城市綠地植物海桐葉片蛋白質(zhì)含量的變化

黃紹輝，劉 艷，周雪茹，王靜靜，孫 玲

(徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018)

城市綠地植物海桐葉片蛋白質(zhì)含量的變化

黃紹輝，劉 艷，周雪茹，王靜靜，孫 玲

(徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018)

為探討城市綠地常綠植物海桐(Pittosporumtobira)在徐州自然溫度變化下的生理反應(yīng)，以海桐葉片為試驗(yàn)材料，研究了同一枝條不同部位葉片在生長(zhǎng)季節(jié)和一天中可溶性蛋白質(zhì)含量的變化.結(jié)果表明：栽培于徐州的海桐枝條頂端葉片，可溶性蛋白質(zhì)在生長(zhǎng)季節(jié)含量最高可達(dá)3535.46 μg/g，而下部2年生葉片最低可至126.36 μg/g；同一天不同時(shí)間段，枝條頂端、枝條中部當(dāng)年生葉片及枝條下部2年生葉片可溶性蛋白質(zhì)的含量變化差異顯著.因此，在經(jīng)營(yíng)管理中要注意葉片年齡和位置，采取相應(yīng)的技術(shù)措施.

海桐；葉片；蛋白質(zhì)；季節(jié)

大多數(shù)植物體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)是參與各種植物代謝活動(dòng)的酶，也是氮在植物體內(nèi)主要的存在形式.植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量反映了該植物代謝活動(dòng)的總體水平，與衰老有密切的關(guān)系.

海桐(Pittosporumtobira)為常見的城市綠地常綠植物，其枝葉、根、種子和花均有較高觀賞價(jià)值和藥用價(jià)值[1].海桐具有較強(qiáng)的抗寒能力[2]，對(duì)土壤的適應(yīng)性較好，清除氧自由基的能力強(qiáng)，耐鹽性較好[3]，可在含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.57% 以下的土壤種植[4].對(duì)污染土壤中Cd有一定吸收能力，吸收量隨土壤中Cd含量增加而增加[5].海桐樹冠通過影響土壤環(huán)境而顯著影響土壤動(dòng)物群落的組成和分布[6].因此，許多學(xué)者從光合生理[7]、種子生理[8]、生殖器官結(jié)構(gòu)發(fā)育[9]、遺傳多樣性[10]、苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因cDNA 片段的克隆[11]等方面對(duì)海桐進(jìn)行了研究，但關(guān)于海桐葉片可溶性蛋白質(zhì)含量變化的研究尚未見報(bào)道.本試驗(yàn)選擇徐州工程學(xué)院中心校區(qū)5年生海桐為測(cè)試對(duì)象，分析了海桐同一枝條不同部位葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量，探究了海桐在一年內(nèi)特別是生長(zhǎng)季節(jié)的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)情況.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用葉片來源于徐州工程學(xué)院中心校區(qū)城南路南側(cè)生長(zhǎng)良好的同一棵海桐.2015-01月—2015-12月期間，每周日采集海桐植株枝條頂端、中部的當(dāng)年生以及下部的2年生完整葉片，清洗干凈后作為實(shí)驗(yàn)材料.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制、實(shí)驗(yàn)樣品測(cè)定和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，參考文獻(xiàn)[12]方法進(jìn)行.

2 結(jié)果與分析

2.1 一年中葉片蛋白質(zhì)平均含量隨溫度的變化

從全年氣溫變化(圖1A,B)和葉片中可溶性蛋白含量變化(圖1C)可知，海桐葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化規(guī)律.初春時(shí)(1、2月份)，當(dāng)氣溫還處于比較低的時(shí)候(-1～0 ℃)，海桐樹液逐步開始流動(dòng)，激活了各部位的生長(zhǎng)活動(dòng)，其葉片逐步展開，新梢和根系開始拓展，但這種較弱的生理活動(dòng)使得根系吸收土壤礦質(zhì)元素和水分的能力還比較弱，植物的生理活性比較低，光合能力不強(qiáng)，呼吸作用等消耗的能量大部分來源于上一個(gè)年度生長(zhǎng)積累在樹體內(nèi)的蛋白質(zhì).因此，春季葉片開始萌發(fā)時(shí)，其蛋白質(zhì)含量下降迅速(從1033 μg/g降至789.12 μg/g).隨著芽的萌發(fā)生長(zhǎng)，海桐葉片內(nèi)儲(chǔ)存的蛋白質(zhì)開始降解，其含量不斷減少.隨著氣溫上升，3～5月份枝條的新生葉片逐步展開，其光合能力不斷提高，同時(shí)從根部吸收的礦質(zhì)元素等不斷增加，海桐葉片內(nèi)各種相關(guān)酶活力增高，新陳代謝活動(dòng)逐步加強(qiáng)，葉片光合作用生成的有機(jī)酸與代謝產(chǎn)物硝酸鹽以及來源于蛋白質(zhì)降解的氨基酸等合成新的蛋白質(zhì)，促進(jìn)新生枝條的旺盛生長(zhǎng)，因此，海桐葉片內(nèi)的蛋白質(zhì)含量在此時(shí)期穩(wěn)步增加(基本保持在1300 μg/g以上).6～8月份，葉片逐步展開至成熟狀態(tài)，光合生成的有機(jī)酸與代謝產(chǎn)物硝酸鹽以及來源于蛋白質(zhì)降解的氨基酸快速合成新的蛋白質(zhì)，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)在各組織中合理分配，因此，在快速生長(zhǎng)時(shí)期(6～8月份)海桐葉片內(nèi)蛋白質(zhì)含量一直呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢(shì)，最高時(shí)達(dá)到2275.23 μg/g.到9～12月份，伴隨著氣溫的逐漸下降，光合、呼吸作用逐漸減弱，葉片中的蛋白質(zhì)回運(yùn)，迅速積累在海桐的皮層中.進(jìn)入冬季后，其蛋白質(zhì)含量穩(wěn)定在600～700 μg/g之間，變化幅度不大.

圖1 月平均最高、最低溫度及海桐葉片對(duì)應(yīng)的可溶性蛋白質(zhì)含量變化

2.2 生長(zhǎng)季節(jié)不同部位葉片蛋白質(zhì)含量變化

2.2.1 枝條頂端當(dāng)年生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量變化

在生長(zhǎng)季節(jié)即4、6、9、10月份中最具代表性的一天的同一時(shí)間段，分別測(cè)定葉片蛋白質(zhì)含量在不同枝條部位的變化，如圖2所示.結(jié)果表明：位于枝條頂端當(dāng)年生海桐葉片的蛋白質(zhì)含量明顯要高于枝條中部當(dāng)年生葉片和枝條基部的2年生葉片；生長(zhǎng)季節(jié)中不同月份之間枝條頂端葉片的蛋白質(zhì)含量在中午12點(diǎn)差異顯著，4～10月份，中午的葉片蛋白質(zhì)含量下降迅速；在下午18點(diǎn)，6、9、10月份枝條頂端當(dāng)年生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量差異極其不顯著；上午9點(diǎn)，6、9、10月份枝條頂端當(dāng)年生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量差異不顯著；在4月份無論9點(diǎn)、12點(diǎn)還是18點(diǎn)，枝條頂端當(dāng)年生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量均高于生長(zhǎng)季節(jié)的其他月份.在生長(zhǎng)季節(jié)，枝條頂端當(dāng)年生葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量最高能達(dá)到3535.46 μg/g，總體上都保持在1800 μg/g以上.

圖2 枝條頂端當(dāng)年生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量在生長(zhǎng)季節(jié)的變化

2.2.2 枝條中部當(dāng)年生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量變化

枝條中部當(dāng)年生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量在上午9點(diǎn)，以6月份的值最高，而10月份最低，4月份低于9月份，10月與6月份差異顯著.中午14點(diǎn)則是9月份最高，6月份最低，4月與10月份之間差異不顯著.而下午18點(diǎn)時(shí)以9月份葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量最低，4、6、10月份之間差異不顯著，見圖3.結(jié)果表明：枝條中部葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的變化不僅與溫度有關(guān)，而且與光照條件等緊密相關(guān)；枝條中部當(dāng)年生葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量最高只有1858.18 μg/g,最低則為432.05 μg/g.溫度是海桐快速生長(zhǎng)的條件，生長(zhǎng)季節(jié)由于早上太陽出來早，因此，中部枝條當(dāng)年生葉片很早就進(jìn)行強(qiáng)度較高的光合作用，合成的可溶性蛋白質(zhì)相應(yīng)多于其他月份.

圖3 枝條中部當(dāng)年生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量在生長(zhǎng)季節(jié)的變化

2.2.3 枝條下部2年生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量變化

枝條下部2年生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量在生長(zhǎng)季節(jié)不同月份上午9點(diǎn)的變化明顯，10月份與其他時(shí)間特別是4月份差異顯著.不同月份的14點(diǎn)和18點(diǎn)，在4月份枝條下部2年生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量均顯著高于10月份，而且下午18點(diǎn)的差異更加顯著.而6月和9月份的中午14點(diǎn)可溶性蛋白質(zhì)含量差異很小，但下午18點(diǎn)6月與9月份仍然存在差異.枝條下部2年生葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量最高時(shí)也只有1834.32 μg/g，最低則為126.36 μg/g，見圖4.枝條下部葉片蛋白質(zhì)含量的這種變化趨勢(shì)，與溫度的變化有關(guān)，也與光線的變化特別是不同季節(jié)太陽照射角的變化相對(duì)應(yīng).

圖4 枝條下部2年生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量在生長(zhǎng)季節(jié)的變化

2.3 葉片可溶性蛋白質(zhì)含量在一天中不同時(shí)間段的變化

在一天中的3個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)(9、14、18點(diǎn))，枝條不同部位葉片可溶性蛋白質(zhì)含量變化差異明顯，見圖5.枝條下部2年生葉片在3個(gè)時(shí)間點(diǎn)的差異很小，可溶性蛋白含量最高在18點(diǎn)，為642.28 μg/g，最低在早晨9點(diǎn)，為606.21 μg/g，差值在50 μg/g以內(nèi)，因此，變化范圍并不大.枝條中部當(dāng)年生葉片隨著一天中氣溫的變化，其可溶性蛋白質(zhì)含量逐漸下降，但下降的速度十分緩慢，基本保持在600～800 μg/g之間.在早晨9點(diǎn)和中午14點(diǎn)的差異很小，但下午18點(diǎn)的含量明顯低于早晨和中午.而枝條頂端當(dāng)年生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量則是14點(diǎn)明顯低于9點(diǎn)和18點(diǎn)，9點(diǎn)和18點(diǎn)之間差異很小.

圖5 不同部位葉片可溶性蛋白質(zhì)含量在一天中不同時(shí)間的變化

3 結(jié)論與討論

采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法作為海桐葉片堿提溶液中可溶性蛋白含量的測(cè)定方法，具有精度高、穩(wěn)定性和重復(fù)性好、對(duì)儀器要求較低等優(yōu)點(diǎn).實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，樣品溶液中可溶性蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系.因此，本方法可為進(jìn)一步分離、制備及研究海桐葉片蛋白質(zhì)提供必要的技術(shù)支持.

植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、酶、激素、病毒、免疫、物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和遺傳等均與體內(nèi)的蛋白質(zhì)密切相關(guān).親水性強(qiáng)的可溶性蛋白質(zhì),對(duì)增強(qiáng)細(xì)胞的持水力、增加束縛水含量和原生質(zhì)彈性等具有明顯作用.作為植物代謝中蛋白質(zhì)損傷的重要指標(biāo)，可溶性蛋白含量的變化反映了植物細(xì)胞蛋白質(zhì)合成、變性和降解等各種生理信息.在海桐葉片的發(fā)育過程中，除了受其體內(nèi)遺傳因子決定外，外界環(huán)境因素也會(huì)對(duì)此產(chǎn)生影響.環(huán)境因素影響海桐葉片內(nèi)部生理活動(dòng)，進(jìn)而影響葉片的代謝水平，并且通過葉片的形態(tài)變化體現(xiàn)出來.在葉片生長(zhǎng)初期，葉片光合面積小，光合能力弱，因此生長(zhǎng)初期的葉片可溶性蛋白質(zhì)含量不高.隨著葉片的發(fā)育和體積增大，光合面積增加，光合能力增強(qiáng)，代謝活動(dòng)逐步旺盛，葉片可溶性蛋白質(zhì)含量逐步增加，至8月份則達(dá)到最高值.9月初至10月中旬，海桐葉片可溶性蛋白質(zhì)含量處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，葉片形態(tài)變化很小，葉片長(zhǎng)度為6.0～7.5 cm，葉片生理過程變緩，代謝變?nèi)?10月下旬以后，海桐葉片可溶性蛋白質(zhì)含量逐步下降，葉片生理活動(dòng)減弱，氮素回運(yùn)儲(chǔ)存，避免養(yǎng)分損失.因此，我們推測(cè)海桐葉片可溶性蛋白質(zhì)含量與其形態(tài)變化具有一定的相關(guān)性，可以反映葉片的發(fā)育過程.

在生長(zhǎng)季節(jié)，枝條頂端當(dāng)年生葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量最高可達(dá)到3535.46 μg/g，枝條中部當(dāng)年生葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量最高為1858.18 μg/g,枝條下部2年生葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量最高時(shí)也只有1834.32 μg/g，最低則為126.36 μg/g.因此，在生長(zhǎng)季節(jié)中，不同部位葉片可溶性蛋白質(zhì)含量變化差異顯著.而同一天中的不同時(shí)間點(diǎn)，枝條不同部位葉片可溶性蛋白質(zhì)含量變化差異明顯.這些變化均與葉片所處環(huán)境條件如溫度、位置等有關(guān)，因此，在種植海桐時(shí)要把經(jīng)營(yíng)管理措施與環(huán)境條件緊密聯(lián)系在一起.

[1] 孫卓,劉紅星,黃初升.海桐植物化學(xué)成分以及生物活性的研究[J].化工技術(shù)與開發(fā),2014,43(1):22-26.

[2] 朱鳳榮,朱南.不同低溫脅迫對(duì)5種綠化樹木相對(duì)電導(dǎo)率的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2013,26(2):826-828.

[3] 杜麗娟,華建峰,周冬琴,等.混合鹽脅迫對(duì)幾種綠化常用灌木生長(zhǎng)及相關(guān)生理指標(biāo)的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2013,29(2):197-202.

[4] 郭文琦,張培通,李春宏,等.沿海灘涂綠化樹種選擇和耐鹽性評(píng)價(jià)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,42(10):175-177.

[5] 曹霞,郭朝暉,肖細(xì)元,等.海桐(Pittosporumtobira)對(duì)污染土壤中鎘的耐受和吸收特征[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2015,34(4):627-632.

[6] 李萌,鐘紅梅,陳正富,等.灌木海桐(Pittosporumtobira)對(duì)土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及多樣性影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2013,32(4):952-958.

[7] 胡文海,肖宜安,何平,等.低夜溫后光照對(duì)榕樹與海桐葉片光合電子傳遞和吸收光能分配的影響[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,31(1):130-133.

[8] 唐安軍,柳建平.海桐種子的休眠與萌發(fā)[J].種子,2011,30(5):46-49.

[9] 劉久東,徐濤,和兆榮,等.海桐大小孢子發(fā)育及雌、雄配子體形成的研究[J].廣西植物,2008,28(1):20-23.

[10] 李建輝,馮永輝,姚永斌.海桐ISSR-PCR 反應(yīng)體系的建立與優(yōu)化[J].杭州師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007,6(4):288-291.

[11] 許鋒,柳陳吉,蔡榮,等.海桐花苯丙氨酸解氨酶的基因克隆與序列分析[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008,17(2):218-224.

[12] 黃紹輝,劉艷,王靜靜,等.冬春季節(jié)氣溫變化與樟樹葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的關(guān)聯(lián)分析[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,30(4):61-65.

(編輯 武 峰)

Change of Leaf Protein Content of City Green Space PlantPittosporumtobira

HUANG Shaohui, LIU Yan, ZHOU Xueru ,WANG Jingjing, SUN Ling

(Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221018,China)

The city green space evergreen plantPittosporumtobirawas used to study the change of leaf in different positions of the same branches under a natural temperature change in Xuzhou.The results showed that the soluble protein content of 1 year leaf at the top of branches can reach the highest value 3535.46 μg/g,while the lower two year's leaves can reach the minimum value 126.36 μg/g in the natural temperature change in Xuzhou.The difference of soluble protein content of leaves in the middle, lower branches and on the top of branches are significantly at different period of time in a day.Therefore, the corresponding technical measures should be taken according to the age and position of the leaves.

Pittosporumtobira; leaf; protein; season

2016-07-24

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30070155)；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20161164)；住房城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目(2016-K2-005，2016-R2-013)

黃紹輝(1967-),男，講師，博士，主要從事植物發(fā)育生物學(xué)研究.

S793

A

1674-358X(2016)04-0054-05