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摘 要低温对植物的生存和生理过程有着强烈的影响。植物受到低温胁迫后，植物的生理活动受到不同程度的影响，严重时甚至致死。本研究探讨了低温对植物的伤害以及生理指标的适应性变化，并研究了植物经低温锻炼后其与抗逆性相关的生理指标的变化。为低温锻炼提高植物抗冷性提供一定的依据，并为减少低温对植物的伤害提供一定的措施和方法。
关键词低温锻炼；番茄；抗冷性；脯氨酸；青菜；叶绿素
中图分类号S6文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)041-0102-02
1综述
1）低温对植物的伤害。植物是一个开放体系，它的生存离不开自然环境。使植物产生伤害的环境称为逆境（stress），又称胁迫。比如寒冷、高温、干旱、盐渍等。这种不良环境的适应性和抵抗力成为植物的抗性（hardiness）。植物的抗性生理就是研究不良环境对植物生命活动的影响，以及植物对低温环境的抗御能力。低温对植物的危害按低温程度和受害情况可分为冻害（零下低温）和冷害（零上低温）两种。
2）低温锻炼对提高植物抗冷性的影响。低温锻炼是提高植物抗冷性的一个很有效的途径，植物对低温的抵抗完全是一个适应锻炼的过程，很多植物如预先给与适当的低温锻炼，即可经受更低温度的影响，从而不受伤害。如番茄幼苗移出温室前经过1-2d10℃处理，栽后即可抵抗5℃左右的低温，黄瓜苗经10℃低温锻炼，即可抵抗3-5℃低温。前苏联科学家很重视植物抗寒锻炼，在玉米幼苗从最适温度直到0℃低温逐渐降低，然后再从低温升高到最适温度，这样处理后，玉米抗冷性明显提高。
3）研究目的与意义。低温对植物的生存和生理过程有着强烈的影响。植物受到低温胁迫后，植物的生理活动受到不同程度的影响，严重时甚至致死。“锻炼”是指植物体通过某种方式提高机体的生理机能，健康素质和抗逆能力，以期适应生态环境，更好生存的自我调节和完善过程。
本试验研究低温对植物的伤害以及生理指标的适应性变化，并测定植物经低温锻炼后其与抗逆性相关的某些生理指标的变化。为全面了解植物的正常生理活动和低温锻炼能否提高植物的抗冷性提供了一定的依据。从而也为减少低温对植物的伤害提供一定的措施和方法。
4）主要研究内容。①番茄幼苗和青菜幼苗在经过2℃低温后，叶片中可溶性糖的变化以及经过12℃低温锻炼后的实验组与对照组在2℃低温下植株的存活率。②测定未经低温锻炼和经低温锻炼后番茄、青菜叶片中脯氨酸含量。
2低温对植物的伤害
植物在遭受低温伤害后，植物原生质膜，选择性丧失，对植物的透性发生改变，使得一些盐类，或有机物从细胞中渗出，进入周围溶液中，通过糖的显色反应，即可见外界溶液中糖类的增加。本次实验研究了番茄幼苗和青菜幼苗在经过2℃低温后，叶片中可溶性糖的变化以及经过12℃低温锻炼后的实验组与对照组在2℃低温下植株的存活率。
2.1材料与方法
1）植物材料及培养方法。番茄种子和青菜种子产自上海长征良种实验场。将番茄和青菜种子分别播种于12cm口径的盆中，置14h光照，26℃/21℃（昼/夜）温度的生长箱中，生长约14-15d。
2）主要仪器：冰箱（上海市电器有限公司）、移液管（北京赛多利斯仪器系统公司）、HH水浴锅（南京真空电炉厂）。
3）实验方法。①试剂：浓硫酸、蒽酮（分析纯）均产自上海一恒科技有限公司。②实验步骤：
一是取上述植物叶片置于冰箱内，置8h，取出直径约1cm的钻孔器，钻取叶子圆片40片，用蒸馏水洗三遍，以除去切口液汁，置于盛有20ml蒸馏水的小烧杯中，另取未经低温处理过的叶片，同样钻取40个圆片，洗涤后，置于另一盛有20ml的小烧杯中，置于室温让其浸泡数小时（2h以上）。定性测量叶片浸液的含糖量：除去上述烧杯中的叶子圆片，吸取浸出液1ml于大试管中，加蒽酮少许及少量浓硫酸，摇匀，于沸水中煮沸10min，如有糖存在，可产生绿色，绿色深浅，即表示糖分的多少。
二是将上述实验准备的植物，当其长出两片真叶时，转移到昼夜温度为12℃/12℃，14h光照的生长箱中，低温锻炼7d然后与对照，即播种在26℃/21℃（昼/夜）温度下萌发生长15d，长出2片真叶，未经12℃低温锻炼的幼苗一起转移到2℃冷室中（黑暗）进行冷胁迫处理，胁迫处理1d，2d，3d后，再返回到26℃/21℃（昼夜），14h光照的生长箱中，检测锻炼的未锻炼幼苗恢复生长的状况。
2.2结果分析
1）经过低温处理的叶片浸液加入蒽酮和浓硫酸后产生绿色，较未经低温处理的叶片深。说明了经过低温处理后的叶片细胞中的可溶性糖渗出。
2）经过12℃低温锻炼7d的番茄幼苗在转移到2℃冷胁迫中，与对照（未经低温锻炼）相比较，其抗冷性显著提高。对照从26℃直接转移到2℃，经1d冷胁迫叶片周围的叶绿素即遭破坏，叶片绿色变淡，织物开始萎焉，冷胁迫3d，植株全部死亡。而经过低温锻炼的幼苗，在2℃低温胁迫下，无论是1d还是3d，均保持不受伤害的健康活力状态，4个重复结果一致，100﹪存活。
2.3讨论
丙二醛（MDA）是膜质过氧化的最终分解产物，其含量可以反应植物遭受逆境伤害的程度，MDA从膜上产生的位置释放后，可以与蛋白质和核酸反应，从而丧失功能，还可以是纤维素分子间的桥键松驰或抑制蛋白质的合成。从试验结果中可以得知通过低温锻炼可以增加植物叶片中的丙二醛含量，也就是表示通过低温锻炼后植物对逆境的适应性增强。
3脯氨酸含量的测定
本试验测定了经过12℃低温锻炼后番茄和青菜幼苗叶片中的脯氨酸含量，并与正常生长条件下番茄和青菜幼苗叶片中脯氨酸含量的进行了比较。
3.1材料与方法
1）植物材料及培养方法。番茄种子和青菜种子产自上海长征良种实验场。将番茄和青菜种子分别播种于12cm口径的盆中，置14h光照，26℃/21℃（昼/夜）温度的生长箱中，当幼苗长出2片真叶时（播种14-15d），转移到昼夜温度为12℃/12℃，14h光照的生长箱中，低温锻炼7d。
2）主要仪器：WFJ-7200型分光光度计、LD5-2A离心机（北京赛多利斯仪器系统公司）、500ml容量瓶（上海玻璃仪器一厂）、BS110S电子天平（北京赛多利斯仪器系统公司）、大试管（上海玻璃仪器一厂）、移液管（上海玻璃仪器一厂）、注射器（上海玻璃仪器一厂）、HH-S恒温水浴锅（南京真空电炉厂）。
3）试剂：茚三酮，磺基水杨酸，冰乙酸与甲苯均产自上海一恒试剂有限公司。
4）实验步骤。①酸性茚酸酮溶液的配制：将1.25g茚三酮溶于30ml冰乙酸和20ml 6mol/L磷酸混合溶液中，搅拌加热70℃溶解，贮于冰箱中，这是因为配制的酸性茚三酮仅在24h内稳定，因此最好先用现配。茚三酮的用量与脯氨酸的含量有关。一般当脯氨酸含量在每毫升10ug以下时，显色液中茚三酮的浓度要达到每毫升10mg，才能保证脯氨酸充分显色。②3﹪磺基水杨酸的配制：在电子天平上准确称取3g磺基水杨酸加蒸馏水溶解后定容至100ml。
绘制标准曲线
在1-10ug每毫升脯氨酸浓度范围内制作标准曲线：
一是取0.05g脯氨酸定容到500ml容量瓶中，其浓度为100ug/ml，分别取该溶液1-10ml，用蒸馏水稀释到100ml，即成1-10ug/ml的脯氨酸标准溶液。
二是取标准溶液各2ml到10个试管中，分别加入2ml3﹪磺基水杨酸，2ml冰乙酸和4ml2.5﹪茚三酮溶液，置沸水浴中显色60min。冷却后，加4ml甲苯萃取红色物质。静置后，取甲苯相测定520nm波长出的吸收值，以甲苯相为空白对照，依据脯氨酸量和相应吸收值绘取标准曲线。
图1脯氨酸浓度的标准曲线
样品的测定：
一是脯氨酸的提取：准确称取不同处理的待测植物叶片各0.5g，分别置大管中，然后向各管分别加入5ml 3％的磺基水杨酸溶液，在沸水浴中提取10min，（提取过程中要经常摇动），冷却后过滤于干净的试管中，滤液即为脯氨酸的提取液。
二是吸取2ml提取液于另一干净的带玻塞试管中，加入2ml冰醋酸及2ml酸性茚三酮试剂，在沸水浴中加热30min，溶液即呈红色。
三是冷却后加入4ml甲苯，摇荡30s，静置片刻，取上层液至10ml离心管中，在3000rpm下离心5min。
四是用吸管轻轻吸取上层脯氨酸紅色甲苯溶液于比色杯中，以甲苯为空白对照，在分光光度计上520nm波长处比色，求得吸光度值。
3.2结果与分析
从标准曲线上查出2ml测定液中脯氨酸的浓度x（ug/ml），然后计算样品中脯氨酸含量的百分数。计算公式如下：
脯氨酸含量（μg/g）＝[X×5/2]/样重（g）
图2低温锻炼下番茄和青菜叶片中脯氨酸的含量
从上图中可以发现经过低温锻炼后番茄和青菜幼苗叶片中脯氨酸的含量高于未经低温锻炼幼苗叶片中的脯氨酸含量。而属于抗冷性植物的青菜无论是低温锻炼前还是低温锻炼后其叶片中。
3.3讨论
脯氨酸在植物细胞适应胁迫过程中起重要作用。脯氨酸的作用为细胞内的渗透调节剂，还原剂或能量来源等等，鉴于脯氨酸上述作用，有关其代谢和调节的研究一直是逆境生理中的热点研究课题，人们试图通过控制代谢反应，提高细胞内脯氨酸的含量，以增加植物的抗冷性。脯氨酸是植物体内主要渗透调节物质之一。植物抗逆性与脯氨酸关系的研究日益被重视。在通常情况下植物体内游离的脯氨酸含量很低，但在逆境（早、热、冷、冻等）条件下，脯氨酸含量可猛增数十倍至百倍。因此植物体内脯氨酸含量可作为抗逆性的一项生化指标。本试验结果也表明经过低温锻炼后青菜和番茄幼苗中的脯氨酸含量明显增加，抗逆性也增强。
关键词低温锻炼；番茄；抗冷性；脯氨酸；青菜；叶绿素
中图分类号S6文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)041-0102-02
1综述
1）低温对植物的伤害。植物是一个开放体系，它的生存离不开自然环境。使植物产生伤害的环境称为逆境（stress），又称胁迫。比如寒冷、高温、干旱、盐渍等。这种不良环境的适应性和抵抗力成为植物的抗性（hardiness）。植物的抗性生理就是研究不良环境对植物生命活动的影响，以及植物对低温环境的抗御能力。低温对植物的危害按低温程度和受害情况可分为冻害（零下低温）和冷害（零上低温）两种。
2）低温锻炼对提高植物抗冷性的影响。低温锻炼是提高植物抗冷性的一个很有效的途径，植物对低温的抵抗完全是一个适应锻炼的过程，很多植物如预先给与适当的低温锻炼，即可经受更低温度的影响，从而不受伤害。如番茄幼苗移出温室前经过1-2d10℃处理，栽后即可抵抗5℃左右的低温，黄瓜苗经10℃低温锻炼，即可抵抗3-5℃低温。前苏联科学家很重视植物抗寒锻炼，在玉米幼苗从最适温度直到0℃低温逐渐降低，然后再从低温升高到最适温度，这样处理后，玉米抗冷性明显提高。
3）研究目的与意义。低温对植物的生存和生理过程有着强烈的影响。植物受到低温胁迫后，植物的生理活动受到不同程度的影响，严重时甚至致死。“锻炼”是指植物体通过某种方式提高机体的生理机能，健康素质和抗逆能力，以期适应生态环境，更好生存的自我调节和完善过程。
本试验研究低温对植物的伤害以及生理指标的适应性变化，并测定植物经低温锻炼后其与抗逆性相关的某些生理指标的变化。为全面了解植物的正常生理活动和低温锻炼能否提高植物的抗冷性提供了一定的依据。从而也为减少低温对植物的伤害提供一定的措施和方法。
4）主要研究内容。①番茄幼苗和青菜幼苗在经过2℃低温后，叶片中可溶性糖的变化以及经过12℃低温锻炼后的实验组与对照组在2℃低温下植株的存活率。②测定未经低温锻炼和经低温锻炼后番茄、青菜叶片中脯氨酸含量。
2低温对植物的伤害
植物在遭受低温伤害后，植物原生质膜，选择性丧失，对植物的透性发生改变，使得一些盐类，或有机物从细胞中渗出，进入周围溶液中，通过糖的显色反应，即可见外界溶液中糖类的增加。本次实验研究了番茄幼苗和青菜幼苗在经过2℃低温后，叶片中可溶性糖的变化以及经过12℃低温锻炼后的实验组与对照组在2℃低温下植株的存活率。
2.1材料与方法
1）植物材料及培养方法。番茄种子和青菜种子产自上海长征良种实验场。将番茄和青菜种子分别播种于12cm口径的盆中，置14h光照，26℃/21℃（昼/夜）温度的生长箱中，生长约14-15d。
2）主要仪器：冰箱（上海市电器有限公司）、移液管（北京赛多利斯仪器系统公司）、HH水浴锅（南京真空电炉厂）。
3）实验方法。①试剂：浓硫酸、蒽酮（分析纯）均产自上海一恒科技有限公司。②实验步骤：
一是取上述植物叶片置于冰箱内，置8h，取出直径约1cm的钻孔器，钻取叶子圆片40片，用蒸馏水洗三遍，以除去切口液汁，置于盛有20ml蒸馏水的小烧杯中，另取未经低温处理过的叶片，同样钻取40个圆片，洗涤后，置于另一盛有20ml的小烧杯中，置于室温让其浸泡数小时（2h以上）。定性测量叶片浸液的含糖量：除去上述烧杯中的叶子圆片，吸取浸出液1ml于大试管中，加蒽酮少许及少量浓硫酸，摇匀，于沸水中煮沸10min，如有糖存在，可产生绿色，绿色深浅，即表示糖分的多少。
二是将上述实验准备的植物，当其长出两片真叶时，转移到昼夜温度为12℃/12℃，14h光照的生长箱中，低温锻炼7d然后与对照，即播种在26℃/21℃（昼/夜）温度下萌发生长15d，长出2片真叶，未经12℃低温锻炼的幼苗一起转移到2℃冷室中（黑暗）进行冷胁迫处理，胁迫处理1d，2d，3d后，再返回到26℃/21℃（昼夜），14h光照的生长箱中，检测锻炼的未锻炼幼苗恢复生长的状况。
2.2结果分析
1）经过低温处理的叶片浸液加入蒽酮和浓硫酸后产生绿色，较未经低温处理的叶片深。说明了经过低温处理后的叶片细胞中的可溶性糖渗出。
2）经过12℃低温锻炼7d的番茄幼苗在转移到2℃冷胁迫中，与对照（未经低温锻炼）相比较，其抗冷性显著提高。对照从26℃直接转移到2℃，经1d冷胁迫叶片周围的叶绿素即遭破坏，叶片绿色变淡，织物开始萎焉，冷胁迫3d，植株全部死亡。而经过低温锻炼的幼苗，在2℃低温胁迫下，无论是1d还是3d，均保持不受伤害的健康活力状态，4个重复结果一致，100﹪存活。
2.3讨论
丙二醛（MDA）是膜质过氧化的最终分解产物，其含量可以反应植物遭受逆境伤害的程度，MDA从膜上产生的位置释放后，可以与蛋白质和核酸反应，从而丧失功能，还可以是纤维素分子间的桥键松驰或抑制蛋白质的合成。从试验结果中可以得知通过低温锻炼可以增加植物叶片中的丙二醛含量，也就是表示通过低温锻炼后植物对逆境的适应性增强。
3脯氨酸含量的测定
本试验测定了经过12℃低温锻炼后番茄和青菜幼苗叶片中的脯氨酸含量，并与正常生长条件下番茄和青菜幼苗叶片中脯氨酸含量的进行了比较。
3.1材料与方法
1）植物材料及培养方法。番茄种子和青菜种子产自上海长征良种实验场。将番茄和青菜种子分别播种于12cm口径的盆中，置14h光照，26℃/21℃（昼/夜）温度的生长箱中，当幼苗长出2片真叶时（播种14-15d），转移到昼夜温度为12℃/12℃，14h光照的生长箱中，低温锻炼7d。
2）主要仪器：WFJ-7200型分光光度计、LD5-2A离心机（北京赛多利斯仪器系统公司）、500ml容量瓶（上海玻璃仪器一厂）、BS110S电子天平（北京赛多利斯仪器系统公司）、大试管（上海玻璃仪器一厂）、移液管（上海玻璃仪器一厂）、注射器（上海玻璃仪器一厂）、HH-S恒温水浴锅（南京真空电炉厂）。
3）试剂：茚三酮，磺基水杨酸，冰乙酸与甲苯均产自上海一恒试剂有限公司。
4）实验步骤。①酸性茚酸酮溶液的配制：将1.25g茚三酮溶于30ml冰乙酸和20ml 6mol/L磷酸混合溶液中，搅拌加热70℃溶解，贮于冰箱中，这是因为配制的酸性茚三酮仅在24h内稳定，因此最好先用现配。茚三酮的用量与脯氨酸的含量有关。一般当脯氨酸含量在每毫升10ug以下时，显色液中茚三酮的浓度要达到每毫升10mg，才能保证脯氨酸充分显色。②3﹪磺基水杨酸的配制：在电子天平上准确称取3g磺基水杨酸加蒸馏水溶解后定容至100ml。
绘制标准曲线
在1-10ug每毫升脯氨酸浓度范围内制作标准曲线：
一是取0.05g脯氨酸定容到500ml容量瓶中，其浓度为100ug/ml，分别取该溶液1-10ml，用蒸馏水稀释到100ml，即成1-10ug/ml的脯氨酸标准溶液。
二是取标准溶液各2ml到10个试管中，分别加入2ml3﹪磺基水杨酸，2ml冰乙酸和4ml2.5﹪茚三酮溶液，置沸水浴中显色60min。冷却后，加4ml甲苯萃取红色物质。静置后，取甲苯相测定520nm波长出的吸收值，以甲苯相为空白对照，依据脯氨酸量和相应吸收值绘取标准曲线。
图1脯氨酸浓度的标准曲线
样品的测定：
一是脯氨酸的提取：准确称取不同处理的待测植物叶片各0.5g，分别置大管中，然后向各管分别加入5ml 3％的磺基水杨酸溶液，在沸水浴中提取10min，（提取过程中要经常摇动），冷却后过滤于干净的试管中，滤液即为脯氨酸的提取液。
二是吸取2ml提取液于另一干净的带玻塞试管中，加入2ml冰醋酸及2ml酸性茚三酮试剂，在沸水浴中加热30min，溶液即呈红色。
三是冷却后加入4ml甲苯，摇荡30s，静置片刻，取上层液至10ml离心管中，在3000rpm下离心5min。
四是用吸管轻轻吸取上层脯氨酸紅色甲苯溶液于比色杯中，以甲苯为空白对照，在分光光度计上520nm波长处比色，求得吸光度值。
3.2结果与分析
从标准曲线上查出2ml测定液中脯氨酸的浓度x（ug/ml），然后计算样品中脯氨酸含量的百分数。计算公式如下：
脯氨酸含量（μg/g）＝[X×5/2]/样重（g）
图2低温锻炼下番茄和青菜叶片中脯氨酸的含量
从上图中可以发现经过低温锻炼后番茄和青菜幼苗叶片中脯氨酸的含量高于未经低温锻炼幼苗叶片中的脯氨酸含量。而属于抗冷性植物的青菜无论是低温锻炼前还是低温锻炼后其叶片中。
3.3讨论
脯氨酸在植物细胞适应胁迫过程中起重要作用。脯氨酸的作用为细胞内的渗透调节剂，还原剂或能量来源等等，鉴于脯氨酸上述作用，有关其代谢和调节的研究一直是逆境生理中的热点研究课题，人们试图通过控制代谢反应，提高细胞内脯氨酸的含量，以增加植物的抗冷性。脯氨酸是植物体内主要渗透调节物质之一。植物抗逆性与脯氨酸关系的研究日益被重视。在通常情况下植物体内游离的脯氨酸含量很低，但在逆境（早、热、冷、冻等）条件下，脯氨酸含量可猛增数十倍至百倍。因此植物体内脯氨酸含量可作为抗逆性的一项生化指标。本试验结果也表明经过低温锻炼后青菜和番茄幼苗中的脯氨酸含量明显增加，抗逆性也增强。