砷超积累植物对低温胁迫的响应及耐寒性分析

作     者：刘朝柱 杨瑷瑄 吴博贤 剧永望 刘雪 LIU Chaozhu;YANG Aixu-an;WU Boxian;JU Yongwang;LIU Xue

作者机构：西南林业大学生态与环境学院昆明650224 西南林业大学环境修复与健康研究院昆明650224 

出 版 物：《生态学杂志》 (Chinese Journal of Ecology)

年 卷 期：2025年第44卷第1期

页      面：196-205页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 071001[理学-植物学] 07[理学] 

基　　金：大学生创新创业训练计划项目(20210752043,20210752014) 云南省“兴滇英才支持计划”青年人才专项(YNQR-QNRC-2019-027) 云南省农业基础研究联合专项(202101BD070001-043) 云南省教育厅科学研究基金项目(2023Y0713,2023Y0715) 国家自然科学基金项目(41867066,41907129)资助 

主　　题：砷超积累植物 生态型 生理生化响应 低温胁迫 耐寒机制 

摘      要：蜈蚣草(Pteris vittata,PV)是世界上首次被报道的砷超积累植物,是砷污染土壤修复的理想植物材料。然而,低温是影响其生长和分布的主要胁迫因子之一。本研究以7种生态型蜈蚣草(广州、文山、昆明、腾冲、厦门、昭通、福州)及其同属的砷超积累植物大叶井口边草(Pteris cretica,PC)和井栏边草(Pteris multifida,PM)为实验材料,利用人工智能培养箱进行低温(4℃)胁迫,分析胁迫24、72、120 h后植物细胞膜系统(丙二醛(MDA)含量、渗透调节物质(脯氨酸(Pro)含量、保护酶系统(过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性及相对电导率的变化规律,并采用隶属函数法评估植物的耐寒性。结果表明:1)随胁迫时间增加,MDA含量、Pro含量、POD和CAT活性均呈显著上升趋势,120 h后分别提高11.9%~1720%、0.5%~115%、98.9%~946%和10.7%~220%,增幅最显著的为PC、PM及厦门PV,分别为昆明、福州及广州PV的3.79~144、1.14~2.43、1.99~2.54和1.94~20.6倍,其中,低温胁迫后PC的MDA提高17.2倍,PM的Pro提高11.5倍,厦门PV的POD和CAT提高9.46和2.2倍,表明此3种植物对低温胁迫较敏感。相对电导率呈先上升后下降趋势,低温胁迫72 h时提高17.7%~82.6%,120 h时下降9.7%~51.7%;增幅最大的植物种类为PC,提高74.8%。低温胁迫各指标响应值的主成分分析提取获得两个主因子(PC1和PC2),累计贡献率62.1%,各指标贡献率权重表现为:相对电导率(26.8%)Pro(25.5%)POD(21.7%)MDA(16.6%)CAT(9.5%)。2)模糊隶属函数、综合评价及聚类分析结果表明,植物耐寒性可分为3个类群:高耐寒性(福州昆明广州文山)、中耐寒性(PC腾冲厦门PM)和低耐寒性(昭通),表明PC、PM及不同生态型PV对低温胁迫的适应性和响应存在差异,在低温下可通过提高渗透调节物质Pro含量及抗氧化酶POD和CAT活性,平衡细胞代谢过程以适应低温环境。本研究结果可为探明砷超积累植物对低温胁迫应答的调控机制提供理论依据,为砷超积累植物抗寒性品种选育提供科学支撑。