【低温胁迫对不同居群栝楼幼苗生理特性的影响】 乙烯对幼苗低温胁迫的影响

　　摘要：以采自不同地区的８个居群栝楼（Ｔｒｉｃｈｏｓａｎｔｈｅｓ ｋｉｒｉｌｏｗｉｉ Ｍａｘｉｍ）幼苗为试材，经低温（６ ℃）胁迫处理３６ ｈ，期间分时检测叶片脯氨酸（Ｐｒｏ）、丙二醛（ＭＤＡ）、超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、过氧化物酶（ＰＯＤ）含量的变化。结果表明，８个居群栝楼幼苗叶片的脯氨酸含量均迅速增加，至２４ ｈ时达最大值，之后急速下降；ＭＤＡ含量均呈缓慢上升趋势；ＳＯＤ活性变化不明显；ＰＯＤ活性迅速下降，至３６ ｈ仍有微弱变化；依据结果与植物抗寒性的关系评价，河南邓县（ＤＺ－１、ＤＺ－２）、信阳（ＸＹ－２）和内乡（ＮＸ－２）４个居群栝楼的抗寒性较其他居群强。
　　关键词：栝楼幼苗；抗寒性；脯氨酸；丙二醛；超氧化物歧化酶；过氧化物酶
　　中图分类号：Ｑ９４５．７８文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）11－2272-03
　　
　　The Effects of Low-temperature Treatment on the Characteristics of Different Populations of Tichosanthes kirilowii
　　
　　ＷＡＮＧ Ｘｉａｎ－ｋｅ，ＳＨＵ Ｓｈａｏ－ｈｕａ，ＷＡＮＧ Ｍｏ
　　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ Ｐｌａｎｔ， Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）
　　
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｕｓing ｅｉｇｈｔ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｔｉｃｈｏｓａｎｔｈｅｓ kｉｒｉｌｏｗｉｉ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｒｅａｓ ａｓ ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ pｒｏｌｉｎｅ， ＭＤＡ， ＳＯＤ ａｎｄ ＰＯＤ ｉｎ ｌｅａｖｅｓ ｔｒｅａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（６ ℃） ｆｏｒ ３６ ｈｏｕｒｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｌｉｎｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｌｅａｖｅｓ ｏｆ ｅｉｇｈｔ Ｔ. kｉｒｉｌｏｗｉｉ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｒｅａｃｈｅｄ the ｍａｘｉｍｕｍ ａｔ ２４ ｈｏｕｒｓ； ａｆｔｅｒ ｔｈａｔ ｉｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｒａｐｉｄｌｙ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＭＤＡ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓｌｏｗｌｙ， ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ＳＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｗａｓ ｎｏｔ ｏｂｖｉｏｕｓ ａｎｄ ｔｈｅ ＰＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｒａｐｉｄｌｙ； ｉｔ ｓｔｉｌｌ ｈａｄ ａ ｓｌｉｇｈｔ ｃｈａｎｇｅｓ ａｔ ３６ ｈｏｕｒｓ． Ｆｏｕｒ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＤＺ－１，ＤＺ－２，ＸＹ－２，ＮＸ－２ ｆｒｏｍ Ｈｅｎａｎ， Ｄｅｎｇｚｈｏｕ， Ｘｉｎｙａｎｇ ａｎｄ Ｎｅｉｘｉａｎｇ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｈａd sｔｒｏｎｇ ｃｏｌｄ ｈａｒｄｉｎｅｓｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｃｏｌｄ ｈａｒｄｉｎｅｓｓ．
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｔｒｉｃｈｏｓａｎｔｈｅｓ ｋｉｒｉｌｏｗｉｉ Ｍａｘｉｍ ｓｅｅｄｌｉｎｇ； ｐｒｏｌｉｎｅ； ＭＤＡ； ＳＯＤ； ＰＯＤ
　　
　　栝楼（Ｔｒｉｃｈｏｓａｎｔｈｅｓ ｋｉｒｉｌｏｗｉｉ Ｍａｘｉｍ）是葫芦科栝楼属多年生缠绕藤本植物，雌雄异株。其果实、果皮、种子和根经炮制分别可制作成中药材瓜蒌、瓜蒌皮、瓜蒌子和天花粉入药［１］，是一种多年生常用中药材。冬季地上部分枯萎，根于地下过冬，抗寒性低的栝楼品种易受冻害，影响翌年产量，选择有较好抗寒性的栝楼种质资源，培育抗寒性栝楼新品种成为生产中的迫切需求。
　　通常植物在逆境条件（如低温胁迫）下，叶片组织各项生理指标会发生明显的变化［２］，这是植物对不良环境的一种适应性，栝楼亦如此。试验对我国不同地区的８个栝楼居群［３－５］幼苗采取低温胁迫处理后，检测其幼苗叶片组织的脯氨酸（Ｐｒｏ）、丙二醛（ＭＤＡ）、超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）和过氧化物酶（ＰＯＤ）等抗逆性生理指标，通过比较其变化和差异，探索栝楼抗寒性的生理机制，为栝楼抗寒新品种的选育提供理论依据。
　　１材料与方法
　　１．１材料
　　从河南、河北等省８个不同地区采集的野生栝楼的成熟种子，经湖北中医药大学药学院刘合刚教授鉴定为栝楼（Ｔｒｉｃｈｏｓａｎｔｈｅｓ ｋｉｒｉｌｏｗｉｉ Ｍａｘｉｍ）。各居群编号及来源详见表１。
　　１．２方法
　　将种子播于直径１５ ｃｍ的塑料钵，每钵播种４～６粒，置于人工气候箱中（温度３０℃，光照强度４ ０００ ｌｘ）。待栝楼出苗１５ ｄ左右，叶片数约１２，苗高约１０ ｃｍ时，给予６ ℃的低温胁迫，分别于不同处理时间取栝楼植株中部３～５片叶，分别测定Ｐｒｏ、ＭＤＡ含量及ＳＯＤ、ＰＯＤ的活性。每个指标均设３次重复。Ｐｒｏ、ＭＤＡ含量测定参照李合生［６］的方法；ＳＯＤ活性测定采用氮蓝四唑（ＮＢＴ）法［６］；ＰＯＤ活性测定参照愈创木酚法［６］略加改进：准确称取栝楼叶片０．５ ｇ，剪碎混匀后加入预冷的０．０５ ｍｏｌ／Ｌ磷酸缓冲液（ｐＨ值５．５）冰浴研磨成匀浆，４ ０００ ｒ／ｍｉｎ离心１０ ｍｉｎ，上清液转入５０ ｍＬ容量瓶中，沉淀再用磷酸缓冲液提取两次，一并倒入容量瓶中，定容，低温保存备用。
　　过氧化物酶活性＝
　　式中ΔＡ４７０nm为反应时间内吸光度的变化值；Ｗ为栝楼叶鲜重，ｍｇ；ｔ为反应时间，ｍｉｎ；ＶＴ为提取酶液总体积，ｍＬ；Ｖｓ为测定时取用酶液体积，ｍＬ。
　　２结果与分析
　　２．１低温胁迫对栝楼幼苗叶片组织脯氨酸含量的影响
　　栝楼幼苗经低温胁迫处理后，叶片组织脯氨酸含量先急剧增加后迅速下降，低温处理２４ ｈ 脯氨酸含量达最大值（３８．６１～５４．１６ μｇ／ｇ），是处理前的２～３倍（表２），说明低温处理能够诱使叶片组织中脯氨酸的含量显著增加，这是植物对低温的一种响应机制，以提高细胞液的浓度，降低细胞质的冰点，避免细胞膜结构受伤害；随着低温处理时间的延长，幼苗超过其抗低温能力的极限，细胞膜结构遭到破坏，一些产生脯氨酸的功能性蛋白活性随之丧失，同时细胞液外渗，导致脯氨酸逐渐减少，抗寒能力迅即减弱。比较不同居群的栝楼幼苗脯氨酸含量，ＤＺ－１、ＤＺ－２、ＸＹ－２、ＮＸ－２与其他居群有显著差异，表明这４个居群有较强的抗寒性。
　　２．２低温胁迫对栝楼幼苗叶片组织ＭＤＡ含量的影响
　　植物在逆境条件下受到伤害后，通常会发生膜脂过氧化作用，ＭＤＡ是植物膜脂过氧化作用的产物，它的积累量反映植物受逆境伤害的程度。从表３可以看出，栝楼幼苗经低温胁迫处理后，叶片组织中ＭＤＡ含量均呈渐增趋势，处理２４ ｈ时含量在４．６２～６．２３ μｍｏｌ／ｇ，较处理前提高了１～２倍，处理２４ ｈ后其含量增加缓慢，整个过程含量依次上升，说明幼苗受伤害程度在逐渐增加。比较８个不同居群栝楼幼苗叶片ＭＤＡ含量，ＮＸ－２、ＤＺ－２、ＸＹ－２、ＤＺ－１含量明显低于其他居群，说明其受到伤害的程度较其他居群低，即抗寒能力强。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 　　２．３低温胁迫对栝楼幼苗叶片组织ＳＯＤ活性的影响
　　ＳＯＤ是一种保护酶，保护叶片组织，避免其在低温环境下受到伤害，活性越高表明其保护功能愈强。从表４可看出，栝楼幼苗经低温处理后叶片的ＳＯＤ活性变化不明显，表明存在于栝楼幼苗体内的ＳＯＤ是一种活性相对稳定的酶。
　　２．４低温胁迫对栝楼幼苗叶片组织ＰＯＤ活性的影响
　　ＰＯＤ与植物的抗逆性有关，可作为抗寒性的一个重要指标。经低温处理后的８个居群的栝楼幼苗叶片ＰＯＤ活性都呈急剧下降趋势，至３６ ｈ仍有微弱变化（表５）。但比较不同栝楼居群，ＤＺ－１、ＤＺ－２、ＸＹ－２、ＮＸ－２的活性相对高于其他居群。
　　３小结
　　栝楼幼苗以低温（６℃）处理０、１２、２４、３６ ｈ后，检测脯氨酸与ＭＤＡ含量，两种物质前期均呈上升趋势，叶片组织中的脯氨酸含量于低温处理２４ ｈ时达最高值，MDA于低温处理２４~３６ ｈ期间一直维持着高含量；检测低温处理后的栝楼幼苗叶片ＳＯＤ与ＰＯＤ活性，不同居群的ＳＯＤ活性均无大的变化，ＰＯＤ活性却均呈下降趋势，但居群间的下降幅度存在差异。
　　丙二醛（ＭＤＡ）是植物在逆境条件下膜脂过氧化作用的产物，对质膜有毒害作用［７］，长期以来ＭＤＡ是用于检测膜脂过氧化程度的一个公认指标［８］。栝楼幼苗在低温胁迫下，叶片组织细胞膜系统的结构与功能会遭到破坏，次生产物ＭＤＡ相应增加，增加越多表明抗寒性越差［９］；叶片组织中脯氨酸含量的增加，能提高细胞液的浓度，降低细胞质的冰点，防止细胞膜结构的破坏，进而减少过氧化作用产物ＭＤＡ的产生，植物幼苗抵抗不良环境的能力的强弱反映在脯氨酸含量的高低上［１０］；ＳＯＤ和ＰＯＤ是广泛存在于植物细胞中的两种氧化酶，它们能有效地清除叶片中因抵抗逆境而产生的的活性氧和超氧阴离子自由基，从而防止其对细胞的伤害，因此这两种酶也被称为保护酶［１１］。
　　试验以栝楼幼苗低温处理不同时间后，检测４个生理指标，根据各个指标含量高低或活性大小反映的抗寒性能，一致证明ＤＺ－１、ＤＺ－２、ＸＹ－２、ＮＸ－２ ４个居群具有较强的抗寒性。这种抗寒性一方面受遗传因素影响，另一方面与环境因素有关，不同产区的栝楼在长期适应与演进过程中，多种因素的综合效应，逐渐形成了特有的农家类型，其抗寒性也因产区不同而出现差异。另外，栝楼的抗寒性还反映在其他生理指标的变化上，如何全面研究这些生理指标的抗寒机制，以及如何利用其选育新的抗寒品种还有待进一步的工作。
　　参考文献：
　　［１］ 周凤琴，徐凌川，张永清，等．山东瓜蒌生产情况调查［Ｊ］．山东中医药大学学报，２００２，２６（５）：３７９-381．
　　［２］ 刘遵春，豁泽春．不同杏梅、杏李品种枝条抗寒性研究［Ｊ］．湖北农业科学，２００８，４７（７）：８０２－８０４．
　　［３］ 谢果珍，舒少华，王沫．不同居群栝楼叶表皮气孔形态研究［Ｊ］．时珍国医国药，２００８，１９（１２）：２９５６－２９５８．
　　［４］ 郭晓亮，王沫，舒少华．雌雄栝楼的组织培养研究［Ｊ］．武汉植物学研究，２００９，２７（６）：６８４－６８７．
　　［５］ 谢果珍，舒少华，王沫．不同居群栝楼花粉形态的扫描电镜观察［Ｊ］．时珍国医国药，２００９，２０（７）：１７３９－１７４１．
　　［６］ 李合生．植物生理生化实验原理和技术［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０００．
　　［７］ 李荣富，梁莉，胡晓红，等．低温对杏花丙二醛含量及过氧化物酶与超氧化物歧化酶活性的影响［Ｊ］．内蒙古农业科技，２００５（６）：２９－３０．
　　［８］ 陈贵，胡文玉，谢甫绨，等．提取植物体内ＭＤＡ的溶剂及ＭＤＡ作为衰老指标的探讨［Ｊ］．植物生理学通讯，１９９１，２７（１）：４４－４６．
　　［９］ 彭诚，易咏梅．低温胁迫对狭叶四照花苗木的生理影响［Ｊ］．湖北农业科学，２００７，４６（５）：７７７－７７８．
　　［１０］ 李赫男．不同时间低温处理对紫苏抗逆性的影响［Ｊ］．安徽农业科学，２００８，３６（３５）：１５３１３－１５３１５．
　　［１１］ 林海．大叶黄杨抗寒机理的研究［Ｊ］．安徽农业科学，２００５，３３（８）：１４２３－１４２４．
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文