兩種桉樹對低溫脅迫的響應(yīng)機(jī)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(zāi)害之一。因此，研究低溫脅迫對植物的傷害作用及其機(jī)理、探索植物抗冷凍機(jī)制及其預(yù)防措施，不僅對于引種栽培具有理論上的指導(dǎo)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(xué)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量具有廣泛的應(yīng)用價(jià)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(shí)驗(yàn)材料，利用多種實(shí)驗(yàn)

2、手段，從不同的角度對兩種桉樹響應(yīng)低溫脅迫進(jìn)行了相關(guān)工作。研究表明： (1)隨著低溫脅迫時(shí)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(qiáng)的低溫適應(yīng)性能力。 (2)兩種桉樹的光合特性指標(biāo)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)與低溫脅迫呈現(xiàn)密切相關(guān)，說明

3、這兩者均為桉樹應(yīng)對低溫脅迫的重要生理響應(yīng)，是檢測和評價(jià)兩種桉樹受到低溫脅迫影響程度的重要生理指標(biāo)。隨著低溫脅迫時(shí)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(bǔ)償點(diǎn)和葉綠素?zé)晒鈪?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(jié)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(jìn)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(shí)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(yīng)性策略。 (3)低溫脅迫處理對兩種桉樹的葉片蛋白質(zhì)表達(dá)有明顯的影響，同時(shí)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(diǎn)，還是表

5、達(dá)量發(fā)生變化的蛋白斑點(diǎn)，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(diǎn)則相對比較穩(wěn)定。與尾葉桉相比較而言，鄧恩桉表達(dá)量下調(diào)的斑點(diǎn)明顯要少于尾葉桉，而表達(dá)量上調(diào)和特異表達(dá)的蛋白點(diǎn)要明顯多于尾葉桉，這種表達(dá)差異的存在可能是鄧恩桉具有較強(qiáng)耐寒性的重要生理響應(yīng)。 (4)低溫脅迫引起了兩種桉樹葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的明顯改變。細(xì)胞的膜系統(tǒng)出現(xiàn)了明顯的損傷，葉綠體的結(jié)構(gòu)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(xì)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(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)在低溫脅迫下的損傷要比鄧恩桉嚴(yán)重的多，至-5度脅迫24h時(shí)，尾葉桉已經(jīng)出現(xiàn)了不可修復(fù)的損傷，細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器基本崩潰降解，只剩一些膜片狀結(jié)構(gòu)，而鄧恩桉的細(xì)胞結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(qiáng)于尾葉桉。 (5)正常情況下，液泡和

7、細(xì)胞間隙是尾葉桉和鄧恩桉葉肉細(xì)胞的主要Ca2+庫，而細(xì)胞基質(zhì)和細(xì)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(xì)胞液泡內(nèi)的Ca2+均較明顯的趨向于液泡膜內(nèi)側(cè)，細(xì)胞基質(zhì)Ca2+水平顯著提高，其中尾葉桉細(xì)胞質(zhì)中Ca2+的沉積顆粒要明顯大于鄧恩桉；隨著處理時(shí)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(cè)，鄧恩桉葉片細(xì)胞內(nèi)細(xì)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(xì)胞質(zhì)內(nèi)大顆粒的Ca2+

8、沉積則有所增加，同時(shí)質(zhì)膜上可見大顆粒的沉積。低溫脅迫后鄧恩桉葉肉細(xì)胞中Ca2+的這種變化可能是其耐寒能力比尾葉桉強(qiáng)的重要原因之一。 (6)常溫下生長的兩種桉樹的幼苗葉肉細(xì)胞中的ATP酶主要定位于細(xì)胞的質(zhì)膜、液泡膜和胞間連絲上，細(xì)胞核和葉綠體等其他細(xì)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(qiáng)度略高于尾葉桉外，兩種桉樹葉肉細(xì)胞中ATP酶分布的部位和活性強(qiáng)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(qiáng)度較低溫