兩種桉樹對低溫脅迫的響應機制研究.pdf

1、低溫是限制植物自然分布和栽培區(qū)帶的主要因素之一，也是我國的自然災害之一。因此，研究低溫脅迫對植物的傷害作用及其機理、探索植物抗冷凍機制及其預防措施，不僅對于引種栽培具有理論上的指導意義，而且對于發(fā)展培育較多品種的抗寒植物，增加我國寒冷地區(qū)的生物學產(chǎn)量和經(jīng)濟學產(chǎn)量具有廣泛的應用價值。本研究選擇我國栽培面積較廣的尾葉桉(Eucalyptus urophylla)和目前選育出的較為耐寒且速生的鄧恩桉(E.dunnii)為實驗材料，利用多種實驗

2、手段，從不同的角度對兩種桉樹響應低溫脅迫進行了相關工作。研究表明： (1)隨著低溫脅迫時間的延長，兩種桉樹的抗氧化酶SOD活性與MDA含量均呈現(xiàn)明顯上升趨勢，表明抗氧化系統(tǒng)在清除氧自由基、抑制膜脂過氧化方面具有重要作用。在低溫脅迫處理后，鄧恩桉的抗氧化酶SOD活性高于尾葉桉，MDA含量要低于尾葉桉，這在一定程度上表明鄧恩桉具有較強的低溫適應性能力。 (2)兩種桉樹的光合特性指標和葉綠素熒光參數(shù)與低溫脅迫呈現(xiàn)密切相關，說明

3、這兩者均為桉樹應對低溫脅迫的重要生理響應，是檢測和評價兩種桉樹受到低溫脅迫影響程度的重要生理指標。隨著低溫脅迫時間的延長，兩種桉樹的光合參數(shù)Pn、Gs、Tr、Amax、Φ、LSP、CE、Fv/Fm和Fv/Fo均呈比較明顯的下降趨勢，而CO2補償點和葉綠素熒光參數(shù)Fo則呈現(xiàn)明顯的上升。在本研究的低溫處理過程中，兩種桉樹葉片的葉綠素含量均未出現(xiàn)顯著的下降，結合各光合參數(shù)的變化趨勢發(fā)現(xiàn)，兩種桉樹的光合速率下降的主要原因是非氣孔因素，進一步的分

4、析表明羧化酶等光合酶活性的下降是主要的非氣孔因素，但隨著低溫脅迫時間的延長，氣孔限制因素的影響變得越來越大。在低溫脅迫處理過程中，鄧恩桉Pn、Gs、Tr、Amax、Φ、LSP、CE、Fv/Fm和Fv/Fo的下降程度以及Fo的上升程度明顯小于尾葉桉，表明鄧恩桉在低溫脅迫中具有更廣泛的抗寒適應性策略。 (3)低溫脅迫處理對兩種桉樹的葉片蛋白質(zhì)表達有明顯的影響，同時兩種桉樹的電泳圖譜間存在較為明顯的差異。無論是新出現(xiàn)的蛋白斑點，還是表

5、達量發(fā)生變化的蛋白斑點，多數(shù)集中于小分子量范圍內(nèi)，而大分子量范圍的蛋白質(zhì)斑點則相對比較穩(wěn)定。與尾葉桉相比較而言，鄧恩桉表達量下調(diào)的斑點明顯要少于尾葉桉，而表達量上調(diào)和特異表達的蛋白點要明顯多于尾葉桉，這種表達差異的存在可能是鄧恩桉具有較強耐寒性的重要生理響應。 (4)低溫脅迫引起了兩種桉樹葉肉細胞超微結構的明顯改變。細胞的膜系統(tǒng)出現(xiàn)了明顯的損傷，葉綠體的結構出現(xiàn)變形，類囊體片層出現(xiàn)腫脹模糊和消失，淀粉粒降解，液泡中內(nèi)含物增多，在

6、鄧恩桉葉肉細胞中還出現(xiàn)了環(huán)狀片層等等。隨著處理溫度的下降，尾葉桉葉肉細胞的超微結構在低溫脅迫下的損傷要比鄧恩桉嚴重的多，至-5度脅迫24h時，尾葉桉已經(jīng)出現(xiàn)了不可修復的損傷，細胞內(nèi)細胞器基本崩潰降解，只剩一些膜片狀結構，而鄧恩桉的細胞結構尚維持的比較完整，并未造成致死性的傷害。低溫脅迫下，鄧恩桉的葉綠體超微結構表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性，淀粉粒的降解要遲于尾葉桉，在一定程度上表明鄧恩桉抗寒性的調(diào)節(jié)能力強于尾葉桉。 (5)正常情況下，液泡和

7、細胞間隙是尾葉桉和鄧恩桉葉肉細胞的主要Ca2+庫，而細胞基質(zhì)和細胞核中的Ca2+濃度比較低。0℃低溫脅迫處理后，兩種桉樹葉片細胞液泡內(nèi)的Ca2+均較明顯的趨向于液泡膜內(nèi)側，細胞基質(zhì)Ca2+水平顯著提高，其中尾葉桉細胞質(zhì)中Ca2+的沉積顆粒要明顯大于鄧恩桉；隨著處理時間的延長，二者Ca2+仍主要位于液泡內(nèi)并更加明顯的趨向于液泡膜內(nèi)側，鄧恩桉葉片細胞內(nèi)細胞質(zhì)中Ca2+的沉積略有減少，在質(zhì)膜上也可見少量的沉積，而尾葉桉細胞質(zhì)內(nèi)大顆粒的Ca2+

8、沉積則有所增加，同時質(zhì)膜上可見大顆粒的沉積。低溫脅迫后鄧恩桉葉肉細胞中Ca2+的這種變化可能是其耐寒能力比尾葉桉強的重要原因之一。 (6)常溫下生長的兩種桉樹的幼苗葉肉細胞中的ATP酶主要定位于細胞的質(zhì)膜、液泡膜和胞間連絲上，細胞核和葉綠體等其他細胞器的膜上分布不明顯，除鄧恩桉胞間連絲上分布的ATP酶強度略高于尾葉桉外，兩種桉樹葉肉細胞中ATP酶分布的部位和活性強度并無顯著的差異。0℃低溫處理使尾葉桉質(zhì)膜上ATP酶活性強度較低溫