全 文 ：林业科学研究　2008, 21 (2) : 235～238
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2008) 0220235204
低温胁迫对 Guadua am plexfolia抗寒性生理指标的影响
马兰涛 , 陈双林 3 , 李迎春
(中国林业科学研究院亚热带林业研究所 ,浙江 富阳 311400)
摘要 :在自然环境条件下对国外引进的热带竹种 Guadua am plex ifolia7个日最低气温条件下的过氧化物酶 ( POD)、超
氧化物歧化酶 ( SOD)、过氧化氢酶 (CAT)等 7项抗寒性生理指标进行了测定 ,结果表明 :各抗寒性生理指标与日最
低气温具有良好的相关性 ; 9 ℃为轻微的低温逆境 ,自由水 /束缚水比值呈下降趋势 ; 3 ℃时低温胁迫生理伤害较为
严重 , POD、CAT、可溶性蛋白和丙二醛 (MDA)含量达峰值 ; 0 ℃时 SOD、游离脯氨酸含量达峰值 ; G. am plexifolia生长
的极限低温为 - 2 ℃左右。
关键词 :低温胁迫 ; Guadua am plex ifolia;生理指标
中图分类号 : S722. 3 + 6 文献标识码 : A
收稿日期 : 2007201229
基金项目 : 国家林业局“948”引进项目“优良速生竹种引进”(2000204216)
作者简介 : 马兰涛 (1982—) ,女 ,河北唐县人 ,在读硕士生.3 通讯作者 :陈双林 (1965—) ,男 ,浙江龙游人 ,研究员 ,从事竹林生态研究。E2mail: cslbamboo@126. com
The Influence of L ow Tem pera ture Stress on the Cold2resistance
Physiolog ica l Indexes of Guadua am plexfo lia
MA Lan2tao, CHEN Shuang2lin, L I Ying2chun
(Research Institute of Subtrop ical Forestry, CAF, Fuyang 311400, Zhejiang, China)
Abstract:A t the natural condition, 7 physiological indexes of Guadua am plex ifolia such as peroxidases ( POD ) ,
Superoxide D ismatase ( SOD ) , catalase ( CAT) and so on were measured at 7 different temperatures, which
introduced from trop ical region abroad. The result indicated: all indexes measured showed high relativity with low
temperature stress. A t 9 ℃, the bamboo suffered slight low temperature stress and the ratio of free2water to bound2
water decreased evidently; POD , CAT, Pr. and malondialdehyde (MDA ) reached the maximum at 3 ℃ and the
physiological injury was serious; SOD and Pro. reached the maximum at 0 ℃; the lowest temperature Guadua
am plex ifolia could endure was about - 2 ℃.
Key words: low temperature stress; Guadua am plex ifolia; physiological indexes
Guadua am plexifolia J. S. Presl隶属竹属 (Guad2
ua) ,是南美洲主要栽培竹种之一 ,为大型丛生优质材
用竹种 ,生物量大 ,竹秆中下部实心 ,具有很高的开发
利用价值。2002年春季从厄瓜多尔引种 G. am plexifo2
lia至福建省华安竹类植物园 ,经 4 a多的引种栽培 ,
表现出良好的生长态势。影响 G. am plexifolia生长的
主要环境因子为温度、湿度 ,其中低温是其生态适生
区域的决定性因子。为确定该引进竹种在我国的适
生区域 ,为引种栽培提供科学依据 ,在自然环境条件
下开展了低温胁迫对其生理指标的影响研究。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
2006年 10月从福建省华安竹类植物园选取立
竹平均地径 0. 3 cm,平均高度 50 cm,生长健壮的 G.
am plex ifolia成丛竹苗 ,引种至浙江富阳中国林科院
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
亚热带林业研究所进行分丛基质盆栽 (每盆丛立竹
数 13株左右 ,共 4盆 )。盆栽竹苗在温室中经 1个
月的生理恢复栽培后 ,于 11月中旬置于自然环境条
件下实施抗寒性试验。试验地属亚热带季风气候
区 ,年平均气温 16. 2 ℃,最热月平均气温 28. 7 ℃,
最冷月平均气温 3. 6 ℃,极端最高气温 40. 2 ℃,极
端最低温度 - 14. 4 ℃,年均无霜期 196 d。年均降
水量 1 464 mm,蒸发量 1 392 mm,平均相对湿度
76%。盆栽竹苗除浇水外 ,不进行施肥、间伐等管理
措施。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 实验材料选取 　因竹丛中 1年生立竹较少
且尚未完全抽枝展叶 ,故选取 2年生立竹梢部竹叶
进行各项生理指标的测定。每个指标 3个重复 ,取
平均值。
1. 2. 2 实验温度设置与日最低气温测定 11月中
旬开始 ,在自然降温过程中 ,以 2～3 ℃为一个温度
梯度 ,选择 12、9、7、5、3、0、- 2 ℃7个温度。日最低
气温用最高最低温度计逐日测量 ,当日最低气温达
到所选择的试验温度时 ,于当日 8: 00时左右取样 ,
使取样时气温和日最低气温的差值均在 0. 5 ～
1 ℃[ 1 - 2 ] ,取样后立即进行 7个生理指标的测定。
1. 2. 3 生理指标测定 过氧化物酶 ( POD )采用愈
创木酚法测定 ,过氧化氢酶 (CAT)采用紫外吸收法
测定 ,超氧化物歧化酶 ( SOD )采用淡蓝四唑光化还
原法测定 ,游离脯氨酸测定采用酸性茚三酮比色法 ,
可溶性蛋白采用考马斯亮蓝法测定 ,详细方法以及
丙二醛 (MDA )、自由水 /束缚水比值等生理指标测
定参照文献 [ 3 ]。
2 结果与分析
2. 1 竹苗形态变化
日最低气温 3 ℃以上 ,竹苗生长表现正常 ,有新
叶和侧枝萌发 ,日最低气温 12 ℃以上时有竹笋萌
发 ,叶片无受冻褐变状 ;日最低气温 3 ℃时 ,竹叶自
叶尖始受冻褐变 ,褐变程度从立竹下部向上逐渐加
重 ,以立竹梢部叶片受冻褐变最重。说明日最低气
温 3 ℃对 G. am plex ifolia已造成低温生理伤害 ;日最
低气温 0 ℃时 , 80%以上叶片失水卷曲 ;至日最低气
温 - 2 ℃时 ,立竹叶片全部卷曲。当第 1次出现日
最低气温 - 2 ℃后 ,波动的日最低气温 3 ℃以下持
续天数达到 6 d左右 ,立竹地上部分的竹叶、枝条白
化干枯 ,并逐渐脱落 ,仅部分立竹竹秆基部保持
绿色。
2. 2 低温胁迫对 SOD、POD、CAT酶活性的影响
2. 2. 1 SOD活性 超氧化物歧化酶 ( SOD )是一种
含金属的抗氧化酶 ,在活性氧清除反应中 ,处于核心
地位 ,能将超氧化物阴离子自由基快速氧化为过氧
化氢和分子氧。在逆境条件下 , SOD能被活性氧诱
导产生 ,从而减轻对细胞膜的伤害 [ 4 - 5 ]。G. am plex i2
folia在日最低气温 12 ℃开始的降温过程中 , SOD活
性逐渐提高 ,日最低气温 9 ℃时 , SOD活性上升到一
个较高水平 (296. 27 u·g- 1 ) ,表明此温度对该竹种
已形成低温的影响。0 ℃时 SOD 活性上升到峰值
(421. 53 u·g- 1 ) (图 1) ,说明日最低气温 0 ℃已是
严重的低温胁迫 , SOD的保护能力达到极限 ,竹子严
重冻害。
2. 2. 2 POD活性 过氧化物酶 ( POD )的主要作用
是催化过氧化物分解 ,从而降低其对膜的伤害作用 ,
提高植物的抗逆性。已有多项研究表明 POD的活
性和植物的抗寒性有着显著的相关性 [ 6 - 7 ]。在本试
验中 , G. am plex ifolia 的 POD活性和温度的相关系
数为 0. 816 9,达到显著水平 ,具有随温度的下降呈
现先升后降的变化规律 ,在日最低气温 3 ℃时达到
峰值 (1 219. 23 u·mg- 1 ·m in - 1 ) (图 1) ,表明该竹
种在日最低气温 3 ℃条件下已受到严重的低温
伤害。
图 1　酶活性随温度的变化
2. 2. 3 CAT活性 过氧化氢酶 (CAT)是细胞膜逆
境胁迫下的保护酶之一 ,可以催化过氧化氢分解为水
和氧气而减轻逆境下对细胞膜的伤害。G. am plexifo2
lia的 CAT活性在日最低气温 3 ℃时达到峰值 ,继而
下降 ,表现出和 POD相同的变化规律 (图 1) ,和温度
的相关性达到显著水平 (R = 0. 877 7)。
试验所测定的 3种酶活性均随温度变化呈现较
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第 2期 马兰涛等 :低温胁迫对 Guadua am plexfolia抗寒性生理指标的影响
强的规律性 ,可以作为 G. am plex ifolia抗寒性评价的
生理指标 ,而 POD 和 CAT对温度的灵敏性高于
SOD [ 8 ]。因此 ,综合 3种酶的试验测定结果 ,当日最
低气温为 3 ℃时 , G. am plex ifolia表现出严重的低温
胁迫。
2. 3 可溶性蛋白和游离脯氨酸含量的变化
可溶性蛋白和游离脯氨酸都是细胞渗透调节物
质 ,可以调节细胞的渗透势 ,降低细胞结冰的温度 ,
提高植物的抗寒性。
2. 3. 1 可溶性蛋白含量 可溶性蛋白的亲水胶体
性较强 ,可以明显增加细胞的持水力 ,增强植物的抗
寒能力 ,在相同低温胁迫条件下 ,可溶性蛋白含量越
高 ,植物体的抗寒性也就越高 [ 9 - 10 ]。G. am plex ifolia
叶片可溶性蛋白含量虽在日最低气温 5 ℃之前出现
了一定的波动 ,但总体呈随着温度的下降表现出先
升后降的趋势 ,并在 3 ℃时达到峰值 (324. 63 mg·
g- 1 ) (图 2) ,说明 3 ℃以下的低温能造成该竹种严
重的低温胁迫 ,已超出可溶性蛋白的调节能力。
图 2　可溶性蛋白和脯氨酸含量随温度的变化
2. 3. 2 游离脯氨酸含量 游离脯氨酸作为渗透调
节物质 ,大多数研究证明其含量和植物抗寒性有很
大的相关性 ,其含量在植物可忍受的低温胁迫下 ,呈
现出上升的趋势 [ 11 ] ,也有研究认为其与抗寒性关系
不大 [ 12 ]。G. am plex ifolia叶片游离脯氨酸含量随着
温度的下降呈现明显的先升后降趋势 ,表明适当的
低温诱导可以使该竹种游离脯氨酸积累而提高抗低
温胁迫能力。当日最低温度为 0 ℃时游离脯氨酸含
量达峰值 (846. 81μg·g- 1 ) (图 2) ,可见 0 ℃以下
的低温胁迫已超出了游离脯氨酸的调节范围。
2. 4 自由水 /束缚水比值的变化
自由水 /束缚水比值反映植物体的代谢活力 ,比
值越高植物代谢越旺盛 ,抗寒性就越弱 ,反之代谢活
性越低 ,抗寒性越强 [ 3 ]。从 G. am plex ifolia叶片自
由水 /束缚水的比值分析 ,日最低气温 12 ℃时较高
(19. 29) , 9 ℃时急剧下降至 2. 12,其后随温度的降
低呈波动式的下降趋势 ,并维持在一个较低的水平
(图 3) ,可见 ,该竹种在日最低气温 9 ℃时植物体代
谢活动开始下降 ,也即说明 ,日最低气温 9 ℃时已经
是轻微的逆境 ,竹子生长策略开始发生转变 ,从生长
为主转向以抵御不良环境为主。
图 3　丙二醛含量和自由水 /束缚水比值随温度的变化
2. 5 MDA含量的变化
丙二醛 (MDA)是膜脂过氧化的主要产物之一 ,
可以与蛋白质、核酸发生反应 ,还可以使纤维素分子
间的桥键松弛或抑制蛋白质的合成 ,MDA的积累可
以对膜和细胞造成一定伤害 [ 13 ]。日最低气温 9 ℃
时 G. am plex ifolia叶片 MDA的含量升高 ,表明 9 ℃
的轻微低温胁迫已经造成 MDA的积累 ,随后低温诱
导细胞保护酶活性提高 ,对影响植物生长的膜脂过
氧化有一定的抑制作用 ,使 MDA含量在日最低气温
7 ℃时有一定幅度的下降 ( 28. 3% ) ,随着温度的继
续下降 ,膜脂过氧化作用进一步加强 , MDA积累量
回升 ,在日最低气温 3 ℃时 , MDA 含量达到峰值
(35. 22μmol·mg- 1 ) ,此时 POD和 CAT等保护酶
的活性也达到峰值 ,这和冯建灿等 [ 14 ]的研究结果一
致。分析认为 ,在一定低温条件下膜脂过氧化作用
最强时植物体自身的保护系统活性也最强 ,这可能
是植物在逆境条件下的一种适应反应 [ 15 ]。MDA含
量在 3 ℃后呈急剧下降趋势 (图 3) ,说明日最低气
温降到 3 ℃以下时 ,细胞膜结构已受到严重破坏。
3 结论
目前关于植物抗寒的研究很多 ,而就竹类植物
的抗寒性研究较少 ,而且主要集中于表征现象的观
察 ,通过抗寒性生理指标的测定来研究竹子的抗寒
能力少有涉及 [ 16 ]。从样品处理方法看 ,一是在人工
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
气候室利用盆栽苗进行各指标的变化规律研究 [ 15 ] ,
另外就是对离体器官进行低温处理 [ 12, 17 ]。本实验
利用完全自然的降温过程 ,并且取样时气温和日最
低气温的差值均在 0. 5～1 ℃,研究结果也表明各抗
寒性生理指标均表现出较强的规律性和温度之间较
高的相关性 ,具有一定的可靠性 ,研究结论对 G. am 2
plex ifolia的引种栽培具有一定的指导意义。
从试验结果综合分析 ,日最低气温 9 ℃以上 , G.
am plex ifolia代谢旺盛 ,未受到低温胁迫 , 9 ℃时自由
水 /束缚水比值明显减小 ,代谢活性开始下降 ; 3 ℃
时出现轻微的叶尖褐变 ,测定的各项指标也达到峰
值 , G. am plex ifolia 开始受到较为严重的低温伤害 ;
- 2 ℃时叶片全部干枯卷曲 ,各项生理指标均下降
到试验最低水平 ,经历 - 2 ℃低温伤害后 ,持续 2 ℃
以下低温 6 d左右 ,竹子所有枝条和竹秆上部白化
干枯 ,可以认为 - 2 ℃已是 G. am plex ifolia 的极限
低温。
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