鄒原東　韓振芹　劉憲東

摘要：以二年生金葉紫穗槐（Amorpha fruticosa L. cv. Jinye）和紫穗槐（對照）枝條為對象，分別測定自然降溫下葉片的電導(dǎo)率和丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸的含量以及人工低溫下的SOD、POD、CAT活性的變化，探討金葉紫穗槐在低溫條件下的適應(yīng)能力。結(jié)果表明，隨著自然溫度的降低，金葉紫穗槐的丙二醛含量低于對照；滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量升高，比對照有更強(qiáng)的低溫耐受能力；SOD、POD、CAT活性持續(xù)升高，高于對照，抵御低溫的能力優(yōu)于對照。不過金葉紫穗槐的相對電導(dǎo)率與對照的差異不顯著。

關(guān)鍵詞：金葉紫穗槐（Amorpha fruticosa L. cv. Jinye）；低溫；滲透調(diào)節(jié)；抗氧化酶

中圖分類號：S793.2+78 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）18-3492-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.18.025

Abstract： Taking 2-year-old Amorpha fruticosa L. cv. Jinye and A. fruticosa （control） as the research object，relative conductivity，MDA，soluble sugar，soluble protein and proline were measured separately during natural drop in temperature. SOD，POD，CAT were measured separately under artificial low temperature to explore A. fruticosa cv. Jinye adaptability under low temperature. The results showed that with the decreasing of natural temperature，MDA content of A. fruticosa cv. Jinye was lower than that of control； the content of soluble sugar，soluble protein and proline increased，showing strong low temperature tolerance ability than that of control. The activity of SOD，POD and CAT continuously elevated，which were obviously higher than those in the control， the low temperature resisting ability was superior to the control. The relative conductivity of A. fruticosa cv. Jinye was not significantly different to that of control.

Key words： Amorpha fruticosa L. cv. Jinye； low temperature； osmotic adjustment； antioxidant enzyme

紫穗槐（Amorpha fruticosa L.）屬于蝶形花科（Papilionaceae）紫穗槐屬（Amorpha L.）多年生落葉叢生灌木；喜光，耐寒、耐旱、耐貧瘠、耐鹽堿，適應(yīng)性強(qiáng)，根系還有根瘤菌，具有固氮能力，是城鄉(xiāng)綠化、水土保持的特色樹種。金葉紫穗槐（A. fruticosa cv. Jinye）是紫穗槐實(shí)生苗的栽培變種，其新梢金黃色，基部黃綠色，一年生冬枝深紫色；春芽金黃色，新展葉金黃色，老葉漸變綠；在北京市是一個良好的鄉(xiāng)土彩色觀賞樹種。國內(nèi)對紫穗槐的抗寒性研究多集中在栽培、養(yǎng)護(hù)等方面，對金葉紫穗槐的抗寒機(jī)理研究未見報道。為探討金葉紫穗槐的低溫適應(yīng)性，試驗(yàn)以紫穗槐為對照，對自然低溫條件下的金葉紫穗槐和紫穗槐的枝條葉片丙二醛等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及人工低溫下抗氧化酶活性、電導(dǎo)率的變化進(jìn)行了比較，分析了兩者之間的差異，以期了解金葉紫穗槐在低溫下的適應(yīng)能力，為金葉紫穗槐的適生區(qū)域確認(rèn)提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院實(shí)訓(xùn)基地自然生長的金葉紫穗槐和紫穗槐。在2014年9月，以二年生金葉紫穗槐的幼嫩莖段為外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)。2015年3-4月，選取通過組培的幼嫩枝條50根，將這些枝條分為5組，每組10根，分別浸泡在0、50、100、150、200 mg/kg的ABT1號生根粉稀釋液中進(jìn)行生根，并在之后的一個月內(nèi)觀察、記錄其生根情況，比較ABT1號生根粉不同濃度稀釋液的最適濃度。當(dāng)年5月選取約100條組培苗嫩枝，在蘸取生根粉溶液后于遮陽網(wǎng)下實(shí)施室外扦插，20 d后移植，移植后一段時間觀察光照強(qiáng)弱，若光照強(qiáng)則需加蓋遮陽網(wǎng)遮光，生長期間注意排水、除草及病蟲害防治。2015年5月底，按照隨機(jī)原則選取3個采樣點(diǎn)，每個采樣點(diǎn)選取4～5個枝條進(jìn)行標(biāo)記，同時定期觀察采樣點(diǎn)枝條的長勢情況，為比對差異，按上述同樣方法選取、標(biāo)記二年生紫穗槐枝條作為對照。為了便于觀察自然降溫條件下植物的耐低溫能力，在當(dāng)年10月下旬-11月中旬（此期間房山區(qū)正處于由秋天向冬天轉(zhuǎn)換的季節(jié)，氣溫變化幅度明顯）每10 d取正常葉片進(jìn)行生理指標(biāo)測定，包括丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸的含量，都重復(fù)3次。另外，從3個采樣點(diǎn)中另外選取葉片分別放于0、-10、-15、-20 ℃的冰箱中，24 h后取出，分別進(jìn)行超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）3種抗氧化酶活性和電導(dǎo)率的測定。endprint

1.2 測定方法

葉片組織的丙二醛含量采用TBA比色法[1]測定，可溶性糖含量采用硫酸-蒽酮比色法[2]測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[2]測定，脯氨酸含量采用酸性茚三酮顯色法[3]測定，超氧化物歧化酶活性采用NBT光還原法[2]測定，過氧化物酶活性采用愈創(chuàng)木酚法[2]測定，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法[3]測定，電導(dǎo)率采用電導(dǎo)儀[3]測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2007程序處理，并用其制圖；運(yùn)用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析和LSD檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片細(xì)胞膜透性相關(guān)指標(biāo)的變化

2.1.1 電導(dǎo)率 金葉紫穗槐和紫穗槐葉片在0、 -10、-15、-20 ℃冰箱中處理24 h后的相對電導(dǎo)率動態(tài)情況見圖1。從圖1可以看出，金葉紫穗槐的相對電導(dǎo)率隨著溫度的降低而升高，-10、-15、-20 ℃環(huán)境下相對電導(dǎo)率分別是0 ℃的1.11倍、1.57倍和1.78倍；從與對照的比較來看，金葉紫穗槐和紫穗槐的相對電導(dǎo)率差異不顯著（P>0.05）。

2.1.2 丙二醛 在天氣轉(zhuǎn)冷、氣溫下降的過程中，植物體內(nèi)受到寒冷的刺激后，細(xì)胞膜的過氧化能力在一定范圍內(nèi)會產(chǎn)生波動，這通過丙二醛含量的高低變化可以反映出來；溫度過低時，植物組織的自我調(diào)節(jié)能力承受不起，甚至死亡，導(dǎo)致細(xì)胞膜的過氧化防御能力下降；2015年下半年測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片丙二醛含量情況見圖2。從圖2可知，金葉紫穗槐和紫穗槐葉片的MDA含量呈上升趨勢，對金葉紫穗槐來說，2015年10月25日和11月7日的MDA含量差異較小，僅為11.56%，而11月18日的數(shù)值上升較快，與前2個時間點(diǎn)的含量差異分別達(dá)到98.15%和77.62%。而在同一時間點(diǎn)上的對照其MDA含量高于金葉紫穗槐。方差分析結(jié)果表明，金葉紫穗槐和紫穗槐葉的MDA含量差異顯著（P<0.05）。

2.2 葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化

2.2.1 可溶性糖 可溶性糖是植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的一種，在植物受到逆境脅迫時會起到保護(hù)作用，其含量變化往往反映植物在逆境中受到傷害的程度[4]；試驗(yàn)測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片可溶性糖含量情況見圖3。從圖3可知，隨著溫度的降低，金葉紫穗槐和紫穗槐葉片的可溶性糖含量隨之升高，但上升的幅度兩者間存在差別。金葉紫穗槐在2015年11月8日和11月19日的可溶性糖含量分別比10月29日升高16.88%和23.48%；而對照的可溶性糖含量上升的幅度分別達(dá)到87.08%和122.72%。另外，金葉紫穗槐在各測定時間點(diǎn)上的可溶性糖含量都高于對照，兩者之間多數(shù)差異顯著（P<0.05）。

2.2.2 可溶性蛋白 在干旱、冷害或凍害條件下，植物體內(nèi)的可溶性蛋白含量也會隨之變化，這一變化是植物對外界環(huán)境變化正常的應(yīng)激反應(yīng)；作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以在一定程度上提高植物抵抗不良環(huán)境的能力[5]；試驗(yàn)測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片可溶性蛋白含量情況見圖4。從圖4可見，金葉紫穗槐葉片的可溶性蛋白含量隨著溫度的降低而升高，在2015年11月8日和11月19日的測定數(shù)值分別比10月29日的數(shù)值升高0.77倍和1.47倍。金葉紫穗槐在3個時間點(diǎn)測定的可溶性蛋白含量分別高于對照26.25%、17.30%、8.76%，方差分析結(jié)果表明，兩者之間差異不顯著（P>0.05）。

2.2.3 脯氨酸 作為一種有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，脯氨酸含量在一定程度上可反映出植物耐逆境脅迫的能力[6]；試驗(yàn)測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片脯氨酸含量情況見圖5。從圖5可知，在測定時期內(nèi)，隨著自然溫度的降低金葉紫穗槐和紫穗槐的脯氨酸含量都呈現(xiàn)一定程度的升高，金葉紫穗槐在2015年11月8日、11月19日的脯氨酸含量同10月29日相比，分別升高了98.83%和131.53%，并且分別比對照高出了44.01%和25.03%，2個時間點(diǎn)處理與對照兩者之間差異顯著（P<0.05）。

2.3 抗氧化酶活性的變化

2.3.1 超氧化物歧化酶 試驗(yàn)測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片SOD活性變化情況見圖6。從圖6可見，在低溫脅迫過程中，金葉紫穗槐的SOD活性隨著溫度的降低呈現(xiàn)上升的趨勢，從數(shù)值上看，在-10、-15、-20 ℃下的SOD活性分別比0 ℃的升高了63.23%、92.77%和120.89%，而對照在-10、-15、-20 ℃下的SOD活性分別比0 ℃的升高了119.34%、164.45%和219.50%；方差分析結(jié)果顯示，金葉紫穗槐和紫穗槐葉片間的SOD活性差異顯著（P<0.05）。

2.3.2 過氧化物酶 試驗(yàn)測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片POD活性變化情況見圖7。從圖7可見，低溫脅迫使金葉紫穗槐葉片內(nèi)的POD活性升高，隨著溫度的持續(xù)降低，與0 ℃下測定的POD活性相比，其他溫度下測定的POD活性上升的幅度在28.86%～63.69%，并與對照間差異顯著（P<0.05），對照的POD活性上升幅度在43.93%～110.51%。

2.3.3 過氧化氫酶 試驗(yàn)測定的金葉紫穗槐和紫穗槐葉片CAT活性變化情況見圖8。從圖8可見，隨著溫度的降低，金葉紫穗槐葉片的CAT活性升高，但升高的幅度在不同溫度區(qū)間表現(xiàn)不同，-10 ℃下測定的CAT活性比0 ℃的高出39.48%，-15 ℃下測定的CAT活性比-10 ℃的高出153.45%，-20 ℃下測定的CAT活性比-15 ℃的高出29.51%，CAT活性上升的速度表現(xiàn)為慢-快-慢的特點(diǎn)。與對照相比，金葉紫穗槐在-15、-20 ℃下的CAT活性略高，但與對照差異不顯著（P>0.05）。

3 小結(jié)與討論

丙二醛可以反映植物內(nèi)膜脂過氧化程度的高低[7]，隨著丙二醛含量的升高，細(xì)胞膜受傷害的程度也在加重[8，9]。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著自然溫度的降低，金葉紫穗槐和紫穗槐的丙二醛含量都隨之升高，不過金葉紫穗槐的丙二醛含量在低水平徘徊，這可能是由于在試驗(yàn)期間溫度小幅下降，植物體內(nèi)自身保護(hù)能力增強(qiáng)，生成了一些活性物質(zhì)，這對丙二醛的產(chǎn)生起到了抑制作用所致[10]。但隨著溫度的繼續(xù)下降，金葉紫穗槐和紫穗槐的丙二醛含量是否繼續(xù)升高尚需下一步探尋。endprint

可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在低溫甚至嚴(yán)寒條件下對提高植物的抗寒能力具有協(xié)同作用。眾多研究表明，可溶性糖可以提高細(xì)胞的滲透能力、降低水勢、降低細(xì)胞內(nèi)液體的冰點(diǎn)；可溶性蛋白作為保水劑，能保證水分聚合，防止水分喪失；脯氨酸則能夠維持細(xì)胞的水分平衡[11]；通過三者含量的升高或降低可以反映植物的抗寒能力強(qiáng)弱。劉杜玲等[12]、申曉慧等[13]、李葉云等[14]分別對遭受低溫脅迫后的早實(shí)核桃（Juglans regia L.）、紫花苜蓿（Medicago sativa L.）和茶樹[Camellia sinensis（L.）O. Ktze.]進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的降低，可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸的含量變化一致，都有一定程度的升高，并且這種變化反映在抗寒能力較強(qiáng)的供試品種上。也有學(xué)者對脯氨酸在抗寒效應(yīng)方面提出異議，認(rèn)為脯氨酸作為一項(xiàng)抗寒性指標(biāo)，僅反映植物的抗寒能力，卻不能反映植物在自然條件下的受凍害程度[15]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，金葉紫穗槐在低溫條件下，可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量相應(yīng)升高，表現(xiàn)出一定的抵御寒冷能力，在低溫的應(yīng)激反應(yīng)表現(xiàn)上，比紫穗槐具有更強(qiáng)的耐受能力。

植物的生長具有規(guī)律性，從新生到衰老，生命體自身進(jìn)行著復(fù)雜的生理循環(huán)，受外界環(huán)境的影響隨之產(chǎn)生很強(qiáng)的抵御高溫、冷害、鹽漬、污染等方面的能力。氧化還原反應(yīng)是植物代謝過程中不可或缺的，其產(chǎn)生的氧可供給生命體自身的循環(huán)，但產(chǎn)生的代謝副產(chǎn)物活性氧物質(zhì)包括超氧陰離子（O2·-）、過氧化氫（H2O2）、羥自由基（·OH）等卻具有毒害作用，這對植物的生命活動構(gòu)成威脅。SOD作為細(xì)胞中廣泛存在的酶，在植物受到上述傷害時，會將O2·-轉(zhuǎn)化為H2O2，之后由POD和CAT將之最終轉(zhuǎn)化為H2O，以保護(hù)細(xì)胞免受毒害[16，17]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在抵御逆境傷害時，SOD、POD、CAT活性協(xié)同發(fā)揮作用，其數(shù)值的升高可以作為抗性的鑒定指標(biāo)。隨著逆境在一定程度的發(fā)生，3種酶活性相應(yīng)升高，但是會達(dá)到一個峰值，隨著傷害的繼續(xù)加劇，植物組織細(xì)胞受損過重而無法修復(fù)，形成不可逆的傷害，此時的SOD、POD、CAT活性則會降低[18-20]。但也有研究者發(fā)現(xiàn)，SOD、CAT活性與抗性關(guān)聯(lián)度不高，僅POD活性可作為評價植物抗逆性的指標(biāo)[21]。本試驗(yàn)表明，隨著溫度的降低，金葉紫穗槐的SOD、POD、CAT活性持續(xù)升高，但變化的趨勢在下降的不同溫度間存在差別，0～-10 ℃上升緩慢，-10 ℃之后上升迅速；隨著溫度的進(jìn)一步下降，又表現(xiàn)出上升平緩的趨勢，有耐較低溫度的能力。另外，2016年10月23日和10月26日北京市出現(xiàn)2次近30年的單日絕對最低溫度（-10 ℃），但通過野外觀察，金葉紫穗槐沒有出現(xiàn)低溫凍害現(xiàn)象，表明金葉紫穗槐具有較強(qiáng)的抗寒能力。試驗(yàn)里隨著溫度的降低，金葉紫穗槐的SOD、POD、CAT活性高于紫穗槐，可見，在低溫脅迫的耐寒性方面，金葉紫穗槐強(qiáng)于紫穗槐。

相對電導(dǎo)率反映植物在低溫下細(xì)胞膜滲透性的改變甚至破壞的程度，常用于低溫下抗寒性分析[22]，低溫使抗寒能力弱的植物細(xì)胞外滲物質(zhì)增多，細(xì)胞受損嚴(yán)重，相對電導(dǎo)率表現(xiàn)升高[23]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的降低，金葉紫穗槐、紫穗槐的相對電導(dǎo)率都在增加，與常規(guī)的研究一致[24]，其中紫穗槐在-10 ℃和-15 ℃的相對電導(dǎo)率偏高，但與金葉紫穗槐的差別不大。

一種植物的抗寒性強(qiáng)弱、適不適合在某地區(qū)種植，除了從生理上對其比較外，還要觀察其生長過程中的外在表現(xiàn)，比如分枝、發(fā)芽、開花、結(jié)果等以及各種綜合因素的影響。因此要通過各種相關(guān)因素的分析來評價其生長的優(yōu)劣、長勢的好壞及抗性的強(qiáng)弱，試驗(yàn)只比較了金葉紫穗槐在某一段低溫條件下生理指標(biāo)的相應(yīng)變化，旨在討論其抗寒適應(yīng)性。下一步可以從低溫到高溫的轉(zhuǎn)換方面繼續(xù)探討其恢復(fù)生長情況，希望通過多年的連續(xù)試驗(yàn)，并結(jié)合栽培管理，真正了解金葉紫穗槐生長的最佳適應(yīng)條件，為本地區(qū)彩葉樹種的繁育、養(yǎng)護(hù)及栽培管理提供理論支撐。

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