李麗+王開芳+李自成+孫超+劉翠蘭+夏陽+燕麗萍

摘 要：選擇13個(gè)區(qū)域的淡竹葉片為試材，分別在0、-5、-10、-15、-20、-25℃下進(jìn)行低溫脅迫處理，測定其電導(dǎo)率和脯氨酸含量的變化，電導(dǎo)率結(jié)合Logistic方程計(jì)算出淡竹的半致死溫度。通過脯氨酸含量分析和半致死溫度的計(jì)算，綜合分析不同區(qū)域淡竹抗寒性的生理生化指標(biāo)，推測其抗寒性強(qiáng)弱：來源于煙臺(tái)林科院、煙臺(tái)昆崳山、濰坊的淡竹抗寒性較強(qiáng)，來源于日照、沂源、東營、濟(jì)南、臨沂、膠南、泰安的淡竹抗寒性中等，來自浙江、江西、江蘇的淡竹抗寒性最弱。

關(guān)鍵詞：淡竹；抗寒性；相對(duì)電導(dǎo)率；Logistic 方程；半致死溫度；脯氨酸

中圖分類號(hào)：S795.701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2014）11-0039-04

淡竹（Phyllostachys glauca McCl.） 又名烏竹、粉綠竹、花皮淡竹，屬禾本科剛竹屬植物，生長快，豐產(chǎn)性好，適應(yīng)性強(qiáng)，是我國南方主要的優(yōu)良綠化樹種。淡竹集材用、食用、觀賞、藥用等眾多用途于一體，是一種非常優(yōu)良的中型筍材兩用竹種。淡竹四季常綠，也是美化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候、保持水土、改良生態(tài)環(huán)境的優(yōu)良樹種。由于淡竹良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)環(huán)境效益，近年來山東省多次引種栽培。目前，山東省淡竹主要分布在沿海溫暖濕潤地區(qū)，現(xiàn)有淡竹林面積約1 300 hm2，約占全省竹林總面積80%以上，但由于缺乏系統(tǒng)研究和推廣，淡竹在山東省還沒有形成像浙江、江西等地一樣的規(guī)模性效益、創(chuàng)造出應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)生態(tài)價(jià)值。影響淡竹生長的主要因素是溫度和濕度，其中低溫是影響我國北方地區(qū)竹類植物在園林綠化中得不到廣泛推廣的最重要的因子。為擴(kuò)大淡竹的適宜種植范圍，在人工調(diào)控溫度條件下，研究了低溫脅迫對(duì)其生理指標(biāo)的影響。

植物抗寒性評(píng)價(jià)大多數(shù)集中在細(xì)胞膜和生理活性物質(zhì)的研究。膜系統(tǒng)是植物受低溫傷害和抵抗低溫傷害的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，抗寒性弱的植物，細(xì)胞膜透性增大程度較快。這種變化大多出現(xiàn)在形態(tài)變化之前，因而質(zhì)膜的透性變化可顯示細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的受損程度。用電導(dǎo)儀測定細(xì)胞外滲液電導(dǎo)率即相對(duì)電導(dǎo)率變化，是用來反映細(xì)胞膜傷害程度和大小的一個(gè)重要指標(biāo)。目前，采用電導(dǎo)法結(jié)合Logistic 方程在植物抗寒性研究中的報(bào)道較多[1]。徐傳保等[2]采用電導(dǎo)法測定了竹子的抗寒性，與實(shí)際觀測基本一致。脯氨酸的含量也是用來反映抗寒性的主要指標(biāo)，Delauney等[3]認(rèn)為，脯氨酸在植物抗寒中作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)起作用；Rajendrakumar等[4]研究發(fā)現(xiàn)，脯氨酸在植物的抗寒作用中主要保護(hù)蛋白質(zhì)，維持其最基本的生理功能；Anjum等[5]認(rèn)為，脯氨酸在低溫條件下主要作為活性氧清除劑，保護(hù)細(xì)胞膜不受破壞；還有研究認(rèn)為，脯氨酸作為能源物質(zhì)在抵御寒冷脅迫中發(fā)揮作用[6]。本試驗(yàn)研究了低溫脅迫對(duì)淡竹葉片電解質(zhì)外滲率和脯氨酸含量的影響，探討淡竹耐寒性的生理機(jī)制，提出其忍受的臨界低溫，旨在為淡竹的抗寒性篩選、育種、栽培和引種推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試淡竹來源于日照、沂源、東營、濟(jì)南、濰坊、臨沂、膠南、泰安、煙臺(tái)昆崳山、江西、浙江、江蘇及煙臺(tái)林業(yè)科學(xué)研究院，栽植在山東省林業(yè)科學(xué)研究院濟(jì)南試驗(yàn)苗圃竹子引種基地。該地位于北緯36°02′～37°31′，東經(jīng)116°11′～117°44′，四季分明，氣候溫和，年平均氣溫為14.9℃，極端最低氣溫-22.5℃，年降水量665.7 mm。試驗(yàn)地土壤為褐土，pH 7.1，中等偏下肥力水平。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 低溫處理 參照徐傳保等[2] 的方法。于2013年12月3日上午8∶ 00～9∶ 00 分別在健壯植株中部枝條取葉，葉片采后用濕紗布包裹，帶回實(shí)驗(yàn)室。用自來水沖洗后，再用蒸餾水沖洗4～5次然后用吸水紙吸干水分。將每個(gè)材料的葉片分成6份，其中一份為對(duì)照，其余每份置于超低溫調(diào)控冰箱進(jìn)行低溫處理，處理溫度梯度為 0、-5、-10、-15、-20、-25℃， 降溫速度為5℃/h，到達(dá)設(shè)定的目的溫度時(shí)維持12 h。處理后的樣品置于4℃冰箱解凍12 h 后測定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.2.2 相對(duì)電導(dǎo)率的測定 將待測葉片除去中脈，剪成3 mm×3 mm 的小片，將不同的葉片充分混合后，稱取0.2 g，倒入試管中，再加20 mL雙蒸餾水，用蓋子蓋緊，在20～30℃ 條件下振蕩1 h，用電導(dǎo)儀測定初電導(dǎo)值（S1 ）。再將各樣品置沸水中煮沸10 min， 取出冷卻，在室溫下平衡10 min，搖勻， 測其終電導(dǎo)值（S2 ）， 以不加葉片的雙蒸餾水作空白測定（S0）。每個(gè)處理重復(fù)3 次，取平均值。 根據(jù)L（%）= （S1-S0）/（S2-S0 ） ×100 ， 計(jì)算相對(duì)電導(dǎo)率。

1.2.3 游離脯氨酸（Pro）含量測定 采用酸性茚三酮方法測定[7]。稱取不同處理混勻的葉片0.5 g，分別置于帶塞的試管中，每個(gè)處理重復(fù)3 次，取平均值。從標(biāo)準(zhǔn)方程中求出提取液中脯氨酸含量，按照公式計(jì)算出葉片脯氨酸含量。

脯氨酸含量（mg/g）=[提取液中脯氨酸質(zhì)量（mg）×提取液總體積（mL）×1000]/[測定時(shí)所吸取提取液的總體積（mL）×樣品質(zhì)量（g）]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 軟件將溫度（t） 和相對(duì)電導(dǎo)率（y） 用Logistic方程y=k/（1+ae-bt）進(jìn)行擬合，求出相對(duì)電導(dǎo)率的拐點(diǎn)溫度，即為低溫半致死溫度（LT50）[8]。用單因素方差分析處理組間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同低溫脅迫對(duì)相對(duì)電導(dǎo)率的影響

由表1可見，隨著溫度降低，不同來源淡竹的相對(duì)電導(dǎo)率均出現(xiàn)不同程度的增加。來源于江西、浙江和江蘇的淡竹在溫度達(dá)-15℃ 時(shí)相對(duì)電導(dǎo)率急劇上升， 分別比-10℃ 時(shí)增加98%、130%和98%，而來自山東日照、沂源、東營、濟(jì)南、濰坊、臨沂、膠南和泰安的淡竹則在溫度到達(dá)-20℃時(shí)相對(duì)電導(dǎo)率才出現(xiàn)急劇上升，增幅達(dá)60%以上，當(dāng)溫度下降到-25℃時(shí)， 煙臺(tái)昆崳山淡竹相對(duì)電導(dǎo)率達(dá)到61.96%，而煙臺(tái)林科院新種質(zhì)淡竹依然保持平穩(wěn)的相對(duì)電導(dǎo)率， 只有47.87%?？梢?，煙臺(tái)林科院淡竹耐寒性最強(qiáng)，其次是煙臺(tái)昆崳山淡竹，來自江西 、浙江和江蘇的淡竹耐寒性最差。測定結(jié)果作方差分析，不同區(qū)域間淡竹和溫度處理間相對(duì)電導(dǎo)率差異達(dá)5%顯著水平，可見不同區(qū)域之間隨著溫度的降低耐寒性表現(xiàn)出很大的差別。區(qū)域間多重比較結(jié)果顯示，耐寒性之間的差異主要表現(xiàn)在煙臺(tái)林科院淡竹和江西淡竹、浙江淡竹、江蘇淡竹及其它區(qū)域之間（表略）。endprint

Logistic方程是一個(gè)典型的“S”曲線方程，淡竹葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨溫度的變化呈“S”型曲線，利用相對(duì)電導(dǎo)率擬合Logistic方程求出植物組織的低溫半致死溫度（LT50），見表1。結(jié)果表明，不同來源的淡竹抗寒性有一定的差異，LT50越高，抗寒性越弱，LT50越低，抗寒性越強(qiáng)。從半致死溫度所反映的淡竹耐寒性強(qiáng)弱來看，煙臺(tái)林科院淡竹半致死臨界溫度為-26.78℃，耐寒性最強(qiáng)，煙臺(tái)昆崳山淡竹半致死臨界溫度為-23.86℃，耐寒性較強(qiáng)，浙江淡竹半致死臨界溫度為-15.76℃，耐寒性最弱，其次江西淡竹半致死臨界溫度為-16.18℃，耐寒性較弱。

2.2 低溫脅迫對(duì)淡竹葉片游離脯氨酸含量的影響

由圖1可見，0℃時(shí)供試的13個(gè)區(qū)域淡竹葉片的游離脯氨酸含量無明顯差異，隨著溫度的降低，游離脯氨酸的含量開始升高，當(dāng)溫度降至-10℃時(shí)，除煙臺(tái)林科院淡竹外，其它淡竹葉片游離脯氨酸含量均上升到最大值，濟(jì)南淡竹葉片游離脯氨酸含量最高為1.24 mg/g，其次是濰坊和煙臺(tái)昆崳山淡竹，分別為1.13 mg/g 和1.12 mg/g。當(dāng)溫度降至-15℃時(shí)，煙臺(tái)林科院淡竹葉片游離脯氨酸含量達(dá)到最大值1.52 mg/g，其余淡竹葉片游離脯氨酸含量下降為最小值。隨著溫度繼續(xù)降低，游離脯氨酸含量均繼續(xù)回升，當(dāng)溫度達(dá)到-25℃時(shí)，所有淡竹的游離脯氨酸含量較0℃時(shí)均有所增加，增幅較大的是來自煙臺(tái)林科院、濰坊、日照、東營、膠南、沂源和煙臺(tái)昆崳山的淡竹；增幅較小的是來自江西、浙江和江蘇的淡竹。對(duì)不同處理溫度下的淡竹葉片游離脯氨酸含量進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明， Sig.=0.018<0.05，且FA=6.727>F0.05=1.195，不同溫度處理間淡竹葉片游離脯氨酸含量差異顯著； Sig.=0.000<0.01，且FB=18.991>F0.01=4.219，不同區(qū)域間淡竹葉片游離脯氨酸含量差異極顯著。煙臺(tái)林科院淡竹葉片游離脯氨酸含量平均值最大，其次是濰坊和煙臺(tái)昆崳山淡竹；江西淡竹和浙江淡竹最小，來自日照、沂源、濟(jì)南、東營、濰坊、膠南、泰安、煙臺(tái)昆崳山、臨沂的淡竹葉片游離脯氨酸含量平均值間差異不顯著，但顯著低于煙臺(tái)林科院淡竹 （表略）。

3 結(jié)論與討論

目前，竹類植物抗寒性的調(diào)查局限于外觀形態(tài)的研究，要想真正了解不同區(qū)域淡竹的生長極限溫度，確定其適宜生長范圍，還必須從抗寒生理機(jī)理內(nèi)部因素進(jìn)行研究。低溫引起細(xì)胞膜透性發(fā)生變化，是植物低溫傷害的一個(gè)重要原因[5]。生物膜結(jié)構(gòu)的變化是研究抗寒機(jī)理的重要問題，膜的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和相變是寒害原初反應(yīng)的重要指標(biāo)，而在遺傳基因控制范圍內(nèi)，膜脂成分的不飽和度以及細(xì)胞質(zhì)黏度和流動(dòng)性可作為抗寒性強(qiáng)弱的重要生理指標(biāo)[9]。一般膜透性與抗寒性的關(guān)系可通過植物低溫處理后的電解質(zhì)滲出率來反映，也是目前研究測定植物抗寒性的最常用的試驗(yàn)方法。進(jìn)行細(xì)胞膜透性和抗寒性的關(guān)系研究以及其動(dòng)態(tài)變化，可以從細(xì)胞膜方面揭示竹類植物抗寒性的機(jī)理[10，11]。徐傳保等[12]采用電解質(zhì)外滲率評(píng)價(jià)4種淡竹的抗寒性，結(jié)果表明，4種竹子抗寒性的強(qiáng)弱順序與形態(tài)觀察結(jié)果完全一致，采用電解質(zhì)外滲率評(píng)價(jià)竹子抗寒性結(jié)果較穩(wěn)定。本試驗(yàn)中，在0℃至-15℃溫度脅迫下淡竹葉片的相對(duì)電導(dǎo)率變化比較平緩，在-25℃低溫脅迫下急劇上升，表明脅迫溫度越低，細(xì)胞受傷害越重。這與黃程前等[13]報(bào)道的低溫脅迫20種觀賞叢生竹的抗寒性測定結(jié)果一致，張志[14]在溫度脅迫早熟禾的研究中也得到相同的結(jié)果。王永紅等[15]研究結(jié)果表明電解質(zhì)外滲率與低溫脅迫山茶葉片褐變所表現(xiàn)的規(guī)律較吻合，證明電解質(zhì)外滲率反映山茶物種耐寒性強(qiáng)弱較為客觀真實(shí)。上述諸多研究結(jié)果說明，電解質(zhì)外滲率可以作為判斷植物抗寒力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。在低溫脅迫下，相對(duì)電導(dǎo)率與溫度之間的關(guān)系曲線，能較好地用Logistic曲線方程y=k/（1+ae-bt）進(jìn)行擬合，計(jì)算出不同區(qū)域淡竹的半致死溫度。從半致死溫度來看，本試驗(yàn)13個(gè)區(qū)域淡竹的抗寒性強(qiáng)弱順序?yàn)椋簾熍_(tái)林科院>煙臺(tái)昆崳山>濰坊>臨沂>日照>膠南>東營>濟(jì)南>泰安>沂源>江蘇>江西>浙江。

游離脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，大多數(shù)研究證明其含量和植物抗寒性有很大的相關(guān)性，其含量在植物可忍受的低溫脅迫下，呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)[16]。李建設(shè)等[17]發(fā)現(xiàn)茄子幼苗脯氨酸含量的增加幅度與品種的抗寒性強(qiáng)弱存在密切相關(guān)性。楊靜等[18]在研究低溫脅迫對(duì) 1年生紅葉石楠品種魯賓斯（Photinia glabra var. Rubens）盆栽扦插苗葉片組織生理生化特性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著脅迫溫度降低和脅迫時(shí)間的延長，脯氨酸含量增加。從本試驗(yàn)結(jié)果來看，通過不同低溫脅迫處理后，不同區(qū)域淡竹葉片中的游離脯氨酸含量差異較大，游離脯氨酸含量達(dá)到最大值的時(shí)間也不同。除煙臺(tái)林科院淡竹葉片中游離脯氨酸含量最大值1.52 mg/g出現(xiàn)在-15℃外，其余所有淡竹葉片中游離脯氨酸含量最大值出現(xiàn)在-10℃。當(dāng)溫度達(dá)到-25℃時(shí)，所有竹子的游離脯氨酸含量較0℃時(shí)均有所增加，增幅較大的為煙臺(tái)林科院淡竹、濰坊淡竹；增幅較小的為江西淡竹、浙江淡竹和江蘇淡竹。同時(shí)研究結(jié)果表明，抗寒性強(qiáng)的煙臺(tái)林科院淡竹葉片中游離脯氨酸含量高于抗寒性弱的江西淡竹，該研究結(jié)果與自然界分布的各物種所表現(xiàn)的抗寒性強(qiáng)弱基本相一致，在實(shí)踐中對(duì)引種與生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)意義。

參 考 文 獻(xiàn)：

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