低温胁迫对不同龙眼品种细胞生长量的影响

低温胁迫对不同龙眼品种细胞生长量的影响

龙眼是无病儿童科龙眼科植物，是典型的亚热带多年生果树之一。龙眼作为喜温忌冷植物,冬季常遇寒害,给龙眼生产造成严重损失。前人对于龙眼耐寒性的研究都是以田间成年树叶片为材料,在自然低温下探讨龙眼叶片细胞结构特性等与抗寒性的关系[2~7],而在人工气候箱条件下,人工模拟低温胁迫对龙眼幼树生理生化特性影响的文献鲜见报道。本试验以广西主栽的龙眼品种石硖和储良幼树为材料,研究人工气候箱中低温胁迫下龙眼幼树叶片过氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量、细胞膜透性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量等生理生化指标的变化规律,探索与龙眼耐寒性关系较密切的生理生化指标,从而为龙眼苗期抗寒性鉴定、耐寒品种选育以及耐寒机理的进一步研究提供理论依据。1材料和方法1.1试验材料供试验用龙眼品种为石硖和储良,生长期为6个月的盆栽嫁接苗。1.2测试方法1.2.1温度设定与待测点温度人工气候箱培养,光照设置为白天12h,夜间12h,相对湿度保持在60%左右。以4℃/h的速率进行降温,待温度降至试验设置的最低温度后保持24h,然后以同样的速率回升至室温,取出叶片待测。试验设25(CK)、10、6、3、0℃5个处理,3次重复。1.2.2丙二醛mda含量测定过氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、可溶性蛋白含量分别采用愈创木酚法、氮蓝四唑法、考马斯亮蓝G-250染色法测定;丙二醛(MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸比色法;细胞膜透性、可溶性糖含量、叶绿素含量的测定分别采用电导法、蒽酮比色法、丙酮乙醇混合法。2结果与分析2.1不同低温对龙眼抗氧化酶系统的影响抗寒性强的植物,其SOD活性较大。从表1可以看出,在同样温度条件下,储良的SOD活性远高于石硖的SOD活性,说明储良比石硖耐寒。在10℃处理下,石硖龙眼的SOD活性比常温显著降低,只有对照的28.0%(表1),而储良龙眼的SOD活性比对照显著升高;当温度降至6℃时,2种龙眼叶片的SOD活性比对照和10℃处理低,呈现出显著下降的趋势;当在3℃低温时,两个品种的SOD活性急剧上升,并且两种龙眼叶片的SOD活性都达到最高,表明龙眼叶片细胞对低温胁迫产生保护性应激反应;当温度从3℃下降到0℃时,SOD活性急剧下降,表明低温胁迫对龙眼幼苗产生了伤害。2.2不同低温处理对石叶片pod活性的影响从表1可以看出,10℃低温处理下,储良和石硖龙眼的POD活性差异不大,但与常温处理(CK)相比,储良POD活性增幅为261%,石硖增幅为151%,均达极显著差异;储良在6℃低温处理下POD活性比CK增加了210%,石硖增加了205%,且均达到极显著差异;此后,随着温度的降低,石硖叶片组织POD活性迅速下降,而储良下降速度较为缓慢。从POD活性变化规律看,储良POD活性最大值出现在0℃,石硖最大值出现在6℃,这些均体现出储良的抗寒力比石硖强。2.3不同温度下储良的mda含量通过测定MDA含量的变化,可以反映植物细胞发生膜质过氧化的剧烈程度和植物对逆境条件反应的强弱。在同一温度条件下,储良的MDA含量高于石硖。随着低温胁迫程度的加强,储良叶片中的MDA含量逐步升高,而石硖的MDA含量呈先降后升的趋势(图1),在6℃处理时出现最低值,在3℃和0℃处理时叶片中的MDA含量逐渐升高。2.4储良龙眼相对电导率在同一温度条件下,石硖叶片细胞膜的相对电导率比储良的高(图2),说明储良耐寒性比石硖耐寒性强。在10℃低温时,石硖和储良叶片细胞膜的相对电导率差异不大,与对照差异也不大;在6℃时,石硖龙眼叶片相对电导率达到最大值,此后随着温度的降低,相对电导率逐渐下降,但储良龙眼叶片相对电导率变化不大;在3℃和0℃时,石硖龙眼的相对电导率呈下降趋势,但均比对照高,而储良叶片的相对电导率在3℃时达到最高,然后逐渐下降,但均比对照高。低温条件下,石硖叶片的相对电导率在6℃时达到最大值随后下降,而储良在3℃达到最大值随后下降,进一步说明储良的抗寒能力比石硖强。2.5可溶性蛋白含量储良叶片的可溶性蛋白含量明显高于石硖(表2)。随着胁迫温度的降低,2个龙眼叶片可溶性蛋白含量变化趋势基本相同。在6~10℃范围内,叶片可溶性蛋白含量随着温度的下降,其蛋白含量呈上升趋势,在6℃时达到最高值,此后随着温度的降低,其蛋白含量开始迅速下降。2.6温影响时叶片可溶性糖含量从表2可以看出,储良叶片的可溶性糖含量明显高于石硖。受低温影响时,储良叶片可溶性糖含量明显低于对照,但在0~10℃范围内,其可溶性糖含量变化不大。而石硖叶片可溶性糖含量除10℃处理时低于对照外,其余低温处理均高于或等于对照。3讨论3.1低温胁迫处理SOD、POD是植物对膜脂过氧化的酶促防御体系中起重要作用的保护酶,在低温胁迫下能够清除活性氧、保持细胞膜稳定。本试验中,SOD活性呈现先降后升再降的变化趋势,在6~10℃低温范围内,SOD活性下降,可能由于SOD保护酶已经形成一定的耐寒机制,具有一定活性,能够使活性氧代谢处于一定的平衡,因而避免活性氧等各种自由基的大量积累,减轻了膜脂过氧化作用,降低了细胞膜的破坏程度;在3℃时,SOD酶急剧上升,是龙眼组织细胞对低温胁迫的保护方式之一,随后下降,说明膜保护系统已受到损伤。而POD活性出现与SOD活性相反的趋势。在低温胁迫过程中,SOD、POD活性出现上升说明植物对低温伤害开始产生防御反应,由此减缓伤害的程度,说明其在逆境胁迫下有一定的保护功能。MDA是膜脂过氧化作用产物之一,对质膜有毒害作用,其含量变化是质膜损伤程度的重要标志之一。MDA含量呈现先降低再升高趋势,说明在最初低温范围内龙眼幼树叶片受到了一定的伤害,体内的抗寒机制逐渐启动,细胞抗膜脂过氧化能力增强,从而减小了低温对膜脂的伤害。3.2低温处理对龙眼幼果石细胞变化的影响植物受到冻害时,首先破坏细胞膜体系,使细胞膜透性增大、外渗物质增多、相对电解质外渗率增大。其细胞膜受低温损伤的程度越大,电解质外渗率越高。本研究结果显示,石硖在6℃低温处理时叶片的电解质外渗达到最大值,储良在3℃时达到最大值,说明此时细胞膜严重受伤,极大降低了龙眼幼树的抗寒性。并且储良细胞膜透性增加程度小且速度慢,而石硖细胞膜透性出现大幅度增加,说明同样温度条件下石硖细胞受损程度大,储良比石硖耐寒。另外,石硖和储良分别在6℃和3℃时电导率出现下降趋势,这可能是其对低温胁迫产生了一定的积极应激反应,缓和质膜受伤害程度,表现出相应的抗寒性。3.3低温胁迫对龙眼抗寒性的影响可溶性蛋白、可溶性糖是植物细胞内重要的渗透调节物质,是提高植物抗寒性的重要因素。抗寒性强的品种,可溶性蛋白和可溶性糖的含量积累较多。从本研究可以看出,两个龙眼品种随着低温胁迫程度的加强,细胞内可溶性蛋白和可溶性糖的含量有所增加,可溶性蛋白含量的增加幅度大于可溶性糖。各处理条件下储良的可溶性糖和可溶性蛋白含量均高于石硖,说明储良的抗寒性比石硖强。石硖在3℃低温胁迫时,叶片可溶性糖含量急剧下降,而储良叶片的可溶性糖含量只有轻微的下降,进一步说明储良的抗寒性比石硖强,这与黄治远等的研究结果一致。在6℃时,两个龙眼品种的可溶性蛋白含量均出现了急剧上升趋势;0℃石硖和储良叶片可溶性糖含量均略低于对照,这可能是植物对低温胁迫的一种保护性反应,使得植株在低温下仍能存活。植物的抗寒性不仅与植物本身的基因有关,而且受多种其他因素的影响。在对不同树种抗寒性的各项测定