全 文 :收稿日期:2013-10-31
基金项目:国家林业局林业公益性行业科研专项(201004031)
作者简介:裴 文(1984-),男,河南洛阳人,在读硕士研究生,研究方向:分子生物学。E-mail:584754643@qq.com
*通讯作者:杨秋生(1958-),男,辽宁阜新人,教授,博士生导师,主要从事园林植物栽培生理研究。
E-mail:qsyang@henau.edu.cn
低温条件下9种木兰科植物抗寒性研究
裴 文1,李 鹏2,裴海潮3,刘增喜3,杨秋生1*
(1.河南农业大学 林学院,河南 郑州450002;2.河南农大风景园林规划设计院,河南 郑州450002;
3.河南省经济林和林木种苗工作站,河南 郑州450008)
摘要:以9种木兰科植物为试材,通过人工和自然低温(0、-4℃)处理,测定其相对电导率、可溶性
糖含量等生理指标,进行抗寒能力分析。结果表明,从0℃降至-4℃时,9种木兰科植物相对电导
率、MDA、游离脯氨酸和可溶性糖含量升高;自然0℃相对于人工条件下,相对电导率和可溶性糖
含量变化幅度较大,分别为32.89%~138.91%、-5.28%~35.48%,而可溶性蛋白质和游离脯氨
酸含量变化幅度较小,分别为-3.04%~3.75%、-3.41%~3.54%;-4℃时,每个生理指标的变
化幅度与0℃相似。综合表明,广玉兰、狭叶广玉兰的抗寒能力较强;可溶性蛋白质和游离脯氨酸
含量可以作为人工低温代替自然低温进行木兰科植物抗寒性测定的生理指标。
关键词:木兰科植物;低温;生理指标;抗寒性
中图分类号:S682.31 文献标志码:A 文章编号:1004-3268(2014)04-0101-05
Comparative Analysis of Physiological Index Related to
Cold Resistance of Nine Magnoliaceae Plants under Natural and
Artificial Low Temperature Conditions
PEI Wen1,LI Peng2,PEI Hai-chao3,LIU Zeng-xi 3,YANG Qiu-sheng1*
(1.Colege of Forestry,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China;
2.Landscape Planning and Designing Institute of Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China;
3.Economic Forest and Tree Seedlings Workstation of Henan Province,Zhengzhou 450008,China)
Abstract:The cold resistance of nine Magnoliaceae plants was analyzed through the determination
of relative electrical conductivity,soluble sugar content and so on under artificial and natural low
temperature(0℃,-4℃)conditions.The results showed that relative conductivity,MDA,free
proline and soluble sugar content of nine magnoliaceae plants increased under-4℃compared to
that under 0℃.Under natural 0℃,the change range of relative electric conductivity and soluble
sugar content was 32.89%-138.91%and-5.28%-35.48%compared to that under artificial
0℃,soluble protein and free proline content was-3.04%-3.75% and -3.41%-3.54%
compared to that under artificial 0 ℃,respectively;under-4 ℃,the change range of every
physiological indexes was similar to that under 0 ℃.In conclusion,the cold resistance of
Magnolia grandiflora Linn.and Magnolia grandiflora L.var.lanceolata Ait was relatively
河南农业科学,2014,43(4):101-105
Journal of Henan Agricultural Sciences
DOI:10.15933/j.cnki.1004-3268.2014.04.026
strong;soluble protein and free proline content could be used as physiological indexes for cold
resistance measurement under the artificial low temperature instead of natural low temperature.
Key words:Magnoliaceae plant;low temperature;physiological index;cold resistance
低温伤害是园林绿化中经常发生的自然灾
害,不仅限制园林植物的地理分布,而且严重影响
园林植物的应用。因此,开展园林植物抗寒性及
越冬技术研究成为当前的研究热点。木兰科
(Magnoliaceae)是现存被子植物中最原始的类群之
一,全世界共有16属300余种,该科植物作为北
方优良的园林绿化树种越来越受到重视。近几
年,木兰科植物的研究主要集中在繁殖栽培[1-2]、
品种分类[3-5]以及园林应用[6]等方面,有关抗寒性
的研究较少,如田如男等[7]对南京地区5种木兰
科树种进行了抗寒性研究,谢晓金等[8]比较分析
了南京地区深山含笑和灰毛含笑的抗寒性。由于
北方地区的木兰科植物多为落叶树种,而常绿树
种多集中于南方地区,关于木兰科常绿树种在北
方地区的抗寒性仍有待研究。为此,以9种木兰
科植物为试材,测定自然和人工模拟低温条件下
的生理指标,探讨木兰科不同树种的耐寒能力及
抗寒机制差异,为北方地区引种木兰科常绿树种
提供技术支持,同时为高大乔木抗寒生理指标的
取样测定提供理论基础。
1 材料和方法
1.1 材料采集地气候特点
试材采集于河南省南召县国营苗圃厂,地处亚
热带与暖温带交错的边缘,属北亚热带季风型大陆
性气候,位于南北地理分界线“秦岭-淮河”线上,具
有明显的过渡性特征。年平均气温为14.8℃,最冷
月份1月平均气温0.9℃,最热月份7月平均气温
27.5℃。年平均降水量839.5mm。
1.2 试验材料
供试材料为9种木兰科植物:云山白兰、长叶白
兰花、广玉兰、川滇木莲、深山含笑、多花含笑、乐昌
含笑、峨眉含笑、狭叶广玉兰,均以辛夷为嫁接砧木。
于2012年12月份采样(经过一定时间自然低温后,
抗寒性能得以充分显现,所以于12月份进行采样),
采取叶片为向阳树冠的外围中部、生长健壮的功能
叶片。
1.3 试验方法
1.3.1 材料处理 材料处理分2组,第1组为自然
低温,材料均在6:30采集,分别在0℃(2012年12
月3日)和-4℃(2012年12月18日)进行采样,带
回实验室立即测定生理指标;第2组为人工低温,对
9种木兰科植物叶片进行处理,试验设2个温度梯
度:0℃、-4℃,供试材料放入低温恒温槽,2个梯
度间匀速降温1h,达到所需低温时,处理12h。然
后进行生理指标测定,3次重复。
1.3.2 指标测定 电导率的测定:叶片除去中脉
后,先用自来水冲洗干净,再用去离子水漂洗3次,
在滤纸上吸干。用直径5~8mm的打孔器打取45
片叶圆片(避开主脉),分3份,纱布包好,放入具塞
试管后加入10mL蒸馏水。摇匀振荡1min后,第
1次测电导率(E0);然后室温下放置24h,充分摇匀
后第2次测电导率(E1);然后,把试管置沸水浴中
15min,冷却,测定第3次电导率(E2)。根据下面公
式计算相对电导率(REC):REC=(E1-E0)/(E2-
E1)×100%。
丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法测定,
游离脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮法测定,可溶
性糖含量采用蒽酮显色法测定,可溶性蛋白含量采
用考马斯亮蓝法测定[9]。
1.4 数据分析
用Excel 2003软件进行数据统计和作图,用
SPSS 17.0软件进行数据分析。
2 结果与分析
2.1 9种植物相对电导率的比较
由表1可知,9种植物相对电导率随着温度降
低呈现增加的趋势。在人工和自然低温条件下,广
玉兰、狭叶广玉兰、云山白兰相对电导率较低。从
0℃降至-4℃时,人工低温条件下川滇木莲的相
对电导率变化最大,增加52.97%,而自然低温条件
下相对电导率增加21.06%。自然低温条件下植物
的相对电导率普遍高于人工条件下的相对电导率。
与人工0℃比较,自然0℃下相对电导率均有所增
加,增加幅度为32.89%~138.91%;与人工-4℃比
较,自然-4℃下相对电导率增加幅度为32.16%~
119.27%。
201 河南农业科学 第43卷
表1 9种木兰科植物相对电导率的比较 %
品种 人工0℃ 人工-4℃ 自然0℃ 自然-4℃
多花含笑 24.31±1.52 26.03±1.56 33.21±2.51 38.53±2.83
长叶白兰花 11.23±0.69 13.39±1.01 26.83±1.56 29.36±1.56
峨眉含笑 15.12±0.98 16.59±0.23 23.26±1.05 28.23±1.75
广玉兰 11.02±0.23 14.03±0.86 17.35±1.06 22.26±1.59
狭叶广玉兰 8.76±0.54 11.23±0.76 16.22±0.83 19.37±1.25
云山白兰 9.98±0.36 13.01±1.12 16.82±0.59 19.98±0.82
乐昌含笑 24.11±0.89 26.98±1.89 32.04±1.89 36.54±2.43
川滇木莲 11.12±1.01 17.01±0.86 18.57±1.57 22.48±1.86
深山含笑 13.01±0.89 16.79±1.23 22.57±1.23 24.86±1.12
2.2 9种植物 MDA含量的比较
由表2可知,MDA含量随温度的降低而增加。
在人工和自然低温条件下,广玉兰和狭叶广玉兰
MDA含量较低,而多花含笑、乐昌含笑、川滇木莲
较高。人工低温条件下,-4℃与0℃相比,峨眉含
笑、多花含笑、云山白兰3个品种 MDA含量增幅较
大,分别为125.00%、92.20%、89.60%,而在自然
低温条件下,峨眉含笑、云山白兰、多花含笑、长叶白
兰花 4 个 品 种 增 幅 较 大,分 别 为 148.67%、
111.02%、91.16%、80.30%。在0℃下,与人工低
温条件相比,自然条件下多花含笑、长叶白兰花、广
玉兰、云山白兰、乐昌含笑、川滇木莲品种中 MDA
含量有所增加,乐昌含笑增加最多(14.08%),长叶
白兰花增加较少(0.76%),而深山含笑、峨眉含笑、
狭叶广玉兰中 MDA含量出现降低趋势,分别降低
了0.74%、2.59%、3.26%。在-4℃下,与人工低
温相比,自然低温下9个品种中 MDA含量均有所
增加,增幅为3.69%~39.29%。
表2 9种木兰科植物 MDA含量的比较 μmol/g
品种 人工0℃ 人工-4℃ 自然0℃ 自然-4℃
多花含笑 1.41±0.12 2.71±0.19 1.47±0.06 2.81±0.25
长叶白兰花 1.31±0.11 2.04±0.08 1.32±0.11 2.38±0.19
峨眉含笑 1.16±0.09 2.61±0.14 1.13±0.03 2.81±0.13
广玉兰 0.89±0.06 1.08±0.01 0.95±0.01 1.12±0.11
狭叶广玉兰 0.92±0.06 1.12±0.09 0.89±0.07 1.56±0.08
云山白兰 1.25±0.12 2.37±0.24 1.27±0.12 2.68±0.12
乐昌含笑 1.42±0.06 2.39±0.16 1.62±0.15 2.87±0.03
川滇木莲 1.69±0.15 2.41±0.01 1.71±0.13 2.59±0.15
深山含笑 1.35±0.11 1.61±0.05 1.34±0.13 2.06±0.19
2.3 9种植物游离Pro含量的比较
由图1可知,广玉兰、狭叶广玉兰的Pro含量较
高,川滇木莲、多花含笑的含量较低,在自然-4℃
时,广玉兰中Pro含量最高(9.06μg/g),在人工0℃
条件下,川滇木兰的含量最低(5.89μg/g)。人工低
温下,-4℃与0℃相比,乐昌含笑Pro含量变化幅度
较大,升高了26.89%;自然低温下,狭叶广玉兰的变
化幅度不大,仅升高7.74%。在0℃时,自然条件与
人工条件相比,除多花含笑、广玉兰含量降低外,其他
品种Pro含量升高,升高幅度为0.42%~3.54%;在
-4℃时,自然条件与人工条件下相比,Pro含量变化
幅度为-2.37%~6.95%。
图1 9种木兰科植物游离Pro含量的比较
2.4 9种植物可溶性糖含量的比较
由图2可以看出,在低温条件下,广玉兰、狭叶
广玉兰、云山白兰可溶性糖含量较高,多花含笑、乐
昌含笑的含量较低;狭叶广玉兰在-4℃的自然条
件下含量最高(33.5mg/g),而乐昌含笑在0℃人工
条件下含量最低(9.84mg/g)。人工条件下-4℃与
0℃相比,川滇木莲增幅最大(50.67%),广玉兰增
幅最小(0.20%),而狭叶广玉兰出现了降低趋势;自
然-4 ℃ 与 0 ℃ 相比,长叶白兰花增幅最大
(54.11%),广玉兰增幅较小 (0.28%)。与人工
301 第4期 裴 文等:低温条件下9种木兰科植物抗寒性研究
-4℃相比,自然-4℃时,可溶性糖含量的变化幅
度为-1.77%~38.76%,除广玉兰和川滇木莲可溶
性糖含量有所下降外,其余品种含量增加;0℃时,
自然条件相对于人工条件下,可溶性糖含量变化幅
度为-5.28%~35.48%,除多花含笑、峨眉含笑、广
玉兰有小幅度下降外,其余品种含量增加。
图2 9种木兰科植物可溶性糖含量的比较
2.5 9种植物可溶性蛋白质含量的比较
由图3可知,广玉兰、狭叶广玉兰的可溶性蛋白
质含量较高,川滇木莲、云山白兰、乐昌含笑的含量
较低。人工-4℃相对于0℃,广玉兰可溶性蛋白
质含量变化较大,升高18.68%;自然-4℃与0℃
相比,多花含笑、长叶白兰花、峨眉含笑、深山含笑可
溶性蛋白含量升高,而广玉兰、狭叶广玉兰、云山白
兰、乐昌含笑、川滇木莲均下降,乐昌含笑的下降幅
度较大。在0℃时,自然低温与人工低温条件相比,
可溶性蛋白质含量的变化幅度为 -3.04% ~
3.75%,除峨眉含笑、川滇木莲、深山含笑可溶性蛋
白质含量升高外,其余品种均降低;在-4℃,人工
条件比自然条件下蛋白质含量均升高,长叶白兰花
升高0.96%,广玉兰升高22.37%。
图3 9种木兰科植物可溶性蛋白质含量的比较
3 结论与讨论
植物的耐寒能力不仅受到温度影响,同时也
受其他环境因子的影响。人工低温相对自然低温
而言,不仅可以较自由地控制试验条件,在某种程
度上弥补自然降温复杂多变的不足,而且可以创
造骤冷的低温胁迫条件,这是自然降温所不具备
的。本试验中,自然低温相对于人工条件下,0℃
时,相对电导率和可溶性糖含量变化幅度较大,分
别为32.89%~138.91%、-5.28%~35.48%,
而可溶性蛋白质和游离Pro含量变化幅度较小,分
别为-3.04%~3.75%、-3.41%~3.54%。在
-4℃时,相对电导率、MDA和可溶性糖含量变化
幅度较大,可溶性蛋白质和游离Pro含量变化幅度
较小。由此得出,可溶性蛋白质和游离Pro含量可
以作为人工低温处理代替自然低温处理进行抗寒
生理测定的指标。人工低温处理的结果可以反映
植物的抗寒能力大小,但不能完全反映植物在自
然条件下的冻害程度。
膜系统是植物遭受低温伤害的关键结构[10],
低温对膜的伤害可导致电解质渗透率增加,电导
率大小与组织受寒害的程度呈正相关[11-12]。相对
电导率、MDA、可溶性糖和游离Pro含量常被作为
重要的抗寒生理指标[13-23]。本研究中,9种木兰科
401 河南农业科学 第43卷
常绿树种在人工与自然低温条件下,随温度的降
低,相对电导率和 MDA含量升高,可溶性糖含量
增加,游离Pro含量也随之升高,广玉兰和狭叶广
玉兰相对电导率和 MDA含量较低,可溶性糖和游
离Pro含量高,抗寒能力较强;而多花含笑、乐昌含
笑和川滇木莲相对电导率和 MDA含量较高,可溶
性蛋白质和游离Pro含量较低,抗寒能力较差。人
工条件下,所有品种蛋白质含量随温度的降低而
升高,而自然条件下,广玉兰、狭叶广玉兰、云山白
兰、乐昌含笑、川滇木莲中蛋白质的含量随温度降
低而减少,可溶性蛋白质含量的增加与植物抗寒
能力的关系,还有待进一步研究。
综合表明,广玉兰、狭叶广玉兰的抗寒能力较
强;可溶性蛋白质和游离Pro含量可以作为人工低
温代替自然低温进行抗寒能力测定的生理指标。人
工低温下所得出的抗寒结论与植物在不同自然生长
条件下的抗寒能力可能存在一些差距,能否从中找
到它们的关联性,有待于进一步研究。
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