 23 . 138e0. 184x ) - 17. 07 0 . 977
乐昌含笑 y = 114 . 357 /( 1 + 65 . 619e0. 292x ) - 14. 33 0 . 926
紫花含笑 y = 106 . 676 /( 1 + 19 . 228e0. 231x ) - 12. 80 0 . 969
观光木 y = 86. 696 /( 1 + 8 . 430e0. 334x) - 6. 38 0 . 999
从表 1 可以看出: 4 种木兰科植物中, 乐昌含笑
的拟合度( R2 ) 为 0. 926, 乐东拟单性木兰、紫花含笑
的拟合度( R2) 分别为 0. 977、0. 969, 观光木的最高,
达 0. 999。所供试的 4 种木兰科植物中, 乐东拟单性
木兰叶片的半致死温度( TL50 ) 最低, 为 - 17. 07 ℃,
乐昌含笑叶片和紫花含笑叶片的半致死温度 ( TL50 )
分别为 - 14. 33、- 12. 80 ℃, 观光木叶片的半致死
温度( TL50 ) 最高, 为 - 6. 38 ℃, 由此显示, 细胞膜低
温稳定性由强到弱的排列顺序为: 乐东拟单性木兰
> 乐昌含笑 > 紫花含笑 > 观光木。
3.2 低温胁迫对叶片内 MDA 含量的影响
4 种木兰科植物叶片经过不同低温 ( 5、- 4、
- 8、- 12、- 16、- 20 ℃) 处理后, 测得 MDA 含量变
化结果见图 1。图 1 表明: 在低温处理过程中, MDA
含量随温度的降低而上升, 但不同树种达到峰值的
温度不同。乐东拟单性木兰、乐昌含笑、紫花含笑、
观光木鲜叶中的 MDA 含量分别在 - 16、- 8、- 8、-
4 ℃时达到最高峰, 分别为 2. 045、4. 237、3. 216、
2. 619 mmol · g - 1 ; 与 5 ℃ 相 比, 其 相对 增 幅为
53. 25% 、40. 57% 、35. 08% 、63. 50% 。
368
林 业 科 学 研 究 第 23 卷
图 1 低温胁迫下 4 种木兰科植物鲜叶中 MDA 含量的变化
3.3 低温胁迫对叶片内 SOD 酶活性的影响
4 种木兰科植物叶片通过不同低温 ( 5、- 4、
- 8、- 12、- 16、- 20 ℃) 处理后, 对 SOD 酶活性进
行了测定, 结果见图 2。由图 2 可以看出: 在 5
- 20 ℃之间, 不同树种鲜叶中 SOD 酶活性变化趋势
可分为 2 类,〗乐东拟单性木兰、乐昌含笑和紫花含
笑为 1 类, 它们的 SOD 酶活性变化呈双峰曲线, 即
出现 2 个高峰, 它们都在 - 8 ℃出现第 1 个高峰, 在
- 16 ℃出现第 2 个高峰。其 SOD 酶活性与 5 ℃相
比都有相应的增加, 乐东拟单性木兰、乐昌含笑、紫
花含笑的第 1 个峰值和第 2 个峰值分别增加了
1 332. 17、324. 239、20. 000、87. 500、56. 624、42. 782
U·g - 1。观光木单独为一类, 变化情况为: 在 - 4 ℃
时, SOD 酶活性急剧上升, 与 5 ℃相比 SOD 酶活性
增加了 2 599. 649 U·g - 1; 但在 - 4 ℃之后 SOD 酶
活性呈逐渐降低趋势。
图 2 低温胁迫下 4 种木兰科植物 SOD 酶活性的变化
4 结论与讨论
4. 1 不同低温胁迫下 4 种木兰科植物半致死温度
的变化情况
植物抗寒性与生物膜透性的关系研究表明, 植
物组织遭受低温胁迫时, 细胞膜结构和功能首先受
到伤害, 主要表现为半透性的破坏, 电解质和非电解
质溶质外渗, 并由此引起一系列代谢功能失调 [ 10] ,
可见, 叶片细胞膜透性是比较植物耐寒性强弱的有
效生理生化指标。黄毅斌等 [ 11 ] 对 2 种多年生花生
品种 ( 平托花 生 ( Arachis pintoi Krapov. & W. C.
Gregory) 与蔓花生( A. duranensis Krap. et Greg) ) 经
不同低温处理后研究膜透性结果发现, 2 个多年生
花生品种随着温度的降低, 相对电导率越高, 且蔓花
生比托花生的抗寒能力强。郭素枝等 [ 12] 研究了低
温胁迫下单、双瓣茉莉叶片细胞的膜透性, 结果表
明, 单、双瓣茉莉栽培品种叶片浸提液的相对电导率
随温度的逐渐降低而逐渐增大。本研究中, 各供试
材料相对电导率经过 logistic 曲线方程拟合求得曲
线拐点 X = ( - ln1 / a) /b, 即半致死低温 ( TL50 ) , 在
468
第 6 期 方小平等: 贵州 4 种木兰科植物幼苗的抗寒性研究
此点, 低温对电解质的递增效应最大 [ 13] 。本研究结
果表明, 随着温度的降低相对电导率逐渐增大, 与黄
毅斌、郭素枝等的试验结果一致。
4.2 不同低温胁迫下 4种木兰科植物 MDA 含量的
变化情况
大量研究表明, 植物随着温度的降低, MDA 的
含量逐渐升高。一般认为, 抗寒性强的材料 MDA 含
量的变化值明显低于抗寒性弱的树种 [ 14 ] 。如刘小
序 [ 15] 对葱兰( Zephyranthescandida Herb. ) 、石蒜( Ly-
corisradiata Traub. ) 、晚 香 玉 ( Polianthes tuberosa
L. ) 、蜘蛛兰( Hymenocallis Americana Salisb. ) 4 种石
蒜科植物叶片中丙二醛 ( MDA) 含量的比较研究表
明: MDA 含量随温度降低而增加, 并发现抗寒性强
的品种低温胁迫下 MDA 含量低于抗寒性弱的品种。
这说明膜脂过氧化最主要的产物 MDA 的含量与抗
寒性呈负相关。本试验研究发现, 在 5 - 20 ℃之
间, 各供试材料 MDA 含量增加出现第 1 个峰值的时
间各不相同, 发生最早的是观光木, 在 - 4 ℃, 最晚
的是乐东拟单性木兰, 在 - 16 ℃, 这表明观光木最
不耐低温的冰冻, 最耐低温冰冻的是乐东拟单性木
兰。综合统计分析得到的半致死温度 ( TL50 ) 对各树
种进行抗寒能力评价得出: 乐东拟单性木兰 > 乐昌
含笑 > 紫花含笑 > 观光木。这与 2007 年发生凝冻
灾害时田间观光木叶片出现了大面积冻死的田间表
现相一致。
4.3 不同低温胁迫下 4种木兰科植物 SOD 酶活性
的变化情况
SOD 酶是生物体内普遍存在参与氧代谢的一种
含金属酶, 被称为植物细胞防御系统的保护酶。该酶
与植物抗逆性密切相关, 是植物体内重要的保护酶之
一, 研究表明, 该酶能清除低温逆境下体内产生的有
害物质, 保护植物细胞膜和生物大分子, 以使植物本
身尽快适应逆境而生存下来 [ 1 6] ; 因此, SOD 酶活性的
测定在研究植物抗逆机制中有着重要的意义。
经研究证明, 植物进行低温处理后 SOD 酶活性
变化与植物抗寒能力的强弱有很大关系 [ 17 ] 。SOD
作为植物细胞中最主要的抗氧化酶, 是通过催化
O2 - ·的岐化反应: 2O2 - · + 2H + → H2O2 + O2 , 将
O2 - · 歧化为过氧化氢( H2 O2 ) 和氧气 ( O2 ) , 而 H2 O2
又被抗坏血酸和过氧化氢酶 ( 前者是主要的 ) 分解
为 H2 O 和 O2, 从而解除 O2 - 所造成的氧化胁迫。
刘从霞等 [ 18 ] 通过对红叶李 ( Prunus cerasifera
Ehrh. ) 、紫叶矮樱 ( Prunus ×cistenena‘Purpleleaf and
Chevry’) 、黑杆樱李( Prunus wrasifers‘nigra’) 、美人
梅 ( Prunus ×bliriana ‘Meiren’) 、紫 叶 李 ( Prunus
ceraifera cv. Pissardii) 5 种李属彩叶树木抗寒性研
究表明, 各树种低温处理过程中, SOD 酶活性均出现
2 个明显高峰, 树种之间差异不明显。本研究中, 除
观光木之外, 其余 3 个树种呈双峰曲线变化, 这与刘
从霞等的研究结果基本一致。同样, 本研究结果中,
树种抗寒能力越强, SOD 酶活性越高, 与杨建民
等 [ 1 9] 实验结果基本一致。
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