全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2005, 32 (1) : 141～144
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2004 - 04 - 11; 修回日期 : 2004 - 07 - 01
基金项目 : 北京市科委 “科技新星计划”资助项目 (9558101600)
常春藤质膜透性和内源激素与抗寒性关系初探
沈　漫
(北京农学院植物科学技术系 , 北京 102206 )
摘　要 : 以栽培在露地和温室的常春藤 (Hedera nepalensis var. sinensis) 为材料 , 测定了其叶片低温半致
死温度以及在越冬过程中内源激素的变化。结果表明 , 不同栽培条件下的常春藤抗寒能力和耐受低温极限有
所不同。露地栽培的常春藤具有较强的抗寒性 , 其脱落酸水平显著高于温室栽培的常春藤 , 赤霉素水平则低
于温室栽培的常春藤。越冬过程中常春藤叶片内源激素的变化尤其是激素间的平衡与抗寒能力关系密切。
关键词 : 常春藤 ; 细胞膜伤害率 ; 半致死温度 ; 内源激素 ; 抗寒性
中图分类号 : S 68　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2005) 0120141204
Prelim inary Study on the Rela tion s between M em brane Perm eab ility, En2
dogenous Horm ones and Cold Resistance of Ivy
Shen Man
(D epartm ent of P lant Science and Technology, B eijing A gricu lture College, B eijing 102206, Ch ina)
Abstract: The ivy (Hedera nepa lensis var. sinensis) p lants growing in open field or greenhouse were
used as the experimentalmaterials. The changes of the sem ilethal temperature and the endogenous hormones in
the leaves through the winter period were determ ined by electric conductivity and EL ISA methods. The results
showed that the cold resistance and the lim it of endurance to the low temperature were different for the ivy
p lants growing under different cultivate conditions. For the p lants growing in open field, it possessed more
stronger cold resistance, and its levels of endogenous hormones changed more obviously than that growing in
greenhouse, such as the increase of the content of abscisic acid and the decrease of gibberellic acid. During
the winter period, the changes of the contents of ABA and GA , especially the ABA /GA were associated close2
ly with the cold resistance of ivy growing in open field.
Key words: Hedera nepa lensis; Membrane injury percentage; Sem ilethal temperature; Endogenous
hormones; Cold resistance
1　目的、材料和方法
在植物抗寒性研究中发现 , 细胞膜系统可能是冻害发生的首要位置 ; 低温下植物细胞膜透性加
大 , K+和葡萄糖等电解质外渗增加〔1〕。Rajashekar等〔2〕把低温对植物细胞膜伤害的过程用 Logistic曲
线表示 , 并用该曲线急剧上升区的中点所对应的温度作为致死温度。朱根海等〔3〕证实此方法在多种
植物上应用可取得比较准确的结果。朱月林等〔4〕用消除自身电导后的电解质透出率来拟合 Logistic方
程 , 发现能准确反映植物的抗寒能力和所能忍受的低温极限。脱落酸 (ABA ) 被认为是植物对不同
逆境产生响应的信号因子之一〔5〕。植物激素可能通过某种平衡状态启动抗寒基因表达以及对维持细胞膜
结构功能起作用〔6〕。本研究以栽培在露地和温室的常春藤为材料 , 通过测定离体叶片在低温下的细胞膜
伤害率的改变 , 研究细胞膜相对透性的变化与低温半致死温度的关系 , 并通过对叶片内源激素含量的检
测 , 分析常春藤内源激素与抗寒性的关系 , 试图为阐述植物抗寒机理提供参考依据。
园 　　艺 　　学 　　报 32卷
供试植物材料为北京林业大学花卉研究所露天试验地和温室内栽植的 2年生常春藤 ( Hedera
nepa lensis var. sinensis) , 露地栽培为背风疏荫的近墙处 , 常规水肥管理 , 植株攀援于墙面或匍匐于地
面生长。分别在 1998年 11月中旬 (冬前 , 平均气温 7℃)、1999年 1月中旬 (冬季 , 平均气温
- 10℃) 和 1999年 3月中旬 (初春 , 平均气温 5℃) 采样 , 测定常春藤内源激素含量 ; 其中 1999年
1月中旬采样同时用于测定膜相对透性。温室的常春藤 (平均温度 20℃) 管理措施、采样时间等同
露地栽植。采集当年生茎中部茎段上成熟度较为一致的叶片 , 除部分叶片立即测定低温半致死温度
外 , 其余叶片液氮速冻 , 置 - 40℃低温冰箱保存备用 , 供植物激素含量的测定。
测定细胞膜透性和确定半致死温度参照刘祖琪等〔7〕方法。取 1999年 1月中旬采集的新鲜叶片制
成 015 cm2 圆片 , 每个温度梯度处理取 013 g叶片 , 3次重复。叶圆片置试管中 , 插入低温浴槽。按
- 2℃间隔递减 , - 4℃～ - 22℃设定 10个温度梯度 , 低温处理期间温度波动约 ±015℃, 各温度处理
115 h。取出后 25℃温浴 015 h, 加去离子水 5 mL, 真空浸提 15 m in, 25℃水浴振荡 2 h, 静置 , 测第
1次电导率 (R t)。然后置沸水浴中 15 m in, 冷却至室温 , 测第 2次电导率 ( K)。以未经低温处理的
电导率作为本底 (C) , 计算细胞膜伤害率 M IP = (R t - C) / ( K - C) ×100%。将处理温度与 M IP值进
行非线性回归分析 , 按 Logistic方程 Y = K/ (1 + ae - bX ) 方程进行拟合〔3, 7, 8〕, 求出曲线拐点所对应的
温度 , 作为低温半致死温度 (LT50 )。Logistic曲线方程公式中 K值表示最大胁变 , 参数 a值表示曲线
对于原点的相对位置 , b值则为初始胁强下的胁变增长率〔8〕。
植物内源激素的提取在 Xu等〔9〕的方法上加以改进。称取 110 g叶片 , 加入 3 mL 80%内含 1 mmol/L
BHT (二叔丁基对甲苯酚 ) 的甲醇水溶液和 100 mg PVP (聚乙烯吡咯烷酮 ) , 弱光冰浴研磨 , 匀浆转入
10 mL试管 , 摇匀后置 4℃下提取 4 h。2000 ×g离心 15 m in, 取上清液 , 过 Sep2PakC18柱纯化两次。滤
出液定容至 115 mL。样品叶片中的生长素 ( IAA)、赤霉素 ( GA3 )、细胞分裂素类 ( Z + ZR) 和脱落酸
(ABA) 的含量采用酶联免疫法 (EL ISA) 测定 , 3次重复。
2　结果分析与讨论
211　不同栽培条件下生长的常春藤叶片膜透性的比较
不同栽培条件下的常春藤离体叶片经零下梯度低温处理后 , 测定的 M IP值与处理温度进行非线
性回归 , R2 均较高 , 表明方程具有较好的拟合度 (表 1、图 1)。
表 1　露地及温室条件下的常春藤叶片细胞膜伤害率变化和非线性方程
Table 1　Changes of M IP and non linear regression equa tion of leaves from ivy plan ts grow ing in open f ield or greenhouse
栽培条件
Growing
condition
细胞膜伤害率 M IP ( % )
- 4℃ - 6℃ - 8℃ - 10℃ - 12℃ - 14℃ - 16℃ - 18℃ - 20℃ - 22℃
Logistic方程
Logistic equation
拟合度
Fitness
(R2 )
LT50
(℃)
露地
Open field
8127
±0174 8130±0117 17104±0178 23127±1148 23149±0106 25168±2125 46119±0151 82122±1150 86149±0183 92191±1138 Y = 1311731 + 78111e ∃ 012464X 019503 3 - 17169
温室
Greenhouse
6113
±0118 11149±1196 18106±2103 46181±0154 72178±1150 85148±0127 86144±0135 89185±1179 91104±0174 95195±0191 Y = 921201 + 373125e - 015945X 019943 3 - 9196
注 :表中数据为 3次重复的均值 ±标准差 , 3 3 P < 0101。下同。
Note: The values in Table 1 are …X ±s of three repetitions, 3 3 P < 0101. The same below.
在一系列冷冻低温处理后 , 常春藤离体叶片组织细胞膜伤害率与处理温度之间呈急剧或缓慢上升
的 “S”形曲线。不同栽培条件下常春藤的拐点温度存在差异 , 露地栽培的为 - 17169℃, 温室的为
- 9196℃。拐点处单位胁强变化引起的胁变变化最大 , 此点具有可比性且与植物抗性有关〔8〕。根据这
一性质推测〔3〕, 处于拐点温度附近 , 降温对细胞膜的破坏效应最大。拐点温度上表现出的差异可以
用于衡量其耐受低温的能力 , 且这种差异表现为拐点温度与抗寒力之间呈负相关趋势 , LT50越低 , 抗
寒性越强 , 即露地栽培的常春藤的抗寒性大于温室栽培的。
从不同栽培条件下的常春藤离体叶片在低温处理下的细胞膜伤害率曲线可见 , 拐点以前 , 曲线斜
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　1期 沈 　漫 : 常春藤质膜透性和内源激素与抗寒性关系初探 　
图 1　露地及温室条件下常春藤叶片细胞膜伤害率的比较
F ig. 1　Com par ison of M IP of leaves of ivy plan ts grow ing
in open f ield or greenhouse
率不断增加 , 表明降温对细胞膜伤害率的递增效应
不断增大 , 到拐点时最大 ; 之后 , 曲线斜率逐渐下
降 , 降温对细胞膜伤害率的递增效应减小。比较露
地和温室栽培的 M IP曲线 (图 1) , M IP值都随零下
低温的递降而上升 , 但不同栽培条件下获得不同抗
寒性的植株 , M IP上升的速率具有明显的差异。
比较拟合方程中参数 b, 发现温室中常春藤的
b值为 015945; 而露地栽培的由于经过 11月深秋自
然降温的低温锻炼 , 其 b值仅为 012464。M IP值由
20%升至 80%的降温幅度 , 温室栽培的常春藤是
4℃ ( - 8℃～ - 12℃) , 而露地栽培的常春藤则为
10℃ ( - 8℃～ - 18℃) ; 且露地栽培的拐点温度也
比温室栽培低 7～8℃ (表 1, 图 1)。这说明 , 栽培在不同温度下的常春藤具有不同的抗寒性。露地栽培
下具有较强抗寒性的常春藤对胁强引起的不良胁变的增长率相对较缓慢 , 不同抗寒性的常春藤在低温下
膜的稳定性具有较大的差异。
212　不同栽培条件下生长的常春藤叶片内源激素的变化
越冬期间不同栽培条件下生长的常春藤叶片内源激素含量的变化综合列于表 2。
表 2　越冬期间露地及温室条件下的常春藤叶片内源激素含量的变化
Table 2　Changes of endogenous horm one con ten ts from ivy plan ts grow ing in open f ield or greenhouse through w in ter per iod
处理
Treat2
ment
LT50
(℃)
采样时间
Samp ling time
内源激素含量
Endogenous hormone content( ng /g FM )
ABA GA3 Z + ZR IAA
内源激素平衡
Balance of endogenous hormones
ABA /GA3 ABA / ( Z + ZR) ABA / IAA
露地 - 17169 冬前 Before winter 628183 ±3187 6601101 ±6175 1956179 ±3134 706138 ±6122 010953 ±010007 013214 ±010015 018902 ±010060
Open 冬季 W inter 1176148 ±6181 3904157 ±5128 1208133 ±14153 988187 ±14172 013013 ±010016 019736 ±010338 111897 ±010180
field 初春 First sp ring 457105 ±5139 3754189 ±5100 1556171 ±3166 754147 ±8175 011217 ±010015 012936 ±010039 016058 ±010132
温室 - 9196 冬前 Before winter 310131 ±8100 6601101 ±8173 1965197 ±3119 1706138 ±4194 01047 ±010012 011578 ±010043 011819 ±010044
Green2 冬季 W inter 389103 ±8195 6546185 ±7129 1919174 ±12172 2086110 ±6171 01059 ±010014 012026 ±010050 011865 ±010037
house 初春 First sp ring 227116 ±3187 7239125 ±9159 1390104 ±8137 2159123 ±4120 01031 ±010006 011634 ±010018 011052 ±010019
露地栽培的常春藤内源激素变化较大 , 从冬前到冬季 , ABA 增加了 87% , IAA 增加了 40% ,
GA3和细胞分裂素类 ( Z + ZR) 分别下降了 41%和 38% ; 到初春 , Z + ZR增加了 22% , IAA和 GA3
略有下降 , 而 ABA下降了 157%。温室栽培的常春藤叶片中 ABA含量持续较低 , 在冬前到冬季 , 从
310 ng/g FM升至 389 ng /g FM , 到初春 , 又降至 227 ng/g FM , 在整个冬季 , 其内源激素的变化幅度
也较小 (表 2)。
由表 2可见 , 露地栽培的常春藤 ABA /GA3、ABA / IAA、ABA / ( Z + ZR ) 都随温度下降而增大 ,
其中 ABA /GA3的变幅最大 , 其变化与温度呈极显著负相关 (R = - 019999) , ABA / IAA和 ABA / ( Z
+ ZR) 也与温度显著负相关 (R分别为 - 019897和 - 018139)。而温室栽培的常春藤 ABA /GA3 与温
度的相关性则相对不明显 (R = - 017559) , ABA / ( Z + ZR ) 与温度呈显著负相关 (R = - 019999) ,
ABA / IAA比值与温度的相关性不显著 (R = - 014495)。
以上结果表明 , 常春藤抗寒性与内源 ABA含量相关 ; ABA与其他激素的比值更能清楚描述常春
藤在适应低温过程中的作用。这说明对低温适应起作用的并非某一类激素 , 而是不同激素间的平衡。
另外 , 温室栽培的常春藤叶片内源激素之间平衡的改变幅度均小于露地栽培 , 其原因可能有两个 : 一
是不同抗寒性的常春藤之间存在着差异 ; 二是抗寒性强的常春藤对低温逆境的适应能力较强 , 从而表
现出相对的代谢调控的稳定性 , 以维持正常的生长。
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园 　　艺 　　学 　　报 32卷
植物激素对植物抗寒力的调控起着重要作用〔6〕。特别是 ABA , 低温等胁迫首先引发植物体内渗
透调节的改变〔10, 11〕, 进而引起植物 ABA的瞬间或持续性积累 , 最终导致基因表达的改变以及植物抗
寒性的提高〔12〕。对马铃薯〔2〕、柑桔〔13〕、小麦〔5, 14〕、栀子〔15〕等的研究表明 , 在低温锻炼中 , 伴随着耐
寒性的提高 , 植物内源 ABA含量也上升 , 抗寒性强植物的 ABA含量高于抗寒性弱的〔6〕。本研究结果
表明 , 抗寒性强的露地常春藤 ABA含量高于抗寒性弱的温室常春藤 , 内源 ABA及其与其它激素之间
的平衡 , 与常春藤抗寒性相关 , 这与马铃薯〔9〕、柑桔〔13〕的规律类似。
赤霉素 GAS 是最早被认为与抗寒力有关的植物激素 , 但作用不似 ABA显著〔6, 9〕。据报道抗寒性
强的植物 GAS 含量一般低于抗寒性弱的植物〔6, 15〕。相对于 ABA和 GAS 的含量 , ABA /GAS 的比值更能
体现与抗寒力的关系。ABA /GA的平衡可以影响不同品种接受低温锻炼的能力 ; 不同品种或同种植物
处于不同生境下 , ABA和 GA的对植物抗寒性的影响是不同的〔13, 15〕。
植物抗寒能力受众多生理因素影响 , 因此需要综合分析多项生理指标的测定结果来判别植物种
间、品种间的抗寒性差异 , 提供阐述抗寒机制多方面的认识和依据。
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