低温胁迫对三角叶杨抗寒生理指标的影响

低温胁迫对三角叶杨抗寒生理指标的影响低温胁迫对三角叶杨抗寒生理指标的影响三角叶杨为柳科杨属植物，是美国特有的黑杨树种。引入中国表现出很强的适应性和抗逆性，生长速度是普通杨树的2-3倍，侧枝细而少，终身不修枝，从第1年起每年能长高4～6米，地径每年生长5～6厘米。经国家有关实验室的分析，三角叶杨植物的技术力学性(抗压、抗弯、抗拉、抗剪等能力)与国内的107、意杨、欧美杨等十几种速生杨相当或更好，是制造胶合板、纸张和住房框架的好材料，抗旱、抗风、高抗病虫害，是营造防护林和园林绿化的好品种。一、研究材料和方法1．试验材料取自石河子大学农学院试验站林学系苗圃中引种的4种杨树品种和当地新疆杨品种的生长充实的功能叶，用于抗冻力的测试。供试的杨树：①新疆杨，②H3，③K15，④C4，⑤美国三角叶杨。2．试验方法①材料处理将所取供试叶片用自来水和蒸馏水清洗干净，用吸水纸吸干表面水分，置于-2℃冰箱中预冻30分钟后将样品分别放人温度为-10℃、-15℃、-20℃、-25℃的冰箱中冰冻处理2天进行测定。每个品种每组试验分别称取等量叶片，每个指标的测定均重复3次，然后取平均值进行结果分析。②试验方法还原糖含量的测定：采用蒽酮比色法。水溶性蛋白质含量的测定：用考马斯亮蓝法测定，以牛血清蛋白作为标准蛋白。相对电导率的测定：用DDS－II型电导仪测定。二、结果与分析1．冷冻处理对叶片还原糖含量的影响研究结果表明，除少数例外，无论是草本或木本植物在越冬期间，细胞内还原糖含量增加，还原糖类的含量与植物抗冻性之间呈正相关。即抗冻性强的品种还原糖的含量增加幅度大。冷冻可使果聚糖转变为果糖和蔗糖，沉积在细胞间隙中，从而增加了原生质浓度，起到抗脱水作用及减少细胞内结冰的机会，增强植株的抗冻性。在整个低温处理过程中，5个品种叶片的还原糖含量随着温度的降低都呈现上升的趋势，其中新疆杨和美国三角叶杨的变化幅度相对较大。由表1可知，乡土树种新疆杨和美国三角叶杨叶片还原糖含量增加的趋势明显，H3、K15和C4相对较小。方差分析表明，各树种间还原糖的变化量随着温度的降低存在显著差异。新疆杨与H3、C4品种存在显著差异，美国三角叶杨与H3、C4也存在显著差异。5种树种的抗冻性的排序为：新疆杨>美国三角叶杨>K15>H3>C4.2．冷冻处理对叶片水溶性蛋白质含量的影响研究结果表明，多种植物在低温锻炼期间，细胞内水溶性蛋白和抗冻性之间表现出明显的正相关，即水溶性蛋白含量随低温锻炼过程中抗冻性的提高而增加。蛋白质含量的增加，有助于加强细胞的保水力，提高细胞内的束缚水，降低冰点，并可能导致细胞液过冷的形成；另外，许多低温诱导产生的蛋白质可能是低温胁迫下细胞的主要代谢途径中关键基因的表达，有助于维持在低温胁迫下细胞的主要代谢活动，同时可能在低温锻炼过程中调节基因表达，导致抗冻性的增加。5个品种在－10～－20℃范围内变化缓慢，品种间的变化差异不大；在－20～－25℃，新疆杨和美国三角叶杨的上升幅度较大，明显高于其它品种。方差分析结果表明，树种间蛋白质增长率并不十分显著，但也存在一定的差异。试验结果显示：5个树种抗冻性顺序为：新疆杨>美国三角叶杨>K15>H3>C4.在诸多抗寒物质同时存在的情况下，可溶性蛋白质起主导作用，对抗脱水、减少原生质内结冰起到重要作用。3．电导率的变化相对电导率是反映植物组织受冻后细胞原生质膜透性大小的重要指标。许多研究发现，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，电解质会有不同程度的外渗，以至于电导率会有不同程度的加大，抗冻性较强的细胞或者受害轻者不仅透性增大的程度较小，并且透性的变化可以逆转，易于恢复正常。反之，抗冻性弱的细胞或受害者，不仅透性大为增加，并且不可逆转，不能恢复正常，以致造成伤害甚至死亡。这种变化明显地表现在外部形态的变化之先，因而可作为抗冻性的生理指标。各品种电导率对低温影响的变化模式基本相同，叶片相对电导率随温度降低而提高。但冷冻处理对细胞膜产生的伤害不同。由表4可知，5种树种的电导率增加程度顺序：新疆杨<美国三角叶杨美国三角叶杨>H3>K15>C4.充分显示了植物抗冻性与电解质渗透率的相关性。三、讨论与小结1．测定植物抗冻性的方法很多，本研究为了探索美国三角叶杨这一新型树种在新疆的抗冻性，采用了较为简便和具有代表性的3种方法，测定结果在总趋势上是一致的。2．从试验结果来看，美国三角叶杨的抗冻性在供试的5种品种中较强，还原性糖含量可平均增长32．83％；水溶性蛋白质含量可平均增长21．63％；相对电导率可平均增长10．00％，与本土树种新疆杨基本相当。与其作比较的4种杨树品种都是适合在新疆生长的常用树种。美国三角叶杨抗冻性明显居于前列。可见，在此试验环境条件下，美国三角叶杨与其它几种树种一样，适合在此环境下生长。3．植物的抗冻性虽然是个遗传性状，但它受环境的影响和塑造较大，栽培在不同区域的同种植物可能具有不同的抗冻性。因此，本研究具有参考作用，它只是在城市苗圃地这样小环境中正常生长，但不能完全代表所在地区的植物抗冻性。对于在全疆范围内的适应性试验，还有待于进一步研究。4．植物的抗冻力也随着季节的变化起伏极大，在自然界，植物必须经过深秋的抗寒锻炼，在生命过程中发生一系列的深刻变化，才能具备最大的抗冻力。因此，测定植物抗冻力时，植物材料常常是离体的，且只受到温度的影响，