自然降温对辽东栎抗寒生理指标的影响

赵欢蕊，李鲜花，高粉

（榆林学院生命科学学院，陕西榆林719000）

自然降温对辽东栎抗寒生理指标的影响

赵欢蕊，李鲜花，高粉

（榆林学院生命科学学院，陕西榆林719000）

以辽东栎的一年生休眠枝为试验材料，研究其在自然降温条件下，枝条内的过氧化物酶（POD）活性、游离脯氨酸含量、丙二醛含量和可溶性糖含量的变化，对辽东栎的抗寒性进行综合评估。结果表明，POD活性、游离脯氨酸含量和可溶性糖含量及丙二醛的含量均与温度呈负相关，4个指标均随着温度的降低而上升，随温度的增高而下降；1月21日，温度降至最低值-20℃时，辽东栎的POD活性达到最大值38.98 U/（g·min）；游离脯氨酸和可溶性糖2种渗透调节物的含量均达到最大值，分别为65.13 μg/g和126.2 mg/g；丙二醛的含量达到最大值（5.01 mol/g）。综合分析得出，辽东栎具有较强的抗寒性，适合在榆林地区推广种植。

辽东栎；抗寒性；自然降温

榆林市位于陕西省的最北部，城市园林绿化树种较为单一，尤其是观赏价值较高的树种更为匮乏。为了丰富城市绿化树种，近年来榆林市尝试引种了一批园林绿化新树种，但受冬季严寒气候的影响，一些新引进树种常产生冷害和冻害，因此，抗寒性研究具有十分重要的意义。王勇等[1]研究发现，核桃枝条在常温至-40℃之间，随着温度的降低，POD活性呈现出先降低后上升再降低的变化趋势。白茹等[2]对石河子地区引入的葡萄砧木进行抗寒性研究，结果表明，游离脯氨酸含量随着处理温度的升高而下降，随处理温度的降低而上升，其含量与温度密切相关。王宁等[3]研究表明，猴樟和芳樟在低温胁迫的条件下，前期2种樟树的丙二醛（MDA）含量呈现出先下降后上升的变化趋势，而到后期MDA的含量下降。金花等[4]对北京引种常绿阔叶植物的抗寒适应性进行了研究，结果表明，可溶性糖含量随温度的降低表现出先上升后降低的变化规律，因此，提出了应使用多种生理指标综合分析引种植物的抗寒性。樊新萍等[5]对不同核桃品种茎抗寒性进行了测定，结果表明，核桃品种的抗寒性是植物适应环境的一个复杂的调控过程。许娟等[6]研究表明，POD，CAT和SOD活性及MDA和脯氨酸含量可作为鉴定马铃薯品种耐寒性强弱的生理指标。柴文臣等[7]以辣椒为试材，研究其耐寒性情况，结果表明，随着温度的降低，可溶性糖含量、脯氨酸含量、POD活性、丙二醛含量逐渐增大，说明生理指标的变化与辣椒的抗寒性密切相关。目前对辽东栎抗寒性的研究鲜有报道。

本试验通过研究辽东栎一年生枝条在自然降温条件下生理指标的变化，旨在探索自然降温对辽东栎抗寒性因子的影响，以此来评定其抗寒能力，对丰富榆林地区园林绿地生物多样性、提高生态环境稳定性都具有十分重要的理论依据和实际意义。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于陕西省榆林市榆林学院校园内。该区域属于典型的半干旱大陆季风气候，年平均气温为8.3℃，12—2月的平均气温在-2～-8℃，当遇到极端天气时，最低气温可达-32.7℃。试验期间2015年11月至2016年3月榆林地区的气温变化如图1所示，最低气温约为-20℃，最高气温约为11℃。

1.2 试验材料

以榆林市新引进的辽东栎一年生休眠枝为试验材料。

1.3 试验方法

2015年11月到2016年3月进行定期采样，每隔10 d左右采样一次，共采样13次，取样时间设置为：2015年11月1日、11月11日、11月21日、12月1日、12月11日、12月21日和2016年1月1日、1月11日、1月21日、2月1日、2月11日、2月21日、3月1日。采样时剪取植株中上部生长良好的一年生枝条，放入保鲜袋中带回试验室测定。测定前首先将辽东栎枝条切成3～5 mm的小薄片，然后将试材混合均匀，分别对枝条内的POD活性、游离脯氨酸含量、MDA含量、可溶性糖含量进行测定，3次重复。

1.4 测定项目及方法

POD活性的测定采用愈创木酚法[8]，游离脯氨酸含量的测定采用茚三酮法[8]，可溶性糖含量的测定采用蒽酮法[8]，丙二醛含量的测定采用巴比妥酸法[9]。

2 结果与分析

2.1 自然降温对辽东栎过氧化物酶活性的影响

由图2可知，自然降温条件下，11月1日至第2年3月1日，温度在0℃以上时，随着温度的上升，POD活性缓慢降低。当温度降至0℃以下时，随着温度的变化，POD活性呈波形变化，图2中共有4个波峰，分别出现在温度骤然下降的2015年12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），2016年1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰对应的POD活性分别为10.21，14.59，38.98，16.45 U/（g·min），其中，温度降至-20℃最低值时，POD活性达到最大值38.98 U/（g·min）。此后，随着温度的回升，至3月1日（-5℃），辽东栎枝条中POD活性下降至12.56 U/（g·min）。总体呈现出POD活性随温度降低而增加，随温度上升而减少的明显规律，与温度呈负相关。

2.2 自然降温对辽东栎游离脯氨酸含量的影响

从图3可以看出，11月份，温度在0℃以上时，随着温度的上升，游离脯氨酸含量缓慢降低。当温度在0℃以下时，随着温度的升降，游离脯氨酸含量呈波形变化。当温度骤变至最低温-20℃（1月21日）时，脯氨酸的含量达到最大值65.13 μg/g。在整个试验期，游离脯氨酸含量共出现4个波峰，分别出现在温度骤变的2015年12月1日（-8℃）、12月21日（-8℃）、2016年1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰对应的游离脯氨酸含量分别为11.81，17.31，65.13，33.45 μg/g。此后，随着温度的上升，至3月1日（-5℃）辽东栎枝条中游离脯氨酸含量下降至18.23 μg/g。总体呈现出游离脯氨酸含量随温度降低而增加，随温度上升而减少的明显规律，与温度呈负相关。

2.3 自然降温对辽东栎丙二醛含量的影响

从图4可以看出，11月份温度在0℃以上时，随着温度的缓慢上升，丙二醛含量缓慢下降；12月份至试验终期，温度在0℃以下时，丙二醛含量随温度的下降而上升，反之则减少，与温度呈负相关。其中，在1月21日，温度骤变降至最低温时，MDA的含量增加到最大值5.01 mol/g。在整个试验中，辽东栎丙二醛含量出现4个波峰，分别出现在温度骤然下降的2015年12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），2016年1月21日（-20℃）和2月21日（-8℃），各波峰对应的MDA含量分别为2.71，2.81，5.01，2.95 mol/g。至试验末期3月1日（-5℃），丙二醛含量下降至2.74 mol/g。

2.4 自然降温对辽东栎可溶性糖含量的影响

从图5可以看出，在11月份，当温度在0℃以上时，随着温度的上升，可溶性糖含量持续下降；从12月份至试验终期，当温度降至0℃以下时，随着温度的升降，可溶性糖含量呈波形变化，随温度的下降而增加，反之则减少，与温度呈负相关。在整个试验中，辽东栎可溶性糖含量出现4个波峰，分别在温度骤然下降的2015年12月1日（-8℃），12月21日（-8℃），2016年1月21日（-20℃）和2月 21日（-8℃），各波峰对应的可溶性糖含量分别为50.71，83.51，126.20，88.61 mg/g。在1月21日，温度降至最低值-20℃，辽东栎可溶性糖含量增加到最大值126.20 mg/g。

3 讨论

3.1 过氧化物酶与辽东栎抗寒性的关系

过氧化物酶是活性比较高的一种膜保护酶，普遍存在于各植物体中。当植物受到低温胁迫时，其内部的酶活性会发生相应改变，保护酶系统活性的强弱可以作为判断植物抗寒性强弱的依据[10]。SOD和POD等保护酶系统在低温条件下积极发挥作用，维持较高的活性水平，从而增加植物体的抗寒能力，其活性的高低与植物的抗寒性强弱有密切的关系[11-12]。本研究中，通过对辽东栎枝条中POD活性的测定，发现随着自然温度的降低，POD的活性显著增强。在1月1日至1月21日之间，随着温度骤然下降，辽东栎枝条中的POD活性急剧上升至38.98 U/（g·min），这表明植物在经过低温后需要加强POD活性来适应环境，POD的活性随温度的降低而显著增高，这与申晓慧等[13]研究紫花苜蓿根系中抗氧化酶活性的变化一致。这种情况可能是由于植物遇到逆境时，自身会产生更多的氧自由基，结果加剧了膜脂过氧化程度，直接导致了膜系统受到严重的破坏，最终使得植物组织受到严重的伤害，而POD对H2O2有促降解的作用，所以，能够使植物抵抗在逆境环境下产生的有害物质，提高了植物的抗逆性。

3.2 渗透调节物质与辽东栎抗寒性的关系

有研究表明，可溶性糖、可溶性蛋白质、脯氨酸是植物中重要的渗透调节物质。可溶性糖使细胞冰点下降，保护原生质体，提高植物的抗寒性，对植物的抗寒性起着极其重要的作用[14]。本试验对游离脯氨酸和可溶性糖2种渗透调节物质进行了研究，通过对游离脯氨酸的测定，发现随着温度的变化，辽东栎枝条中脯氨酸含量与温度呈负相关，当温度降至最低温-20℃时，脯氨酸含量达到最大值65.13μg/g，这与李小安等[15]所研究的不同扁蓿豆种子中的脯氨酸变化一致。这可能是因为在低温时游离脯氨酸能够促进蛋白质的水合作用，继而能够使细胞结构维持一定的水平和调节渗透压，所以，在低温条件下植物才具有一定的抗性，以此提高植物的抗寒能力。通过对辽东栎可溶性糖含量的测定，发现其变化趋势和脯氨酸一致，即可溶性糖含量随着温度下降而显著增加，与谢吉容等[16]对草珊瑚、南方红豆杉叶片的研究结果一致。这可能是由于低温条件下水解作用增强，淀粉、蛋白质等大分子化合物大量降解成可溶性糖等物质[17]。植物中可溶性糖积累提高了细胞的液压渗透，进而降低细胞原生质的冰点和提高原生质的活性，减少细胞内结晶的机会，保护原生质胶体不至于遇冷凝固，防止水分大量流失，缓冲细胞质过度脱水，加强持水力，提高了组织细胞的渗透调节能力，从而有助于提高抗寒适应性。

3.3 丙二醛与辽东栎抗寒性的关系

在植物抗寒性生理指标的研究中，丙二醛（MDA）是膜脂过氧化产物之一，对植物有毒性的作用，能够对质膜产生毒害作用，对植物的细胞膜产生严重破坏，其含量可以反映细胞膜脂过氧化程度及细胞遭受伤害的程度，因此，植物受到逆境伤害时其含量增加[18]。本研究通过对辽东栎丙二醛含量的测定，发现MDA的含量随着自然温度的降低呈上升趋势，在1月21日（-20℃）达到最高值5.01 mol/g，这与王相娥等[19]对6种园林绿化树种的研究结果一致，而MDA的大量积累可能是由于温度较低时，不断累积的活性氧或超氧化物自由基对膜系统中的脂肪酸不饱和键进行氧化造成的。

4 结论

本研究通过对辽东栎4种抗寒性生理指标的测定，探明了在自然降温条件下，辽东栎枝条的过氧化物酶、可溶性糖、丙二醛以及脯氨酸均呈现出动态的变化，随着温度的降低均增高，随温度的上升而减少，在一年温度最低的时间各指标值均达到了峰值，表明4种抗寒性生理指标含量均对低温作出了一定的反应，使得植株在低温环境下没有受到冷害和冻害，说明辽东栎对低温有较好的适应性，适合在榆林地区推广种植，此次研究为辽东栎实际应用提供了参考依据。另外，由于榆林市地处毛乌素沙漠边缘，温差较大，常受到极端低温的影响，特别是倒春寒，其降温幅度、持续时间长短等对辽东栎的抗寒性有直接的影响，这些还有待于进一步研究。

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Effect of Natural Temperature Reduction on Cold Resistance Physiological Indexes ofQuercus liaotungesis

ZHAOHuanrui，LI Xianhua，GAOFen
（College ofLife Science，Yulin University，Yulin 719000，China）

In this article,one-year-old dormant branches of Quercus liaotungensis were used as materials to measure the changes of peroxidase（POD）activity,free proline content，malondialdehyde（MDA）content and soluble sugar content in natural temperature reduction.Finally,a integrated assessment on cold resistance of Quercus liaotungensis was made.The results showed that POD activity, the free proline content,soluble sugar content and MDA content were all negative correlation with temperature,both ofthe four indicators increased with the decrease of temperature and decreased with the increase of temperature.On January 21th,when the temperature dropped to a minimum of-20℃,POD activity reached the maximum value 38.98 U/（g·min）,the free proline and soluble sugar of the two osmoregulation substance contents reached the maximum value 65.13 μg/g and 126.2 mg/g,the MDA content reached the maximum value 5.01 mol/g.By comprehensive analysis,the conclusion shows that the Quercus liaotungensis has strong cold resistance and was suitable for large area planted in Yulin area.

Quercus liaotungensis;cold resistance;natural temperature reduction

S792.18

：A

：1002-2481（2017）06-0928-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.16

2017-01-15

榆林学院专项科研项目（10YK25）；榆林市园林技术与景观设计重点实验室（Z0073）

赵欢蕊（1982-），女，陕西杨凌人，讲师，硕士，主要从事园林植物与观赏园艺研究工作。