植物低温胁迫及其抗性生理 江福英1, 2 , 李 延1 , 翁伯琦 2
(1. 福建农林大学资源与环境学院, 福建 福州 350002; 2. 福建省农业科学院, 福建 福州 350003 收稿日期:2002-02-02初稿; 2002-05-29修改稿
作者简介:江福英(1975- , 女, 在读硕士研究生, 主要从事牧草植物生理方面的研究。基金项目:福建省科技厅重点科技项目(2000T 005 。
摘 要:综述低温胁迫对植物活性氧代谢、光合作用、呼吸作用、氮代谢等生理过程的影响, 以及提高植物抗寒性的措施及其机理。提出尚待进一步研究的问题。关键词:低温胁迫; 抗寒性; 抗寒蛋白; 抗寒基因中图分类号:Q 945. 78
文献标识码:A
Review on physiology of chilling stress and chilling resistance of plants JI AN G Fu-y ing 1, 2, L I Yan 1, W ENG Bo -qi 2
(1. Colleg e of Resour ces and E nv ir onment Sciences , Fuj ian A gr icultur e and F or estry Univ ersity , Fuz hou , Fuj ian 350002, China ; 2. Fuj ian A cademy of A gr icultur al Sciences , Fuz hou , Fuj ian 350003, China Abstract :T he physio lo gical chang es such as the activ e o xy gen metabolism, photo synthesis, r espiration a nd nit ro gen metabolism o f chilling st ress plants and the m ethods o f chilling resist ance w ere intr oduced , so me pr oblems need t o be fur ther investig ated in the ar ea of pla nt
chilling -resistance w ere put for w ard . Key words :Chilling str ess; Chilling r esist ant ; Chilling resistant pro tein; Chilling r esist ant gene
低温胁迫是植物栽培中常常遇到的一种灾害, 它不仅会导致植物产量的降低, 严重时还会造成植株的死亡[1]。研究低温胁迫对植物的伤害作用及其机理, 探索植物抗寒机制及其预防措施, 具有重要的理论和实际意义。本文就此领域的研究概况和进展作一综述, 并提出需进一步研究的问题。
1 低温胁迫对植物伤害效应及机理 1. 1 活性氧代谢
1. 1. 1 膜脂相变 细胞膜系统是低温冷害作用的首要部位, 温度逆境不可逆伤害的原初反应发生在生物膜系统类脂分子的相变上[2]。膜脂脂肪酸的不饱和度或膜流动性与植物抗寒性密切相关。增加膜脂中的不饱和类脂或脂肪酸含量能降低膜脂的相变温度, 且膜脂上的不饱和脂肪酸成分比例越大, 植物的相变温度越低, 抗寒性也越强[2～11]。植物对低温反应的一种重要表现就是增加不饱和度较高的脂肪酸, 如增加油酸、亚油酸、亚麻酸在总脂肪酸中的比例; 增加磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰甘油在总磷脂中的比重
[9～11] 。王洪春等[4] 对206个
水稻品种种子干胚膜脂脂肪酸组成所做的分析表明, 抗冷品种(粳稻 的膜总类脂脂肪酸组成中, 含有较多的亚油酸C 18∶2和较少的油酸C 18∶1, 其脂肪酸的不饱和指数高于不抗冷品种(籼稻 。类似的报道在香蕉、柑桔、番茄等中也得到证实[6～8]。一般认为膜的流动性在很大程度上是由膜上的脂, 特别是膜磷脂的脂肪酸所决定。膜磷脂的脂肪酸组成能控制膜流动性, 因而成为临界冷冻决定因素, 高比例的磷脂合成可能有利于植物免受冻害。近年来的研究表明[3]
, 磷脂酰甘油(PG 因具有较多的饱和脂肪, 而成为决定膜脂相变一重要因素, PG 的脂肪酸组成及其相变温度与植物抗寒性密切相关。具有相同脂肪酸链的不同磷脂的热致相变中, 不同极性端的磷脂其相变温度的顺序为磷脂甘油(PG >磷脂酰胆碱(PE >磷脂酰乙醇胺(PC [12]。1. 1. 2 膜脂过氧化 植物在低温胁迫下细胞膜系统的损伤可能与自由基和活性氧引起的膜脂过氧化和蛋白质破坏有关[13]。植物体内的自由基与活性氧具有很强的氧化能力, 对许多生物功能分子有破坏作用。植物体内也同时存在一些清除自由基和活性
福建农业学报17(3 :190～195, 2002 Fuj ian J our nal of A gr icultur al S ciences 文章编号:1008-0384(2002 03-0190-06
氧的酶类和非酶类物质。自由基、活性氧和清除它们的酶类和非酶类物质在正常条件下维持平衡状态, 在一定的低温范围内, 保护酶系的含量或活性上升有利于保持植物体内自由基的产生和清除之间的平衡, 不致造成膜脂过氧化; 但当温度继续下降或低温持续时间延长, 则活性氧、自由基产生就会明显增加, 而清除量下降, 导致自由基积累, 造成膜脂过氧化。王华等[14]研究表明, 杏花SOD 活性达到半致死温度前有一个上升峰, 但随着温度继续降低, SOD 活性急剧下降, 抗寒性强的品种其SOD 活性下降的速率较抗寒性弱的品种缓慢。此外, 曾韶西等[15]研究发现, 低温会降低黄瓜子叶抗坏血酸过氧化物酶活性(ASAPOD 和GSH 含量, 且温度越低ASAPOD 活性和GSH 含量越低。
低温胁迫下, 植物膜脂过氧化产物丙二醛(M DA 大量积累, 会造成膜透性上升, 电解质外渗, 使电导率值变大, 导致细胞膜系统的严重损伤。金戈等[16]的研究表明, 小麦叶片0℃处理1h 的叶片组织电阻值较对照略有下降; 当处理温度为-4℃及更低时, 叶片的电阻比对照下降了20%～30%。而测定叶片灌流流出液时, 经0℃处理1h 后, 流出液电导率比对照略有上升; 5～10℃处理1h 叶片灌流流出液的电导率比对照增加了3倍。细胞质膜透性变化的实质是低温下细胞收缩和质膜物态变化改变了膜的选择透性。1. 2 光合作用
植物低温胁迫及其抗性生理
