桉树在合肥地区的引种栽培与抗寒性研究 - 图文(3)

良育种目的，并将优良的无性系通过无性繁殖的途径实现无性系造林。桉树的选优方 式采用５株优势木对比法，选择的标准因树种、林产品的用途、育种目的不同略有差

异。 （１）嫁接。嫁接苗能保持品种的优良特性，增强其适应性和抗逆性。影响嫁接 成活的内因是砧木与接穗亲和力的大小，一般来说，砧木与接穗闲缘关系越近其亲和 力越强，嫁接成活率越高。另外接穗与砧木质量和生长状况也影响嫁接的成活率；影 响成活的外因ｒ丰要是温度和湿度。成活率所需温度因植物各类不同而各有差异。在空 气温度较高的季节，采用塑料薄膜保湿可提高嫁接成活率。 （２）组织培养。植物组织培养指在无菌和人工控制条件下，利用适当的培养基，

对离体的植物器官、组织、细胞及原生质进行培养，获得再生细胞或完整植株的技术。 离体快繁是应用最为广泛的组培技术，目前，桉树的离体快繁已进入工厂化生产。通 过组织培养可以培育出无病毒苗木，还可以培育新品种或创新新特种。 （３）扦插。扦插是无性繁殖的一种主要方法，这是一种利用植物营养器官具有 再生能力，能发生不定芽或不定根的习性，切取其茎、叶、根的一部分，插入沙或其 它基质中，使其生根或发芽成为新植株的繁殖方式，这种方法培养的植株比播种苗生 长快、开花早，短时间内可育成多数较大的幼苗，缩短育苗时间，提高土地利用率， 并能将亲本的优良遗传性状很好的保存下来，培育出个体之间遗传性状比较一致的无 性系。因此，如果发现有价值的芽变，通过扦插可以培育成优良品系。而且扦插苗一 般比校健壮，对病虫害、干旱及霜冻的抵抗力强。 插穗基部切断面上的受伤细胞，由于原生质的分解而产生一种创伤激素，并且被 内层未受伤的健全细胞所吸收，使健全细胞的细胞膜木栓化，而将死伤细胞同健全细 胞隔离，在切口处的创伤激素和插穗上部转移来的生长激素以及其它生根诱导物质的 作用下，切口内层的健全细胞发生与切断面相平行的分裂，于是形成愈伤组织，这种 愈伤组织对插穗切口可起到一定程度的保护作用，防止病原菌侵入，同时也可防止插 穗中有效物质的流失。植物体内生长激素活性增强会更加促进愈伤组织的细胞分裂， 愈伤组织薄壁细胞逐渐分化形成愈伤组织木质部，它先同插穗中水分和养分的通道输 导组织连通，再同愈伤组织木质部的外侧连接，而发展成为根原始体，最后发育成根 ［２８１

０ 上世纪４０年代开始，随着人工合成生长素的研制成功以及对插穗生根机理的认 识，人工喷雾装置和自控温度、湿度、光照等设备的出现，许多难生根树种的扦插获 得了很大成功【２”们，国内外许多资料表明，不少造林树种都可采用扦插繁殖技术育苗 并用于造林生产ｆ３１?３２１。随着无性系林业的发展，特别是随着幼化理论和技术被突破， 扦插繁殖已成为一种重要的无性繁殖方式，扦插与组织培养相结合已成为林木育种、 育苗领域的现代技术框架【３３．３６１。

１．２植物抗寒性研究概述

温度是植物生长的必需条件，也是植物自然地理分布的主要限制因素。抗寒性是 植物在对低温寒冷环境的长期适应通过本身的遗传变异和自然选择获得的一种抗寒 能力。根据低温的程度和植物受害情况，可将低温逆境分为冷害（ｃｈｉｌｌｉｎｇ ｉｎｊｕｒｙ）和 冻害（ｆｉ＇ｅｅｚｉｎｇ ｉｎｊｕｒｙ）两种类型，前者是指冰点以上低温对植物的危害，后者是指冰 点以下低温对植物的危害【３ ７１。

１．２．１植物抗寒性机理研究进展

当植物遇到冷害时，根系生长减弱，细胞原生质黏性增大、流动性变慢，呼吸减 弱、供能减少，限制了水分和养料的吸收，此时植物叶片会萎蔫，严重时叶片甚至整 个枝条都会干枯。冷害对植物的伤害大致分两个步骤：一是膜相改变；二是因膜损坏 而引起的代谢紊乱致死【３７】。常温下的生物具有一定的流动性，但当温度下降至临界温 度时，冷敏感型植物的膜收缩，出现裂缝或通道，致使膜透性增大，细胞内溶质外渗， 并且使膜结合酶系统受破坏，膜结合酶系统与非膜结合酶系统的平衡丧失。当冷害程 度导致膜脂发生降解时，组织会受害死亡。植物细胞膜脂和脂肪酸组分与膜脂的相变 温度具有直接关系，脂肪酸不饱和度与植物的抗冷性呈正相关。 冻害对植物的危害主要是由于组织或细胞结冰引起的。电子显微扫描研究表明， 许多冻敏感型植物有明显的细胞间隙结冰现象【３引。根据植物体内结冰的方式不同，通 常将其分为两类：（１）细胞间隙结冰伤害。当环境温度缓慢降低，使植物组织内温度 降到冰点以下，细胞间隙的水开始结冰。胞间结冰会使原生质脱水，造成蛋白质变性 和原生质不可逆的凝固变性。随着低温的持续，胞间的冰晶不断增大，当其体积大于 细胞间隙空间时会对周围的细胞产生机械性的损伤。当温度骤然回升时，冰晶迅速融 化，细胞壁迅速吸水恢复原状，而原生质会因为来不及吸水膨胀，可能被撕裂。（２） 胞内结冰伤害。当温度骤降时，细胞内也会与细胞间隙同时结冰。细胞内冰晶体积小， 数量多，它们的形成会对生物膜、细胞器和衬质造成不可逆的机械伤害。原生质结构 被破坏必然导致代谢紊乱和细胞死亡１３¨。 关于冻害机制有两种假说：（１）膜伤害假说。大量试验证明，冰冻引起细胞的损 伤主要是膜系统受到伤害。电镜观察表明，细胞结冰最先是原生质膨胀，随着结冰时 间延长，原生质膜和液泡膜消失，叶绿体和线粒体膨胀【３引。简令成［３９１通过对番茄和 小麦幼苗研究发现，脂膜是冰冻损伤的最初部位，他认为低温可能先改变细胞膜上的 功能性蛋白质，然后引起生理生化过程的破坏。（２）硫氢基假说。原生质在冰冻脱水 时，随着原生质收缩，蛋白质分子相互靠近，当接近到一定程度时蛋白质分子中相邻 的硫氢基氧化成二硫键。解冻时肽链的空间位置发生变化，蛋白质的天然结构破坏，

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致使细胞受伤害死亡。因此，抗冻强的植物在较强的抗．ＳＨ氧化的能力，以避免或减

少二硫键的形成ｐ川。

１．２．２测定植物抗寒性方法

（１）叶片解剖。束际林等ｍ】对茶树叶片进行解剖发现，抗寒性强的茶树叶片叶 肉组织分化程度较高，栅栏组织层次多、厚度大。抗寒性强弱的另一标志就是，角质 层的厚度，叶片角质层位于叶片表面，是叶片的保护层。鉴定不同植物抗寒性，应对 栅栏组织厚、海绵组织厚、上表皮细胞厚等几项指标进行综合分析ｍ】。刘世彪等【４ｌ】 叶片叶脉突起度反映了叶脉与叶片所代表的输导组织和同化组织的相互协调、相互制 约的关系，具有遗传稳定性，作为抗寒性的结构指标具有较好的准确性。王玉【４２】等在 利用茶树叶片解剖结构指数预测茶树种质材料抗寒性的研究过程中发现，不同种质材 料的栅栏组织厚度与海绵组织厚度比值、上表皮厚度与海绵组织厚度比值、栅栏组织 厚度与总厚度厚度比值、角质层厚度与总厚度比值以及海绵组织厚度与总厚度比值等 都存在显著差异，他认为茶树叶片解剖结构指数的评价体系可进行茶树幼苗期抗寒性 的早期鉴定。郭素枝等【４３】在研究茉莉次生木质部时发现，具有更高的射线比率和射线 组织细胞内更多的淀粉粒的茉莉品种抗寒力强，并且淀粉粒与壁附物存在相关性，抗 寒能力强的品种的壁上附着物比抗寒能力弱的品种多。 （２）束缚水含量：植物受到低温胁迫时，增加束缚水含量并减少自由水含量， 使组织中亲水胶体化合物增多，增强原生质胶体的稳定性，抵御不利环境。自由水、 束缚水含量测定结果表明Ⅲ】，叶片总含水量与温度变化呈正比，而束缚水的含量却与 温度呈反比，束缚水是原生质结构的组成部分，因此，在低温逆境下，叶片束缚水含 量增加有利于提高植物抗寒性。姜楠【４５】等对６种百合种球的抗寒生的研究发现，百合 种球内束缚水／自由水的值随着温度的降低呈先缓慢上升后急剧上升的变化趋势，低 温胁迫达到一定程度时，细胞受到严重伤害，大量细胞液外渗，使束缚水／自由水的 值急剧上升，因此，百合种球内束缚水／自由水与品种的抗寒性正相关。鲍思伟ｍＪ研 究发现，在自然降温过程中，云锦杜鹃叶片的相对含水量和自由水含量明显减少，束 缚水含量明显增加，说明组织中亲水胶体化合物增多，原生质胶体稳定性增强，稳定 了细胞内水分，防止质壁分离和细胞膜撕裂，增强其抗寒适应能力。 （３）可溶性糖含量。细胞内可溶性糖含量增加可提高植物细胞液浓度，增强植 物细胞保水持水能力；糖份为植物提供碳源和底物，诱导与抗寒性相关的生理生化过 程的发生；同时可溶性糖还可以保护蛋白质，避免凝固，这些都有助于抗寒性的增强， 提高植物抗寒性。陶雅【４７】在研究不同品种的苜蓿时发现，在低温环境下，不同品种苜 蓿的可溶性糖含量有较大的差异，抗寒力强的品种的糖含量较抗寒力弱的品种高。肖 艳等【４８】试验证明，抗寒性强的百合品种在低温环境下，可溶性糖含量比抗寒能力弱的

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品种高。 （４）丙二醛的含量：氧自由基会导致细胞膜脂过氧化，产生丙二醛，低温环境 下，会造成丙二醛大量积累，使膜脂透性上升，破坏膜系统的完整性［４９－５０】。因此， ＭＤＡ含量是鉴定植物抗寒性的重要指标之一【５１．５２１。张吉立【５３１研究发现，自然降温过 程中，植物ＭＤＡ含量呈上升趋势，温度开始上升后，ＭＤＡ含量迅速下降。丙二醛含 量与植物抗寒性呈负相关，丙二醛含量高的品种抗寒性越弱ｍ】。 （５）脯氨酸含量：有学者认为脯氨酸是理想的有机渗透调节物质【５５１，植物在低 温胁迫下，通过提高脯氨酸的含量，可以保护细胞。脯氨酸在水溶液中形成亲水胶体， 与蛋白质相互作用产生疏水骨架，对蛋白质具有保护作用，当植物处于低温胁迫时， 可提高植物的抗寒性。另外，脯氨酸还可以激发过氧化氢酶、超氧化物酶等抗氧化系 统活性，使植物在低温环境下保持氧自由基的平衡。低温胁迫后，脯氨酸还可作为碳 源及氮源，为植物恢复提供所需能量。大量研究试验证明，低温胁迫使脯氨酸在植物 体内积累【５６。６２１。 （６）可溶性蛋白质含量：蛋白质在植物抗寒性的作用已成为植物抗寒机理研究 的热点之一。大量研究表明，许多植物在低温环境下，细胞内可溶性蛋白与抗寒抗冻 能力呈正比。刘慧引６３】试验发现，五叶地锦体内可溶性蛋白含量的变化与温度的变化 有直接关系，提高可溶性蛋白含量可以保护植物，提高植物抗寒性。目前，对于低温 锻炼诱导蛋白的功能的研究尚处于初步阶段，对其调节机理并不十分清楚。 （７）其它内含物：转基因拟南芥（Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｔｈａｌｉａｎａ）中蔗糖磷酸合酶的超 表达可促进蔗糖水平的提高，同时也提高了植株的耐寒程度畔】。丛生型拟南芥冷驯化 过程中抗寒性的研究证明，在拟南芥的莲座状叶片中，中央幼嫩的叶片比外围的叶片能 更快更高地获得抗寒性的提高，这部分可能与冷处理早期幼嫩叶片积累糖类的水平高 于外围叶片有关【６５１。植物中多胺含量的升高，也可以提高植物抗寒性。经甲基乙二醛． 双脒腙（ＭＧＢＧ）处理的菠菜（Ｓｐｉｎａｃｉａ ｏｌｅｒａｃｅａ）植株与对照相比较，其类囊体膜电子传导的活性及碳代谢过程中酶活性较低，而类囊体膜的膜脂过氧化程度较高。这些结 果表明腺苷甲硫氨酸脱羧酶（ＳＡＭＤＣ）活性的增强，叶绿体中随之上升的亚精胺（Ｓｐｄ） 对菠菜叶片中的光合细胞器的冷驯化有重要作用嘲】。黄瓜的抗寒性栽培种在低温（黑 暗中３＂Ｃ）环境时，其叶片内Ｓｐｄ的合成增强，而冻敏感性栽培种则没有这种变化【６７１。 （８）抗氧化系统。低温环境会促进活性氧产生，包括超氧根阴离子（０２。）、氢

氧根离子（ＯＨ?），羟自由基（－ＯＨ）、过氧化氢（Ｈ２０２）、单线态氧（０２）和过氧 化物自由基（ＲＯＯ．）。如果活性氧过度积累会损害植物膜系统，一些保护酶如过氧 化物酶（ＰＯＤ）、超氧超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、抗坏血酸过氧化物酶（ＡＰＸ）和过氧化氢酶 （ＣＡＴ）可清除活性氧自由基，因此，这些酶被称为保护酶系统，这些酶的活性与植物 抗寒能力有直接关系【６引。植物的抗氧化系统分为以ＳＯＤ、ＰＯＤ、ＣＡＴ、ＡＰＸ等为主

的酶系统【６９】和包括ＡＳＡ、ＧＳＨ、维生素Ｅ在内的非酶类抗氧化剂【７０】。

ＳＯＤ在１９６９年被ＭｃＣｏｒｄ和Ｆｒｏｄｏｖｉｃｈ发现【７¨，在决定Ｈａｂｅｒ－Ｗｅｉｓｓ反应中０２?和 Ｈ２０２的两个基质聚集程度上ＳＯＤ的活性起到了独特的作用，因此它被认为是抗逆机制 中的关键酶，可以清除植物体内的超氧根阴离子。过氧化氢酶和过氧化物酶的主要功 能是清除光呼吸过程中产生的Ｈ２０２，在过氧化物酶体中起着主导作用［７２－７３】。低温胁迫 会使辣椒植物体内ＳＯＤ活性上升【。７４】，王华等【７５】通过对杏的研究表明，ＳＯＤ活性初使 有上升，随着低温的持续，其活性急剧下降，但抗寒性较强品种的ＳＯＤ活性下降的速 率比对照比缓慢。彭昌操等１７６】试验表明，柑桔原生质体内ＳＯＤ、ＣＡＴ酶活必越强，其 抗寒性较强。林定波等＂７ｊ发现低温条件下锦橙（Ｃｉｔｒｕｓ ｓｉｎｅｎｓｉｓ）的ＣＡＴ和ＳＯＤ活性也

会提高，植物中ＳＯＤ活性水平的提高会增加植物的抗寒能力。Ｓａｔｏ等【『７８】对水稻（Ｏｒｙｚａ

ｓａｔｉｖａ）先热处理然后冷处理的试验结果得出，抗坏血酸过氧化物酶（ＡＰＸ）在水稻幼 苗抗冷伤害保护中可能起着作用。抗氧化酶在维管束鞘细胞和叶肉细胞中的超量产 生，可增强转基因植物抵抗氧化和冷胁迫的能力。对水稻植株冷驯化的研究发现，水 稻植株叶片内的过氧化氢酶（ＣＡＴ）、ＡＰＸ以及根部的ＳＯＤ、ＣＡＴ、ＡＰＸ和谷光甘肽 还原酶（ＧＲ）的活性显著增强，其中ＣＡＴ和ＡＰＸ在水稻冷驯化与抗寒中起的作用最为重

要【７９１。植物叶绿体中ＳＯＤｓ的超量产生可保护植物不受冷伤害【８０】。 抗坏血酸作为一种抗氧化剂，在植物体内可以有效的清除损伤膜和酶分子结构的 自由基，维持自由基的动态平衡，提高植物的抗寒性。低温会影响黄瓜子叶抗坏血酸 含量，温度越低抗坏血酸含量越低。 （９）细胞膜透性与膜内不饱和脂肪酸含量。低温逆境下，植物细胞膜脂的物相 发生改变，细胞膜透性增大，盐类或有机物渗出，使介质中的电导率变大，电导率越 大其耐寒性越小。因此，对低温处理过的植物的细胞浸出液的电导率进行测定，可以 推测出其细胞受破坏的程度，确定其抗寒能力，该法应用十分广泛。在植物的抗寒性 研究中，常利用电导法测定相对电导率并配合Ｌｏｇｉｓｔｉｃ方程回归分析【８卜８３】，求得拐点 温度来求植物的低温半致死温度可以更为准确的判断植物抗寒性瞰－９０］。 Ｌｙｏｎｓ等…认为细胞膜的正常功能有赖于膜结构的完整性和膜脂的流动性，而膜 的流动性和膜相变与植物抗冷性密切相关。由于磷脂的脂肪酸组成能控制膜的流动 性，因此磷脂的脂肪酸成为决定植物抗寒性的主要因素瞰】。不抗冷的植物品种在一定 的低温下，膜脂发生了从液相到凝胶相得变化，内脂和膜蛋白都失去原有的活动能力， 使生物膜部分或全部丧失了功能，致使植物受害。沈测９３】在不同温度条件下对常春藤 叶片中磷脂的变化进行了分析，发现与温室栽培相比，露地栽培的常春藤具有较高的 不饱和磷脂和不不饱和脂肪酸含量，说明低温促进植物不饱和磷脂的合成。Ｔａｓａｋａ 等【舛】也在研究木本植物对寒害的敏感因子中指出，木本植物叶片中磷酸酰甘油的脂肪

酸组成不同，与常绿木本植物的抗寒性有关。 ９

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