生長素和激動素對大葉黃楊抗寒性的影響

李雪苗,南莉,張鋼,錢稷,邸葆，李天冶

(1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，河北 保定 071000;2 石家莊市動物園管理處，河北 石家莊 050200)

植物的生長過程十分復(fù)雜，不僅受到環(huán)境和營養(yǎng)調(diào)控，還受到激素調(diào)控。同時，植物生長發(fā)育并不只是受單一激素調(diào)節(jié)，而是多種激素間共同作用，而激素的效果不僅僅表現(xiàn)在當(dāng)前，其也有一定的滯后性[1-2]。有研究表明，在低溫脅迫下，植物細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)發(fā)生改變，同時植物體內(nèi)的內(nèi)源激素水平也發(fā)生改變，進(jìn)而調(diào)節(jié)生理代謝活動，增強(qiáng)植物抗寒性[3]?？梢姡参锟购憻挼陌l(fā)生是因為內(nèi)源激素平衡的變化，目前認(rèn)為生長素和細(xì)胞分裂素與植物抗寒性有一定的關(guān)系[4-5]。于運華等人提出，在低溫脅迫下，冬小麥根系中吲哚乙酸(IAA)，激動素(KT)含量會有所提高[6]。但目前與脫落酸、赤霉素相比，外源生長素、激動素在植物抗寒性中研究甚少。

大葉黃楊(EuonymusjaponicusThunb.)，衛(wèi)矛科衛(wèi)矛屬，是我國園林綠化的重要樹種。由于中國北方的自然條件，冬季缺乏常綠闊葉樹，大葉黃楊日漸受到人們的青睞和研究，但其小苗抗寒性弱，冬季需扣棚保溫，而外施激素對大葉黃楊抗寒性的影響尚未見報道，為此，研究不同濃度生長素和激動素及其組合對大葉黃楊抗寒性的影響，以期為大葉黃楊在寒冷低溫條件下的栽培提供理論依據(jù)和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用大葉黃楊2 a生扦插苗，于2016年3月31日盆栽種植在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)標(biāo)本園(河北省保定市，38°50′N，115°26′E)，培養(yǎng)基質(zhì)采用有機(jī)營養(yǎng)土。試驗采用隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計，共分為3個區(qū)組，每個區(qū)組設(shè)11個小區(qū)，栽培條件一致，進(jìn)行常規(guī)管理。

1.2 激素處理

試驗采用2因素、3水平、10處理、3重復(fù)的方法。2因素選用吲哚乙酸和激動素，其配置按張躍敏等[7]的方法，分為低、中、高3個濃度，吲哚乙酸濃度分別為200、400、800 mg/L，激動素濃度分別為150、300、600 mg/L。設(shè)置10個處理，以清水為對照(CK)、處理1(150 mg/L KT)、處理2(300 mg/L KT)、處理3(200 mg/L IAA)、處理4(200 mg/L IAA+150 mg/L KT)、處理5(200 mg/L IAA+300 mg/L KT)、處理6(400 mg/L IAA)、處理7(400 mg/L IAA+150 mg/L KT)、處理8(400 mg/L IAA+300 mg/L KT)、處理9(600 mg/L KT)、處理10(800 mg/L IAA)。用溶液噴灑法將比例配置好的溶液對大葉黃楊整株進(jìn)行噴灑。每隔5 d噴撒1次，每次每株噴灑50 mL，分別于6月14日，6月19日，6月24日共噴施3次。2016年9月到12月選擇生長狀況良好的植株，取其當(dāng)年生枝條測定抗寒性及生理指標(biāo)，每月取1次樣，取樣均在上午8至10點，共取樣4次。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 抗寒性的測定 參照王愛芳等方法對枝條及葉片進(jìn)行冷凍處理，共設(shè)置7個溫度梯度，其中保證2個較高的溫度可以使枝條存活，兩個較低的溫度可以殺死枝條，其他3個溫度對枝條造成傷害，以確?！癝”曲線的出現(xiàn)，利用Logistic方程進(jìn)行半致死溫度的計算[8]。相對電導(dǎo)率的測定參照張鋼等的電導(dǎo)法，計算相對電導(dǎo)率(REL)[9]。

1.3.2 生理指標(biāo)的測定 過氧化物酶(POD)活性測定選用愈創(chuàng)木酚法[10]，超氧化物歧化酶(SOD)活性測定選用李和生氮藍(lán)四唑光化還原法[10]，丙二醛(MDA)含量測定應(yīng)用硫代巴比妥酸(TBA)法比色法[11]。

1.4 統(tǒng)計分析

測定的數(shù)據(jù)用Microsoft excel計算，作圖，用SPSS 13.0計算重復(fù)的平均值及平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤。參照Logistic方程[12]，采用SPSS 13.0估算其半致死溫度(LT50)，即抗寒性。用One-way ANOVA(SPSS 13.0)分析各處理的差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗寒性變化

抗寒鍛煉期間莖和葉的半致死溫度見圖1。

圖1 抗寒鍛煉期間莖(A)和葉(B)的半致死溫度(LT50)Figure 1 The LT50 of stems (A) and leaves (B) during cold hardening

在抗寒鍛煉期間，隨著氣溫降低，莖和葉的抗寒性均呈現(xiàn)逐漸增強(qiáng)趨勢，在12月份抗寒性達(dá)到最強(qiáng)，且莖的抗寒性要強(qiáng)于葉片(圖1)。在10月、11月、12月，處理9(600 mg/L KT)的莖的抗寒性均顯著高于對照(P<0.05)，且在12月份此處理的莖的抗寒性最強(qiáng)，半致死溫度最低，達(dá)到-30.10 ℃(圖1A)；在11月、12月，處理5(200 mg/L IAA+300 mg/L KT)和處理8(400 mg/L IAA+300 mg/L KT)的葉的抗寒性均顯著強(qiáng)于對照(P<0.05)，抗寒性效果較好(圖1B)。

2.2 POD活性變化

抗寒鍛煉期間不同處理莖和葉POD活性變化見圖2。

圖2 抗寒鍛煉期間不同處理莖(A)和葉(B)POD活性變化Figure 2 The changes of POD activity in stems (A) and leaves (B) in different treatments during cold hardening

如圖2所示，隨著氣溫降低，大葉黃楊莖和葉的POD活性均表現(xiàn)為逐漸增強(qiáng)的趨勢，抗寒鍛煉前期增長較為緩慢，在11月、12月份POD活性急速上升?？傮w來看，處理4(200 mg/L IAA+150 mg/L KT)和處理9(600 mg/L KT)的莖的POD活性在9月、10月、11月均高于對照，較好的提高了大葉黃楊莖內(nèi)POD活性(圖2A)；處理5(200 mg/L IAA+300 mg/L KT)和處理8(400 mg/L IAA+300 mg/L KT)的葉的POD活性在整個抗寒鍛煉期間與對照及其他處理相比均處于較高水平，且在12月份POD活性達(dá)到最強(qiáng)(圖2B)。

2.3 SOD活性變化

抗寒鍛煉期間不同處理莖和葉SOD活性變化見圖3。

圖3 抗寒鍛煉期間不同處理莖(A)和葉(B)SOD活性變化Figure 3 The changes of SOD activity in stems (A) and leaves (B) in different treatments during cold

如圖3可知，在抗寒鍛煉過程中，大葉黃楊莖和葉的SOD活性整體表現(xiàn)為逐漸增強(qiáng)的趨勢，最終莖和葉的SOD活性均在12月份達(dá)到最高。綜合分析，處理9(600 mg/L KT)的莖的SOD活性在9月、10月、12月與對照及其他處理相比均處于最高水平；處理9(600 mg/L KT)和處理5(200 mg/L IAA+300 mg/L KT)的葉的SOD活性在9月、11月、12月與對照及其他處理相比均處于最高和次高水平。

2.4 MDA含量變化

抗寒鍛煉期間不同處理莖和葉MDA含量變化見圖4。

圖4 抗寒鍛煉期間不同處理莖(A)和葉(B)MDA含量變化Figure 4 The changes of MDA content in stems (A) and leaves (B) in different treatments during cold hardening

如圖4所示，在9月到12月抗寒鍛煉期間，大葉黃楊莖和葉的MDA含量大體呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。處理8(400 mg/L IAA+300 mg/L KT)的莖的MDA含量在10月、12月與對照及其他處理相比均處于最低水平，且在10月份顯著低于對照，在12月份MDA含量達(dá)到最低，降至3.97 μmol/g(圖4A)；處理7(400 mg/L IAA+150 mg/L KT)的葉的MDA含量在9月、10月與對照及其他處理相比處于最低水平，處理1(150 mg/L KT)和處理8(400 mg/L IAA+300 mg/L KT)的葉的MDA含量在12月顯著低于對照，較好的維持了細(xì)胞膜的穩(wěn)定性(圖4B)。

3 討論與結(jié)論

3.1 激素與抗寒性的關(guān)系

在本試驗中，600 mg/L KT處理的大葉黃楊的抗寒性最好，表明細(xì)胞分裂素能夠提高植物抗性。這是由于細(xì)胞分裂素能夠改變過氧化物酶活性，減少膜脂過氧化產(chǎn)物、對細(xì)胞膜起到保護(hù)作用。在冬小麥和水稻的研究中也證實，低溫脅迫后期，冬小麥抗寒性最強(qiáng)器官分蘗節(jié)中玉米素的含量非常高，說明細(xì)胞分裂素與抗寒的關(guān)系十分密切[13]；細(xì)胞分裂素可清除植物體內(nèi)的自由基，減少脂質(zhì)過氧化，提高膜保護(hù)酶的活性，促進(jìn)受到冷害的水稻幼苗的生長[14]。

有研究發(fā)現(xiàn)，施用IAA可提高SOD酶活性，同時降低活性氧含量，使草莓抗寒性變強(qiáng)[15]。在本試驗中，IAA能夠抵御一定程度的寒冷，但隨著溫度的降低IAA增強(qiáng)抗寒性的效果減弱。雖然IAA在抗寒鍛煉后期有減弱的現(xiàn)象，但發(fā)現(xiàn)IAA與KT混合噴施的400 mg/L IAA+300 mg/L KT效果較好，可能IAA與KT混合噴施有增效的作用。

3.2 保護(hù)酶系統(tǒng)與抗寒性的關(guān)系

SOD是植物氧化代謝過程的核心酶，當(dāng)植物處在逆境中，保持較高SOD活性可以減少氧自由基對植物細(xì)胞膜和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損壞[16-17]。POD作為植物在逆境脅迫環(huán)境下的重要保護(hù)酶系統(tǒng)，是植物內(nèi)和抗寒性相關(guān)生理生化指標(biāo)之一，隨著POD活性變高，對低溫抵御的能力也隨之變強(qiáng)。MDA是植物體內(nèi)細(xì)胞膜脂過氧化的產(chǎn)物，其對質(zhì)膜有毒害的影響，其含量的多少有助于判斷細(xì)胞膜受傷害的程度的大小[18]。

在本試驗中，抗寒鍛煉期間，大葉黃楊莖和葉的POD、SOD活性均表現(xiàn)為逐漸增強(qiáng)的趨勢，結(jié)果與李楠對月季抗寒鍛煉時期POD、SOD活性趨勢相一致[19]。植物遭到逆境低溫時，植物體內(nèi)的保護(hù)膜系統(tǒng)受到一定傷害，POD、SOD活性提高可減緩低溫傷害，提高植物抗寒性。大葉黃楊莖和葉MDA 含量整體表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，試驗結(jié)果與前人的研究一致，這是因為初期外界環(huán)境溫度的變化使莖和葉受到一定傷害，體內(nèi)MDA含量迅速上漲，在抗寒鍛煉后期，由于SOD等酶活性逐漸增強(qiáng)，能夠及時清除植物內(nèi)過量的活性氧，降低脂膜過氧化程度，使MDA含量逐漸降低[20-23]。

本研究發(fā)現(xiàn)，單噴600 mg/L的KT提高POD、SOD活性、降低MDA含量效果最好，該處理濃度提高了植物的抗寒性?；焓?00 mg/L IAA+300 mg/L KT也可有效提高大葉黃楊抗寒性。