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苏拉威西凤果叶片在不同低温胁迫下的生理特性变化

刘育梅 金亮 郑国华 邱静瑜 梁诗

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苏拉威西凤果叶片在不同低温胁迫下的生理特性变化

    作者简介: 刘育梅 (1975-), 女, 博士, 副研究员, 主要从事果树逆境生理生态及植物资源开发利用研究 (E-mail: xcong@163.com)
  • 基金项目:

    厦门市科技计划项目(3502Z20142006)

  • 中图分类号: Q945.78

Physiological Responses of Garcinia celebica L. Leaves Under Low-temperature Stress

  • 摘要: 以3年生苏拉威西凤果Garcinia celebica L.幼苗为试材,经15℃光照培养箱炼苗72 h后,分别在3、6、9℃进行低温胁迫36 h,测定不同低温下叶片的叶绿素、可溶性蛋白、可溶性糖含量及SOD(超氧化物歧化酶)、POD(过氧化物酶)的活性。结果表明:经过低温胁迫的所有幼苗均能恢复正常生长,3℃低温的小苗出现轻微脱水现象。不同温度下的生理指标有明显变化:总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b的含量均比对照有明显下降;可溶性蛋白、可溶性糖含量在6~9℃内随温度降低而上升,在6℃时达到最高值,但二者的含量在3℃时急剧下降,并显著低于对照;SOD、POD活性均在6~9℃内随温度降低而上升。推测苏拉威西凤果在6~9℃内出现应激反应,通过可溶性蛋白、可溶性糖的积累及SOD、POD活性的提高来适应低温胁迫。
  • 表 1  不同低温胁迫下苏拉威西凤果叶片的电导率和叶绿素含量

    Table 1  Electrical conductivity and chlorophyll content in G. celebica leaves under cold stress at low temperatures

    生理指标 处理低温/℃
    CK 9 6 3
    相对电导率/% 9.88±0.11a 13.12±0.35b 14.38±0.61c 20.44±0.81d
    总叶绿素含量/(mg·g-1) 4.76±0.10a 4.68±0.08b 4.66±0.20bc 4.63±0.10c
    叶绿素a含量/(mg·g-1) 3.45±0.10a 3.34±0.10b 3.27±0.08c 3.21±0.06d
    叶绿素b含量/(mg·g-1) 0.97±0.02a 0.92±0.01b 0.85±0.01c 0.63±0.00d
    注:同行数据后不同小写字母表示差异达显著 (P < 0.05) 水平。表 2同。
    下载: 导出CSV

    表 2  不同低温胁迫下苏拉威西凤果叶片渗透调节物质、丙二醛的含量及抗氧化酶活性

    Table 2  Osmotic substances, malonaldehyde content and antioxidase activities in G.celebica leaves under low-temperature stresses

    生理指标 处理低温/℃
    CK 9 6 3
    SOD/(U·g-1) 6159±51a 6674±34b 6829±66c 5792±62d
    POD/(U·g-1·min-1) 225±3a 300±23b 450±42c 675±28d
    可溶性蛋白质含量/(mg·g-1) 142.00±0.03a 171.90±1.00b 223.00±0.07c 126.00±0.00d
    可溶性糖含量/% 15.57±7.90a 22.64±5.19b 26.89±10.21c 12.74±3.13d
    丙二醛含量/(mmol·g-1) 18.78±0.88a 20.03±0.00b 21.96±0.08c 23.10±0.00d
    下载: 导出CSV
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出版历程
    收稿日期: 
  • 初稿:  2016-05-09
  • 修改稿:  2016-06-30

苏拉威西凤果叶片在不同低温胁迫下的生理特性变化

    作者简介: 刘育梅 (1975-), 女, 博士, 副研究员, 主要从事果树逆境生理生态及植物资源开发利用研究 (E-mail: xcong@163.com)
  • 1. 厦门华侨亚热带植物引种园, 福建 厦门 361002
  • 2. 厦门大学嘉庚学院, 福建 厦门 363105
基金项目:  厦门市科技计划项目 3502Z20142006

摘要: 以3年生苏拉威西凤果Garcinia celebica L.幼苗为试材,经15℃光照培养箱炼苗72 h后,分别在3、6、9℃进行低温胁迫36 h,测定不同低温下叶片的叶绿素、可溶性蛋白、可溶性糖含量及SOD(超氧化物歧化酶)、POD(过氧化物酶)的活性。结果表明:经过低温胁迫的所有幼苗均能恢复正常生长,3℃低温的小苗出现轻微脱水现象。不同温度下的生理指标有明显变化:总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b的含量均比对照有明显下降;可溶性蛋白、可溶性糖含量在6~9℃内随温度降低而上升,在6℃时达到最高值,但二者的含量在3℃时急剧下降,并显著低于对照;SOD、POD活性均在6~9℃内随温度降低而上升。推测苏拉威西凤果在6~9℃内出现应激反应,通过可溶性蛋白、可溶性糖的积累及SOD、POD活性的提高来适应低温胁迫。

English Abstract

  • 热带果树对低温极其敏感,其分布及产量在很大程度上受低温限制,如香蕉[1]、杏[2]和菠萝[3]等均很容易因寒害而减产。许多藤黄属Garcinia植物在北移引种过程中普遍存在耐寒性较差的问题,如低温明显影响了海南山竹子G.oblongifolia[4]和莽吉柿G.mangostana[5]的生理生化变化规律,极大限制该属植物的引种驯化工作。该属植物中有许多具有药用和经济价值的种类[6-7],如本研究中的苏拉威西凤果G.celebica L.,原产于印尼苏拉威西岛,于1999年被引入厦门华侨亚热带植物引种园,经过较长时间的驯化试验,现已能顺利开花结果,果实风味独特、品质优良,极具市场开发价值。但因福建省冬季常有低温寒害和霜冻害发生,极大限制了苏拉威西凤果的推广应用,且目前尚未见苏拉威西凤果的具体报道及耐寒性的相关研究。本文研究了低温胁迫下苏拉威西凤果的生理生化变化规律,为苏拉威西凤果的进一步开发利用提供理论支持和实践指导。

    • 供试材料取自厦门华侨亚热带植物引种园的温室育苗区,取同等规格的苏拉威西凤果盆栽苗 (实生苗,苗龄3年)20株在15℃光照培养箱 (第一阶段为:光照80%、湿度为70%培养12 h;第二阶段为光照0%,湿度60%培养12 h;2个阶段循环培养) 进行炼苗72 h;炼苗后,留5株继续置15℃光照培养箱中为对照,分别在温度为3℃、6℃、9℃光照培养箱中放置5株进行低温胁迫36 h (第一阶段为:光照80%、湿度为70%培养12 h;第二阶段为光照0%,湿度60%培养12 h;2个阶段循环培养)。选取当年枝条中第3~5位叶,混匀后取样。

    • 叶绿素含量的测定采用丙酮-乙醇混合液法[8],POD活性及丙二醛、可溶性糖的测定采用张志良和瞿伟菁[9]的方法,SOD活性的测定参照李合生[10]的NBT光还原法,可溶性蛋白的测定采用李合生[10]的方法。

    • 应用SPSS 17.0统计软件对数据进行统计并做差异显著性分析。

    • 分别在9、6℃低温胁迫的小苗从表观特征看均和对照没有很明显的差异,但3℃低温的小苗出现脱水现象,3种低温处理下的小苗均能在温室 (20~24℃) 里恢复正常生长。但生理指标发生了明显的变化。由表 1可知,随着胁迫温度的下降,相对电导率逐渐增大,各个低温条件下 (9、6、3℃) 间差异显著 (P<0.05),在3℃低温时达到最大,为20.44%。各试验组总叶绿素、叶绿素a及叶绿素b的含量均显著低于对照 (P<0.05),说明叶片的叶绿素含量在低温胁迫下明显下降,其中3℃低温处理叶片的叶绿素含量下降幅度最高,此时叶片的总叶绿素、叶绿素a及叶绿素b依次仅为对照的97.27%,93.04%,64.95%。

      表 1  不同低温胁迫下苏拉威西凤果叶片的电导率和叶绿素含量

      Table 1.  Electrical conductivity and chlorophyll content in G. celebica leaves under cold stress at low temperatures

      生理指标 处理低温/℃
      CK 9 6 3
      相对电导率/% 9.88±0.11a 13.12±0.35b 14.38±0.61c 20.44±0.81d
      总叶绿素含量/(mg·g-1) 4.76±0.10a 4.68±0.08b 4.66±0.20bc 4.63±0.10c
      叶绿素a含量/(mg·g-1) 3.45±0.10a 3.34±0.10b 3.27±0.08c 3.21±0.06d
      叶绿素b含量/(mg·g-1) 0.97±0.02a 0.92±0.01b 0.85±0.01c 0.63±0.00d
      注:同行数据后不同小写字母表示差异达显著 (P < 0.05) 水平。表 2同。
    • 表 2得知,各试验组可溶性蛋白、可溶性糖的含量在9、6℃低温时和对照相比出现上升现象,且和对照有显著差异 (P<0.05),推测是植株在低温胁迫下出现应激反应,其中6℃低温时出现最高值,此时可溶性蛋白、可溶性糖的含量为对照的1.57倍、1.73倍,但随着温度进一步降低,在3℃时,可溶性蛋白、可溶性糖的含量急剧下降,显著低于对照 (P<0.05),分别仅为对照的88.73%、81.82%。

      表 2  不同低温胁迫下苏拉威西凤果叶片渗透调节物质、丙二醛的含量及抗氧化酶活性

      Table 2.  Osmotic substances, malonaldehyde content and antioxidase activities in G.celebica leaves under low-temperature stresses

      生理指标 处理低温/℃
      CK 9 6 3
      SOD/(U·g-1) 6159±51a 6674±34b 6829±66c 5792±62d
      POD/(U·g-1·min-1) 225±3a 300±23b 450±42c 675±28d
      可溶性蛋白质含量/(mg·g-1) 142.00±0.03a 171.90±1.00b 223.00±0.07c 126.00±0.00d
      可溶性糖含量/% 15.57±7.90a 22.64±5.19b 26.89±10.21c 12.74±3.13d
      丙二醛含量/(mmol·g-1) 18.78±0.88a 20.03±0.00b 21.96±0.08c 23.10±0.00d

      随着胁迫温度的降低,各试验组丙二醛含量均出现上升现象,且和对照有显著差异,其中3℃低温时和对照差异最明显,为对照的1.23倍。由此表明经一定时间的低温胁迫后,苏拉威西凤果叶片的细胞膜脂均有一定受损,其中3℃低温时细胞膜脂受损最为严重。

      叶片SOD活性在9、6℃时和对照相比均出现明显上升,其中6℃时活性最高,达6 829 U·g-1,为对照的1.11倍,但在3℃低温时,SOD活性急剧下降,仅为对照的94.04%。POD活性在9、6、3℃低温时均显著高于对照 (P<0.05),在3℃时最高,为675 U·g-1·min-1,为对照的3倍。

    • 可溶性糖和可溶性蛋白质是植物细胞内的2种重要渗透调节物质, 也是鉴定植物抗寒性的重要生理指标[11]。可溶性蛋白具有细胞保水能力, 可提高植物抗寒性, 其含量变化和植物的抗寒性有显著的正相关[12];而糖可以提高细胞液浓度和降低冰点, 缓和细胞质过度脱水,保持细胞避免遇冷凝固,得以提高植物的抗寒性[13]。低温胁迫后,茉莉[14]、茄子[15]的渗透调节物质可溶性蛋白含量增加;不同种源的香椿幼苗提高可溶性糖含量以增强自身耐寒能力,而且在-5℃条件下香椿幼苗叶片中的可溶性糖含量急剧升高[16]。本研究结果发现,苏拉威西凤果叶片的可溶性蛋白、可溶性糖的含量在一定温度范围内 (6~15℃) 随温度降低而升高,是植物出现应激反应,表明苏拉威西凤果通过可溶性蛋白、可溶性糖的积累来适应低温胁迫。

      在低温胁迫下,植物体内的抗氧化酶SOD和POD,可加强清除自由基的能力,维持动态平衡,启动植物抵御寒害的防御机制:葡萄叶片[17]和6个品种核桃枝条[18]的SOD活性均随处理温度的降低先上升,本研究结果发现,苏拉威西凤果叶片的SOD活性在6~15℃内随温度下降而上升,POD活性在3~15℃内随温度下降而持续上升,它们帮助清除细胞内自由基积累,从而保护叶片细胞膜系统,提高苏拉威西凤果的抗寒性。但植物体内的代谢平衡会被极端低温打破,此时酶活性不可逆转地下降,导致伤害症状出现。当温度继续降低至3℃时,苏拉威西凤果叶片的SOD活性急剧下降到比对照还低的水平,表明叶片此时的代谢平衡已被打破,从表面特征看,3℃时的叶片也出现脱水现象,和对照有明显的差异。研究结果表明苏拉威西凤果通过提高SOD和POD的活性来适应低温胁迫。

      综上,苏拉威西凤果通过可溶性蛋白、可溶性糖的积累和提高SOD、POD的活性来适应低温胁迫。植物的抗寒性受其生理生化的综合作用,不能单纯以单一抗寒指标判断其对寒冷的综合适应能力[19]。本研究针对新型热带果树在亚热带地区的引种实际需要,开展苏拉威西凤果的抗寒性相关生理学研究并进行分析评价,为新品种引种推广及探讨苏拉威西凤果的抗寒机理提供理论依据。

参考文献 (19)

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