邱源，黃丹楓

（上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，200240）

低溫對(duì)植物的為害是一個(gè)世界性的問題，對(duì)農(nóng)作物的影響尤為突出，不僅會(huì)限制農(nóng)作物的栽種范圍，也會(huì)造成農(nóng)作物減產(chǎn)，甚至引起植株死亡，是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要自然災(zāi)害之一，自20世紀(jì)末低溫對(duì)農(nóng)作物的為害性引起人們注意后，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者從細(xì)胞和分子生物學(xué)水平對(duì)植物的抗寒性進(jìn)行了研究，并取得了一些重大進(jìn)展[1～3]。近年來，隨著科技的進(jìn)步，植物抗寒性的研究逐步向縱深方向發(fā)展，目前對(duì)蔬菜、果樹、水稻等農(nóng)作物的抗寒性也有了較深的研究，在葡萄、李、柑橘等果樹植物，在白菜類、甘藍(lán)類、瓜類等蔬菜作物，在水稻、油菜、玉米等傳統(tǒng)農(nóng)作物，在銀杏、杜鵑、月季等園林植物的抗寒性研究上也取得了一系列成果，形成一系列鑒定方法。在蔬菜作物中，甘藍(lán)類蔬菜具有種植區(qū)域廣、耐寒性強(qiáng)的特點(diǎn)，已逐步成為長(zhǎng)江流域冬季蔬菜的最主要品種之一，因此在低溫對(duì)十字花科甘藍(lán)種作物的生理生化影響的研究上取得了重要進(jìn)展，主要集中在以下幾個(gè)方面。

1 低溫脅迫對(duì)細(xì)胞膜透性的影響

植物對(duì)溫度脅迫的適應(yīng)主要在于細(xì)胞膜，植物體內(nèi)細(xì)胞的膜系統(tǒng)以及細(xì)胞器膜體系與植物抗寒性有十分密切的關(guān)系。當(dāng)植物受到凍害時(shí)，其生物膜發(fā)生相變，膜結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生改變，進(jìn)而使膜上酶系活性發(fā)生變化，引起細(xì)胞生理生化過程異常，低溫作用引起膜結(jié)構(gòu)破壞，透性增加，電解質(zhì)大量外滲，使細(xì)胞受損，持續(xù)冷凍溫度最終引起細(xì)胞死亡，因此不同植物抗寒能力不同，電解質(zhì)外滲也存在明顯的差異。膜結(jié)構(gòu)和功能主要受膜組分的調(diào)節(jié)，植物的抗寒性與細(xì)胞在低溫下能否保持膜的流動(dòng)性和穩(wěn)定性有關(guān)，膜的流動(dòng)性越小，植物的抗寒性越弱，膜的流動(dòng)性越大，植物的抗寒性越強(qiáng)[4]。

李世成等[5]報(bào)道，甘藍(lán)型油菜在20℃時(shí)，各品種質(zhì)膜相對(duì)透性差異不大，隨著溫度的下降，各品種的質(zhì)膜相對(duì)透性出現(xiàn)不同程度的增加，尤其降至5℃后，各品種的質(zhì)膜相對(duì)透性增加幅度明顯不同。細(xì)胞膜相對(duì)透性均隨溫度的下降而增加，抗寒能力強(qiáng)的品種在冷害時(shí)膜透性有明顯的穩(wěn)定性[6]。

2 低溫對(duì)細(xì)胞滲透物的影響

2.1 低溫對(duì)可溶性糖的影響

糖在植物抗寒機(jī)制上大約從3個(gè)方面起作用：①通過糖的積累降低冰點(diǎn)，增強(qiáng)細(xì)胞的保水能力；②通過糖的代謝，產(chǎn)生其他保護(hù)性物質(zhì)及能源；③細(xì)胞的生命物質(zhì)及生物膜對(duì)細(xì)胞起保護(hù)作用?？扇苄蕴鞘抢浜蛢龊l件下的細(xì)胞內(nèi)外的保護(hù)物質(zhì)，其含量與多數(shù)植物的抗寒性呈正相關(guān)[7]，低溫后耐寒品種的可溶性糖含量上升幅度大于不耐寒品種，不同時(shí)期表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)[8]。

在許多植物上的抗寒性研究結(jié)果表明，可溶性糖的含量增加能增強(qiáng)植物體的抗寒能力。王磊等報(bào)道[9]，在甘藍(lán)品種中，隨著溫度的下降，可溶性糖含量明顯上升，感受凍害低溫后，甘藍(lán)可溶性糖含量逐漸下降，抗凍性強(qiáng)的品種下降幅度小于抗凍性差的品種，在適宜的溫度條件下，抗寒性強(qiáng)的品種可溶性糖的含量比抗寒性差的品種高。吳能表等[10]報(bào)道，5℃低溫對(duì)甘藍(lán)處理0～30 min，植物體內(nèi)可溶性糖含量變化表現(xiàn)出“升—降—升”的趨勢(shì)，在處理后5 min時(shí)達(dá)到第一個(gè)峰值，在10～15 min達(dá)到低值。處理0～180 min，植物體內(nèi)可溶性糖含量變化也表現(xiàn)出“升—降—升”的趨勢(shì)，30～60 min達(dá)到第一峰值，低值一般出現(xiàn)在90 min。

2.2 低溫對(duì)可溶性蛋白的影響

可溶性蛋白的含量與植物的抗寒性之間存在著密切的關(guān)系，在低溫環(huán)境下，可溶性蛋白含量增加能有效增強(qiáng)細(xì)胞的持水能力，減少原生質(zhì)因結(jié)冰而致死的幾率。一般認(rèn)為低溫脅迫后組織內(nèi)可溶性蛋白增加是植物產(chǎn)生抗寒性的重要過程，隨著組織內(nèi)可溶性蛋白含量的增加，植物的抗寒性也增強(qiáng)。甘藍(lán)的抗凍性與其蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)運(yùn)行直接相關(guān)，在凍害溫度下抗凍品種其蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)運(yùn)行正常，而抗凍能力弱的品種蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)則受到抑制[11]。

王磊等[9]研究表明，在適宜的溫度條件下，甘藍(lán)不同品種的可溶性蛋白含量存在著明顯的差異，隨著溫度的下降，各品種體內(nèi)可溶性蛋白含量的變化也有一定的差異，總體呈上升的趨勢(shì)，當(dāng)溫度下降到一定程度后，抗寒能力弱的可溶性蛋白含量則呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，這與Heber[12]在小麥上的研究結(jié)果相一致。

2.3 低溫對(duì)游離脯氨酸的影響

在游離氨基酸中，脯氨酸與植物的抗寒性的關(guān)系受到廣泛的關(guān)注，脯氨酸含有亞氨基，它的疏水吡咯烷能與蛋白質(zhì)的疏水區(qū)結(jié)合，而親水基團(tuán)分布于表面，增加了蛋白質(zhì)的親水表面，提高了蛋白質(zhì)的溶解度，從而提高了可溶性蛋白質(zhì)的含量，維持低溫時(shí)酶的構(gòu)象。

王磊等[9]研究表明，隨著溫度的下降，甘藍(lán)各品種細(xì)胞內(nèi)的游離脯氨酸含量急劇上升，在凍害溫度條件下，除抗凍性較差的品種外，脯氨酸含量仍能保持繼續(xù)上升的趨勢(shì)，其中以冬冠1號(hào)上升最快，脯氨酸的含量與抗寒性強(qiáng)弱具有密切關(guān)系，呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性。吳能表等[10]報(bào)道，5℃低溫對(duì)甘藍(lán)處理時(shí)，細(xì)胞內(nèi)脯氨酸含量表現(xiàn)出明顯的“升—降—升”的變化規(guī)律，其中在0～3 min脯氨酸含量上升緩慢，在3～5 min脯氨酸上升達(dá)到峰值，在15 min以后，脯氨酸含量幾乎降到對(duì)照水平，并維持較長(zhǎng)時(shí)間，然后又逐漸上升。

2.4 低溫對(duì)內(nèi)源激素ABA的影響

內(nèi)源激素脫落酸（ABA），是一種應(yīng)急激素，主要通過保護(hù)膜結(jié)構(gòu)、維護(hù)膜功能[13]和啟動(dòng)抗寒基因[14]而提高植物抗低溫能力。脫落酸可由氧化作用和結(jié)合作用被代謝。脫落酸主要有5個(gè)方面作用：①抑制與促進(jìn)生長(zhǎng)；②維持芽與種子休眠；③促進(jìn)果實(shí)與葉的脫落；④促進(jìn)氣孔關(guān)閉；⑤影響開花；⑥影響性分化。吳能表等[10]報(bào)道，5℃低溫對(duì)甘藍(lán)處理 0～30 min、0～180 min，甘藍(lán)體內(nèi)ABA含量均呈現(xiàn)升-降-升的趨勢(shì)。

2.5 低溫對(duì)丙二醛的影響

丙二醛（MDA）為膜脂過氧化產(chǎn)物，其含量高低與植物所受逆境脅迫程度有關(guān)，低溫環(huán)境下，細(xì)胞內(nèi)的活性氧代謝平衡被破壞，從而有利于活性氧或超氧化物自由基的產(chǎn)生。這種氧化會(huì)對(duì)細(xì)胞膜造成很大的損傷，細(xì)胞膜的滲漏會(huì)引起外界鈣大量進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，鈣離子與鈣調(diào)蛋白結(jié)合激活了磷脂酶A2，結(jié)果使不飽和脂肪酸解脫下來，不飽和脂肪酸在脂氧合酶的作用下形成羥基過氧化物，它能自發(fā)分解出MDA，這種MDA又能使更多的鈣離子進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)[15]，引起連鎖反應(yīng)，所以細(xì)胞內(nèi)MDA的含量變化是質(zhì)膜損傷程度的重要標(biāo)志之一。

吳能表等[10]研究表明，5℃低溫處理甘藍(lán) 0～30 min，處理初期MDA含量基本沒有升高，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，MDA含量有所上升，隨即又下降，最后再呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；在0～180 min內(nèi)，MDA含量呈現(xiàn)升-降-升-降的變化規(guī)律，說明在逆境初期，植株具有一定的忍耐能力，隨著低溫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，MDA含量又顯著下降，說明體內(nèi)酶保護(hù)系統(tǒng)啟動(dòng)。通過對(duì)甘藍(lán)幼苗低溫處理，植株體內(nèi)MDA含量隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，含量急劇上升[16]。

3 小結(jié)與展望

甘藍(lán)屬于耐寒性較好的大宗蔬菜品種之一，在全國(guó)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性并得到了廣泛的種植，但由于極端低溫的影響，經(jīng)常遭受凍害使品質(zhì)下降，給甘藍(lán)的安全生產(chǎn)帶來了一定的影響。低溫對(duì)甘藍(lán)的膜透性產(chǎn)生明顯的影響，抗寒能力強(qiáng)的品種一般表現(xiàn)出明顯的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，對(duì)細(xì)胞內(nèi)可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸、內(nèi)源ABA以及丙二醛等含量也都有一定的影響，根據(jù)這些物質(zhì)受低溫影響的變化規(guī)律，可以鑒定甘藍(lán)品種抗寒性的強(qiáng)弱，可以在低溫來臨前通過人為增施一些物質(zhì)，提高細(xì)胞內(nèi)此類物質(zhì)的含量以增加甘藍(lán)的抗寒性，降低因低溫帶來的凍害或冷害損失。

低溫脅迫對(duì)甘藍(lán)的影響方面，眾多學(xué)者主要集中在零上低溫對(duì)膜透性及滲透物方面的研究，在0℃以下的低溫脅迫對(duì)甘藍(lán)抗寒生理生化研究還較少，對(duì)各種滲透物間的相互研究還需要進(jìn)一步深入。低溫只是影響甘藍(lán)生長(zhǎng)的一個(gè)方面，因此在加強(qiáng)單一因子研究的基礎(chǔ)上，研究雙因子或多因子共同作用是甘藍(lán)生理研究的重要內(nèi)容。

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