抗凍劑對低溫下油茶的生理作用

陳麗文

(信陽農(nóng)林學(xué)院林學(xué)院，河南信陽 464000)

油茶為茶科常綠小喬木，與油棕、油橄欖和椰子并稱為世界四大木本食用油料植物。油茶籽可壓榨出含有豐富不飽和脂肪酸和維生素E的高級(jí)食用油供食用，茶油還可以滋潤修復(fù)受損頭發(fā)、制作美容精油、面膜、蠟燭和肥皂等，也可以作為機(jī)油的替代品；茶籽餅可以作為肥料，還可以提取皂素制作洗滌劑；茶果殼可以提取活性炭、燒堿、栲膠等；除此之外，油茶樹還具有營造防火林、保持水土、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候的生態(tài)效益，因此茶油在農(nóng)、工、輕工、食品、飼料工業(yè)等方面具有極大的應(yīng)用價(jià)值[1]。

油茶樹主要生長在我國南方亞熱帶地區(qū)的高山丘陵地帶，集中分布于浙江、江西、河南、湖南、廣西5省(區(qū))。油茶樹萌芽能力強(qiáng)，枝條葉片豐富，四季常青，根系發(fā)達(dá)，存活時(shí)間長，對貧瘠土壤有較高耐受力，有極強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性[2]。油茶喜溫畏寒，要求年平均氣溫16～18 ℃，花期平均氣溫為 12～13 ℃，充足的陽光和適宜的溫度能提高油茶結(jié)實(shí)率和種子含油率[3]。氣溫低至0 ℃以下時(shí)，油茶體內(nèi)細(xì)胞結(jié)冰，原生質(zhì)體結(jié)構(gòu)遭到破壞，油茶根系的吸收和運(yùn)輸、葉子的光合作用、植株的生長都會(huì)受到影響，嚴(yán)重者造成油茶減產(chǎn)甚至整株死亡，這種現(xiàn)象稱為油茶凍害[4]。因此，在冬季低溫條件下栽培油茶具有一定的技術(shù)難度，低溫也成為油茶分布的限制因子。

1 抗凍劑與植物的抗凍性

1.1 ABA

ABA在植物響應(yīng)生物脅迫時(shí)起到關(guān)鍵作用，在逆境中，植物體內(nèi)的ABA以脅迫信號(hào)的方式大量積累，調(diào)節(jié)植物的代謝平衡，從而提高植物對脅迫的適應(yīng)性及耐性[5]。研究表明，噴灑ABA可以減少細(xì)胞膜的損傷，增加可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，加快抗冷信號(hào)傳導(dǎo)和抗寒基因誘導(dǎo)表達(dá)，從而提高植物抗寒能力，對植物起到保護(hù)作用[6]。

1.2 CaCl2水溶液

Ca2+被認(rèn)為是植物細(xì)胞內(nèi)傳遞抗逆信號(hào)的第二信使，當(dāng)植物處于逆境時(shí)，細(xì)胞中的Ca2+濃度升高，從而激活植物體內(nèi)抗逆基因表達(dá)。研究證明，外施一定濃度的Ca2+可以提高植物的酶活性，降低細(xì)胞膜滲透率和MDA含量，增加可溶性糖的積累，提高過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性，從而提高植物細(xì)胞抵抗低溫的能力[7]。

1.3 抗壞血酸

低溫是影響植物生長發(fā)育的重要逆境因子之一，植物細(xì)胞在低溫下產(chǎn)生大量活性氧破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)[8]?？箟难崾且环N抗氧化物質(zhì)，在活細(xì)胞中，抗壞血酸氧化還原系統(tǒng)由還原型的抗壞血酸(ASA)、氧化型的單脫氫抗壞血酸(MDHA)和脫氫抗壞血酸(DHA)組成，ASA的氧化還原狀態(tài)反映了植物細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的氧化還原狀況，當(dāng)植物遭遇逆境脅迫時(shí)，ASA/DHA比率、相關(guān)代謝物和酶類會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化[9]。

2 材料與方法

2.1 所選材料

供試油茶品種為湖南油茶種。選取長勢一致、無病蟲害、葉片無破損的3年生油茶種苗，標(biāo)號(hào)備用。

2.2 研究方法

將所選油茶種苗分成4組，分別標(biāo)記編號(hào)。低溫處理，在10 ℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。1組作為對照組噴灑蒸餾水，其余3組分別噴灑7.5 mmol/L的ABA、100 mmol/L的CaCl2水溶液、20 mmol/L的抗壞血酸，然后在處理后1、3、5 d分別測定根系活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、MDA含量、葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)等各項(xiàng)生理指標(biāo)，分別登記。

2.3 測定方法

可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)(G-250)染色法[10]測定；可溶性糖含量采用蒽酮法[10]測定；MDA含量采用硫代巴比妥酸反應(yīng)法[11]測定；根系活力采用TTC法[12]測定；葉綠素?zé)晒鈪?shù)用便攜式熒光儀在Fv/Fm模式下[13]測定；葉綠素含量采用分光光度計(jì)[13]測定光吸收值。

2.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)主要采用Microsoft Excel 2010 軟件分析處理和圖表制作，采用Origin 8.5輔助繪圖，采用SPSS 19.0軟件輔助相關(guān)數(shù)據(jù)分析處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 低溫下噴灑抗凍劑對油茶根系活力的影響

根系是植物的重要器官，它不僅具有吸收水分和鹽類運(yùn)輸?shù)秸曛参锏墓δ埽壹骖欀参矬w內(nèi)多種物質(zhì)的合成，因此，植物個(gè)體的生命狀態(tài)都可以通過根系活力強(qiáng)弱直接表現(xiàn)出來[14]。而根系的活力則通過根系吸收與合成的能力表現(xiàn)出來，根系活力是一項(xiàng)需要測定的生理指標(biāo)[15]。

由圖1可知，噴灑3種抗凍劑的油茶根系活力都高于噴灑蒸餾水的對照組。隨著時(shí)間的推移，對照組與噴灑CaCl2水溶液、抗壞血酸的油茶組的根系活力都逐漸降低，處理1 d到3 d的變化幅度較小，3 d到5 d變化幅度較大。噴灑ABA的油茶組的根系活力先減少再增加，處理1 d到3 d的變化幅度較大，3 d到5 d變化幅度較小。

3.2 低溫下噴灑抗凍劑對油茶可溶性糖含量的影響

可溶性糖是植物進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)的重要物質(zhì)，它可以提高細(xì)胞液濃度從而降低水勢，增強(qiáng)細(xì)胞保水能力，降低其冰點(diǎn)[16]。低溫條件下水解作用增強(qiáng)，淀粉、蛋白質(zhì)等大分子化合物大量降解成可溶性糖等物質(zhì)，細(xì)胞液濃度提高，以調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓，提高機(jī)體抗寒能力[17]。

由圖2可知，噴灑3種抗凍劑的油茶的可溶性糖含量都高于噴灑蒸餾水的對照組。其中對照組和噴灑CaCl2水溶液及噴灑抗壞血酸的油茶組的可溶性糖含量均呈現(xiàn)小幅度增長趨勢，而噴灑ABA的油茶可溶性糖含量先增加再減少，4組油茶的可溶性糖含量變化幅度都比較小。

3.3 低溫下噴灑抗凍劑對油茶可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

低溫引起植物細(xì)胞蛋白質(zhì)變化，主要表現(xiàn)為可溶性蛋白質(zhì)和酶類的變化以及產(chǎn)生抗寒性蛋白質(zhì)，植物細(xì)胞中的可溶性蛋白質(zhì)具有較強(qiáng)的親水性，能明顯提高細(xì)胞的持水力。在低溫條件下，可溶性蛋白質(zhì)含量增加，可以束縛更多的水分，避免原生質(zhì)因結(jié)冰而受害致死，從而提高植物體抗寒性[16]。

由圖3可知，3組噴灑抗凍劑的油茶可溶性蛋白質(zhì)含量都遠(yuǎn)高于噴灑蒸餾水的對照組。隨著時(shí)間推移，噴灑CaCl2水溶液的油茶組可溶性蛋白質(zhì)的含量逐漸減少，而對照組和噴灑抗壞血酸及噴灑ABA的油茶組的可溶性蛋白質(zhì)含量都先增加再減少。

3.4 低溫下噴灑抗凍劑對油茶MDA含量的影響

當(dāng)植物受到低溫脅迫時(shí)，植物細(xì)胞膜膜脂會(huì)在活性氧作用下發(fā)生氧化作用，MDA是膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，它的產(chǎn)生能加劇膜的損傷，因此，通過MDA膜脂過氧化的程度，可以間接測定膜系統(tǒng)受損程度以及植物的抗逆性[18]。通過測定植物體內(nèi)MDA含量及變化動(dòng)態(tài)，可以判斷該樹種抵抗低溫能力強(qiáng)弱[19]。長期以來，植物體內(nèi)MDA含量及動(dòng)態(tài)變化是衡量膜脂過氧化程度的一個(gè)公認(rèn)指標(biāo)[20]。

由圖4可知，噴灑3種抗凍劑的油茶的MDA含量都低于只噴灑蒸餾水的對照組，隨著時(shí)間推移，對照組油茶的MDA含量呈現(xiàn)上升趨勢，處理1 d到3 d，3組噴灑抗凍劑的油茶MDA含量幾乎沒有變化，到處理5 d除了噴灑CaCl2水溶液的油茶MDA含量小幅度減少以外，其余噴灑抗凍劑的2組都呈現(xiàn)小幅度增加。

3.5 低溫下噴灑抗凍劑對油茶葉綠素含量的影響

光合作用是植物合成有機(jī)物質(zhì)和獲得能量的根本途徑，可以反映出植株的生長狀況和抗性的強(qiáng)弱，是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)[21]。光合作用很容易受低溫的影響，低溫幾乎影響到植物光合作用的各個(gè)環(huán)節(jié)，葉綠素含量就是其中之一，低溫會(huì)導(dǎo)致葉綠素含量降低，從而影響植物的生長。在綠色植物中葉綠素具有捕捉光能的重要功能，其含量的高低將會(huì)直接影響光合作用的水平以及植物對光能的利用和干物質(zhì)的積累，是反映光合生理狀況的一個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)[22]。

由圖5可知，噴灑抗凍劑的各油茶組的葉綠素含量均高于對照組。隨著時(shí)間的推移，對照組和噴灑抗壞血酸的油茶組葉綠素含量逐漸減少，而噴灑CaCl2水溶液和ABA的油茶組的葉綠素含量先增加再減少。4組中只有對照組葉綠素含量的變化幅度較大，其余噴灑抗凍劑的3組變化幅度都很小。

3.6 低溫下噴灑抗凍劑對油茶葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

低溫脅迫導(dǎo)致植物的光合速率下降，光能過剩，甚至促使光抑制的產(chǎn)生從而破壞植物的光合機(jī)制[23]。葉綠素?zé)晒饫弥参矬w內(nèi)葉綠素作為天然探針，檢測植物光合生理狀況以及各種原因?qū)χ参锕夂献饔迷斐傻挠绊?，具有簡便、快捷、?zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，并且不會(huì)對植物本身造成損害。以往研究證實(shí)，低溫會(huì)降低植物葉綠素?zé)晒鈪?shù)。因此，葉綠素?zé)晒鈪?shù)可以作為抗冷性的選擇指標(biāo)，葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)也越來越廣泛地被投入到植物的抗寒特性研究中[24]。

由圖6可知，噴灑抗凍劑的油茶葉綠素?zé)晒鈪?shù)均略高于對照組。隨著時(shí)間推移，對照組和噴灑ABA的油茶組的葉綠素?zé)晒鈪?shù)小幅度減小，噴灑CaCl2水溶液的油茶組葉綠素?zé)晒鈪?shù)先增加后減少，而噴灑抗壞血酸的油茶組則先減小后增大。隨著時(shí)間推移，4組油茶的葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化幅度均不大。

4 討論與結(jié)論

噴灑抗凍劑油茶組的根系活力強(qiáng)，其可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)均高于只噴灑蒸餾水的對照組，只有MDA的含量試驗(yàn)組遠(yuǎn)低于對照組。

低溫脅迫會(huì)降低植物的根系活力、葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)，噴灑抗凍劑油茶組的這3個(gè)生理指標(biāo)均高于對照組，說明抗凍劑會(huì)提高植物的根系活力、葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)，可以提高油茶的根系活力和光合作用，增強(qiáng)油茶抗凍性。

低溫脅迫會(huì)提高植物的可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖和MDA的含量。噴灑抗凍劑油茶組的可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖含量均高于對照組，噴灑抗凍劑可以提高低溫脅迫下油茶的可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖含量，從而提高油茶細(xì)胞保水能力，防止細(xì)胞結(jié)冰；噴灑抗凍劑油茶組MDA含量遠(yuǎn)低于對照組，說明抗凍劑可以降低低溫條件下油茶的MDA含量，避免低溫條件下油茶產(chǎn)生的MDA損傷細(xì)胞膜，提高油茶抗凍性。6組生理指標(biāo)中，可溶性蛋白質(zhì)和MDA的試驗(yàn)組相對于對照組變化較大，可以大膽猜測，抗凍劑對可溶性蛋白質(zhì)和MDA的影響較為顯著。

結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析可以推測，在冬季低溫條件下向油茶噴灑抗凍劑可以減少低溫脅迫對油茶的損害，提高油茶的抗凍性和適應(yīng)性，對油茶的栽培和推廣技術(shù)有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張曉蕾，章懷云，張黨權(quán). 600 ℃下油茶餅粕乙醇提取物與提取殘?jiān)鼰崃呀猱a(chǎn)物的組分分析[J]. 經(jīng)濟(jì)林研究，2016，34(2)：86-91.

[2]劉君昂. 油茶林健康經(jīng)營關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，27(2)：11-15.

[3]林 峰，林靜緒. 油茶種植前景與營造林技術(shù)研究[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)(下半月刊)，2012，18(14)：140-141.

[4]陳家金，王加義，黃川榮，等. 福建省引種臺(tái)灣青棗的寒凍害風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，21(12)：1537-1544.

[5]張 會(huì). 脫落酸在植物抗性生理中的作用[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41(2)：490-491.

[6]田丹青，葛亞英，劉曉靜，等. 外源ABA對低溫脅迫下蝴蝶蘭葉片生理指標(biāo)的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，25(1)：68-72.

[7]姚春燕，姜紅霞，朱建一，等. 溫度脅迫對紫菜絲狀體葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011(1)：277-282.

[8]王小媚，任 惠，劉業(yè)強(qiáng)，等. 低溫脅迫對楊桃品種抗寒生理生化指標(biāo)的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，29(2)：270-275.

[9]趙喜亭，蔣麗微，宋萍萍，等. 懷黃菊微滴玻璃化超低溫保存再生植株的生理和同工酶分析[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，45(5)：114-120.

[10]張志良. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[11]李合生. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理及技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[12]張志勇，卜晶晶，王素芳，等. 冠菌素對不同鉀水平下TTC法測定棉花根系活力的影響[J]. 植物生理學(xué)報(bào)，2015，51(5)：695-701.

[13]王學(xué)奎. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 2版.北京：高等教育出版社，2006：134-136.

特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36(14)：1-7.

[15]郭淑紅，薛 立，張 柔，等. 4種幼苗對低溫脅迫的光合生理響應(yīng)[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33(3)：373-377.

[16]繆秀梅，張麗靜，陳曉龍，等. 水分脅迫下白沙蒿幼苗抗性與其膜脂構(gòu)成關(guān)系研究[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2015，24(2)：55-61.

[17]朱 月，趙雪梅，唐立紅. 低溫對幾種引種紫斑牡丹葉片可溶性糖含量的影響[J]. 北方園藝，2012(2)：62-64.

[18]Hua X. Changes of protective enzyme activity and MDA content in leaves of Agropyron cristatum under grazing stress[J]. Agricultural Basic Science and Technology，2015，16(1)：22-24.

[19]高福元，張吉立，劉振平，等. 持續(xù)低溫脅迫對園林樹木電導(dǎo)率和丙二醛含量的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010(2)：47-49.

[20]阿孜古麗. 冬季低溫對苜蓿根內(nèi)可溶性糖和丙二醛含量的影響[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科技，2011(4)：50.

[21]楊 猛，魏 玲，胡 萌，等. 低溫脅迫對玉米幼苗光合特性的影響[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，43(1)：66-70.

[22]曹 宏，王 璽，王曉麗，等. 低溫逆境下氯化膽堿包衣對玉米種子萌發(fā)及幼苗生理生化指標(biāo)的影響[J]. 玉米科學(xué)，2011，19(3)：102-104，109.

[23]李 想，史世京，曹 穎，等. 冷凍脅迫下毛竹葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化及抗寒相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)[J]. 福建林學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，34(1)：57-63.

[24]陳 辰，何小定，秦金舟，等. 4種含笑葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm特性的比較[J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，40(1)：32-37.