1、第41卷第5期2023年10 月青海大学学报Journal of Qinghai UniversityVol.41 No.5Oct.2023低温胁迫对青海茄参叶片生理特性的影响王晓霞,王成，赵艳艳（青海大学农牧学院，青海西宁8 10 0 16）摘要：为探究0 低温胁迫对青海茄参生理指标的影响，本文以青海茄参叶片为试验材料，以常温2 5为对照（CK）,研究低温胁迫下青海茄参叶片游离脯氨酸含量、丙二醛（MDA）含量及抗氧化酶(SOD、PO D、CA T)活性的响应规律。结果表明:O低温处理下，青海茄参叶片的MDA含量、SOD活性、POD活性和CAT活性在0.5d先上升后缓慢下降，游离脯氨酸含量在0
2、.5d先上升后下降再上升;0 低温处理的青海茄参渗透物质浓度和抗氧化酶活性在胁迫时间内显著高于常温2 5处理。综上，低温胁迫条件下，青海茄参通过提高叶片游离脯氨酸含量、MDA含量、SOD活性、POD活性、CAT活性等维持细胞内渗透平衡，增强其抗寒性；依据生理指标变化规律，初步揭示了青海茄参响应0 低温处理的关键时间点为0.5d，推测青海茄参对低温胁迫的抵抗能力较强。关键词：青海茄参；生理指标；低温胁迫；抗寒性中图分类号：Q945.78:S641.9文献标志码：AD0I:10.13901/ki.qhwxxbzk.2023.05.008Effects of low temperature stre
3、ss on the physiological characteristics(College of Agriculture and Animal Husbandry,Qinghai University,Xining 810016,China)Abstract:The leaves of Mandragora chinghaiensis are taken as experimental materials to explore theeffects of low temperature stress at O o n i t s p h y s i o l o g i c a l i n
4、d e x e s.T h e r e s p o n s e o f f r e e p r o l i n econtent,malondialdehyde(MDA)content and antioxidant enzyme activity(SOD,POD and CAT)inthe leaves under low temperature stress are investigated taking normal temperature 25 C as control(CK).The results show that under low temperature at O C,the
5、 MDA content,SOD activity,PODactivity and CAT activity in the M.chinghaiensis leaves first increase and then slowly decrease at O.5days,while the content of free proline first increases,then decreases and then increases at 0.5 days.The concentration of osmotic substances and antioxidant enzyme activ
6、ity of M.chinghaiensis treatedat 0 l o w t e m p e r a t u r e a r e s i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n t h o s e t r e a t e d a t 2 5 d u r i n g t h e s t r e s s.In s u m-mary,under the condition of low temperature stress,M.chinghaiensis maintains intracellular osmoticbalance and enha
7、nces its cold resistance by increasing leaf free proline content,MDA content,SODactivity,POD activity,CAT activity,etc.Based on the variations of physiological indexes,it is re-vealed that the key time point for M.chinghaiensis to respond to O C low temperature treatment is0.5 days,indicating that i
8、t has a strong resistance to low temperature stress.Key words:Mandragora chinghaiensis;physiological index;low temperature stress;cold resistance文章编号：10 0 6-8 9 9 6(2 0 2 3)0 5-0 0 53-0 5of Mandragora chinghaiensis leavesWANG Xiaoxia,WANG Cheng,ZHAO Yanyan收稿日期：2 0 2 3-0 3-16基金项目：国家自然科学基金项目（318 6 0 5
9、7 5）作者简介：王晓霞（19 9 8 一），女，山东烟台人，青海大学在读硕士研究生。*通信作者，Ema i l：y l t f y 6 0 0 158 16 3.c o m54青海茄参（Mandragora chinghaiensis Kuang et A.M.Lu）为茄科（Solanaceae）茄参属（Mandragora）多年生双子叶草本植物，生长于海拔36 50 40 0 0 m的河滩草地，于每年4一5月发芽，具有在气候严峻、温度低下、光照辐射强、昼夜温差大等条件下生存的能力。低温胁迫能改变植物细胞膜的通透性，使植物体内的渗透平衡发生紊乱，而植物也会通过累积脯氨酸，调节体内渗透平衡来保
10、护细胞结构2-3。罗丹等4 研究发现，低温胁迫下番茄幼苗叶片中的脯氨酸含量明显增加。王瑞等5 研究发现,玉米幼苗的脯氨酸含量会随低温胁迫强度的增加而增长,且抗寒品种的脯氨酸含量普遍高于普通品种。植物受到低温胁迫时产生的过量有毒化合物会让活性氧（RO S)含量增加,从而破坏细胞膜结构6)，但植物抗氧化系统中的超氧化歧化酶（SOD）、过氧化物酶（PO D）、过氧化氢酶（CAT)等抗氧化酶能够减少活性氧对细胞膜的伤害7 ,维持植物的氧化还原反应。秦文斌等8 研究发现,随着低温胁迫时间的延长,甘蓝幼苗的SOD活性显著增加,POD与CAT活性有不同程度增加,且耐寒品种的抗氧化酶活性高于不耐寒品种。活性氧
11、（ROS）含量的增加会导致植物细胞质膜发生损伤,丙二醛（MDA)含量的变化能够检验细胞质膜发生损伤的程度9 目前,关于0 低温胁迫对青海茄参影响的研究仍处于空白阶段。本文以常温2 5为对照(CK)，对青海茄参叶片进行0 低温胁迫处理，分析青海茄参叶片中游离脯氨酸含量、丙二醛（MDA）含量及抗氧化酶活性(SOD、PO D、CA T)等生理指标的变化规律,以期为青海茄参抗寒资源的筛选与应用提供理论依据。1材料与方法1.1试验材料供试材料为青海茄参叶片，由青海大学实验室提供。1.2试验方法将2 0 2 2 年生长的青海茄参叶片放于常温2 5人工气候箱（12 h/12h光周期，光照强度12 0 0 0
12、 lx）处理一周后,再分别于0 低温与常温2 5人工气候箱连续处理30 d。为避免昼夜节律的变化，于上午8 时开始低温处理，对低温胁迫0.0.5、1、5、10、2 0、30 d的青海茄参叶片分别进行采样，每个时间点设3个生物学重复,采集成熟叶，用液氮速冻，储存于-8 0 冰箱中备用。游离脯氨酸含量采用酸性三酮方法测定,丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法测定,过氧化物酶(POD)采用愈创木酚法测定，超氧化物岐化酶（SOD）采用氮蓝四唑（NBT）法测定，氧化氢酶（CA T)采用紫外吸收法测定,均按照植物生理学实验技术【10 1步骤进行。1.3数据分析数据处理及折线图制作采用MicrosoftE
13、xcel2010和GraphPad8.0.1,方差分析采用SPSS26.0软件进行处理。2结果与分析2.11低温胁迫下青海茄参叶片的表型特征图1为低温胁迫下青海茄参叶片的表型特征。由图1可知,0 低温处理下，青海茄参叶片逐渐变软，颜色逐渐变浅，0.5 10 d的叶片卷曲程度比0 d大，10 d后叶片逐渐菱焉失去弹性，柔软程度加剧，但在0 低温处理下叶片未出现冰晶等现象。常温2 5处理下，青海茄参叶片为墨绿色，坚挺有力，较为舒展。青海大学学报第41卷第5期王晓霞等：低温胁迫对青海茄参叶片生理特性的影响550d0.5 d1d5dFig.1 Phenotypic characteristics of
14、 M.chinghaiensis leaves under low temperature stress2.2低温胁迫对青海茄参叶片生理特性的影响2.2.1游离脯氨酸含量图2 为低温胁迫对青海茄参叶片游离脯氨酸含量的影响。由图2 可知，随着0 低温处理时间的延长，青海茄参叶片游离脯氨酸含量呈先上升后下降再上升的趋势，于0.5d达到峰值。0低温处理0.530 d的青海茄参叶片游离脯氨酸含量与Od相比存在显著性差异;常温2 5处理条件下，青海茄参叶片游离脯氨酸含量无显著性差异；与常温2 5处理相比,0 低温处理各时间段青海茄参叶片游离脯氨酸含量均显著提高。青海茄参在低温胁迫下，通过积累体内游离脯氨
15、酸的含量来保护叶片组织代谢平衡，提高青海茄参的存活能力。2.2.2丙二醛(MDA）含量图3为低温胁迫对青海茄参叶片MDA含量的影响。由图3可知,随着0 低温处理时间的延长，青海茄参叶片MDA含量呈先上升后下降的趋势,于5d达到峰值;0 低温处理0.5、1、5、10 d 的青海茄参叶片MDA含量与Od的青海茄参叶片MDA含量存在显著性差异。随着常温2 5处理时间的延长,青海茄参叶片MDA含量变化无显著性差异。0低温处理0.5 10 d的青海茄参叶片10d图1低温胁迫下青海茄参叶片的表型特征200r(8150100dd5000图中小写字母表示处理间差异显著（P0.05），下同。图2 低温胁迫对青海
16、茄参叶片游离脯氨酸含量的影响Fig.21Effects of low temperature stress on the free proline content5r25(r.3.ourl)/鲁 VaWa483bb2工00图3低温胁迫对青海茄参叶片MDA含量的影响Fig.3Effects of low temperature stress on the MDA contentin the M.chinghaiensis leaves20daabd0.5in the M.chinghaiensis leavesb0.530dTo口2 5 bcbcCCdd15时间/d15时间/dd10200aba
17、bbb1020303056MDA含量显著高于常温2 5处理的青海茄参叶片MDA含量，说明低温胁迫损伤了青海茄参叶片的质膜。低温胁迫下青海茄参叶片MDA含量变化不显著，说明青海茄参抗寒能力较强。2.2.3超氧化物歧化酶(SOD)活性图4为低温胁迫对青海茄参叶片SOD活性的影响。由图4可知,随着0 低温处理时间的延长，青海茄参叶片SOD活性总体呈先上升后下降的趋势，0 0.5d青海茄参叶片SOD活性变化趋势最大，于0.5d达到峰值;0 低温处理0.5、1、5、10 d 的青海茄参叶片SOD活性与Od的青海茄参叶片SOD活性存在显著性差异,0 低温处理0.5d的青海茄参叶片SOD活性与0 低温处理2
18、 0、30 d的青海茄参叶片SOD活性存在显著性差异。常温25处理下青海茄参叶片SOD活性的波动不大,且均无显著性差异。0 低温处理0.510d的青海茄参叶片SOD活性显著高于常温2 5处理下的青海茄参叶片SOD活性,说明青海茄参在此期间保持较强的抗寒能力。2.2.4过氧化物酶(POD)活性图5为低温胁迫对青海茄参叶片POD活性的影响。由图5可知，随着0 低温处理时间的延长，青海茄参叶片POD活性呈先上升后下降趋势，0 0.5d青海茄参叶片POD活性变化趋势最大，于0.5d达到峰值。0 低温处理Od的青海茄参叶片POD活性与0.530d的青海茄参叶片POD活性存在显著性差异。常温2 5处理下青
19、海茄参叶片POD活性波动不大,且无显著性差异。0 低温处理0.5 30 d的青海茄参叶片POD活性显著高于常温2 5处理下的青海茄参叶片POD活性，说明青海茄参具有较强的抗寒能力。2.2.5过氧化氢酶(CAT)活性图6 为低温胁迫对青海茄参叶片CAT活性的影响。由图6 可知,随着0 低温处理时间的延长，青海茄参叶片CAT活性呈先上升后下降的趋势,0 1d青海茄参叶片CAT活性变化趋势最大，于1d达到峰值。0 低温处理5、10、2 0、30 d的青海茄参叶片CAT活性与0.0.5、1d的青海茄参叶片CAT活性差异显著;0 低温处理0.5、1d的青海茄参叶片CAT活性青海大学学报250ra150C
20、C1005000图4低温胁迫对青海茄参叶片SOD活性的影响Fig.4Effects of low temperature stress on the SODactivity in the M.chinghaiensis leaves20000r_utu:1500010 000/5 000d d00图5低温肋迫对青海茄参叶片POD活性的影响Fig.5Effects of low temperature stress on the PODactivity in the M.chinghaiensis leaves200ab150d d100工5000图6低温胁迫对青海茄参叶片CAT活性的影响Fig
21、.6Effects of low temperature stress on the CATactivity in the M.chinghaiensis leaves第41卷二0 口2 5ababab工工CC0.51时间/da工d0.5bdd工0.5bcbc工C510二0 2 5aad1510时间/d025 oHCdd工工15时间/dC2030abbcdd20d1020Cd30Cd工30第5期与0 d的青海茄参叶片CAT活性差异显著。常温2 5处理下青海茄参叶片CAT活性波动不大,且无显著性差异。0 低温处理0.5 30 d的青海茄参叶片CAT活性显著高于常温2 5处理下青海茄参叶片CAT活
22、性,说明CAT活性指标参与了青海茄参的低温胁迫反应,且青海茄参具有良好的抗寒能力。3结论游离脯氨酸是一种水性氨基酸，当植物受到低温胁迫时会通过调节自身含量变化，维持植物细胞内的渗透平衡 1,提高细胞液的浓度,增强水分保持,维持细胞内环境稳定 12 。本研究发现,0 低温处理下青海茄参叶片的游离脯氨酸含量始终高于常温2 5处理,且0.5d的表达量最高，说明青海茄参受到低温胁迫时会积累体内的游离脯氨酸含量，提高自身抗寒能力与生存能力，也说明游离脯氨酸含量的变化与植物的抗寒性有关。这与史红梅等 13 的研究结果一致。丙二醛（MDA)作为植物细胞膜脂过氧化程度的衡量指标,其含量的多少代表了细胞膜脂的损
23、伤程度 7.14。本研究中青海茄参叶片MDA含量随低温胁迫时间的延长呈先上升后下降的趋势，于5d达到峰值，说明低温胁迫5d时青海茄参叶片损伤程度最高。青海茄参叶片MDA含量在低温胁迫0.530d的变化趋势不显著，说明低温使青海茄参细胞膜脂过氧化程度变化不明显，推测青海茄参具有良好的抗膜脂过氧化能力。MDA含量变化可作为植物耐低温性鉴定的生理指标。活性氧在植物体内的生成和清除是一个动态平衡的状态,低温会打破这种平衡,使活性氧的含量增多 15。低温胁迫下,植物体内光氧化反应加剧,产生的大量超氧阴离子自由基与OH-结合会损伤细胞DNA，SO D 活性能催化超氧阴离子自由基发生歧化反应,生成氧与过氧化
24、氢,POD活性能清除植物体内过量的过氧化氢，而CAT活性是清除活性氧的辅助酶 8 。因此，SOD、PO D 和 CAT 活性等抗氧化酶的共同配合，可以清除植物体内因低温胁迫产生的超氧阴离子和过氧化氢，维持植物体内的氧化和抗氧化平衡，对植物起保护作用。本研究结果表明,青海茄参叶片抗氧化酶（SOD、PO D、CA T）活性均随低温胁迫时间的延长呈先上升后下降的趋势，且低温胁迫下青海茄参叶片的抗氧化酶活性始终高于对照，但随着低温胁迫强度的加深,抗氧化酶活性减弱。安兵壮等 16 、杨梅花等 17 的研究与本研究相似。综上，青海茄参通过提高叶片游离脯氨酸、MDA含量以及维持较高水平的抗氧化酶（SOD、P
25、O D、CAT)活性等减轻低温胁迫带来的伤害,推测青海茄参可能具有较强的抗寒能力，也揭示了青海茄参响应0 低温处理的关键时间点为0.5d。王晓霞等：低温胁迫对青海茄参叶片生理特性的影响57参考文献：1】钟信念，梁其干，徐建伟，等.蕾期低温胁迫对棉花生长发育的影响 J.新疆农业科学，2 0 2 2,59（3）：551-557.2】李生军.低温胁迫对唐古特著脯氨酸、丙二醛含量的影响研究 J.农民致富之友，2 0 18（2 0）：33.【3】陈菲.低温胁迫对楼斗菜脯氨酸和可溶性蛋白含量的影响 J.北方园艺,2 0 11（5）：2 9-31.【4罗丹，张喜春，田硕.低温胁迫对番茄幼苗脯氨酸积累及其代谢
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