4个海滨雀稗对低温胁迫的生理响应及抗寒性比较

李静思， 黄 宁， 麻加欣， 孙 铜， 贾子硕， 张 钿， 王雅娇， 孙鑫博*

(1. 河北农业大学河北省作物生长调控重点实验室， 河北 保定 071001；2. 河北农业大学期刊社， 河北 保定 071001)

海滨雀稗(Paspalumvaginatum)，又被称为夏威夷草，属于禾本科(Gramineae)雀稗属(Paspalum)，原产于热带和亚热带，是一种多年生暖季型草本植物。海滨雀稗具有多种优点，比如耐践踏、耐低修剪等，其中它最突出的优点是极耐盐碱，适合在海边生长。目前，在中国南方和过渡性地带约30%的高尔夫球场使用海滨雀稗作为发球台、球道以及长草区的草坪草种[1]。

温度在植物的分布和生长中起着重要的作用，影响海滨雀稗在北方地区分布和应用的主要生态因子是低温[2]。我国南方部分地区日夜温差大，适合海滨雀稗生长，而北方地区冬季寒冷[3]，海滨雀稗越冬困难，容易出现春季发芽晚、秋季早衰、生长不良等现象[4]，影响草坪美观，降低了其使用价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以海滨雀稗Sa、SI、SP和PL四个品种为试验材料。从试验基地采回的匍匐茎移栽至内径为15 cm (内径)×15 cm(高度)的花盆中，花盆底部留有小孔便于排水，基质为营养土∶蛭石=1∶3的混合物。植物材料在温室里培养3个月，温室条件白天为28°C，夜间24°C，光照时间14 h，光强10 000 lx。生长期间按需浇水，定期修剪。

1.2 低温处理与取样

将海滨雀稗4个品种各30盆统一放入气候室在相同条件下培养(光照强度为5 000 lx，光照16 h、温度为28℃，黑暗8 h、温度为24℃)。三周后从每个品种中随机取出20盆，置于人工气候培养箱进低温处理，其余的在常温条件下继续培养。低温培养箱设定光强为5 000 lx，光照16 h、温度为4℃，黑暗8 h、温度为2℃。保证培养箱的其他条件相同，在低温处理第0,7,14,21,28天时取样，每个处理取4个重复。

1.3 测定项目与方法

叶绿素含量采用Smethurst的方法测定[5]；电解质渗透率采用Blum和Ebercon[6]的方法测定；丙二醛含量采用Heath和Packer[7]的方法测定；过氧化氢含量的测定采用Velikova等[8]的方法；超氧阴离子含量采用Jiang和Zhang[9]的方法测定；抗氧化酶SOD，POD，CAT和APX活性的测定采用Jiang和Zhang[9]的方法。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对海滨雀稗叶片叶绿素含量的影响

从图1可以看出，PL，Sa品种海滨雀稗的叶绿素含量随着处理时间的延长有所上升，而SP品种叶绿素含量基本保持不变。在低温处理0～14 d时，SI品种叶绿素含量上升，14～28 d叶绿素含量下降。处理第0 d时，Sa和SI品种的叶绿素含量显著高于另外两个品种，第14 d时，PL，Sa和SI的叶绿素含量显著高于SP品种，且三者之间无显著差异，处理第28 d时，PL和Sa品种的叶绿素含量显著高于SI和SP品种。

图1 低温处理对海滨雀稗叶绿素含量的影响Fig.1 Effect of cold stress on chlorophyll content of Paspalum vaginatum注：小写字母表示在相同处理时间内4个海滨雀稗品种间的显著性差异(P<0.05)，下同Note:Different lowercase letters indicate significant difference within the same treatment time among different cultivars at the 0.05 level,the same as below

2.2 低温胁迫对海滨雀稗相对电导率和丙二醛含量的影响

从图2中可以看出，随着低温胁迫处理时间的延长，4个海滨雀稗品种相对电导率均有所上升，在处理第0 d时，4个品种之间相对电导率没有明显差异，在处理第7 d后，Sa品种的电导率始终显著低于其他3个品种。4个品种的MDA含量也随着低温胁迫而升高，在处理第0 d时，SI和SP品种的MDA含量显著高于PL和Sa；处理第7 d时，PL和SI的MDA含量则显著高于Sa品种；处理第28 d时，PL和SI品种的MDA含量显著高于Sa品种。

图2 低温胁迫对海滨雀稗相对电导率和丙二醛含量的影响Fig.2 Effect of cold stress on electrolytic leakage and MDA content of Paspalum vaginatum

2.3 低温胁迫对海滨雀稗活性氧含量的影响

处理第0 d时4个海滨雀稗品种的H2O2含量没有显著差异。而随着低温处理时间的增加，4个品种的海滨雀稗H2O2含量均呈逐渐上升趋势。低温处理第7 d，SI品种的H2O2含量显著高于其他3个品种。至低温处理第21 d，4个品种的海滨雀稗H2O2含量相较于第14天均有大幅度上升，最大增量为41.48 mol·L-1；且Sa的H2O2含量显著低于PL，SI两个品种，SP也显著低于SI。处理第28 d时，4个品种的海滨雀稗H2O2含量相较于第21 d出现不同程度的下降，最大降量为28.38 mol·L-1；4个品种相比，SP显著低于Sa，SI两个品种，PL显著低于SI。

图3 低温胁迫对海滨雀稗活性氧含量的影响Fig.3 Effect of cold stress on ROS content of Paspalum vaginatum

2.4 低温对海滨雀稗抗氧化酶活性的影响

由图4可知，4个海滨雀稗品种经过低温处理后，叶片中抗氧化酶活性均有明显变化。在第0 d时，Sa和SP品种的SOD活性显著高于其他2个品种，第7 d时，4个品种的SOD活性均有所上升，但4个品种之间无显著差异，处理第14 d时，4个品种的SOD活性又出现下降趋势，且Sa品种显著低于SP品种，处理第21 d，4个品种的SOD活性又有所升高，且Sa品种的SOD活性显著高于其他3个品种，而PL则显著低于其他3个品种，至处理28 d时，4个品种之间无显著差异。

4个品种的CAT活性随着低温处理时间的延长而降低。在处理第0 d时，4个品种之间无显著差异，处理第7d时，4个品种的CAT活性均呈下降趋势，且SI和SP的CAT活性显著低于PL品种，处理14 d后，4个品种之间的CAT活性再无显著差异，且在处理28 d时，4个品种的CAT活性降至最低。

随着胁迫时间的延长，POD仍具有一定的活性。在处理过程中发现海滨雀稗的4个品种在处理0 d时的POD活性最低。处理时间为0，7，14，28 d时四个品种的POD活性无显著差异，而处理21 d时Sa的POD活性显著低于SI品种。

海滨雀稗4个品种的APX活性呈现波浪状变化趋势，在处理过程中发现在7 d时各品种APX活性最低。处理时间为0，7 d时的APX活性差异不显著。处理第14 d时，SI品种的APX活性显著高于PL和Sa，处理第21 d时，SI品种的APX活性显著高于Sa和SP品种，至处理28 d时，SI品种显著高于其他3个品种，且其他3品种之间无显著差异。

图4 低温对海滨雀稗抗氧化酶活性的影响Fig.4 Effect of cold stress on antioxidative enzyme activities of Paspalum vaginatum

3 讨论

在对耐寒性生理指标的研究中，叶绿素含量常被用来作为反映低温对植物造成损伤程度的生理指标[10]。随着低温处理时间的延长，海滨雀稗叶绿素含量应出现下降的现象。然而在此次试验中，PL和Sa品种海滨雀稗的叶绿素含量变化却有所差别，出现上升的趋势。有研究证明[11]，在遭受低温时，植物通过调节细胞渗透压来适应外部环境，从而导致相对含水量明显下降。此次试验中。叶绿素含量有所增长，可能是因为称重时材料相对含水量减少导致测定的材料干重总量增加，从而导致叶绿素含量上升。在本次试验中，每经过低温处理一个周期测定取样样品时，会发现叶片逐渐失去水分，颜色也变黄。在试验处理的14～21天中，明显发现四个品种低温均出现全部失绿枯黄的症状，其中SP品种最为显著，初步判断其对低温最为敏感。

植物发生寒害主要是低温对植物细胞的结构和功能造成危害，细胞膜是植物遭受低温伤害和抗冷伤害的关键组织。膜系统在低温下遭受伤害并失去其选择透过性，导致电解质从细胞内外渗，从而使组织浸出液的电导率增高[12]。其次细胞内过氧化自由基代谢平衡被破坏，促使产生大量的自由基，多余的自由基会使细胞膜脂发生过氧化，而丙二醛是膜脂过氧化的最终产物。本研究中，低温处理的海滨雀稗四个品种的相对电导率和丙二醛含量都有所增加。电导率越高，表明植物对冷伤害的抵抗力越弱[13]。试验中四个海滨雀稗品种中Sa的电导率最低，说明其细胞膜受损伤最小，PL品种和SP品种具有较高的电导率，而抗寒性就较差一些。丙二醛含量增加，产生了活性氧和自由基，导致细胞受损。试验中Sa品种的丙二醛含量最低，增幅最小，SI品种增幅最大，SP品种和PL品种介于Sa和SI之间，说明Sa品种在低温胁迫下遭受活性氧和自由基的破坏较轻，对冷害抵抗力较好一些。

在生物的系统进化过程中，SOD、CAT、POD、APX等抗氧化酶构成了植物体内清除自由基的保护酶系统，保护细胞免受低温等逆境的伤害。四者的协同作用可以使植物在一定程度上减缓或抵抗低温胁迫[15-16]。

本研究表明，在低温处理下，四种海滨雀稗的SOD活性和POD活性表现出“升-降-升”的变化趋势。随着处理时间的延长，海滨雀稗受到的伤害逐渐加重，当伤害达到临界值，植物体内SOD的合成遭到破坏，进而导致SOD活性的降低；随着处理时间再次延长，海滨雀稗适应了这种寒冷伤害，代谢系统逐渐恢复，并且SOD活性再次开始增加。海滨雀稗的四个品种在14天时的SOD活性达到最低。在低温胁迫早期，叶片POD活性增加，这可能是海滨雀稗细胞对低温胁迫的保护性应激反应；胁迫后期POD活性降低，可能是此时的低温胁迫对海滨雀稗的伤害超过一定限度；而后POD活性上升，可能是海滨雀稗己经形成POD活性的抗寒机制，用来维持活性氧代谢平衡，避免自由基积累造成的细胞膜损伤。这与吕优伟[17]在研究9个野生早熟禾对低温胁迫的生理响应中的结果类似。

在低温胁迫条件下，细胞内CAT增加，这可以有效地将过量的自由基，特别是H2O2，去除到较低水平[18]。本研究结果表明，CAT活性普遍降低，这与林郑和[19]在低温胁迫对茶树抗氧化酶活性影响中的结果类似。本研究中随着低温处理天数的增加，CAT活性无显著差异，说明低温胁迫能够抑制CAT的活性，并且CAT可能并不是主要清除低温胁迫产生H2O2的抗氧化酶。本研究的结果表明，APX活性总体上呈先上升后下降再上升的变化趋势，呈现这种变化趋势的原因可能与SOD、POD变化趋势的原因相同。

4 结论

在低温胁迫下四个品种的海滨雀稗电导率、叶绿素和丙二醛、活性氧含量和抗氧化酶活性均发生变化。不同品种的海滨雀稗的对低温胁迫的反应不同，表明对低温的耐受能力不同。综合比较各项数据指标后表明Sa品种的抗寒能力较好，SP和PL品种抗寒性较差一些。