日照地区部分竹子的抗寒性研究-山东林业科技.doc

日照地区部分竹子的抗寒性研究王文哲 梁青 丁振（日照职业技术学院食品工程学院，日照 276826）摘 要：冬季低温是竹类植物在我国较高纬度地区园林绿化中得不到进一步推广应用的主要限制因子, 为探究其抗寒性机理，扩大引种范围，本文以6个竹种（品种）为试材，测定电解质外渗率并拟合logistic方程求LT50，研究低温对可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸等生理生化指标的影响。结果表明，随着低温胁迫加剧，电解质外渗率呈增加趋势，可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量均表现出先上升后下降的趋势。综合所有抗寒性指标分析得出，6个竹种（品种）抗寒性顺序为：金镶玉竹矢竹罗汉竹苦竹箬竹鸡毛竹。关键词：竹子；抗寒性；日照Reasearch on Cold Resistance of Some Bamboo Species in RizhaoWang Wen-zhe Liang Qing Ding Zhen( RiZhao Polytechnic,College of Food Engineering RiZhao 276826)Abstract: As main limiting factor, low temperature in winter affects the use and promotion of Bamboo species in the landscape greening of Chinas higher latitudes. In order to explore cold resistance mechanism and expand the introduction range，six Bamboo species were used as test materials. lethal temperature 50 (LT50) was calculated with logistic formula through determining electrolyte leakage rate. Influences of cold stress on soluble sugar contents , soluble protein contents and proline contents were investigated. With cold stress increased,electrolyte leakage rate increased, soluble sugar contents , soluble protein contents and proline contents decreased after an initial increase. By evaluating comprehensively the mechanism of cold resistance, the cold resistance of 6 bamboo species was evaluated as Phyllostachys aureosulcata cv.Spectabilis Pseudosasa japonica Phyllostachys aurea Carr.ex A.et C. Riv Pleioblastus amarus Indocalamus longiauritus Hand.-Mazz Shibataea chinensis Nakai.Key words: Bamboo; cold resistance；Rizhao引言竹子是禾本科（Gramineae）竹亚科（Bambusoideae）的多年生常绿植物，生长快、周期短、价值高、用途广、效益大，是可持续利用和更新的自然资源，同时也是重要的园林绿化植物1。由于受各地气候环境的影响，大部分竹种在分布上具有明显的地带性和区域性，温度一直是竹类植物在我国黄河流域以北地区园林绿化中得不到进一步推广应用的主要限制因子。近年来，对竹类植物的抗寒性及其机制研究较少，主要集中在竹子在低温条件下的生理指标和形态指标的研究。国内外研究者已经开始重视竹类植物的抗寒性研究，但研究的深度和广度都有待加强。特别需要对竹类植物在较高纬度地区的越冬适应能力以及抗寒机理等进行全面系统的研究与评价，以便为实际工作提供科学依据。本文选取日照地区的6个竹种（品种）：鸡毛竹、苦竹、箬竹、罗汉竹、金镶玉竹、矢竹，测定并分析主要抗寒性生理生化指标，同时评价各竹种（品种）的抗寒性，以期为今后竹类植物在较高纬度地区的筛选、育种以及栽培和应用方面提供科学依据。1 材料与方法1.1 试验地概况及试验材料试验地位于日照植物园内，属暖北温带季风气候区，气候温和、光照充足，冬无严寒，夏无酷暑，四季分明，昼夜温差大年均气温12.7，年均湿度72%，无霜期223天，年平均日照2533小时，年均降水量870毫米。土壤以棕壤为主，PH值为5.5-6.5，属弱酸性土壤，有机质丰富，农业基础条件较好。供试材料分别为鸡毛竹（Shibataea chinensis Nakai）、苦竹（Pleioblastus amarus）、箬竹（Indocalamus longiauritus Hand.-Mazz.）、罗汉竹（Phyllostachys aurea Carr.ex A.et C. Riv.）、金镶玉竹（Phyllostachys aureosulcata cv.Spectabilis）、矢竹（Pseudosasa japonica）。1.2 试验方法于2011年12月下旬开始，在立地条件与管理水平基本一致的试验地，分别选取当年生竹叶各100片，分别用自来水、蒸馏水冲洗，用吸水纸吸干水分。将每种叶片分为六份，置于密封的自封袋中。每处理设3个重复。将分装好的叶片置于YT-10C型超级恒温循环器中，试验设0、-5、-10、-15、-20、-256个温度梯度，将需采取温度处理的实验材料先在2预冷2h，然后开始降温，降温速度为10/h，到达设定温度后停留12h，取出第一组材料后再继续降温，以此类推，直至降温到-25。降温处理后的材料取出后置于2冰箱中解冻12h后，取出待测。电解质外渗率测定采用电导法2，并以相对电导率拟合logistic方程求LT503；可溶性糖含量测定采用蒽酮乙酸乙酯法4；可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝-G250法4；游离脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮法4； 2 结果与分析2.1低温对电解质外渗率的影响由图1显示，随着低温胁迫不断加剧，6个竹种（品种）叶片的电解质外渗率均表现出不断增加的趋势，各种（品种）电解质外渗率的具体变化情况不同。在0-25范围内，各种（品种）电解质外渗率随温度的降低而增加，在0-10时大部分竹种电解质外渗率的增加幅度不明显，只有鸡毛竹、箬竹比对照0分别增加54.12%、52.56%，随着温度不断降低，电解质外渗率的增幅明显增大，鸡毛竹、苦竹、箬竹、罗汉竹、金镶玉竹、矢竹-25的电解质外渗率比对照0分别增加213%、221%、201%、197%、191%、184%.由图可以看出，金镶玉竹的电解质外渗率在对照温度及各处理低温下的值均较低，且变化的幅度明显小于其他竹种。2.2低温对可溶性糖含量的影响由图2显示，随着低温胁迫的不断加剧，可溶性糖含量表现出先增加后降低的趋势，但品种之间的变化幅度不同。说明在开始降温期间，可溶性糖含量的积累有助于竹子抗寒性的提高，可溶性糖含量开始下降，说明此时竹子叶片已出现胁迫。鸡毛竹随着温度不断降低，可溶性糖含量是不断降低的，金镶玉竹、矢竹的可溶性糖含量在-15时达到最大值，后又逐渐降低，罗汉竹的可溶性糖含量在-10时达到最大值，后又逐渐降低，苦竹、箬竹的可溶性糖含量在-5时达到最大值，后又逐渐降低。苦竹、箬竹、罗汉竹、金镶玉竹、矢竹可溶性糖含量达到最大值时分别比对照增加了10.22mg/g、13.79 mg/g、5.04mg/g、21.97mg/g、5.98mg/g。2.3低温对可溶性蛋白含量的影响由图3显示，鸡毛竹从-5开始，可溶性蛋白含量逐渐降低，说明此时鸡毛竹开始受到了胁迫，金镶玉竹在-15时可溶性蛋白含量达到最大值，随后又逐渐降低，罗汉竹、矢竹在-10时可溶性蛋白含量达到最大值，随后又逐渐降低，苦竹、箬竹在-5时可溶性蛋白含量达到最大值，随后又逐渐降低。苦竹、箬竹、罗汉竹、金镶玉竹、矢竹可溶性蛋白含量达到最大值时分别比对照增加了0.58mg/g、0.42mg/g、1.11mg/g、1.05mg/g、0.77mg/g。2.3 低温对游离脯氨酸含量的影响由图4显示，随着低温胁迫的不断加剧，除了鸡毛竹的游离脯氨酸含量不断降低外，其余竹子品种的游离脯氨酸含量表现出先上升后下降的趋势，其中金镶玉竹在-15时游离脯氨酸含量达到最大值，罗汉竹、矢竹、苦竹在-10时可溶性蛋白含量达到最大值苦竹、箬竹在-5时可溶性蛋白含量达到最大值。苦竹、箬竹、罗汉竹、金镶玉竹、矢竹可溶性蛋白含量达到最大值时分别比对照增加了0.40mg/g、0.22 mg/g、0.45mg/g、0.56mg/g、0.46mg/g。3 结论与讨论低温引起细胞膜透性发生变化, 是植物低温伤害的一个重要原因5。膜脂受损后, 细胞内某些物质的外渗引起细胞导电性的变化,是电导率法测定植物抗寒性的主要依据。根据细胞外渗液导电性的差异, 确定膜透性的大小, 从而推测膜的受伤程度和对寒冷的抗性强弱, 是当前检验植物抗寒性的经典实验方法。Lyons（1975）认为植物受到低温影响时,细胞的质膜透性会发生不同程度的增大,电解质外渗,电导率增大6。徐传宝（2009）对四种竹子品种进行试验,结果表明,采用电解质外渗率评价竹子抗寒性结果较稳定2。在本实验中，低温胁迫初期的电解质外渗率增加平缓，表明植物对低温具有一定的适应性，到达一定低温后，急剧上升，说明细胞膜已经被破坏。这说明电解质外渗率是判断植物抗寒力强弱的重要指标，这与大多数学者研究的结果是一致的。在低温胁迫下，电解质外渗率与温度之间的关系曲线，能较好地用Logistic曲线方程y=k/(l+ae-bx)进行拟合，R值介于0.9769-0.9902之间。计算出鸡毛竹、苦竹、箬竹、罗汉竹、金镶玉竹、矢竹的半致死温度分别为：-15.86、-19.87、-19.25、-21.91、-24.08、-23.19。从半致死温度来看，6种竹子的抗寒性强弱顺序为：金镶玉竹矢竹罗汉竹苦竹箬竹鸡毛竹。大量试验结果表明7-9: 可溶性糖是冷害和冻害条件下细胞内的保护物质，低温胁迫下可溶性糖积累并对冻害有保护作用。简令成等( 1992) 观察到, 淀粉向糖的转化与植物的抗寒性有密切关系10。本研究发现，在低温处理下，几种竹子的可溶性糖含量均随处理温度的降低而增加，金镶玉竹的可溶性糖平均含量最高，这也与这种植物抗寒性较强相符合；鸡毛竹的可溶性糖平均含量最低，这也与这种植物抗寒性较弱相符合。随温度的继续下降，其需要增加可溶性糖的含量来抵御寒冷，因此含量上升；当温度降到一定程度，此时竹子叶片需要消耗大量的可溶性糖产生能量，因此含量降低。在低温胁迫下可溶性蛋白含量变化的研究方面所得到的结论不尽相同，之所以形成这种情况，是由于植物抗寒性是不稳定的，可能随时间、温度、含水量、成熟期、营养状况的不同有不同的表现11。本研究表明，可溶性蛋白在低温胁迫初期表现出增加的趋势，但随着低温的加剧，部分竹种可溶性蛋白含量继续上升，部分竹种可溶性蛋白含量开始下降。从整体上来看，抗寒性性强的竹子的可溶性蛋白的含量高，抗寒性弱的品种的含量低，表明可溶性蛋白含量与竹子的抗寒性呈正相关。许多研究报道12-13，植物在遭受环境胁迫时，体内的游离脯氨酸含量增加。植物体内脯氨酸的增加有利于抵抗不良环境，脯氨酸在抗逆方面的作用可以概括为：作为细胞质渗压剂、酶和细胞结构的保护剂及自由基清除剂而起保护作用，从而增强植物的抗逆性。本实验研究显示，几种竹子的游离脯氨酸含量均随着温度的降低而升高，这与大部分研究得到的结果相符。但是各种（品种）间的游离脯氨酸含量差别较大，可能是由于不同植物在对低温的影响机制不同导致的。金镶玉竹、罗汉竹、矢竹、箬竹、苦竹的游离脯氨酸含量是先上升后是下降，鸡毛竹的游离脯氨酸含量是不断下降，可能是由于氨基酸的合成受到抑制和不同植物游离脯氨酸的合成对低温的影响机制不同造成的。白含量树温的加剧，部分竹种可溶性蛋白含量继续上升，部分竹种下降树种的抗寒性易随环境温度变化而改变,诸如极端最低温度、寒潮,特别春寒,其降温幅度、持续时间长短等对植物的抗冻性有直接影响,带来抗冻性差异14。本试验对6个竹种（品种）电解质外渗率、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量等生理生化指标综合分析，得出抗寒性强弱顺序为：金镶玉竹矢竹罗汉竹苦竹箬竹鸡毛竹。由于本试验均以理想气候条件为前提,且仅以离体叶片为试材,试验结果还需通过引种试验加以证明。参考文献1 李睿，章笕，章珠娥中国竹类植物生物多样性的价值及保护进展J竹类研究汇刊，2003，22(4) :7 122 徐传保,赵兰勇,张廷强,等.以电导法配合Logistic方程确定四种竹子的抗寒性J.北方园艺.2009(2):182-184.3莫惠栋. Logistic方程及其应用J. 江苏农学院学报, 1983, 4(2): 53-57.4 赵世杰, 史国安，董新纯.植物生理学实验指导M.中国农业科学技术出版社,2002.5 陈亚华, 沈振国, 刘友良.低温、高 pH 胁迫对水稻根系质膜、液泡膜 ATP 酶活性的影响J.植物生理学报, 2000, 26(5): 407412.6 Lyons J M. Chilling injury