低温胁迫对污水处理厂howl菊叶片生理生化指标的影响

低温胁迫对污水处理厂howl菊叶片生理生化指标的影响

草莓是菊花科的一种多年生草本植物，因其形状像一个奖牌而闻名。勋章菊的花形奇特、花色丰富,其花心有深色眼斑,形似勋章,具有浓厚的野趣,是园林中常见的盆栽花卉和花坛用花。在菊花抗寒性研究方面,李云等研究了低温胁迫下秋白菊生理活性的变化;郑路等研究了菊花营养特性与抗寒性的关系;Anderson等通过统计秋季菊花脚芽的数量确定了不同品种的抗寒性,而关于勋章菊的抗寒性研究至今未有报道。本试验主要研究不同低温条件下勋章菊叶片中细胞膜透性、脯氨酸(Pro)含量等生理生化指标的变化及其与抗寒性的关系,以明确勋章菊低温致伤的生理特性,为勋章菊基因改造、提高勋章菊耐寒性以及推广种植提供理论依据和技术参考。1材料和方法1.1试验材料供试勋章菊由日本引进。材料在苏州大学东校区扦插繁殖,成苗后移于直径为20cm的瓦钵花盆内,每钵种3株,并统一肥水管理。1.2不同处理栽培株在不同温度下对牛毛细胞的生长选择长势相近的盆栽勋章菊,置于不同温度(-6、-3、0、3、6℃)下分别处理12h,每区处理3株。并以室温(25℃)栽培株为对照(CK)。处理后分别测定叶片脯氨酸、丙二醛(MDA)含量及电导率等生理指标。1.3量、渗、渗透率的测定脯氨酸的测定采用酸性茚三酮法;丙二醛含量的测定采用巴比妥酸显色法;电解质渗透率的测定采用电导率法;可溶性蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝G-250染色法。2结果与分析2.1低温胁迫对mda含量的影响MDA是具有细胞毒性的物质,主要破坏细胞膜系统。植株在遇逆境伤害时,MDA含量增加,这是植物受伤害的指标。由图1可知,MDA含量呈先下降再上升的变化趋势。当温度降到3℃时,MDA含量急剧下降,这是因为在低温胁迫下超氧化物歧化酶、过氧化物酶等酶含量增加,对影响植物生长的膜脂过氧化作用有一定的抑制。由3℃降至-6℃时,MDA含量呈波动上升趋势,这可能是低温使植株的保护酶系统的活性钝化,膜脂过氧化作用增强。2.2低温胁迫对脯氨酸含量的影响脯氨酸是作物体内一种渗透调解物质,可以提高渗透压,增强保水力,提高体内抗氧化酶的活性和维持生物大分子的结构和功能。脯氨酸含量与植物忍受逆境的能力有一定相关性。在同一低温变化下,植株的脯氨酸含量增加量越多,则该植物的耐寒能力越强。在低温胁迫下,勋章菊叶片的脯氨酸含量变化如图2所示,表现为先降低再升高再降低的趋势。温度为3℃时,因为植物受到低温伤害,植物脯氨酸含量降低;温度降低到0℃时,植物对低温胁迫做出生理响应,启动了植物自我防御本能,使植株产生一定量的脯氨酸,从而表现出脯氨酸增高的变化趋势,以适应外界环境的变化;随着外界低温胁迫强度的增加和胁迫时间的持续,超出了植株的自我防御极限,导致组织和器官受到伤害,无法产生更多的脯氨酸,从而使脯氨酸含量处于较低水平。2.3不同温度对叶片可溶性蛋白质含量的影响可溶性蛋白质的亲水性很强,其含量增加可显著增强细胞的保水力,有效保护植物不受冻害。可溶性蛋白质在植物抗寒性中的作用已有报道。在低温胁迫下,勋章菊叶片的可溶性蛋白质含量变化如图3所示,表现为先升高后降低的趋势。在25~0℃范围内,叶片可溶性蛋白质的含量基本没有变化,说明在这个范围内的温度没有引起勋章菊叶片中的蛋白质合成基因的表达;温度下降为-3℃时,由于冰冻的侵袭,勋章菊开启相关蛋白合成基因,以增加细胞液浓度,从而降低细胞的冰点,所以勋章菊叶片内蛋白质含量突然增高2.3倍;从-3~-6℃时,蛋白质含量急剧下降,这可能是-3℃以下的低温超出了自身调控范围,造成可溶性蛋白质含量降低。2.4低温对电渗率的影响在低温胁迫下,叶片组织细胞膜透性大,造成电解质外渗,温度愈低,电解质渗透率越大。表1表明,勋章菊在不同低温下处理12h,随着温度的降低,叶片细胞电解质渗透率呈现不同程度的升高。在25、6、3、0、-1℃5种低温处理间电渗率相差不大,而-2、-3、-4、-6℃低温处理间,电渗率相差明显。-1℃的低温对勋章菊未构成伤害;从-1℃到-2℃,电渗率急剧上升,-1℃时勋章菊叶片呈绿色,没有水渍出现(图4),-2℃时勋章菊部分叶片褐色,部分叶片绿色(图5);-3℃、-6℃时,叶片全部出现褐色,全部呈水渍状(图6、图7)。3讨论3.1低温半致死温度计算在低温处理下,细胞伤害率随着处理温度的下降而增多,在这个变化过程中,都有一个急剧增加的区间,这个区间内有一个点即为拐点温度。以相对电渗率50%为组织受冻温度(LT50)标准,勋章菊的半致死温度应该在-2~-3℃之间。本试验以电导法配合Logistic方法确定勋章菊的低温半致死温度。在数学上,拐点即d2y/dx2=0时的x值,即为半致死温度(LT50)。本试验根据上述拟合方程y=lna-bx中lna=3.2104、b=-1.13所以拐点LT50=(lna)/b=-2.84℃,这与前面的推断结果一致,而且从-2℃处理图片可以看出,-2℃时勋章菊处于致死和非致死之间状态(图5)。r2=0.8115,大于相关性系数显著性临界值0.7084,说明不同低温的电解质渗透率遵循Logistic方程的变化规律且与半致死温度呈现线性关系。3.2叶盘和叶盘的计算本试验在计算拐点温度时以25℃条件的电导率作为本底。因为本底对细胞伤害率有一定干扰,易降低测定结果的准确性,而在未受低温刺激的条件下,本底有相当部分取决于受损细胞的多少,故可用打孔器截取叶盘,使受损细胞的数量基本相等,消除由样品切口大小不一引起的误差。计算时如果不去本底,拟合出的方程为y=1.464x+1.746,lna=1.746,b=-1.464,(lna)/b=-1.20,即LT50为-1.20℃。这个结果和去本底计算出的结果相差很大,因此,消除本底后计算出的LT50更可信。3.3低温对物理特征的影响脯氨酸能增加胞内溶质浓度,降低细胞冰点,防止细胞过度脱水,例如竹类Guaduaamplexfolia叶中的脯氨酸含量可随自然气温的下降而逐渐上升,以减少低温对细胞的伤害。本试验中脯氨酸含量在0℃时最高,但是仅比6℃时高0.09μg/mL,可见勋章菊的脯氨酸含量调节能力较差。0℃以上处理,叶肉细胞受低温影响较小,0℃时MDA和脯氨酸含量达到最高值,但此时植物外观并没有明显的反映。-3℃时受到较为严重的低温伤害,可溶性蛋白质含量达到最高,电渗率大于50%,叶片呈水渍状,叶片褐化。综上所述,通过Logisti