全 文 :第36卷第2期
2 0 1 3年3月
河 北 农 业 大 学 学 报
JOURNAL OF AGRICULTURAL UNIVERSITY OF HEBEI
Vol.36No.2
Mar.2 0 1 3
文章编号:1000-1573(2013)02-0054-06
低温胁迫对2种丁香属植物抗寒生理指标的影响
马艳丽, 王 鹏
(辽宁省干旱地区造林研究所,辽宁 朝阳122000)
摘 要:分别以暴马丁香(Syringa reticulata)和紫丁香(Syringa oblata Lindl.)的1年生、2年生、3年生离体枝
条为试验材料,研究了人工骤降低温处理条件下,可溶性糖含量和过氧化氢酶活性2种生理生化指标的变化规
律。初步分析了这2种生理指标与暴马丁香和紫丁香抗寒性的关系。结果表明:从可溶性糖含量单一指标来
看,抗寒能力大小为:暴马丁香3年生枝>暴马丁香1年生枝>暴马丁香2年生枝;紫丁香3年生枝>紫丁香2
年生枝>紫丁香1年生枝;暴马丁香1年生枝>紫丁香1年生枝;紫丁香2年生枝>暴马丁香2年生枝;紫丁香
3年生枝>暴马丁香3年生枝。从CAT活性这一单一指标来看,抗寒能力大小为:紫丁香>暴马丁香;3年生枝
>2年生枝>1年生枝。
关 键 词:低温胁迫;丁香属;抗寒生理指标
中图分类号:S685.26 文献标志码:A
Effects of low temperature stress on physiological indicators
of cold resistance in two species of SyringaL.
MA Yan-li,WANG Peng
(Arid Areas Afforestation Institute of Liaoning Province,Chaoyang 122000,China)
Abstract:The one-year-old,two-year-old and three-year-old branches of Syringa reticulata
and Syringa oblata Lindl.were used to study the changes in soluble sugar content and hydro-
gen peroxide enzyme CAT activity under the artificial freezing tests.The relationship between
cold hardiness and these two physiological indicators was analyzed preliminarily.The results
showed that:according to the single indicator of soluble sugar content,the level of the resist-
ance to cold in S.reticulate was three-year-old branches>one-year-old branches>two-year-old
branches;in S.oblata Lindl.three-year-old branches>two-year-old branches>one-year-old
branches;one-year-old branches of S.reticulata>one-year-old branches of S.oblata Lindl.;
two-year-old branches of S.oblata Lindl.>two-year-old branches of S.reticulata;three-year-
old branches of S.oblata Lindl.>three-year-old branches of S.reticulate.According to the
single indicator of CAT activity,the level of cold resistances was S.reticulate>S.oblata
Lindl.;three-year-old branches>two-year-old branches>one-year-old branches.
Key words:low temperature stress;SyringaL.;physiological indexes of cold resistance
植物的抗寒性是在对低温环境的长期适应中通
过自身的遗传变异和自然选择而获得的一种适
应[1]。目前丁香属(SyringaL.)的研究主要集中在
栽培和繁育以及园林应用等方面,而对于其抗寒性
方面的研究未见报道。同时在人工低温处理条件下
研究植物抗寒生理指标时,将温度、胁迫时间及枝龄
收稿日期:2012-10-31
作者简介:马艳丽(1978-),女,辽宁省朝阳人,工程师,从事经济林研究.E-mail:happymyL@126.com.
第2期 马艳丽等:低温胁迫对2种丁香属植物抗寒生理指标的影响 55
这3种因素都考虑进去进行综合分析比较的文献不
多见。本研究以2种丁香属树种在不同的骤然低温
胁迫下,随着胁迫时间的延长,不同枝龄所反应出的
抗寒生理指标的变化,初步探索丁香属抗寒性形成
的生理生化机制,旨在为丁香属抗寒性评价提供一
定的理论依据。
1 材料与方法
1 材料采集与处理
以暴马丁香(Syringa reticulata)和紫丁香
(Syringa oblata Lindl.)1年生、2年生及3年生的
离体枝条为试验材料,材料来源于辽宁省干旱地区
造林研究所,地理位置为东经122°42′,北纬41°52′。
2012年8-9月期间,选取树势大致相同的植
株,随机剪取树冠中部外围的枝条,按枝龄不同分别
剪取,将枝条剪口处用湿棉花团包住,用保鲜膜裹
缠,同一枝龄的枝条要求整齐均匀、粗细一致、长度
大约20cm,分别装进塑料袋带回实验室。将采取
的枝条分别用自来水和蒸馏水冲洗干净,并用洁净
的滤纸吸净表面的水分,将枝条末端进行蜡封并用保
鲜袋包装。设4个处理温度,分别是-5,-10,-15,
-20℃。每个温度处理时间为1,2,3,4d,以在常
温(25℃)下枝条为对照,重复处理3次。
1.2 方法
CAT采用碘滴定方法测定[2],可溶性糖含量采
用蒽酮比色法测定[2]。
1.3 数据分析
小样本平均差异检验法———t检验。
2 结果与分析
2.1 低温胁迫对可溶性糖含量的影响
2.1.1 低温胁迫对1年生枝条可溶性糖含量的
影响 从图1中可以看出,在不同温度处理下,暴
马丁香与紫丁香1年生枝条的可溶性糖含量随胁迫
时间的变化趋势基本一致。暴马丁香变化幅度明显
大于紫丁香。当胁迫1d时,暴马丁香在-5,-10℃
处理下,均出现峰值,分别较该时刻对照高出58.28%,
41.84%,t值为3.253,临界值t(5)0.05=2.571,t>
t(5)0.05,则此时可溶性含糖量与对照相比较变化显著。
相比之下,紫丁香在-5,-10℃处理下,胁迫1d内同
样也出现了峰值,分别较该时刻对照高出18.20%,
10.67%,t值为3.058,临界值t(3)0.05=3.182,t<
t(3)0.05,则此时可溶性含糖量变化不显著。而在-
15,-20℃处理下出现了最小值,分别较对照下降
了12.91%,13.69%,t值为3.103,临界值t(3)0.05
=3.182,t<t(3)0.05,则此时可溶性含糖量变化不
显著。说明1d内暴马丁香中可溶性糖含量受低温
胁迫的影响更大。当胁迫2~4d时,暴马丁香和紫
丁香在不同的温度水平处理下可溶性糖含量的变化
均趋于平缓。说明2种丁香受到低温胁迫的伤害程
度已经趋于稳定。从图1中可以看出,当胁迫3~4
d时,不同温度水平处理下的暴马丁香的可溶性糖
含量均高于对照。而紫丁香却恰恰相反,当胁迫3
~4d时均低于对照。说明暴马丁香随胁迫时间延
长,在3~4d内,可溶性糖含量相比对照均有增加,
导致其细胞液浓度增加,从而调节细胞渗透压,提高
其机体抗寒能力。而紫丁香恰恰相反,抗寒能力逐
渐减弱。由图1综合分析可知,仅从可溶性糖含量
单一指标来看,随着低温胁迫时间延长,暴马丁香
1年生枝比紫丁香1年生枝防御低温胁迫能力要
强。
图1 低温胁迫对1年生枝条可溶性糖含量的影响(P=5%)
Fig.1 Effects of low temperature stress on soluble
sugar content of one-year-old branches
2.1.2 低温胁迫对2年生枝条可溶性糖含量的
影响 从图2中可以看出,在不同温度水平处理
下,暴马丁香与紫丁香2年生枝条中可溶性糖含量
随时间的变化趋势完全不一致。暴马丁香的变化
56 河 北 农 业 大 学 学 报 第36卷
基本呈逐渐下降趋势。当胁迫到4d时,可溶性
糖含量达到最小值。在-5,-10,-15,-20℃处
理下,分别较该时刻对照下降了33.82%,39.33%,
23.23%,20.5%,t值为1.611,临界值t(7)0.05=
2.365,t<t(7)0.05,则此时可溶性含糖量变化不显
著。相比之下,紫丁香的变化趋势基本呈逐渐升
高,当胁迫到4d时,可溶性糖含量达到最大值。
在-5,-10,-15,-20℃处理下,分别较该时刻对
照高出88.96%,100.6%,63.77%,28.27%,t值
为2.417,临界值t(7)0.05=2.365,t>t(7)0.05,则此
时可溶性含糖量变化显著。从图2中还可以看出,
在整个低温胁迫过程中,紫丁香可容性糖含量的变
化幅度明显大于暴马丁香且始终高于对照,说明紫
丁香中可溶性糖含量不断增加,导致细胞液浓度不
断增加,从而不断提升机体抗寒能力。而暴马丁香
则发生相反变化。在-20℃处理下,暴马丁香的可
溶性糖含量始终低于对照。这说明-20℃低温处
理下,暴马丁香2年生枝条受到伤害程度更大。由
图2综合分析可知,仅从可溶性糖含量单一指标来
看,随着低温胁迫时间延长,紫丁香2年生枝比暴马
丁香2年生枝防御低温胁迫能力要强。
图2 低温胁迫对2年生枝条可溶性糖含量的影响(P=5%)
Fig.2 Effects of low temperature stress on soluble
sugar content of two-year-old branches
2.1.3 低温胁迫对3年生枝条可溶性糖含量的影
响 从图3中可以看出,在不同温度水平处理下,
暴马丁香与紫丁香3年生枝条中可溶性糖含量随时
间的变化趋势不完全一致。暴马丁香的变化趋势相
对比较平缓,而紫丁香的变化趋势呈“升—降—升”,
表明紫丁香中的可溶性糖含量受低温胁迫的影响更
大。紫丁香在不同温度水平处理下,随着胁迫时间
的延长,可溶性糖含量增加幅度大于暴马丁香且始
终高于其对照。暴马丁香除了-15℃可溶性糖含
量低于对照外,其余各处理下也均高于对照。由图
3分析可知,仅就可溶性糖含量单一指标来看,2种
丁香属3年生枝条防御低温胁迫的能力都比较强。
相比之下,紫丁香3年生枝比暴马丁香3年生枝防
御低温胁迫能力更强。
图3 低温胁迫对3年生枝条可溶性糖含量的影响(P=5%)
Fig.3 Effects of low temperature stress on soluble sugar
content of three-year-old branches
2.2 低温胁迫对2种丁香属植物过氧化氢酶
(CAT)活性的影响
2.2.1 低温胁迫对1年生枝条过氧化氢酶(CAT)
活性的影响 从图4中可以看出,在不同温度水平
处理下,暴马丁香与紫丁香1年生枝条中CAT活
性随时间的变化趋势完全不一致。暴马丁香变化幅
度较大,紫丁香的变化幅度小且趋于平缓。暴马丁
第2期 马艳丽等:低温胁迫对2种丁香属植物抗寒生理指标的影响 57
香在各个温度处理水平下,随着胁迫时间延长,
CAT活性始终显著低于对照,大致呈“降-升-
降”。这说明低温胁迫下,由于暴马丁香中CAT活
性显著降低,导致植物体内清除细胞中过剩 H2O2
的能力大幅度下降,从而加大细胞的毒害作用,进而
导致暴马丁香防御低温胁迫的能力大幅度降低。而
紫丁香中CAT活性在各温度处理水平下,随着胁
迫时间延长,大致呈“升—降—升”的趋势。当胁迫
1d时,紫丁香1年生枝条中各温度水平处理下的
CAT活性就已达到峰值,较比对照略微高一些,随
着胁迫时间的延长,胁迫到4d时,仅仅-20℃水
平处理下的 CAT略低于对照,其他仍高出对照。
说明低温胁迫下,由于紫丁香中的CAT活性未显
著降低。因此,紫丁香防御低温胁迫的能力较强。
由图4综合分析可知,仅从过氧化氢酶CAT这个
单一指标来看,紫丁香1年生枝比暴马丁香1年生
枝防御低温胁迫能力要强。
图4 低温胁迫对1年生枝条CAT活性的影响(P=5%)
Fig.4 Effects of low temperature stress on CAT
activity of one-year-old branches
2.2.2 低温胁迫对2年生枝条过氧化氢酶(CAT)
活性的影响 从图5中可以看出,在不同温度水平
处理下,暴马丁香与紫丁香2年生枝条中CAT活
性随时间的变化趋势不完全一致。暴马丁香大体呈
下降趋势,紫丁香呈“降—升”趋势。暴马丁香在-5,
-10℃处理下,胁迫1d时略低于对照。而在-15,
-20℃处理下,1d时相比对照大幅降低,说明当骤然
降温不超过-10℃且1d时,低温对暴马丁香2年
生枝条的伤害很小。而当温度骤降到-15,-20℃
时且1d时,低温对暴马丁香2年生枝条的伤害就
已经很大了。在-5,-10,-20℃处理下,暴马丁香
低温胁迫时间从1~4d时,其2年生枝条中的
CAT活性开始逐渐大幅下降,直到接近于0。相比
之下,紫丁香在-5,-10,-15,-20℃处理下,胁
迫1d时,CAT活性低于对照不明显。说明当骤然
降温只要不超过-20℃且胁迫1d时,低温对紫丁
香2年生枝条中细胞的伤害作用很小。当随着胁迫
时间的延长,紫丁香2年生枝条在各个温度处理下
其CAT活性均逐渐升高并且高于对照。说明紫丁
香随胁迫时间延长,抗寒能力不断增强。由图5综
合分析可知,仅从过氧化氢酶CAT这个单一指标
来看,紫丁香2年生枝比暴马丁香2年生枝防御低
温胁迫能力要强。
图5 低温胁迫对2年生枝条CAT活性的影响
Fig.5 Effects of low temperature stress on CAT
activity of two-year-old branches
58 河 北 农 业 大 学 学 报 第36卷
2.2.3 低温胁迫对3年生枝条过氧化氢酶(CAT)
的影响 从图6中可以看出,在不同温度水平处理
下,暴马丁香与紫丁香3年生枝条中CAT活性随
时间的变化趋势完全不一致。
图6 低温胁迫对3年生枝条CAT活性的影响
Fig.6 Effects of low temperature stress on CAT
activity of three-year-old branches
从整个胁迫过程来看,紫丁香变化幅度略大于
暴马丁香。当胁迫时间小于2d时,暴马丁香中的
CAT活性变化幅度比较大,从2~4d这个胁迫时
间段,暴马丁香在-5,-10,-15℃处理下,几乎没
有变化,均高于对照。除了-20℃处理下,CAT活
性略有小幅下降。说明,暴马丁香在短时间低温胁
迫时,由于来不及适应骤然降温的影响,CAT活性
幅度变化很大,但随着胁迫时间的延长,暴马丁香逐
渐适应了外界低温环境对其影响,CAT活性变化逐
渐平缓。从中可以看出,暴马丁香3年生枝在不低
于-20℃情况下,适应低温环境的能力比较强,相
比之下,紫丁香在胁迫时间小于2d时,CAT活性
变化则相对于比较平缓。当胁迫时间为2~4d时,
在-5,-10℃处理下,CAT活性有大幅度增加;在
-15,-20℃处理下,CAT活性几乎没什么变化。
除了-20℃情况下,CAT活性低于对照外,其他均
高于对照。说明紫丁香在短时间低温胁迫时,CAT
活性变化不明显,可以看出紫丁香抵御骤然降温的
能力很强,随着胁迫时间延长,CAT活性不断增加,
紫丁香在不低于-20℃情况下,适应低温环境的能
力很强。由图6综合分析可知,仅从过氧化氢酶
CAT这个单一指标来看,紫丁香3年生枝条比暴马
丁香3年生枝条防御低温胁迫能力强。
3 讨论与结论
大量研究已经表明,可溶性糖含量与大多数植
物抗寒性一般呈正相关[3-7]。可溶性糖作为主要的
渗透调节物质,在植物遭遇低温胁迫时,可溶性糖含
量的积累可以提高细胞液的浓度,降低渗透势,增加
保水能力,从而使冰点下降,保持细胞不致遇冷凝
固,提高植物机体抗寒能力[7]。本研究表明,2种丁
香属树种不同枝龄的枝条在胁迫1d时,可溶性糖
含量的变化幅度都很大;在-5,-10℃处理下的枝
条,胁迫1d时可溶性糖含量增加且均高于对照。
这说明短时间的低温胁迫,温度不低于-10 ℃
时,2种丁香属对低温具有一定的适应性,抗寒能力
相对比较强;对于紫丁香来说,紫丁香2年生枝条和
3年生枝条在不同低温胁迫处理下,可溶性糖含量
始终是高于对照的,而紫丁香1年生枝条随胁迫时
间延长,可溶性糖含量逐渐低于对照。并且从可溶
性糖含量相比对照增加的幅度和持续增加的时间来
看,紫丁香3年生枝条比其2年生枝条增加的幅度
大,持续增加的时间长。
低温胁迫会造成植物的氧化损伤,引发 H2O2
过量产生。如果细胞中所积累的过量 H2O2,不能
够被及时清除,则会对植物体造成毒害作用,加重胁
迫造成的损伤[8]。而 CAT 是胁迫条件下针对
H2O2,的过量所产生的调节性物质,它可以分解过
剩的 H2O2,从而减轻 H2O2,对植物体的毒害。本
研究表明,暴马丁香和紫丁香不同年龄枝条在不同
的低温水平下,随着低温胁迫时间的延长,CAT含
量呈现了不同的变化趋势。2种丁香属树种不同枝
龄在-20 ℃低温胁迫下,在整个胁迫的过程中,
CAT含量逐渐接近于0,说明-20℃下低温胁迫对
2种丁香属伤害程度都很大。紫丁香随着枝龄数的
增加,低温胁迫时间的延长,CAT活性相比对照增
加的幅度越来越大。由此可以得出,从CAT活性
第2期 马艳丽等:低温胁迫对2种丁香属植物抗寒生理指标的影响 59
单一指标来看,紫丁香枝龄越大,抗寒性越强。
从图1与图4的对比中可以看出,在低温胁迫
下,暴马丁香1年生枝CAT活性变化的幅度显著
大于可溶性糖的变化幅度。从图2与图5、图3与
图6的对比中可以看出,2种指标变化幅度差别不
大。综合这2种指标比较而言,CAT活性比可溶性
糖含量更适合于作为丁香属抗寒性鉴定指标。由于
植物的耐寒机制涉及一系列生理生化变化过程,植
物抗寒性不仅与植物的本身遗传基因有关,还要受
到外界环境多种因素的影响。仅以某一指标来评定
植物抗寒性,很难真实评价某一树种的抗寒实质。
因此,要想全面准确地评价丁香属的抗寒性,必须结
合其它生理指标来综合评价[9-10]。
综上所述,在低温胁迫下,从可溶性糖含量这一单
一指标来看,抗寒能力大小为:暴马丁香3年生枝>
暴马丁香1年生枝>暴马丁香2年生枝;紫丁香3
年生枝>紫丁香2年生枝>紫丁香1年生枝;暴马丁
香1年生枝>紫丁香1年生枝;紫丁香2年生枝>暴
马丁香2年生枝;紫丁香3年生枝>暴马丁香3年
生枝。从CAT活性这一单一指标来看,抗寒能力
大小为:紫丁香>暴马丁香;3年生枝>2年生枝>1
年生枝。
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