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[原创] 北京地区引种七叶树苗期对低温胁迫的生理响应
猫友1152466 楼主
2021-04-09 08:32 20734
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植物的抗寒性是物种长期适应低温环境的结果,具遗传性。抗寒性基因的表达与环境的变化和植物的生理活动息息相关。相关研究表明,抗寒性与植物的细胞膜和渗透调节物质的含量及酶保护系统的活性等生理活动有关联。植物处于恶劣环境时,自身能通过保护酶系统和渗透调节系统等来维持细胞内物质的相对平衡,从而适应或抵抗逆境。故可通过测量生理指标的动态变化来反映植物的抗性大小。

目前,植物的抗寒性一般是通过测定生理生化指标,观察植物细胞的显微结构和利用分子生物技术对抗寒性基因进行测序等来研究。七叶树是具有重要观赏价值的园林绿化树种,其天然分布于我国秦岭海拔700m以下山地。近年来,七叶树在北京市园林绿化中的引种栽培增加,但是由于北方冬季气温低,栽植初期冻害时常发生,因而有关七叶树冻害适应机理的研究也受到关注。为了探究七叶树在冬季低温下的生理响应,在汉斯出版社《植物学研究》期刊中,有学者结合在北京地区引进的陕西汉中地区的七叶树,选取1年生幼苗休眠枝条为材料,根据北京冬季极端低温环境设置低温胁迫控制处理条件,测定其电导率等8个生理指标,分析其变化规律,为七叶树抗寒品种选择及在北京地区栽培提供理论依据。

低温胁迫下,最先受损伤的是植物的细胞膜。低温会加剧细胞膜的膜脂过氧化作用,破坏质膜系统,使细胞电解质外渗,电导率升高。丙二醛(MDA)作为膜脂过氧化的最终产物,其含量增加阻碍细胞内的蛋白质合成,致使细胞膜变性,严重时细胞会受损、衰老甚至死亡。本研究表明,七叶树幼苗的低温半致死温度(LT50)为−25.46℃;其电导率和丙二醛含量均随着处理温度的降低缓慢升高,说明其细胞膜正在受到伤害且损伤逐渐加剧,温度降低到−25.46℃时,其细胞组织会迅速结冰改变生理代谢,导致冻害发生,使植物的损伤无法恢复。

可溶性蛋白,可溶性糖,脯氨酸是植物体内重要的渗透调节物质。低温胁迫下,渗透调节物质维持细胞膜内外的物质平衡,提高植物的渗透调节能力。本研究发现,低温下,七叶树幼苗体内可溶性蛋白(Sp)、可溶性糖(Ss)和脯氨酸(Pro)的含量随着温度的降低逐渐升高。植物通过增加游离的Pro含量来降低渗透势保护植物的空间结构不受伤害,提高抗寒性,起到对植物的保护作用。

保护酶中的超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)组成抗氧化防御系统协同响应低温环境。低温胁迫下活性氧大量积累,打破活性氧产生与清除的平衡,SOD可将活性氧歧化成过氧化氢和氧气,CAT和POD协同将过氧化氢转化为水和氧气,减轻对细胞伤害。本研究表明,七叶树幼苗的3种保护酶活性在处理温度下总体表现为上升趋势。说明在0℃~−15℃发挥一定的作用;SOD在−5℃以内,其活性无显著变化;POD和CAT在−10℃以内无显著变化。结合渗透调节物质的变化趋势,细胞体内的渗透物质在−15℃以后出现显著增加,说明在该温度之前主要依靠保护酶系统作用,之后主要依靠渗透物质作用。

植物本身的抗寒机制复杂多样,影响因素也很多,单一的指标未能全面评判植物的抗寒能力。本文研究了北京地区七叶树幼苗休眠枝条在低温胁迫下的生理响应,发现寒冷环境下,植物通过积累较高水平渗透性调节物质和提高酶系统的活性等来适应环境。研究发现,七叶树的低温半致死温度为−25.46℃,在温度低于−25.46℃后,七叶树所受伤害将是不可逆转的。在实验设置的梯度范围内,七叶树表现出一定的抗寒性,可以作为北方地区的园林绿化树种。本研究在一定程度上丰富了七叶树适应低温的生理机制,对于以后进行抗寒育种抗寒措施等具有一定的参考价值。

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