
Effect of cold acclimation on freezing tolerance and antioxidant enzyme activities of callus of Tibet Saussurea laniceps Hand.-Mazz
SHE Lulu, WANG Weijuan, SONG Jingjing, LU Cunfu, CHEN Yuzhen
JOURNAL OF NANJING FORESTRY UNIVERSITY ›› 2019, Vol. 43 ›› Issue (5) : 181-186.
Effect of cold acclimation on freezing tolerance and antioxidant enzyme activities of callus of Tibet Saussurea laniceps Hand.-Mazz
【Objective】 This study aimed to elucidate the mechanisms of physiological and biochemical adaptations of alpine plants to cold acclimation. 【Method】 The callus of Tibet Saussurea laniceps Hand.-Mazz. was selected as the plant material to assess changes in antioxidant enzymes and antioxidants during the process of cold acclimation (4 ℃/0 ℃, day/night, dark, for 0, 3, 6, 9, 12 days, respectively). 【Result】 During the period of cold acclimation, freezing tolerance peaked on day 9, with the lethal temperature (LT50) from -3.5 ℃ to -12.0 ℃. After 4 ℃/0 ℃ cold acclimation, soluble protein, proline content and antioxidant enzyme activity increased significantly, reaching maximum levels on day 9, on which protein content increased by 89.1%, proline content was increased 2.14-fold, and superoxide dismutase(SOD), catalase(CAT) and peroxidase(POD) activity increased by 48.04%, 47.28% and 73.18%, respectively. Furthermore, these results were confirmed by three antioxidant enzyme isozyme zymograms. Cold acclimation increased the content of polyphenols, which were increased 3.91-fold compared with the control on day 12. The polyphenol oxidase(PPO) activity increased by 91.35% compared with the control, and these results were consistent with those for the isozyme. 【Conclusion】 The freezing tolerance ofS. laniceps was significantly increased after cold acclimation, showing a unique adaptation mechanism to the low temperature environment. This study established a feasible experimental system that is valid and referenced for studying endangered plants.
Saussurea laniceps / callus / cold-hardening / freezing tolerance / antioxidant enzyme / antioxidant substance
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高山带是具有极端环境和明确边界的植物分布区, 研究高山植物区系地理对于理解空间彼此隔离的极端高寒环境下植物区系的形成与相互联系具有重要意义。本研究整合了中国境内14座主要山地的高山植物区系数据, 用Jaccard指数测度不同区系之间的相似性, 运用相关分析和Mantel检验方法, 重点分析了中国高山种子植物区系地理成分的构成、不同山地之间的相似性及其环境和空间相关因素。结果表明, 中国山地的高山带分布着物种丰富的种子植物区系, 14座主要山地即包含了65科489属3,670种(含340个种下单位), 主要由北温带分布及其亚型、世界分布、旧世界温带分布和东亚分布及其中国-喜马拉雅分布亚型等成分构成, 缺少中国-日本分布类型, 中国特有属的比例较高(5.2%)。14座山地高山植物区系构成的地理分异显示: 北热带和东亚成分自南向北减少, 而北方温带成分增加; 自西向东古地中海成分减少, 北方温带成分增加, 而东亚成分在中部达到最大值; 在属级地理成分构成上, 北方山地和青藏高原周缘山地构成了区系成分近似的两大群组, 台湾高山植物区系与大陆东部北方高山带的区系联系更密切。地理隔离是高山植物区系分异的首要因素, 高山带的面积大小也影响到其区系成分的构成, 而夏季热量是影响中国高山植物区系地理分异的首要气候因子, 显示全球变暖对未来高山植物区系具有潜在的胁迫作用。
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水母雪莲(Saussurea meduasaMaxim)是典型的高山雪线植物。本文研究了其愈伤组织及悬浮细胞的培养过程,并对其抗寒性做了初步研究。 研究结果表明,水母雪莲愈伤组织和悬浮培养细胞分别可抵抗-6.5 ℃、-7.5 ℃的冰冻低温胁迫。水母雪莲愈伤组织细胞内丰富的蛋白质和淀粉粒多糖构成其较强抗冻能力的物质基础。低温锻炼后,悬浮细胞分泌蛋白中有新的多肽(76,48,27.5,19.5 kD)合成,而33,51 kD两条多肽合成增强。悬浮细胞抗冻能力的提高同蛋白质合成的增强是一致的。
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