低温胁迫下红榄李生理响应研究_方赞山.pdf

桉树科技 2023,40(2):1-10 EUCALYPT SCIENCE&TECHNOLOGY _ 基金项目：海南省省属科研院所技术创新专项濒危红树植物红榄李保护与修复关键技术研究(KYYS-2021-13)；国家自然科学基金濒危红树植物红榄李濒危机制与回归引种实验研究(41776148)；福建省海洋生态保护与修复重点实验室开放基金濒危红树植物滨滨猫尾木的引种回归研究(EPR2020010)作者简介：方赞山(1989 )，男，硕士，助理研究员，从事红树林保护与生态恢复研究。E-mail:*通信作者：张颖(1977 )，女，博士，教授，从事红树林的保护与生态修复研究。E-mail: DOI:10.13987/ki.askj.2023.02.001 低温胁迫下红榄李生理响应研究 方赞山1，郝露露2,3，白琳霞2，钟才荣1，张天祥2,3，张颖1,2*(1.海南省林业科学研究/海南省红树林研究院，海南 海口 571129；2.岭南师范学院生命科学与技术学院，广东 湛江 524048；3.温州大学生命与环境科学学院，浙江 温州 325035)摘要：为探究低温胁迫下国家一级保护植物红榄李的生理响应机制，文章以 1 年生幼苗为试验材料，人工模拟低温环境，探究红榄李幼苗在不同温度下的生理变化情况。结果表明：红榄李幼苗受到中度低温胁迫 15/12(日/夜)时通过提高可溶性糖、可溶性蛋白、总酚含量，过氧化氢酶和过氧化物酶活性来缓解低温胁迫对植株造成的生长限制和氧化胁迫，且温度恢复对红榄李幼苗的冷害现象有一定缓解作用。但在重度低温胁迫 8/5(日/夜)处理下红榄李幼苗受损严重，且温度恢复处理会加速红榄李幼苗的死亡。关键词：濒危红树植物；红榄李；低温胁迫；生理响应；相关性分析 中图分类号：Q945.79 文献标志码：A Effects of Low Temperature Stress on Physiological Characteristics of Lumnitzera littorea FANG Zanshan1,HAO Lulu2,3,BAI Linxia2,ZHANG Cairong1,ZHANG Tianxiang2,3,ZHANG Ying1,2*(1.Forestry Science Research of Hainan Province,Hainan Mangrove Research Institute,Haikou 571129,Hainan,China;2.School of Life Sciences and Technology,Lingnan Normal University,Zhanjiang 524048,Gaungdong,China;3.College of Life and Environmental Science,Wenzhou University,Wenzhou 325035,Zhejiang,China)Abstract:In order to explore the physiological response mechanism to low temperature stress of the first-class national protected plant,Lumnitzera littorea,the physiological changes in one-year-old seedlings of this species under different temperatures were examined by artificially simulating low temperature environments.The results showed that growth limitations and oxidative stresses caused by low temperature stress could be alleviated by increasing the soluble sugar,soluble protein,total phenol content,catalase and peroxidase activities.Subsequent temperature recovery had effects on the cold damage phenomenon of the same seedlings when they were subjected to moderate low temperature stress at 15/12 (day/night),with the temperature recovery treatment alleviating cold damage in L.littorea seedlings.However,the damage was severe under the treatment of 8 C/5 C(day/night),and the temperature recovery treatment accelerated the death of L.littorea.This study may provide preliminary support for the recovery of natural L.littorea populations.Key words:endangered mangrove;Lumnitzera littorea;low temperature stress;physiological response;correlation analysis 红树林是位于陆海交汇处的一种特殊的生态系统1，在中国主要分布在广东、广西、海南、浙江、福建等省区的沿海滩涂2。因其具有净化海洋环境、防风固沙、固碳储碳等多重生态功能3-4，被赋予“海岸卫士”和“海洋绿肺”的美称。目前，中国半数以上的原生红树植物处于不同的濒危状态5。极端低2 桉树科技 第 40 卷 温的频繁出现是加剧红树植物濒危状态的重要原因之一。低温不仅限制红树植物纬度分布6，而且抑制红树植物的生长发育，主要表现为导致植物叶片枯黄、落叶、延迟开花、幼果脱落、光合作用受限，甚至导致植物大面积死亡7。据报道，2008 年中国南方地区 19 个省市先后遭遇的极端低温雨雪冻害天气，使红树林均受到了不同程度的寒害7，其中东寨港引种的 38 株红榄李在此次的低温冻害中全部死亡8。使君子科(Combretaceae)榄李属(Lumnitzera spp.)濒危红树植物红榄李(L.littorea)为国家一级重点保护植物，其野生种目前只有唯一的分布地(三亚铁炉港)，野生种数量仅 9 株5，属中国红树植物中濒危状态最为严峻的真红树植物8-9。前期红榄李研究主要集中在分布调查、种质繁育、败育机制等方面，其低温响应机制研究较少，仅见低温下DEAD-box RNA 解旋酶基因的分析10。红树植物作为典型的生长在热带、亚热带地区的木本植物，对低温环境十分敏感。郑春芳等11发现低温胁迫下秋茄(Kandelia obovata)叶片中的 POD、APX 等抗氧化酶的活性降低，导致 ROS 的大量积累，对植物造成氧化损伤，从而使其生长受限。陈燕等12发现低温环境下，角果木(Ceriops tagal)和红海榄(Rhizophora stylosa)通过提高POD活性和游离脯氨酸含量来缓解低温造成的氧化损伤。在0/1(昼/夜)低温环境下，秋茄幼苗通过增加蔗糖和可溶性糖等渗透调节物质的含量缓解低温造成的伤害13；杨昌盛等14发现低温胁迫降低了红海榄和银叶树(Heritiera litto-ralis)的气孔导度，导致胞间 CO2浓度增多，使植物的光合系统失衡，从而影响其光合作用。郭菊兰等15发现秋茄幼苗通过提高叶片的水分利用率来减轻低温胁迫对净光合速率的影响；GU 等16发现无瓣海桑(Sonneratia apetala)在低温胁迫下通过较强的水力输送系统来维持自身生长，以适应低温环境。为揭示低温胁迫对红榄李的抗氧化能力、渗透调节能力和光合作用的影响，文章研究了低温胁迫下红榄李幼苗叶片丙二醛、相对电导率、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、总酚、净光合速率、气孔导度、蒸腾作用、叶片水分利用率、气孔限制、PSII 最大光能转化效率、PSII 实际光能转化效率等生理指标的变化情况，以期为提高红榄李的抗寒性育种工作提供理论参考。1 材料与方法 1.1 试验材料与试验设计 选取 1 年生人工培育的红榄李种苗，将其移栽在泥炭基质营养土育苗袋(直径 20 cm、高 25 cm)，并将育苗袋置于长60 cm、宽40 cm的塑料托盘中。加入氯化钠浓度5的Hogland溶液，每日浸淹6 h，每周换一次溶液。幼苗置于光照周期为 12 h/12 h、光强 30 000 lx、相对湿度为 50%70%(昼/夜)的植物冷光源人工气候培养箱(LRG-450-LED,LV BO，中国)中培养 1 个月。选取无病虫害、生长状态相近的红榄李幼苗作为试验材料。本试验共设置6 个处理组，CK：34/30(昼/夜，48 h)；T1：25/23(昼/夜，48 h)；T2：15/12(昼/夜，48 h)；T3：8/5(昼/夜，48 h)；R1：在 15/12(昼/夜)的条件下处理 48 h 后，在25/23(昼/夜)的条件下恢复处理 48 h；R2：在8/5(昼/夜)的条件下处理 48 h 后、在15/12(昼/夜)的条件下恢复处理 48 h。每组实验处理选取 10 株红榄李幼苗进行低温处理，并在处理时间结束的早上9001000 测定光合作用参数和叶绿素荧光参数，同时采集红榄李第二对叶的叶片作为测定各项生理指标的材料，每个指标均设置 3 个生物学重复。1.2 测定项目和方法 1.2.1 丙二醛和相对电导率的测定 用硫代巴比妥酸法测定丙二醛的含量17，按照李合生18的方法用电导率仪(DDSJ-308F，雷磁，中国)测定叶片的相对电导率(REC)。1.2.2 渗透调节物质的测定 测定方法18为：可溶性蛋白含量考马斯亮蓝法；脯氨酸含量用比色法；可溶性糖含量蒽酮比色法。第 2 期 方赞山，等：低温胁迫下红榄李生理响应研究 3 1.2.3 抗氧化物质的测定 方法为：SOD 酶活性硝基蓝四唑法18；CAT活性钼酸铵法19；POD 活性愈创木酚法20；总酚含量福林酚比色法21。1.2.4 光合作用参数及叶绿素的测定 在早上9：0010：00用LI-6800光合仪(LI-6800,LICOR，美国)测定各个处理组红榄李幼苗的第二对叶的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间 CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)，并计算红榄李的叶片水分利用率(WUE)(WUE=Pn Tr1)和气孔限制值(Ls)，计算方法参照文献22。以丙酮乙醇=11 的浸提液处理红榄李幼苗的叶片，然后利用分光光度法测定叶绿素的含量20。1.2.5 叶绿素荧光参数的测定 叶绿素荧光参数测定的叶片同光合参数测定的叶片，用 OS5p+便携式脉冲调制叶绿素荧光仪(OS5p+，北京澳作，美国)测定暗适应 20 min 后 PSII的最大光化学效率(Fv Fm1)、PSII 的实际光合效率(YPSII)、光化学淬灭(qP)、非光化学淬灭(qN)。1.3 统计与分析 采用 SPSS 软件对各组数据进行方差分析和Pearson 相关性分析，用 SigmaPlot 10.0 绘图。2 结果与分析 2.1 低温胁迫对红榄李幼苗表型的影响 低温胁迫使红榄李幼苗植株形态受到明显的损伤。在 T2 处理下叶片出现失水萎蔫、老叶呈下垂弯曲的症状；在 T3 处理下叶片出现变黄、伴有褐色斑点，且少量叶片出现卷曲和干枯的现象，表明植株受到较严重的低温损伤。与 T2 相比，在R1处理下出现萎蔫的叶片数量变少，温