低温胁迫下杨树SOD酶活性研究

摘 要：以大同杨树局选送的6种杨树的叶片组织为试验材料，分别研究其在不同温度梯度0，-10，-20 ℃及不同时间梯度24，48，72 h下SOD酶活性的变化情况，探讨SOD酶活性与抗寒性的关系，为晋西北地区筛选适栽杨树品种提供科学参考和指导。

关键词：抗寒性；杨树；低温胁迫；SOD酶

中图分类号：S792.11 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.12.026

低温寒害是林业生产中常见的自然灾害，研究低温胁迫下植物的抗寒生理，对于指导林业生产实践有重要的意义。杨树作为重要的防护林和用材林，近年来栽培面积扩展迅猛，尤其是速生抗寒杨在我国北方育林中的地位越来越重要。由于不同的杨树品种对环境的适应性和生长表现极为不同，抗寒能力也存在着很大差异[1]，所以根据杨树抗寒性强弱选择在不同地区栽培，对于杨树培育新品种在实际生产中的推广，有很强的实践和指导意义。本试验在前期研究的基础上，探索6种杨树在低温胁迫下，超氧化物歧化酶（SOD）的活性变化规律。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于太谷县泰尔苗圃，该地平均海拔890 m，属暖温带大陆性季风气候，四季分明，年均气温5～7 ℃，年均降雨量441.2 mm，无霜期164 d。光照充足，昼夜温差大，土层较厚，土壤类型为淋溶型褐土。

1.2 试验材料

2010年4月，自大同市杨树局取当年扦插杨树苗，移植于太谷县泰尔苗圃基地，正常田间管理，2010年10月开始试验取样。6种扦插移植杨树苗，编号依次为C51，A20，C38，C4，K7，C15。

1.3 试验处理与方法

1.3.1 试验处理 2009年10月中旬，每个小区选取5株生长健壮的杨树，并剪取其中上部位完整叶片3～5片，组成混合样，编号，塑袋封口带回实验室，先用自来水冲洗，再用去离子水洗净并吸干水分后，一份留做常温（10～15 ℃）对照分析，其余样品放入自动控温冰箱，依次采用梯度降温法进行冷冻处理，处理温度梯度为0，-10，-20 ℃，在每个温度梯度下，再分别进行3个时间梯度24，48，72 h的处理，每个处理完后，放入4 ℃冰箱，解冻24 h后，分析SOD酶活性变化，每个处理3次重复。

1.3.2 试验方法 超氧化物歧化酶（SOD）的测定采用氮蓝四唑法[2]，略有改动。

2 结果与分析

2.1 低温处理下，不同时间梯度SOD酶活性变化

从图1可看出，在不同温度梯度下，6种杨树叶片SOD酶活性随时间变化而变化。与常温CK相比，在T0+t24处理条件下，SOD酶活性增加了0.04～0.47倍，C38，C15，C4，K7达到最大值，而A20，C51也保持较高SOD酶活性，说明0 ℃时充分激活了SOD酶的活性，随着胁迫时间的延长，酶活性有所降低，到72 h时，SOD酶活性又出现回升；-10 ℃处理组合下，6种杨树的酶活性稳定在较高水平，且变化不大，可能与植物体内产生SOD酶以清除低温带来的活性氧伤害有关；在-20 ℃处理组合下，SOD酶活性开始明显降低，至72 h时，C15和C51酶活性出现快速下降，二者的酶活性值低于常温CK，这说明低温已对它们造成伤害，C4，A20， K7及C38仍然保持较高的酶活性，高于常温CK，说明在-20 ℃的持续低温下，它们能通过体内的抗寒机制产生SOD酶活性来清除低温活性氧所带来的伤害。

2.2 不同处理条件下SOD酶活性的方差分析

从表1方差分析来看，在0 ℃处理条件下，杨树品种间SOD酶活性差异极显著，不同时间梯度处理间SOD酶活性差异显著；在-10 ℃处理条件下，品种间及时间梯度处理间差异不显著；在-20 ℃处理条件下，品种间SOD酶活性差异不显著，而在时间梯度处理间呈现出极显著差异。

结合方差分析和活性变化看，在低温胁迫初期，植物体内能激活SOD酶活性，但不同杨树品种对外界反应机制不完全相同，各杨树品种SOD酶活性差异较大；随着温度的递降及胁迫时间的延长，各杨树品种仍能维持一定的酶活性，以抵御外界低温的侵害，但各杨树之间的酶活性差异缩小；当温度降至-20 ℃时，随着胁迫时间的延长，抗寒性差的杨树品种如C51和C15的SOD酶活性出现了明显下降，低于对照值，说明植物可能已经抵御不了外界的低温。

3 结论与讨论

在低温胁迫下，植物体内会产生保护酶抗氧化防御系统，此系统主要由SOD、POD、PPO、CAT和AsA等组成，这些物质协同作用以去除植物体内的活性氧自由基，使植物体内自由基的产生与清除处于平衡状态，可起到调节膜透性、增加膜结构和功能稳定性的作用，其中，SOD酶是植物体内最重要的保护酶[3-7]。

从试验可看出，0 ℃低温处理下，6种杨树间SOD酶活性差异往往比较显著，且保持最高的酶活性，表明胁迫初期，各杨树对低温胁迫的反应机制有较大的差别，同时0 ℃的低温有助于激发保护酶活性[8]；随着温度降低，胁迫时间延长，SOD酶活性会出现反复式下降，但下降幅度并不深，和詹福建等人[9]的研究很类似，表明杨树对低温冻害可能已经具备了一定的抗性，使酶活性维持在较高水平，从而消除寒害产生的有毒物质对细胞的伤害。从胁迫末期SOD酶活性与对照的比较来看，6种杨树的SOD酶活性没有显著低于对照，表明它们对低温有较强的抗性，同时也能看出，抗寒性差的杨树SOD酶活性下降幅度比较大[10]。首先想要指出的是，本试验采用的是人工模拟自然条件进行低温下抗寒研究，但在人工低温条件下，抗寒试验与自然条件下的试验结论会有所不同，这是因为模拟条件与植物自然生长环境有差异[11]；其次，本试验仅考虑了持续低温对树种的影响，而降温的速度，低温时间的长短，解冻的快慢，及降温的过程都是影响植物抗寒生理生化机制的重要因素，况且自然界的气候千变万化，降温幅度、降温时间长短等决不是能人为控制的，如极端最低温度、寒潮等的突然出现；再次，本试验选用离体叶片作为人工低温条件下的试验材料，当叶片脱离了母体后，它的一些生理特性可能会发生变化；最后，树种的抗寒性还与植物的驯化有关，驯化时间越长，抗寒性越好，而且幼苗和成年树的抗寒能力也不同，植物的抗寒性会随着树龄的增加而增加[12]。

总之，SOD酶活性能在一定程度上反映植物的抗寒性，但植物的抗寒机制是一个复杂的生理生化反应过程，受多种因素和指标的影响[13-15]，因此，为了对这6种杨树的抗寒能力做出更为科学准确的描述，需要在以后的研究中补充其他指标综合进行反映。

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