紅花槭（Acer rubrum），別名為：美國(guó)紅楓、北方紅楓、北美紅楓、沼澤楓等，屬槭樹科槭樹屬。美國(guó)紅楓是美國(guó)受歡迎的綠化樹種之一，被廣泛用于公園、小區(qū)、街道等綠化美化場(chǎng)所，既可做庭院樹又可做行道樹，深受人們的喜愛。
我國(guó)華北至華東地區(qū)有栽培。近年來彩葉樹種以其多種色彩，極大地豐富了城市綠化的景觀層次，正成為目前綠化樹種的新寵。美國(guó)紅楓正是彩葉樹種的典型代表，具有很高的園林價(jià)值，在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展，已在其層積育苗[1、2]、組織培養(yǎng)[3、4]、栽培基質(zhì)[1、5]與苗期肥料方面[6]進(jìn)行了研究。筆者以美國(guó)紅楓為試材，采用人工冷凍的方法，探討低溫脅迫對(duì)其抗寒生理指標(biāo)的影響，以期為美國(guó)紅楓抗寒栽培措施的制定提供理論依據(jù)，為美國(guó)紅楓苗木繁育和推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料與處理
試驗(yàn)于2010年12月下旬～2011年1月上旬在沈陽市園林科學(xué)研究院進(jìn)行。供試材料為美國(guó)紅楓當(dāng)年生休眠枝條，均采自于沈陽市園林科學(xué)研究院樹木標(biāo)本公園內(nèi)。采集長(zhǎng)勢(shì)一致的枝條，用自來水洗凈，去離子水沖洗4～5次后用濾紙吸干水分，剪成15cm長(zhǎng)的枝段，兩端封蠟后裝入聚乙烯膜中進(jìn)行冷凍處理。處理溫度分別設(shè)置為-15℃、-20℃、-25℃、-30℃、－35℃，每個(gè)溫度處理24h，以五角楓枝條為對(duì)照。每個(gè)處理選取枝條9段，3次重復(fù)。
1.2 抗寒性生理指標(biāo)測(cè)定
（1）超氧化物歧化酶（SOD）活性測(cè)定：采用NBT光還原法；
（2）丙二醛（MDA）含量測(cè)定：采用TBA法。
1.3 細(xì)胞膜透性測(cè)定及半致死溫度計(jì)算
細(xì)胞膜透性測(cè)定：采用電導(dǎo)法。半致死溫度計(jì)算：按Rajashrekar 等的方法將相對(duì)電導(dǎo)率擬合Logistic曲線方程：
y=k/(1+ae-bt) …………………………………（1）
式（1）中：y 為相對(duì)電導(dǎo)率；t 為溫度梯度；k 為極限相對(duì)電導(dǎo)率，為100%；a 和b 為待定系數(shù)。對(duì)式（1）求二階導(dǎo)數(shù)，并令其為0，得公式（2）：t=lna/b …………………………………………（2）
式（2）為相對(duì)電導(dǎo)率隨溫度下降而增加快時(shí)的溫度，即LT50(或組織崩潰點(diǎn))。依據(jù)式（1）和（2）計(jì)算低溫半致死溫度LT50。
2 結(jié)果與分析
2.1 低溫脅迫下美國(guó)紅楓、五角楓枝條內(nèi)SOD酶活性的變化
由圖1 可知，美國(guó)紅楓枝條內(nèi)SOD酶活性隨著脅迫溫度的降低表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，SOD酶活性在-30℃時(shí)活性高。五角楓枝條內(nèi)SOD酶活性隨著溫度的降低而上升，沒有下降的趨勢(shì)。
圖1 美國(guó)紅楓、五角楓不同溫度處理SOD值的變化
2.2 低溫脅迫下美國(guó)紅楓枝條MDA含量的變化
圖2 美國(guó)紅楓、五角楓不同溫度處理MDA值的變化
如圖2 所示，美國(guó)紅楓、五角楓各處理下枝條MDA總體含量均隨處理溫度的降低表現(xiàn)出升高的變化趨勢(shì)；美國(guó)紅楓枝條內(nèi)MDA含量在－35℃達(dá)到高為17.98nmol/g；五角楓的高值為12.27nmol/g。
2.3 低溫脅迫下美國(guó)紅楓枝條細(xì)胞膜透性變化
圖3 美國(guó)紅楓、五角楓不同溫度處理相對(duì)電導(dǎo)率的變化
低溫脅迫下相對(duì)電導(dǎo)率的變化如圖3 所示。在低溫脅迫下，美國(guó)紅楓枝條細(xì)胞膜透性變化隨著脅迫溫度的降低而增大；美國(guó)紅楓枝條相對(duì)電導(dǎo)率在-20℃～-30℃時(shí)變化不大，在-30℃～-35℃迅速增加，達(dá)到53.16%,說明枝條細(xì)胞膜已受到嚴(yán)重?fù)p傷；五角楓相對(duì)電導(dǎo)率變化不明顯，在-35℃時(shí)，相對(duì)電導(dǎo)率沒達(dá)到50%。以電解質(zhì)滲透率達(dá)50%時(shí)的溫度作為半致死溫度(LT50)是國(guó)內(nèi)外確定半致死溫度的簡(jiǎn)捷方法。為進(jìn)一步準(zhǔn)確判斷美國(guó)紅楓枝條半致死溫度，利用相對(duì)電導(dǎo)率結(jié)合logistic方程對(duì)各枝條的重要溫度點(diǎn)進(jìn)行了擬合。由表1可知，美國(guó)紅楓枝條LT50分別為-34.88℃，相對(duì)電導(dǎo)率相關(guān)系數(shù)在0.95以上，說明采用相對(duì)電導(dǎo)率擬合logistic 曲線方程來描述人工冷凍處理后枝條傷害過程效果較好。
表1 低溫處理后枝條相對(duì)電導(dǎo)率logistic方程參數(shù)和重要溫度點(diǎn)
3 結(jié)果與討論
SOD被稱為植物細(xì)胞防御系統(tǒng)的保護(hù)酶，研究表明保護(hù)酶在植物體內(nèi)的濃度和活性的高低與植物的抗寒性強(qiáng)弱有密切的關(guān)系。本試驗(yàn)中，低溫脅迫前期，SOD活性增強(qiáng)，反映美國(guó)紅楓枝條在前期降溫過程中出現(xiàn)了應(yīng)激反應(yīng)，美國(guó)紅楓枝條通過調(diào)節(jié)SOD活性來增強(qiáng)自身的抗寒性，這可能是美國(guó)紅楓對(duì)低溫脅迫主動(dòng)適應(yīng)的方式之一。隨脅迫溫度降低，SOD活性下降，其自身調(diào)節(jié)能力減弱，清除自由基的能力下降，從而導(dǎo)致低溫脅迫傷害，細(xì)胞膜保護(hù)酶系統(tǒng)已經(jīng)受到了損傷。當(dāng)植物處于逆境脅迫下時(shí)，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量的自由基，誘發(fā)或加劇細(xì)胞膜脂過氧化，進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞膜破壞。
MDA作為膜脂過氧化終產(chǎn)物，是反映細(xì)胞膜傷害程度的一個(gè)重要指標(biāo)。本試驗(yàn)中，隨著低溫脅迫溫度的降低，美國(guó)紅楓枝條內(nèi)MDA含量升高，這是美國(guó)紅楓受到低溫脅迫后細(xì)胞膜受到傷害的表現(xiàn)；MDA是自由基引導(dǎo)的膜脂過氧化產(chǎn)物,其含量與SOD酶活性的高低密切相關(guān)，本試驗(yàn)中,在-20℃-35℃區(qū)間,美國(guó)紅楓MDA含量比五角楓偏高,說明美國(guó)紅楓在低溫脅迫下,受傷害程度較五角楓稍大。
相對(duì)電導(dǎo)率是反映植物組織受凍后細(xì)胞原生質(zhì)膜透性大小的重要指標(biāo),以相對(duì)電導(dǎo)率來表示植物在低溫傷害下細(xì)胞質(zhì)膜透性變化是鑒定植物抗寒性較常用的方法,已被廣泛應(yīng)用。低溫對(duì)膜的傷害主要表現(xiàn)在膜透性的改變，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)大量向外滲透。通過測(cè)定外滲液電導(dǎo)值的變化，可反映所測(cè)材料的細(xì)胞膜傷害程度。本試驗(yàn)中相對(duì)電導(dǎo)率隨溫度降低呈現(xiàn)“S”形上升趨勢(shì)，美國(guó)紅楓枝條相對(duì)電導(dǎo)率在-35℃時(shí)超過50%，表明其低溫半致死溫度約為-35℃，這與利用logistic 方程計(jì)推算的半致死溫度-34.88℃基本吻合。
通過對(duì)美國(guó)紅楓和五角楓的幾種生理指標(biāo)的研究可以初步得出, 美國(guó)紅楓可以抵抗-35℃的低溫，其抗寒能力雖然不及五角楓 ，但可以在沈陽露地越冬。美國(guó)紅楓的抗寒能力較五角楓弱，但其具體的抗寒表現(xiàn),還與降溫幅度、低溫持續(xù)時(shí)間和樹體發(fā)育狀況等有關(guān),有待于進(jìn)一步的深入研究。