全 文 ：低温胁迫对海岛植物普陀樟抗寒性生理指标的影响*
王凤英1,胡永红1,2,田暋旗1
(1上海辰山植物园,上海暋201602;2上海植物园,上海暋200231)
摘要:为了解海岛植物普陀樟在低温胁迫下的生理反应,以普陀樟引种实生苗的叶片为实验材料,于冬季
对其进行不同低温梯度的处理,测定了叶片相对电导率、丙二醛含量的变化和过氧化氢酶活性的变化。结
果表明,随着温度的降低,普陀樟叶片相对电导率基本处于上升趋势;丙二醛含量也随着温度的降低而增
加;过氧化氢酶活性随着温度的降低呈现 “M暠型的变化趋势。
关键词:普陀樟;抗寒;相对电导率;丙二醛;过氧化氢酶
中图分类号:Q945灡34暋暋暋暋暋文献标识码:A暋暋暋暋文章编号:0253灢2700(2010)Suppl灡桗桏灢097灢04
StudyonCold灢resistanceofIslandPlant
Cinnamomumjaponicum (Lauraceae)
WANGFeng灢Ying1,HUYong灢Hong1,2,TIANQi1
(1ShanghaiChenshanBotanicalGarden,Shanghai201602,China;
2ShanghaiBotanicalGarden,Shanghai200231,China)
Abstract:InordertostudyphysiologicalresponsestotheislandplantCinnamomumjaponicum underlow
temperaturestress,therelativeelectricconductivity,thecontentofMDAandtheactivityofCATweredeter灢
minedunderdifferentlowtemperaturetreatmentsfortheleavesofC灡japonicuminwinter.Theresults
showedthattherelativeelectricconductivityincreased,MDAcontentalsoincreased,CATshowed“M暠灢
typechangestrendwithdecreasingtemperature.
Keywords:Cinnamomumjaponicum;Cold灢resistance;Relativeelectricconductivity;MDA;CAT
暋 普陀樟 (Cinnamomumjaponicum )系樟
科樟属植物,为国家栻级重点保护野生植物 (国
务院1999年8月4日批准)(傅立国,1991;丁
陈森,1993;张若蕙,1994)。该物种为常绿乔
木,树冠圆满,枝叶浓密,叶革质,叶面深绿色
具光泽,具有优良的观赏价值,可用于园林绿化
(俞慈英等,2007);该树种木材坚实致密,文理
通直,耐腐,耐水湿,具有良好的经济性状。普
陀樟目前间断分布于我国东部沿海岛屿及台湾,
朝鲜和日本也有分布,对研究东亚植物区系有一
定的学术意义 (俞慈英等,2008)。本文以普陀
樟为材料,研究低温胁迫对其几项生理指标的影
响,为普陀樟的引种、栽培提供一些科学依据。
低温是限制物种分布及引种的重要环境因素
(PurvisandYelenosky,1983)。细胞膜系统的
稳定性与植物抗寒性存在密切关系,是形成植物
抗寒性的关键。低温可导致植物细胞膜透性增
加,细胞内可溶性物质大量外渗,从而引发植物
代谢失调 (黄希莲,2006)。前人在研究植物的
冷害时,提出了根据膜透性变化情况来作为衡量
植物种或品种抗寒性的指标 (Lyons,1973)。在
研究细胞膜透性与植物抗寒耐热性关系的时候,
许多人采用电导法,测定植物的电解质渗出率。
一般认为,电导率大抗寒性弱,电导率小则抗寒
云 南 植 物 研 究暋2010,Suppl灡桗桏:97~100
ActaBotanicaYunnanica暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋
* 基金项目:上海市绿化和市容管理局2009年科学技术攻关项目 (G092404)
作者简介:王凤英 (1979-)女,博士,高级工程师,从事濒危植物的保育研究。E灢mail:w_fy001@yahoo灡com灡cn
性强。其次,植物器官衰老或在逆境下遭受伤
害,往往发生膜脂过氧化作用。丙二醛 (MDA)
是膜脂过氧化的最终分解产物,膜脂过氧化的结
果使膜结构和功能受到损伤,使膜透性增加和细
胞代谢失调,所以丙二醛含量可以反映植物遭受
逆境伤害的程度,是显示膜伤害的生理指标之一
(王学奎,2006;寇莉萍等,2004)。过氧化氢酶
(CAT)普遍存在于植物的所有组织中,其活性
与植物的代谢强度及抗寒、抗病能力有一定关系
(王学奎,2006)。植物的抗寒性与活性氧代谢关
系密切,低温胁迫下植物体内会产生大量的 H2
O2、O2灢、OH 等活性氧自由基,这些活性氧可
导致膜脂过氧化,进而造成膜系统的氧化损伤
(Dat等,2000)。过氧化氢酶可以清除体内的H2
O2,有利于维持体内的活性氧代谢平衡,从而
使植物能在一定程度上抵抗低温。
本研究拟采用普陀樟叶片作为实验材料,结
合上海及周围地区的自然环境条件,通过测定它
的电导率、MDA含量和CAT活性等抗寒性生
理指标,旨在探讨其在低温环境中的生理生化特
点,为其引种栽培提供科学依据。
1暋材料与方法
1灡1暋实验材料
实验材料为栽培于上海辰山植物园苗圃3~4年生
普陀樟完整无损叶片,引种于舟山市桃花岛。上海辰山
植物园地处长江三角洲,属北亚热带季风区域,年平均
气温15灡4曟,极端最高日气温38灡2曟,极端最低日气温
-10灡5曟。用于实验的叶片于2009年1月从上海辰山植
物园苗圃摘取。
1灡2暋实验方法及仪器
在不同温度梯度下 (对照,0,-3,-6,-9,-12,
-15,-18曟)对其进行处理,待温度降到设定温度后,
冷冻2h,每组实验重复3次,以未作处理为对照。
参照王学奎 (2006)采用电导法测定相对电导率。
叶子用蒸馏水冲洗干净,然后切成块 (1cm 暳1cm),
分成甲、乙两组,乙组样品置沸水浴中15min。然后分
别浸于20ml蒸馏水中,经抽真空减压,2h后用电导仪
测定浸泡液中相对电导率。
参照王学奎 (2006)采用硫代巴比妥酸比色法测定丙
二醛含量。取0灡5g叶片研磨后离心,取2ml提取液,加
0灡67%硫代巴比妥酸2ml,混合后煮沸30min,冷却后
3000r/min离心10min,分别测定上清液在450nm、532
nm和600nm处的吸光度值。利用公式计算 MDA含量。
参照王学奎 (2006)采用紫外吸收法测定过氧化氢
酶活性变化。取0灡5g叶片加入少量磷酸缓冲液研磨提
取。5曟冰箱中静置10min,取上清液离心。取3支试
管作为3次重复,在240nm处测定吸光度。以1min减
少0灡1的酶量为1个酶活性单位,根据公式计算酶活性。
应用EXCEL软件处理数据。实验所用仪器包括紫外
可见分光光度计 (UV灢7504,上海欣茂仪器有限公司),
电导率仪 (DDS灢307,上海精密科学仪器有限公司)等。
2暋结果与分析
2灡1暋不同温度对相对电导率的影响
低温处理后普陀樟叶片相对电导率变化如图
1所示,从0曟到-18曟随着温度的不断降低,相
对电导率呈现上升的趋势。从0曟到-12曟,相对
电导率增加的幅度较缓,与对照组相比,分别上升
了20灡07%、32灡68%、53灡3%、63灡62%、67灡67%。
-15曟和-18曟相对电导率增加幅度增大,分别比
对照组增加了94灡55%和113灡09%。相对电导率
的大幅增加,说明细胞膜受到了明显伤害。
图1暋低温对相对电导率的影响
Fig灡1暋Effectoflowtemperatureonrelativeelectricconductivity
89暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋暋云暋南暋植暋物暋研暋究暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋增刊桗桏
2灡2暋不同温度对丙二醛含量的影响
从图2中可以看出,随着温度的降低,丙二
醛含量呈现先升高后降低再升高的趋势。与对照
组相比,0曟处理时 MDA含量增加了23灡16%,
到-3曟出现降低的趋势,不过与对照组相比仍
然增加了8灡65%,从-3曟到-18曟时 MDA含
量一直呈现升高的趋势,-18曟与对照组相比
MDA含量增加了129灡24%。从总体趋势来看,
随着温度的降低,MDA含量呈现上升的趋势,
表明在低温胁迫下,膜脂发生过氧化作用,产生
丙二醛导致细胞膜受损,随着温度的降低,细胞
膜过氧化作用增强,产生丙二醛含量增加,致使
细胞膜受损程度增大。
2灡3暋不同温度对过氧化氢酶活性的影响
H2O2在240nm 下有强烈吸收,过氧化氢
酶能分解过氧化氢,使反应溶液吸光度A240随反
应时间延长而降低。根据测定吸光度的变化速度
即可测出过氧化氢酶的活性。
从图3可以看出,随着温度的降低,CAT
活性随着温度的变化呈现先上升再下降再升再降
的趋势。与对照组相比,温度降到0曟时,CAT
活性上升了68灡84%,-3曟与对照组相比CAT
活性又下降了29灡39%,-6曟、-9曟和-12曟
与对照组相比CAT活性又分别上升了14灡15%,
55灡76%,97灡37%,温度降到-15曟和-18曟时
过氧化氢酶活性骤然降低,分别比对照组下降了
93灡42%和320灡5%。在-12曟时CAT活性最大。
3暋结论与讨论
低温胁迫能引起植物细胞膜透性的明显改
变,导致溶质外渗,因而质膜的透性变化可以显
示细胞膜结构和功能的受损程度 (Chan,1985)。
用电导法测定细胞外渗液电导率变化,是用来反
映细胞膜伤害程度的一个重要指标 (金戈等,
1991)。植物受到低温影响时,细胞的质膜透性
会发生不同程度的增大,电解质外渗,电导率增
大。质膜透性变化实际上是反映植物抗低温胁迫
能力的较综合而准确的指标 (蒋明义等,1991),
图2暋低温对丙二醛含量的影响
Fig灡2暋EffectoflowtemperatureoncontentofMDA
图3暋低温对CAT活性的影响
Fig灡3暋EffectoflowtemperatureonactivityofCAT
99增刊桗桏暋暋暋暋暋暋暋暋王凤英等:低温胁迫对海岛植物普陀樟抗寒性生理指标的影响暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋
能够反映植物器官和组织遭受冷害的程度。电解
质渗透率越高,则植物所受的伤害就越重,反之
亦然。本研究表明,在不同低温处理下,普陀樟
叶片相对电导率基本随着温度的不断降低呈现上
升的趋势,说明温度越低,植物叶片组织受伤程
度越严重。温度降到一定程度以下 (图1中显示
为-15曟),相对电导率值迅速增加。说明温度
越低,叶片组织受伤害程度变化越大。
MDA作为膜脂过氧化最终产物,是反映细
胞膜伤害程度的一个重要指标。本研究中,随着
温度的降低,MDA含量总体趋势是升高的,表
明细胞膜透性增大,细胞膜受到损伤。开始时出
现了先升高再降低再升高的趋势,可能是由于在
最开始的低温胁迫下,植物组织细胞还未完全启
动应激反应,造成 MDA含量出现先升高后又回
落。从-6曟到-18曟 MDA含量持续增加,可
能是植物组织细胞应激反应的能力提高已经无法
抵御 MDA含量累积的增长速率。以上两种反映
细胞膜伤害程度指标的数据对比来看,丙二醛含
量的变化趋势与相对电导率的变化趋势基本一
致。说明随温度的降低,膜脂过氧化程度加剧,
其细胞膜透性增大,膜伤害程度增大。
过氧化氢酶可以清除体内的过氧化氢,有利
于维持体内的活性氧代谢平衡,维持膜系统的稳
定性,增强植株的抗寒力。在0曟低温下,与对
照组相比,CAT活性出现了大幅度的增加,说
明过氧化体中的H2O2出现了急剧累积,可能是
由于刚开始的低温胁迫使体内的保护系统还未完
全产生作用,造成活性氧的暂时累积。而后
CAT活性有大幅回落,随着温度的不断降低,
CAT活性在稳步上升,说明植物细胞对低温胁
迫产生主动适应方式,温度降到-15和-18曟
时CAT出现了急剧下降,说明细胞膜保护酶系
统受到了严重损伤。
细胞膜是与外界环境发生物质交换的主要通
道,对外界环境胁迫最容易产生反应,因此针对细
胞膜的一些生理指标的测定是反应植物抗寒性最直
接,有效的生理指标。植物的抗寒性是受多种因素
综合影响的,其生理过程也是错综复杂的。因此,
还需采用多种指标来综合评价植物的抗寒性。
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