全 文 ：文章编号:0439-8114(2006)06-0792-03
第45卷第6期
2006年11月
湖北农业科学
HubeiAgriculturalSciences
Vol.45No.6
Nove.,2006
收稿日期:2006-09-25
基金项目:湖北省教育厅科技攻关计划项目(2002P1004);湖北省科技创新团队计划(鄂教科[2003]7号)
作者简介:王 燕(1967-),女,江苏南通人,副教授,(电话)0716-8066260;通讯作者,程水源,(电子信箱)s_y_cheng@sina.com。
对于植物的低温胁迫研究表明,植物体内水分
含量及存在状态、渗透调节物的含量都与抗寒生理
特性有关。自由水含量高,代谢活跃,生长迅速则抗
性弱;束缚水含量高,代谢降低,生长下降则抗性
强。可溶性糖积累增加,既可增加渗透调节能力、降
低冰点、阻止细胞结冰时胞内水分移动,又可防止
细胞因结冰引起的伤害 [1,2];可溶性蛋白质积累增
加,可以提高有关抗冻蛋白酶的活性以及氨基酸的
含量,如脯氨酸含量增加可保护蛋白质而在冷冻适
应中起重要作用,游离脯氨酸可能通过保护酶的空
间结构,为生化反应提供足够的自由水及生理活性
物质[3],又如抗氧化酶活性是植物抗寒性的重要生
理生化指标[4]。
石蒜植物种类繁多,具有丰富的花型和色彩,
可供庭园观赏,被誉为中国的郁金香,并且其鳞茎
含有石蒜碱和加兰他敏等多种生物碱,具有重要的
药用价值[5]。国内外学者已从形态学[6]、无性繁殖[7,8]
及系统分类学[9]等方面对石蒜科植物做了大量的研
究,但关于叶片中的抗寒生理特性的研究还未见报
道。本研究以 4种石蒜科植物为试材,测定了束缚
水与自由水比值、可溶性糖、可溶性蛋白的含量及
过氧化物酶(POD)活性的动态变化,研究了抗寒生
理指标在时间上的变化规律以及不同属间的差异
性,探讨和比较了这4种石蒜科植物抗寒能力的大
小,从而为石蒜科植物的引种栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
以长江大学园艺园林学院植物园内人工栽培
已生长 3年的石蒜 (LycorisradiataTraub.)、葱兰
(ZephyranthescandidaHerb.)、晚香玉(Polianthes
tuberosaL.)、蜘蛛兰(HymenocalislitoralisSalisb.)
为试验对象,其土肥水管理一致。
1.2 试验方法
1.2.1 取样及处理 分别于 2005年 10月 25日和
11月20日上午进行取样,随机选取4种植物各 50
株,每株采摘位于北面具有代表性的叶片两片。采
摘后即用潮湿纱布包裹,装入密封的塑料袋中,迅速
带回实验室,分别用自来水、蒸馏水冲洗,用吸水纸
吸干水分,待测。
1.2.2 测定方法 自由水、束缚水含量的测定用烘
干法测定组织总含水量,以60%蔗糖液提取样品中
的自由水,糖液浓度的变化用手持糖量计测定。束缚
水的含量(%)=组织总含水量(%)-组织中自由水含
量(%)[10]。可溶性糖的测定采用苯酚法[10]。可溶性蛋
白质含量测定采用考马斯亮蓝法[10]。POD活性测定
采用愈创木酚法[11]。以上每项指标重复测定3次。
1.3 数据处理
通过 Excel2003和 SPSS11.5统计分析软件
处理数据,采用 Duncan’s新复极差法检验差异显
石蒜科植物的抗寒生理特性研究
王 燕,张 义,项任科,许 锋,程水源
(长江大学园艺园林学院,湖北 荆州 434025)
摘要:研究了石蒜科植物叶片中与抗寒有关的束缚水与自由水的比值、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量
以及过氧化物酶(POD)等生理指标在自然温度降低条件下的变化。结果表明,随着自然温度的降低,石
蒜(LycorisradiataTraub.)、葱兰(ZephyranthescandidaHerb.)、晚香玉(PolianthestuberosaL.)和蜘蛛兰
(HymenocalislitoralisSalisb.)的束缚水与自由水比值、可溶性糖和可溶性蛋白质含量逐渐提高;在温
度降低的过程中,除了蜘蛛兰的 POD活性降低外,石蒜、葱兰和晚香玉的 POD活性都有不同程度的增
加。综合比较表明,石蒜和葱兰较晚香玉和蜘蛛兰有较强的抗寒性。
关键词:石蒜科植物;抗寒性;生理指标
中图分类号:Q949.71+8.25;Q948.112+.2;Q845.78 文献标识码:B
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2006.06.040
著性。
2 结果与分析
2.1 石蒜科植物叶片含水量的变化
植物自由水和束缚水的相对含量是植物组织
代谢活动及抗寒性强弱的重要指标[12]。本研究中的
4种石蒜科植物含水量的变化见如图1。图1显示,
在 2005年 10月份不同植物的束缚水与自由水比
值方面,石蒜与葱兰之间的束缚水与自由水比值无
显著性差异,晚香玉与蜘蛛兰之间的束缚水与自由
水的比值也无显著性差异,而石蒜与葱兰的束缚水
与自由水比值极显著的高于晚香玉与蜘蛛兰的比
值(P<0.01);在 2005年 11月份的束缚水与自由水
比值与10月份的比值呈相同的趋势,石蒜与葱兰
的束缚水与自由水比值极显著的高于晚香玉与蜘
蛛兰的比值(P<0.01),综合分析 10月份和 11月份
石蒜科植物束缚水与自由水比值的结果,石蒜与葱
兰的抗寒性能显著高于晚香玉与蜘蛛兰的抗寒性
能。从时间上的变化来看,4种石蒜科植物在 2005
年 11月份的束缚水与自由水比值分别显著高于
2005年10月份的比值(P<0.05),表明植物经历低温
锻炼,体内束缚水逐渐增加,自由水逐渐减少。
2.2 石蒜科植物叶片可溶性糖含量的变化
植物在经历低温的过程中,低温诱导水解酶的
活性,导致淀粉的分解速度加快,从而增加了可溶
性糖的含量,可溶性糖含量的增加幅度越大,抗寒
性越强[13]。由图2可知,石蒜可溶性糖含量的增幅显
著性的高于葱兰(P<0.05),葱兰的增幅又显著性的
高于晚香玉与蜘蛛兰的增幅(P<0.05),晚香玉和蜘
蛛兰之间可溶性糖含量的增幅无显著性差异。从可
溶性糖含量的增幅这一指标来考虑,石蒜的抗寒性
要优于葱兰,葱兰的抗寒性又优于晚香玉与蜘蛛兰
的抗寒性,晚香玉与蜘蛛兰之间的抗寒性无差异。
2.3 石蒜科植物叶片可溶性蛋白质含量的变化
植物体内的可溶性蛋白质大多数是参与各种
代谢的酶类,因此其含量可作为植物低温胁迫下的
一个抗寒性指标。从图3可以看出,由10月份到11
月份,按照可溶性蛋白质含量的增幅大小来比较,
其顺序依次为,葱兰(14.59mg·g-1)、石蒜(12.72mg·g-1)、
晚香玉(11.19mg·g-1)、蜘蛛兰(10.09mg·g-1),其中
葱兰和石蒜之间、晚香玉和蜘蛛兰之间的可溶性蛋
白质含量的增幅无显著性差异(P>0.05),但葱兰与
石蒜的可溶性蛋白质增幅显著高于晚香玉与蜘蛛
兰的增幅(P<0.05)。以上结果表明,葱兰与石蒜的抗
寒性在同一水平,晚香玉与蜘蛛兰的抗寒性也在同
一水平,而葱兰与石蒜的抗寒性要优于晚香玉与蜘
蛛兰的抗寒性。
2.4 石蒜科植物叶片POD活性的变化
4种石蒜科植物叶片 POD活性变化如图 4所
示,在图中表明,在 10月份和 11月份,4种植物的
POD活性都无显著性差异,但是经过由10月到11
月的低温锻炼,除了蜘蛛兰干叶POD活性是降低之
外(降幅为9.26U·g-1),石蒜、葱兰和晚香玉的 POD
活性都是增加的,增幅依次为 12.28、1.12和 10.09
U·g-1,且石蒜和晚香玉是呈显著性增加的 (P<
0.05)。这说明石蒜和晚香玉在低温胁迫下,表现出
比较强的抗寒性。
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2005-11-20
30
25
20
15
10
5
0可
溶
性
糖
含
量
/m
g·
g-
1
石蒜 葱兰 晚香玉 蜘蛛兰
图2 石蒜科植物叶片可溶性糖含量比较
6
4
2
0束
缚
水
/自
由
水
比
值
石蒜 葱兰 晚香玉 蜘蛛兰
图1 石蒜科植物叶片含水类型比较
2005-10-25
2005-11-20
30
25
20
15
10
5
0可
溶
性
蛋
白
质
含
量
/m
g·
g-
1
石蒜 葱兰 晚香玉 蜘蛛兰
图3 石蒜科植物叶片可溶性蛋白含量比较
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2005-11-20
150
100
50
0
干
叶
过
氧
化
物
酶
活
性
/U
·
g-
1
石蒜 葱兰 晚香玉 蜘蛛兰
图4 石蒜科植物叶片POD活性比较
2005-10-25
2005-11-20
第6期 793王 燕等:石蒜科植物的抗寒生理特性研究
StudyonPhysiologicalCharacteristicsinColdResistanceofSeveralAmarylidaceaePlants
WANGYan,ZHANGYi,XIANGRen-ke,XUFeng,CHENGShui-yuan
(ColegeofHorticultureandGardening,YangtzeUniversity,Jingzhou434025,Hubei,China)
Abstract:Thephysiologicalindexesrelatedtocoldresistanceofthefouramarylidaceaeplantswerestudied.Theresults
wereasfolowing:Theratioofboundwaterandfreewater,thesolublesugarandthesolubleproteincontentsofLycoris
radiata、Zephyranthescandida、PolianthestuberosaandHymenocalislitoraliswerealincreasedwiththetemperature
decreasing.ThePODactivityofLycorisradiata、ZephyranthescandidaandPolianthestuberosapresentedincreasingtendency,
butthePODactivityofHymenocalislitoralispresenteddecreasingtendencyasthetemperaturedecreasing.Accordingtothe
aboveresults,itcouldbeconcludedthatLycorisradiataandZephyranthescandidahadhighercold-resistancethanothers.
Keywords:amarylidaceaeplant;coldresistance;physiologicalindex
3 讨论
3.1 束缚水和自由水的比值与石蒜抗寒性
植物叶片束缚水与自由水的比值是衡量植物
抗寒力大小的重要指标之一,也是了解原生质水分
状态是否稳定的抗寒性标志,它随植物抗寒力的增
强而降低[14]。Yoshida等也曾报道,在冷适应过程中
冬小麦抗寒力的提高与根细胞中的水分含量呈明
显负相关,主要是自由水含量减少,束缚水含量增
加[15]。本研究的结果表明,在自然降温过程中,4种
石蒜科植物的束缚水与自由水的比值显著性的提
高,这与Yoshida等报道的结果一致。
3.2 保护酶活性变化与石蒜抗寒性
低温胁迫下,植物在正常代谢途径中产生的活
性氧及清除系统的平衡遭到破坏,引起细胞的破
坏。POD、SOD和CAT等都是清除生物体内活性氧
和其他过氧化物自由基的关键酶。石蒜、葱兰和晚
香玉随着物候期的推进,其叶片的POD活性也随之
提高,与前人的研究结果一致;只有蜘蛛兰的 POD
活性是下降的,究其原因可能是蜘蛛兰在经历 11
月份的低温时在某段时间内遭遇了低于临界的致
死温度,从而导致了 POD活性的下降,当然具体原
因还有待于进一步研究。
3.3 渗透调节物质的变化与石蒜抗寒性
渗透调节的关键是在胁迫条件下细胞内溶质
的主动积累和由此导致的细胞渗透势的下降 [16],可
溶性糖是冷害和冻害条件下的细胞内保护物质,其
含量与植物的抗寒性强弱之间呈正相关[17]。武惠肖
等人利用低温处理落叶松幼苗,发现其可溶性糖含
量明显增加[18]。本试验结果亦表明,经由10月份到
11月份的自然降温过程后,4种石蒜科植物随着温
度的降低不断地积累可溶性糖和可溶性蛋白质。
综上所述,在本研究中,几种石蒜科植物其抗
寒性并不完全一样,既表现了石蒜科植物所具有的
抗寒共性,同时又反映了不同石蒜科植物之间存在
的生理抗寒不一致性,综合分析本试验中几个抗寒
性指标,可以认为石蒜和葱兰的抗寒力大于晚香玉
和蜘蛛兰的抗寒力。
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794 湖 北 农 业 科 学 2006年
(责任编辑 王 珞)