結(jié)球甘藍耐寒性研究進展

蔡青 李成瓊 司軍

（西南大學園藝園林學院，重慶，400715）

結(jié)球甘藍耐寒性研究進展

蔡青 李成瓊 司軍

（西南大學園藝園林學院，重慶，400715）

綜述了結(jié)球甘藍耐寒性生理生化方面的研究進展及耐寒性鑒定研究現(xiàn)狀，并對其發(fā)展趨勢進行了展望。

結(jié)球甘藍 耐寒性 研究現(xiàn)狀

結(jié)球甘藍簡稱甘藍，是我國各地廣泛種植的一種重要蔬菜作物，據(jù)農(nóng)業(yè)部2003年 “中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料”統(tǒng)計，我國甘藍播種面積達88.4萬hm2，近年來栽培面積還在不斷擴大。由于甘藍具有不同熟性配套、適于不同季節(jié)栽培的品種，加之具有適應性廣、抗逆性強等特點，它在蔬菜周年生產(chǎn)中占有重要的地位[1]。

但冬季甘藍經(jīng)常遭受低溫甚至零下低溫的影響，使其產(chǎn)量和品質(zhì)下降，低溫成為甘藍露地越冬栽培的制約因素。因此，揭示其寒害機理并對其鑒定方法進行研究，對甘藍的越冬栽培及抗寒育種等方面的研究具有重要的意義。

1 甘藍的耐寒能力

甘藍對溫度的適應范圍較廣，耐寒性強，喜溫和冷涼氣候。種子發(fā)芽的最低溫度為2～3℃，10℃以上才能順利發(fā)芽，發(fā)芽最適溫度為20～25℃，剛出土的幼苗抗寒能力弱，具有6～8片葉的健壯幼苗耐寒性增強，能忍受-5～-2℃低溫；經(jīng)過低溫鍛煉的幼苗，能忍耐短期-12～-8℃嚴寒。進入結(jié)球期以15～20℃為宜，葉球較耐低溫，5～10℃葉球仍能緩慢生長。成熟的葉球耐寒力雖不如幼苗，但早熟品種的葉球可耐短期-5～-3℃低溫，中、晚熟品種的葉球可耐短期-8～-5℃的低溫。在抽薹開花期，適宜的溫度為20～25℃，10℃以下的低溫會影響正常結(jié)實，如遇到-3～-1℃低溫，會使花枝遭受凍害。

2 甘藍耐寒性生理生化研究

2.1 細胞膜透性

生物膜是外界環(huán)境作用于植物細胞及細胞器的界面，各種逆境對細胞的影響首先作用于質(zhì)膜。細胞膜的流動性和穩(wěn)定性是細胞乃至整個植物體賴以生存的基礎。膜系統(tǒng)一旦受到傷害，會產(chǎn)生一系列連鎖反應。在低溫脅迫下植物細胞膜由液晶態(tài)轉(zhuǎn)變成凝膠狀態(tài)，膜收縮，使膜的半透性改變或喪失，細胞內(nèi)物質(zhì)大量外滲，電導率明顯升高，最終導致細胞死亡[2]。溫度逆境不可逆?zhèn)Φ脑醴磻l(fā)生在生物膜系統(tǒng)類脂分子的相變上。

大量研究證實，膜系中脂肪酸的不飽和度與植物抗寒性密切相關。膜脂上的不飽和脂肪酸成分比例越大，膜流動性越強，植物的相變溫度越低，抗寒性越強[3]。李建勇等[4]研究發(fā)現(xiàn)，甘藍遭受低溫脅迫后葉片電解質(zhì)滲透率大幅度增加，抗凍性強的品種電解質(zhì)滲透率小，而抗凍性較弱的品種電解質(zhì)滲透率較大，品種間的差異可能與膜系中磷脂和脂肪酸的不飽和度有關，抗凍性強的品種可能具有較高的膜脂不飽和度，可在低溫下保持流動性并維持正常生理功能。膜脂不飽和度與品種特性有關，并受低溫誘導的影響，低溫誘導后葉片不飽和脂肪酸含量升高。

2.2 丙二醛

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的主要產(chǎn)物之一，通常作為膜脂過氧化指標，表示細胞膜對逆境條件的反應與抵抗能力。MDA含量的上升與膜透性的增加呈顯著正相關，MDA積累是活性氧毒害作用的表現(xiàn)[5]。李建勇等[4]報告指出，4個供試甘藍品種在低溫下葉片MDA含量有一定差異，耐低溫能力弱的品種其膜脂過氧化作用顯著，而耐低溫能力強的品種其膜脂過氧化水平則變化較小，造成該差異的原因主要是品種間抗凍性的差異所致，不同播種期甘藍葉片MDA含量也有一定差異。

2.3 脯氨酸

脯氨酸（Pro）是一種無毒的中性物質(zhì)，溶解度高，能夠維持細胞的膨壓；同時脯氨酸還具有極性，對生物多聚體的空間結(jié)構(gòu)有保護作用，增加細胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。植物處于低溫脅迫時，脯氨酸能維持細胞結(jié)構(gòu)、細胞運輸，調(diào)節(jié)滲透壓，使植物具有一定的抗性和保護作用。吳能表等[6]研究表明，在低溫條件下甘藍體內(nèi)通過脯氨酸的積累來抵御低溫傷害，在室內(nèi)低溫脅迫最初的幾分鐘內(nèi)，脯氨酸含量大幅度增加，隨著脅迫時間的延長又減少。同時該研究也發(fā)現(xiàn)SOD、ASP和POD活性在低溫脅迫下也顯著增加，所以認為游離脯氨酸可能作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，提高甘藍葉片的抗低溫能力，使其不受低溫的傷害。

王磊等[7]研究表明，在適宜的溫度條件下，不同甘藍品種游離Pro含量不同。隨著溫度的下降，各品種體內(nèi)的游離Pro含量急劇上升，其中抗凍性強的甘藍品種上升最快，較弱的上升幅度較小。當氣溫到達最低值時，抗凍性強的甘藍品種游離Pro的含量最高，可見品種的抗凍性與其體內(nèi)游離Pro含量密切相關。同一品種不同播期在相同時間取樣，游離Pro含量也有一定的差異，但差異不明顯而且規(guī)律性不強。

2.4 保護酶系統(tǒng)

植物體內(nèi)的活性氧自由基具有很強的氧化能力，對許多生物功能分子有破壞作用，同時，植物體內(nèi)也存在一些清除自由基和活性氧的酶類和非酶類物質(zhì)。活性氧自由基和清除它們的酶類和非酶類物質(zhì)在正常條件下處于平衡狀態(tài)。這些酶類和非酶類物質(zhì)在低溫下可以保護膜結(jié)構(gòu)，減輕有毒物質(zhì)對生物細胞的毒害，延遲或阻止細胞結(jié)構(gòu)的破壞，從而使植物能在一定程度上忍耐、減緩或抵抗逆境脅迫，因此把其稱為抗氧化系統(tǒng)或保護系統(tǒng)，包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APS）等抗氧化酶和抗壞血酸、谷胱甘肽、細胞色素f、鐵氧還蛋白、類胡蘿卜素等抗氧化劑[8]。

SOD能清除超氧化物自由基，降低膜脂過氧化水平，且植物的抗凍性強弱與其體內(nèi)SOD活性高低密切相關。耐冷性材料SOD下降較緩慢且保持一定水平，冷敏感性品種下降迅速且保持較低水平。李建勇等[4]研究表明，凍害脅迫下抗凍性較弱的3個甘藍品種葉片SOD活性均隨氣溫下降而下降，抗凍性最弱的品種SOD活性降幅最大，其細胞膜受傷害也最嚴重，而抗凍性最強的品種SOD活性較高。亞適溫條件下該品種葉片MDA含量較低，這與其SOD活性保持較高水平有關，可見亞適溫條件激活了細胞的氧化應激機制，但隨溫度下降，達到一定閾值后其葉片SOD活性也開始下降。

低溫脅迫下甘藍葉片POD活性上升能有效清除體內(nèi)的H2O2，使植株在一定程度上忍耐、減緩或抵抗凍害脅迫，且耐寒性強的品種升幅較大，耐寒性弱的品種升幅較小。SOD和POD與品種抗凍性之間有一定關系[9]。但是同一品種SOD和POD活性的變化情況不同，SOD活性增強的幅度大，POD活性增強的幅度比較小，可能是這2種酶在甘藍葉片中對低溫脅迫的響應機制不同[10]。

2.5 可溶性蛋白質(zhì)

按照生物化學和分子生物學概念，生物的任何變化最終與蛋白質(zhì)生物合成的變化有關，低溫引起蛋白質(zhì)譜系的變化是一個普遍的規(guī)律。一般認為可溶性蛋白和總蛋白質(zhì)含量與抗冷性成正相關。低溫脅迫后組織內(nèi)可溶性蛋白增加是植物產(chǎn)生抗寒性的重要過程。隨著組織內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量的增加，植物的抗寒性也增強。王磊等[7]研究表明，甘藍在0℃低溫下可溶性蛋白質(zhì)含量增加，耐凍性差的品種增加幅度較大，而在極端低溫下除抗凍性強的品種仍增加外，其余品種均下降，而且抗凍性弱的降幅較大，但均比適溫下含量高，可見甘藍的抗凍性與蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)運行直接相關，在凍害溫度下抗凍性品種其蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)運行正常，而抗凍性弱的品種蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)則受到抑制?？梢?，抗凍性強的品種其抗凍性強的原因主要是依賴于比較穩(wěn)定的可溶性蛋白質(zhì)含量的增加。

2.6 可溶性糖

可溶性糖是冷害和凍害條件下細胞內(nèi)的保護物質(zhì)，其含量與多數(shù)植物的抗寒性成正相關[11]?？扇苄蕴呛吭黾邮辜毎扯仍龃?，從而在低溫脅迫下，發(fā)揮滲透調(diào)節(jié)功能?？扇苄蕴堑姆e累是甘藍對低溫脅迫的一種適應性反應，低溫后耐寒品種的上升幅度大于不耐寒品種，不同時期表現(xiàn)出相同的趨勢。早在20世紀90年代，Sasakih等[12]就提出甘藍葉片中的可溶性糖含量與甘藍的耐寒性肯定有關。王磊等[7]研究表明，甘藍隨著自然溫度的降低其可溶性糖含量表現(xiàn)出先升后降的趨勢，在適宜溫度條件下，抗凍性強的品種可溶性糖含量比抗凍性差的品種高，低溫脅迫后，可溶性糖含量大幅度增加，增加的幅度無明顯規(guī)律。感受低溫凍害后，可溶性糖含量下降，抗凍性強的品種下降幅度小于抗凍性弱的品種。宋良圖[13]對甘藍型油菜研究指出，短暫的升溫可迅速降低可溶性糖含量，但這可被接下來的低溫所逆轉(zhuǎn)?？梢娍扇苄蕴悄芊褡鳛榭箖鲋笜诉€有待進一步研究。

3 甘藍耐寒性鑒定

已經(jīng)進行的植物抗寒性鑒定的研究，大多數(shù)鑒定試驗都是采用植物幼苗作材料，在低溫脅迫下調(diào)查其低溫傷害癥狀，在對冷害進行分級（從植株表現(xiàn)正常到死亡分為0到4或5級）的基礎上，用公式計算出冷害指數(shù)。也有研究者以種子、胚作為研究材料進行發(fā)芽試驗，以鑒定其抗寒性。李建勇、王磊、陳民生等[4，7，9]對凍害低溫下越冬甘藍的少數(shù)幾種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量變化進行了研究，并進行了田間植株的凍害分級，吳能表等[6，10]在室內(nèi)低溫脅迫下對甘藍幼苗進行了研究。王磊等[7]參考朱月林等不結(jié)球白菜的分級標準[14]，并結(jié)合甘藍植株的田間生物性狀制定了甘藍植株的凍害分級：0級，植株完好無凍傷癥狀；1級，僅個別外葉受害，受害葉片局部萎蔫；2級，半數(shù)外葉受害，受害葉片局部或大部分萎蔫、干枯，表層球葉稍有凍害，局部萎蔫，心葉正常；3級，全部外葉受害，受害葉片局部或大部分萎蔫干枯，球葉1～2層局部出現(xiàn)萎蔫干枯，少數(shù)心葉呈現(xiàn)水漬狀；4級，全株受害，球葉1～2層萎蔫干枯，干葉下2～3層腐爛，心葉全部呈現(xiàn)水漬狀，球變軟；5級，全株嚴重萎蔫干枯，植株趨向死亡。凍害指數(shù)=100∑i·ni/5·Σni（i：凍害的級別，ni：i級凍害的株數(shù)）。

4 研究展望

近年來對甘藍耐寒生理生化的研究已經(jīng)很多，但由于植物耐寒性受多種特異的數(shù)量抗寒基因調(diào)控，因此，鑒定植物抗寒性必須是多方面的，甘藍也不例外。許多學者指出，指標單一化不能正確反映植物的抗寒性實質(zhì)，因此只有綜合評價指標并采用多種方法進行印證，才能得出正確的結(jié)論，這將是今后研究工作的重點。

分子生物技術(shù)的快速發(fā)展使分子標記成為廣大學者研究甘藍耐寒性的重要手段，隨著對這一領域研究的不斷深入，將為以后的甘藍抗寒育種和抗寒基因定位研究打下堅實的基礎。

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Progress of Study on Cold Tolerance in Cabbage

CAI Qing,LI Chengqiong,SI Jun
(College of Horticulture and Landscape Architecture,Southwest University,Chongqing 400715)

The physiological and biochemical mechanism of tolerance to cold and the identification of cold tolerance are reviewed in cabbage.The prospect of cold tolerance of cabbage was also discussed.

Cabbage;Cold tolerance;Identification

10.3865/j.issn.1001-3547(x).2009.01.001

國家科技部支撐項目（2006BAD01A7-2-03），重慶市“十一五”科技攻關項目（10376）

蔡青（1982-），男，碩士研究生，電話：023－68201747。E-mail：benn_1982@163.com

李成瓊，通信作者。E-mail：chqli@swu.edu.cn

2008-10-08