全 文 ：户 西 植 物 1 0 81牟 第 1 卷 第 8期 1弓一玛贡
低温对蔗叶透性的破坏和兰十烷醉
效应的初步研究
莫家让 叶燕萍
( 广西农学院 )
多年来 , 低温对植物组织的危害 , 常以透性的破坏作指标 , 并在棉花 、 水稻 、 甘薯 、 咖
啡 、 蕃茄 、 蚕豆 、 黄瓜等方面已有报道 。 多数研究者对透性的研究 , 着重于测定细胞或组织
漏失电解质的电导度 , 〔 ” 4 ’ . 〕没有对漏失物中是否存在重要的生物分子氨基酸进行具 体分
析 。 甘蔗是对低温 一卜分敏感的作物 , 在不同低温条件下 , 不同持续期对蔗叶组织透性破坏的
情况如何 , 是否有氨基酸渗出 , 均未见报道 。 目前 , 关于提高甘蔗抗寒性的研究工作扩许多
单位从良种选育 , 耕作栽培技术的改进上积极开展研究 , 而从生理学角度利用植物生长请节
剂减轻低温对蔗叶组织透性破坏的研究 , 缺少可供参考的资料。 为了逐步探明甘蔗寒害的生
理实质 , 摸索利用植物生长调节剂提高抗寒力的可能性 , 我们应用 iR es 于 19 7 5年发现 、 19”
年提纯 、 并经一些单位试用认为能提高植物代谢水平的三十烷醇进行试验 , 以期积素资料 ,
为今后继续研究和开展 田间抗寒试验提供一些依据。
材 料 和 方 法
供试材料是一般栽培条件下新植 “ 台塘 13 4 ” 六个月株龄的生长正常的植株 , 沿叶喉 ,处剪
下 + 3叶 . , 用清洁毛巾和去离子擦净叶片 , 分别把叶片基部浸人不同浓度的三十烷醇液中 ,
分三种处理 : 1 p p m 溶液 , 。 . l p p m 溶液 , 对照 ( 去离子水 ) 。
处理 1 2小时取出 , 剪出去叶片上部和基部 , 留下叶片中段 . 剪去中段的叶 边 缘和 中脉
后 , 把叶片剪成 3 厘米长 、 1 厘米宽的小块 , 10 块为一组 , 同一组内的各小块都来自不同的
叶片 , 总重量为 75 0 土 1 毫克。 各组叶小块均用去离子水漂洗三次 , 以清洁滤纸吸去叶表面 ·
的水分 , 平铺于培养皿中 , 分别放在黑暗的 。 ~ 2 ” C 、 8 ~ 10 “ C 和 28 ~ 30 O C条件毛 经 4 解
8
、
1 2
、
24 小时 , 分别将各组叶小块取 出 , 浸入盛有 25 毫升去离子水的三角瓶中 , 置于28 ~
30
O
C条件下浸提 3 小时 , 取出叶小块 , 用 D D S一 H A型电导率俘测定浸提液的电导澎 与此
同时 , 配制一系列浓度的 N o CI 溶液 , 测定电导度 , 并作成标准曲线 。 从各处理浸提液的电
导度查对标准曲线 , 则可用 N a CI 溶液浓度 ( p p。 ) 来表示叶组织的透性 , 各处理透性的测
定均重复 2 ~ 3次 。
关于浸提液中氨基酸的微量分析 , 取各处理的浸提液 40 m l , 盛于蒸发血中 , 同时置于
60
O
C恒温水浴锅上蒸发 , 浓缩为 .0 s m l , 加人浓度 80 % 的酒情 么毫升 , 混匀 , 作为分析氮基 ,
. + 8 叶是栽培术语
酸的样品 , 然后把样品点在新华 1 号滤纸上 ,
4 : 1 : 1 : 2 混匀作溶剂 , 作单向纸层析 ,
米处 , 取 出滤纸 , 放在 60 “ C的烘箱内数分钟 ,
烘箱 30 分余礼 即能显出各种氨基酸的色谱
以正丁醇 、 冰醋酸 、 95 %酒精 和 去 离子水按
重复二次 , 当溶剂前沿到达距离滤纸上端 1 厘
然后取出 , 均匀地喷洒。 . 1%茹三酮 , 再放入
, 将各色斑用铅笔圈好 ,
酸在相同条件的 R f值来确定样品的氨基酸种数 , 并根据色斑的大刁
叶绿素含量是用 80 %的丙酮研磨叶小块进行提取
光度计测定 。
计算 R f值 , 根据标准氨基
、比较各种氨基酸的含量 。
提取液过滤 、 定容后 , 以 7 21 型分光
结 果
一 、 低温对透性的破坏和三十烷醇的效应
经低温处理的蔗叶组织 , 其透性发生明显变化 , 现将所获数据列于表 1 、 图 1 和图 2
表 1 不 同 处 理 叶 组 织 透 性 的 比 较认翼竖1 2“一 3。 ’ C _{ “ 一 `。。 C _… 。 一 “ 。 C4 } 8 } , 2 } 2 4 4 { 8 ) : 2 } , 4 4 } 8 { ` 2 } 2`
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时间 ( 小时 )
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图 1 在 8 ~ 1。 。 C 条件下延长处理时间对蔗
_
’ 叶漏出电解质的影响
人 ,
C
:
却 p l lU三十烷醇处理 B : 。 .通p P功三十烷停处理
对照
时间 ( 小时 )
图 2 在 。 一 Z O C 条件下延长处理时间对旅叶漏
出电解质的影响
A
:
C .
l p p m 三十烷醇处理
对照
B
:
o
.
IP p m 三 十烷尊 处理
从表 1 和图 1 与图 2 可看出 , 离体蔗叶组织在 28 ~ 30℃条件下 , 经过 24 小时 , 透性变花
较小 , 说明细胞内的膜系统较稳定 。 但在低温条件下 , 随处理时间延长 , 各处理的叶组织透
性均增加。 只要蔗叶处于低温下 4 小时 , 叶组织漏失的电解质就比 28 ~ 30 ℃条件下多 3 或 20
倍 , 表明蔗叶对低温十分敏感 , 三十烷醇的预先处理 对于叶组织的透性在低温下的破坏有
一定保护作用 。 在 8 ~ 10 ℃条件下 , 三十烷醇的这种良好效应在经受 12 或 24 小时的低温处理
才显现出来 , 分别使叶组织漏出的电解质比对照减少 1 ~ 36 . 2% 。 在。~ 2℃条件下 , 只经 8
小时 ,三十烷醇减少叶组织漏出物的效应即表现 出来 。低温持续期延长 , p p m的处理比 o . l p pm
的效果好些 。
二 、 低温对叶组织氨基酸渗出的影响和三十烷醇的效应
不同处理的叶组织 , 处于不同温度条件下 , 其渗出的氨基酸种数和含 量 存 在 明显差别
( 表 2 ) 。 在 28 ~ 30 ℃条件下 , 无论经过 8 小时或 24 小时 , 叶组织渗出的氨基酸数量均少 ,
只有甘氨酸或谷氨酸与天冬氨酸 。 三十烷醇的处理和对照的叶组织渗出氨基酸的数量 , 未发
现差别 。
在低温条件下 , 叶组织浸出氨基酸的种数比 28 ~ 30 ℃的处理多 , 尤以。~ 2℃条件下处理
2 4小时的叶组织 , 其氨基酸渗出数量最多 , 色谱中异亮氨酸 、 色氨酸和酪氨酸的出现 , 是与
短期 ( 8小时 ) 的O~ 2℃处理或长期 ( 24 小时 ) 的 8 ~ 10 ℃处理明显不同之处 。
三十烷醇的预先处理具有减少低温条件下叶组织氨基酸渗出的效应 。 在。~ 2℃条件下经
过 8 小时 , 三十烷醇处理的叶组织渗出 8 种氨基酸 , 而对照渗出10 种 , 各种氨基酸的量亦以
后者较多 。 在同样低温下经过 24 小时 , 三十烷醇处理的叶组织其渗出的氨基酸与 8 小时的处
表 2 不 同 处 理 叶 组 织 渗 出 氨 基 酸 的 比 较
IP p m三十烷醉 处理 瘦一卜氮 基 酸 名 称 2 8~ 30 “ C 8 ~ 10 O C 0~ Z O C 2 8~ 3 0 O C 8 ~ 10 O C8 小时澎4小时 8 小时 12 4小时 8 ,\J 时 }2 4小时 8 小时诊4小时’ 亮 , 。 `…1 日 卜………匡…一缀 纸 陇 } } 】 { } } + } 1 ! {
甲硫氮基酸
丙 氮 酸
苏 氮 酸
谷 氮 酸
天 冬 氛 酸
组 纪 酸
半 脆 氛 酸
脱 氮 酸
甘 级 酸
异 亮 氛 酸
色 红 酸
酪 氮 酸
合 计
+ +
+ +
+ 十 + + + 十 + 十
十 +
+ + +
十 + + + 十 今 + 十 +
+ 十
+ 十
+ + +
+ +
+ 十
十 +
十 十
十 十 +
+ 十
十
+ +
+
+ +
+
+ + +
+ + +
+ +
+十++1+十
+十
注: 十 , 十 十 + + 少 , 多
理相比 , 虽名称上有些变化 , 含量有所增多 , 但全部氨基酸仍维持 8 种 , 、 而对煦叶组织在相
同条件下渗出的氨基酸增至 1 1种 , 且净种氨基酸的量增加甚多 , 表明三十烷醇的处理与对照
的差别 + 分明显 。
三 、 不同处理的卜十绿素含量
各处理经历 24 小时后 , 立即测定叶绿素含量 , 结果列于表 3 。
表 3 不同处理经历 24 小时后的叶绿素含量
单位: 毫克 /克鲜重聋1攀…一…辛· 从表 3 看出 , 无论是经三十烷醇处理过的叶组织 , 还是对照的叶组织 , 在 28 ~ 30 ℃条件
下经历 24 小时 , 叶组织的叶绿素含量均比低温处理的少些 , 可能是较高温条件下 , 活组织消
耗物质较多 , 由于离体的叶组织处于暗处 , 不能制造和获得有机物供应 , 从而加快了叶绿素
分解所致 。 不过 , 在本实验的高温或低温条件下 , 经三十烷醇处理的叶组织 , 其叶绿素含量
均高于对照 。 这项结果与其他研究者对玉米 、 茄子等作物的实验所指出的三十烷醇有利于叶
绿素含量的维持和提高的情形是一致的 〔 , 〕 。
讨 论
低温对离体蔗叶组织透性的破坏与低温程度和作用时间密切有关 , 这与前人研究 一甘薯 、
玉米 、 蚕豆的根组织和黄瓜 , 咖啡的叶组织所获结果相似 〔 4 , ` 〕 。 蔗叶在 0 一 2 ℃条件下 4小
时 , 细胞的电解质漏 出量比 28 一 30 ℃处理的多 20 倍 , 这与咖啡叶组织在 2 . 5℃条件下处理 6小
时 , 细胞电解质漏出量比 25 ℃条件的多 2 倍的报导十分近似 、 ’ 〕 , 表明 甘蔗与咖啡同 属 热带
作物 , 抗寒 力甚弱 。
关于零上低温破坏细胞透性的机理 , 与生物膜受到破坏有关。 L y on s等指出 〔 ` { ,低温对
膜的危害 , 主要由于加速了膜的液晶态转变到凝胶态的物理变化过程 , 导致膜结构收缩 , 出
现裂缝和通道 , 因而使透性增加 , 细胞内电解质大量漏失。 这种观点 , 获得 N ik i等人以电子
显微镜观祭植物细胞内质 网 、 液 泡膜等结构确易受低温破坏所证实 〔 “ 〕 。从本试验结果看出 ,
0 ~ 2 ℃条件下 24 小时的处理 , 细胞电解质漏失量最多 , 比 28 ~ 30 ℃的处理多 2 4 . 3倍 , 其原
因可能是本实验条件下该处理的膜结构遭受最严重破坏的缘故 。
本实验的结果表明 , 低温条件下透性的破坏与氨基酸渗出量的增多相伴 发 生 , 究 其原
因 , 可能是由于膜相变化 , 促使蛋 白质合成与分解的两类酶系之间的平衡遭受破坏 , 分解作
用加强 , 结构的和非结构的蛋白质大量降解所致 止“ 〕 , 尤其值得注意的是 , 在 O 一 2 ℃条 件
下处理 24 小时 , 叶组织渗出物中出现了其它处理未发现的异亮氨酸和芳香族的酪氨酸和色氮
酸 。 M ur at a 等研究寒害的香蕉果实组织 , 也曾发现芳香族氨基酸 ( 如酪氨酸 ) 的明显增加 ,
并认为是组织受害变黑的内因 〔 ` 〕 。 由此看来 , 蔗叶组织遭受低温的严重危害 , 与 香蕉 受害
机理颇有相同之处 。 从芳香族氨基酸的形成途径看 , 它们都由磷酸戊浩循环的 中间产物 4 一
磷酸赤醉塘与糟酵解的中间产物烯醇式磷酸丙酮酸共同作用和转变成莽章酸 , 进一步变成预
苯酸 , 然后在脱氢酶 、转氨酶等催化下才能生成芳香族氨基酸的 。严重寒害的组织 , 芳香族氨
基酸积累和大量渗出 , 似乎暗示呼吸代谢途径遭到了严重的干扰和破坏 。 据此 , 人们鉴别蔗
叶组织遭受低温危害是否达到严重程度 , 检验组织是否渗出芳香族氨基酸 , 也许是一种可取
的方法 。
本实验以三十烷醇预先处理蔗叶 , 在一定程度上能减轻低温的危害 。 处理过的蔗叶 , 在
低温条件下漏失电解质较少 。 据报道 , 〔 “ , 。 , ’ ” 〕三十烷醇广泛存在于植物蜡质中 , 它能提高
植物暗中合成蛋 白质的能力和增加干重 。 我们认为 , 三十烷醇的这些效应 , 可能是减轻蔗叶
受低温危害的重要原因 。 除此以外 , 三十烷醇还可能对于低温条件下的细胞膜从液晶态转变
成凝胶态的进程具有缓解作用 , 并在维护细胞其它部分超微结构的完整性方面 , 也可能具有
一定的作用 。
在生产上 , 某些地区的甘蔗常遭低温袭击 , 造成损失 , 这是一个十分重要而极待研究解
决的间题 , 除了从品种选育和栽培管理上采取有效的抗寒 、 防寒的措施外 , 看来 , 选用某些
植物生长调节剂和其它化合物来提高甘蔗抗寒力 , 也是需要研究的课题 。 本实验初步看出三
十烷醇对离体蔗叶减轻低温危害有一定作用 , 但在情况复杂的田间条件下 , 这种效应能否反
映出来 , 值得继续探索 。
今 考 文 嗽
〔1 〕 郭金锉 , 1 9 7 9 : 植物生理学报 , 5 卷 3 期
〔 2 〕 翁杰等 , 19 7 9 : 厦门大学学报 , 第一期
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〔 6 〕 L y o n s J . M . 1 9 7 3 : A n n R e v P l a n t P h y s i o l . o g y 2 4
〔 6 〕 Y a m a k i , 5 . U r i t a n i , 1 . 1 9了3 : P l a n t P h y s 主0 1. o g y s t
〔 , 〕 Y o s k i d a , S . S a k a i , A . z 9 7 4 : P l a n g P h y s i o l . o g y 5 3
〔 8 〕 N i k i , T . Y o s k i d a , S . S a k a 金, A . 1 9了8 : P l a o t a n d C e l l P h y s i o l . 1 9 〔 1 )
〔 ,仑〕 R i e s , S 。 K . e t a l 1 9 7 7 : S e i e n e e 1 9 5
〔10〕 B i t t e ; b e n d e r , ’ H . e t a l , 1 97 8 : P l a n t P h y t i o l o g y , 6 1