經(jīng)低溫鍛煉后荷花不同品種對(duì)低溫脅迫的生理響應(yīng)差異分析

李 欣, 江 君, 徐 君, 李靜會(huì), 姜紅衛(wèi)

(蘇州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 江蘇 蘇州 215155)

經(jīng)低溫鍛煉后荷花不同品種對(duì)低溫脅迫的生理響應(yīng)差異分析

李 欣, 江 君, 徐 君, 李靜會(huì), 姜紅衛(wèi)①

(蘇州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 江蘇 蘇州 215155)

以荷花(NelumbonuciferaGaertn.)品種‘太湖紅蓮’(‘Taihu Honglian’)和‘荷塘情深’(‘Hetang Qingshen’)為實(shí)驗(yàn)材料，以MDA含量、相對(duì)電導(dǎo)率、脯氨酸含量、可溶性糖含量、SOD活性和POD活性為指標(biāo)，對(duì)經(jīng)過(guò)5 ℃低溫鍛煉10 h后2個(gè)品種地下莖對(duì)0 ℃低溫脅迫(0、2、4、6、8和10 h)的生理響應(yīng)差異進(jìn)行了分析，并比較了低溫鍛煉對(duì)2個(gè)荷花品種抗寒性的影響。結(jié)果表明：在低溫脅迫條件下，隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)(0～10 h)，經(jīng)低溫鍛煉的荷花品種‘太湖紅蓮’和‘荷塘情深’地下莖的MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率總體上呈逐漸升高的變化趨勢(shì)，可溶性糖含量均呈“升—降—升”的變化趨勢(shì)，SOD活性基本呈“升—降—升—降”的變化趨勢(shì)，而POD活性則呈先上升后微幅波動(dòng)的變化趨勢(shì)；二者的脯氨酸含量變化趨勢(shì)有一定差異，其中，前者的脯氨酸含量逐漸上升，而后者的脯氨酸含量則先升后降。經(jīng)低溫鍛煉后，在低溫脅迫條件下2個(gè)荷花品種的6項(xiàng)生理指標(biāo)均與對(duì)照組(未進(jìn)行低溫鍛煉)有一定差異；其中，品種‘太湖紅蓮’地下莖的MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率在低溫脅迫的4～10 h均顯著低于對(duì)照組，品種‘荷塘情深’地下莖的相對(duì)電導(dǎo)率在低溫脅迫的2～8 h顯著低于對(duì)照組，但其MDA含量則與對(duì)照組無(wú)顯著差異；2個(gè)品種地下莖的脯氨酸含量和可溶性糖含量總體上顯著高于對(duì)照組，而二者的SOD活性和POD活性也總體上高于對(duì)照組。綜合分析結(jié)果顯示：低溫鍛煉有助于減輕低溫脅迫對(duì)荷花地下莖膜系統(tǒng)的傷害、增加細(xì)胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量、提高抗氧化酶活性，在一定程度上提高了荷花的抗寒性；經(jīng)低溫鍛煉后品種‘太湖紅蓮’抗寒性的增幅大于品種‘荷塘情深’。

荷花; 低溫鍛煉; 抗寒性; 膜系統(tǒng); 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì); 抗氧化酶活性

荷花(NelumbonuciferaGaertn.)又名蓮、水芙蓉，為多年生草本水生花卉，其葉片碧綠挺拔、花型花色多變且花香四溢，盛開(kāi)于炎熱的夏季，是中國(guó)十大名花中惟一的水生花卉；該種在水生植物群落中處于光照競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)地位，可廣泛栽植于濕地中。荷花耐高溫但不耐低溫，生長(zhǎng)發(fā)育的適宜溫度為22 ℃～32 ℃，其地下莖對(duì)短時(shí)間0 ℃環(huán)境有一定耐性，但寒冷氣候條件可對(duì)荷花造成傷害，在很大程度上限制了其推廣種植及抗寒品種的選育[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)荷花的研究多集中于重金屬脅迫和基因表達(dá)[2-4]等方面，對(duì)荷花耐寒性的研究報(bào)道較少；而研究低溫脅迫條件下荷花的生理特性變化，對(duì)提高荷花的抗寒性及其耐寒品種的選育和推廣種植具有重要的意義。

低溫鍛煉有助于提高植物的抗寒性，是作物耐寒性改良的有效措施之一[5-7]。作者以蘇州地區(qū)濕地群落中常見(jiàn)的荷花品種‘太湖紅蓮’(‘Taihu Honglian’)和‘荷塘情深’(‘Hetang Qingshen’)為實(shí)驗(yàn)材料，研究經(jīng)低溫鍛煉后2個(gè)品種在低溫脅迫條件下的生理響應(yīng)，并探討低溫鍛煉對(duì)其抗寒性提升的機(jī)制，以期為通過(guò)低溫鍛煉提高荷花的抗寒性以及在生產(chǎn)實(shí)踐中采取相應(yīng)措施減輕低溫對(duì)荷花的寒害提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試的大株型粉色單瓣荷花品種‘太湖紅蓮’和大株型粉色重瓣荷花品種‘荷塘情深’均種植于蘇州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院水生植物基地，于2013年10月選取生長(zhǎng)健壯一致、無(wú)病蟲(chóng)害、頂芽完整的地下莖，種植于直徑30 cm、高30 cm的不透水陶土盆中，每盆種植2支地下莖；每盆加入2/3陶土盆容量的培養(yǎng)基質(zhì)，培養(yǎng)基質(zhì)為田園土和水(體積比1∶1)。

1.2 方法

1.2.1 低溫鍛煉和低溫脅迫方法 將供試的2個(gè)品種的地下莖分為2組：一組置于MLR-351H植物培養(yǎng)箱(日本三洋)中，以2 ℃·h-1的降溫速率將處理溫度逐漸降至5 ℃并保持10 h，對(duì)地下莖進(jìn)行低溫鍛煉，為低溫鍛煉組；另一組置于常溫(25 ℃)條件下處理同樣的時(shí)間，為對(duì)照組(CK)。然后將低溫鍛煉組和對(duì)照組的地下莖放置于植物培養(yǎng)箱中，分別于0 ℃低溫脅迫處理0、2、4、6、8和10 h。每處理3次重復(fù)，每重復(fù)5支地下莖。分別于低溫脅迫處理的各時(shí)間段取各處理組的帶頂芽地下莖，迅速用去離子水沖洗干凈后吸干表面水分，避開(kāi)頂芽和芽眼取樣，切片混勻，用于生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.2.2 生理指標(biāo)測(cè)定方法 采用硫代巴比妥酸法[8]260-261測(cè)定MDA含量；采用電導(dǎo)法[8]261-263測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率；采用磺基水楊酸法[8]258-260測(cè)定脯氨酸含量；采用蒽酮乙酸乙酯法[8]195-197測(cè)定可溶性糖含量；采用氮藍(lán)四唑顯色法[8]167-169測(cè)定SOD活性；采用愈創(chuàng)木酚比色法[8]164-165測(cè)定POD活性。各指標(biāo)測(cè)定均重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用EXCEL 2003軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并采用IBM SPSS Statistics 21.0分析軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 經(jīng)低溫鍛煉后在低溫脅迫條件下荷花地下莖MDA含量及相對(duì)電導(dǎo)率的變化

經(jīng)過(guò)5 ℃低溫鍛煉10 h后，在低溫脅迫條件下荷花品種‘太湖紅蓮’和‘荷塘情深’地下莖的MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率的變化分別見(jiàn)表1和表2。

2.1.1 MDA含量的變化 由表1可見(jiàn)：隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)(0～10 h)，低溫鍛煉組和對(duì)照組中2個(gè)荷花品種地下莖的MDA含量總體上呈逐漸升高的趨勢(shì)。經(jīng)低溫鍛煉后，在連續(xù)低溫脅迫條件下同一荷花品種地下莖的MDA含量均無(wú)顯著差異(P>0.05)；而未經(jīng)低溫鍛煉(對(duì)照組)的2個(gè)荷花品種地下莖的MDA含量在低溫脅迫初期(2 h)顯著(P<0.05)高于低溫脅迫前(0 h)。經(jīng)低溫鍛煉后，品種‘太湖紅蓮’地下莖的MDA含量在低溫脅迫的4～10 h均顯著低于對(duì)照組，而品種‘荷塘情深’地下莖的MDA含量與同期對(duì)照組無(wú)顯著差異。在低溫脅迫的2～10 h，低溫鍛煉組和對(duì)照組中品種‘太湖紅蓮’地下莖的MDA含量均低于相應(yīng)處理組的品種‘荷塘情深’。

2.1.2 相對(duì)電導(dǎo)率的變化 由表2可見(jiàn)：隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)(0～10 h)，低溫鍛煉組和對(duì)照組中2個(gè)品種地下莖的相對(duì)電導(dǎo)率總體上均呈逐漸升高的趨勢(shì)，且在不同處理時(shí)間相對(duì)電導(dǎo)率差異顯著；低溫脅迫2～10 h，低溫鍛煉組2個(gè)荷花品種地下莖的相對(duì)電導(dǎo)率總體上顯著低于其對(duì)照組；此外，雖然經(jīng)過(guò)相同的低溫鍛煉過(guò)程，但品種‘太湖紅蓮’地下莖的相對(duì)電導(dǎo)率均顯著低于品種‘荷塘情深’。

2.2 經(jīng)低溫鍛煉后在低溫脅迫條件下荷花地下莖脯氨酸含量和可溶性糖含量的變化

經(jīng)過(guò)5 ℃低溫鍛煉10 h后，在低溫脅迫條件下荷花品種‘太湖紅蓮’和‘荷塘情深’地下莖中脯氨酸含量和可溶性糖含量的變化分別見(jiàn)表3和表4。

品種和處理2)Cultivarandtreatment2)不同脅迫時(shí)間地下莖的MDA含量/nmol·g-1 MDAcontentinrhizomeatdifferentstresstimes0h2h4h6h8h10hTH-CK4.74±0.24cB5.92±0.37bA7.04±0.23abA7.35±0.20aA7.57±0.56aA7.81±0.29aATH-T5.84±0.32bA5.97±0.31bA5.56±0.50bB6.21±0.23abB6.45±0.77abB6.92±0.33aBHQ-CK4.56±0.21dB6.38±0.88cA7.16±0.97bcA7.61±0.26abA8.25±0.28abA8.54±0.64aAHQ-T5.57±0.07dA6.00±0.46cdA6.33±0.28bcdAB6.81±1.11abcAB7.40±0.43abAB7.86±0.47aA

1)表中數(shù)值為3次重復(fù)的平均值Datums in this table are the average of three replications. 同行中不同的小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different small letters in the same row indicate the significant difference (P<0.05)； 同列中不同的大寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different capitals in the same column indicate the significant difference (P<0.05).

2)TH: 品種‘太湖紅蓮’ Cultivar ‘Taihu Honglian’; HQ: 品種‘荷塘情深’ Cultivar ‘Hetang Qingshen’; CK: 對(duì)照，未進(jìn)行低溫鍛煉The control, without cold acclimation; T: 于5 ℃低溫鍛煉10 h Cold acclimation at 5 ℃ for 10 h.

品種和處理2)Cultivarandtreatment2)不同脅迫時(shí)間地下莖的相對(duì)電導(dǎo)率/% Relativeelectricalconductivityofrhizomeatdifferentstresstimes0h2h4h6h8h10hTH-CK18.36±1.05fB24.62±0.70eB29.56±0.50dB36.03±0.99cA40.23±1.08bAB42.88±0.72aATH-T18.44±0.50eB20.14±1.09dC19.55±0.26dD28.77±0.58cC31.53±0.48bC35.97±0.98aBHQ-CK20.84±0.55fA26.87±0.49eA31.33±0.81dA38.28±1.69cA40.75±1.65bA44.75±1.23aAHQ-T22.37±1.20eA23.58±1.51eB28.39±0.50dC32.01±1.15cB38.24±0.90bB43.04±1.64aA

1)表中數(shù)值為3次重復(fù)的平均值Datums in this table are the average of three replications. 同行中不同的小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different small letters in the same row indicate the significant difference (P<0.05)； 同列中不同的大寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different capitals in the same column indicate the significant difference (P<0.05).

2)TH: 品種‘太湖紅蓮’ Cultivar ‘Taihu Honglian’; HQ: 品種‘荷塘情深’ Cultivar ‘Hetang Qingshen’; CK: 對(duì)照，未進(jìn)行低溫鍛煉The control, without cold acclimation; T: 于5 ℃低溫鍛煉10 h Cold acclimation at 5 ℃ for 10 h.

品種和處理2)Cultivarandtreatment2)不同脅迫時(shí)間地下莖的脯氨酸含量/μg·g-1 Prolinecontentinrhizomeatdifferentstresstimes0h2h4h6h8h10hTH-CK34.60±1.92cC52.11±0.93bC57.76±1.64aC57.11±0.77aC51.64±1.80bC33.39±1.56cDTH-T56.67±3.14eA63.34±1.15dA67.56±1.24cA73.10±0.96bA75.93±0.71aA77.17±0.31aAHQ-CK26.87±1.02eD40.91±1.61cD56.54±2.52aC57.52±1.11aC51.92±0.32bC36.23±0.13dCHQ-T46.73±1.74cB59.10±2.58bB63.21±0.06aB66.38±2.27aB57.64±0.94bB40.96±1.14dB

1)表中數(shù)值為3次重復(fù)的平均值Datums in this table are the average of three replications. 同行中不同的小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different small letters in the same row indicate the significant difference (P<0.05)； 同列中不同的大寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different capitals in the same column indicate the significant difference (P<0.05).

2)TH: 品種‘太湖紅蓮’ Cultivar ‘Taihu Honglian’; HQ: 品種‘荷塘情深’ Cultivar ‘Hetang Qingshen’; CK: 對(duì)照，未進(jìn)行低溫鍛煉The control, without cold acclimation; T: 于5 ℃低溫鍛煉10 h Cold acclimation at 5 ℃ for 10 h.

品種和處理2)Cultivarandtreatment2)不同脅迫時(shí)間地下莖的可溶性糖含量/mg·g-1 Solublesugarcontentinrhizomeatdifferentstresstimes0h2h4h6h8h10hTH-CK9.37±1.04dB11.76±0.24cD15.89±0.20aD14.11±0.96bB13.66±1.17bB13.62±0.36aCTH-T12.77±0.60dA15.85±0.43cA19.22±0.38bA16.83±0.55cA20.19±0.24aA20.77±0.36aAHQ-CK10.10±0.64dB13.06±0.31cC17.06±0.68aC15.88±0.18bA13.70±1.06cB10.88±0.59dDHQ-T11.59±0.43dA14.45±0.14cB18.55±0.18aB16.33±0.39bA18.68±1.20aA18.84±0.26aB

1)表中數(shù)值為3次重復(fù)的平均值Datums in this table are the average of three replications. 同行中不同的小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different small letters in the same row indicate the significant difference (P<0.05)； 同列中不同的大寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different capitals in the same column indicate the significant difference (P<0.05).

2)TH: 品種‘太湖紅蓮’ Cultivar ‘Taihu Honglian’; HQ: 品種‘荷塘情深’ Cultivar ‘Hetang Qingshen’; CK: 對(duì)照，未進(jìn)行低溫鍛煉The control, without cold acclimation; T: 于5 ℃低溫鍛煉10 h Cold acclimation at 5 ℃ for 10 h.

2.2.1 脯氨酸含量的變化 由表3可見(jiàn)：隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)(0～10 h)，經(jīng)低溫鍛煉的品種‘太湖紅蓮’地下莖的脯氨酸含量呈逐漸升高的變化趨勢(shì)，而對(duì)照組的脯氨酸含量則呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，并在脅迫處理4 h時(shí)達(dá)到最高值；低溫鍛煉組和對(duì)照組中品種‘荷塘情深’地下莖的脯氨酸含量均隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)(0～10 h)呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，且均在脅迫處理6 h達(dá)到最高值，但二者的變幅有一定差異。

低溫脅迫0～10 h，經(jīng)低溫鍛煉的2個(gè)品種地下莖的脯氨酸含量均顯著高于對(duì)照；其中，在低溫脅迫10 h時(shí)，品種‘太湖紅蓮’地下莖的脯氨酸含量與對(duì)照差異最大(為對(duì)照的2.31倍)，而品種‘荷塘情深’地下莖的脯氨酸含量?jī)H為對(duì)照的1.13倍。在對(duì)照組中，低溫脅迫0～4 h時(shí)品種‘太湖紅蓮’地下莖的脯氨酸含量高于品種‘荷塘情深’，低溫脅迫6～10 h時(shí)前者地下莖的脯氨酸含量則低于后者；而經(jīng)過(guò)低溫鍛煉后，在低溫脅迫的各時(shí)間段品種‘太湖紅蓮’地下莖的脯氨酸含量均顯著高于品種‘荷塘情深’。

2.2.2 可溶性糖含量的變化 由表4可見(jiàn)：隨著低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)(0～10 h)，經(jīng)低溫鍛煉的2個(gè)荷花品種地下莖的可溶性糖含量均呈“升—降—升”的變化趨勢(shì)；而對(duì)照組2個(gè)品種地下莖的可溶性糖含量則呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，且均在低溫脅迫4 h時(shí)達(dá)到最高值。低溫脅迫0～10 h，經(jīng)低溫鍛煉后2個(gè)荷花品種地下莖的可溶性糖含量在低溫脅迫過(guò)程中總體上顯著高于對(duì)照。對(duì)照組中，低溫脅迫0～8 h時(shí)品種‘太湖紅蓮’地下莖的可溶性糖含量均低于品種‘荷塘情深’，僅在低溫脅迫10 h時(shí)前者的可溶性糖含量高于后者；而經(jīng)過(guò)低溫鍛煉后，在低溫脅迫的不同時(shí)間段品種‘太湖紅蓮’地下莖的可溶性糖含量均高于品種‘荷塘情深’。

2.3 經(jīng)低溫鍛煉后在低溫脅迫條件下荷花地下莖SOD活性和POD活性的變化

經(jīng)過(guò)5 ℃低溫鍛煉10 h后，在低溫脅迫條件下荷花品種‘太湖紅蓮’和‘荷塘情深’地下莖中SOD活性和POD活性的變化分別見(jiàn)表5和表6。

2.3.1 SOD活性的變化 由表5可見(jiàn)：隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)(0～10 h)，低溫鍛煉組和對(duì)照組2個(gè)荷花品種地下莖的SOD活性變化趨勢(shì)基本一致，均呈“升—降—升—降”的波動(dòng)趨勢(shì)，且均在低溫脅迫4 h時(shí)SOD活性最高。低溫脅迫0～10 h，經(jīng)低溫鍛煉的品種‘太湖紅蓮’和‘荷塘情深’地下莖的SOD活性均高于對(duì)照組，但前者與其對(duì)照的SOD活性總體上無(wú)顯著差異，而后者與其對(duì)照的SOD活性在低溫脅迫中期(2～8 h)均差異顯著。此外，在低溫鍛煉組和對(duì)照組中，品種‘太湖紅蓮’地下莖的SOD活性均高于相應(yīng)處理組的品種‘荷塘情深’。

2.3.2 對(duì)POD活性的變化 由表6可見(jiàn)：隨著低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)(0～10 h)，經(jīng)低溫鍛煉后2個(gè)荷花品種地下莖的POD活性均呈先上升后微幅波動(dòng)的變化趨勢(shì)，而對(duì)照組二者的POD活性則呈先上升后下降的變化趨勢(shì)。低溫脅迫0～10 h，經(jīng)低溫鍛煉的2個(gè)荷花品種地下莖的POD活性總體上高于對(duì)照組；此外，在低溫鍛煉組和對(duì)照組中，品種‘太湖紅蓮’地下莖的POD活性均高于相應(yīng)處理組的品種‘荷塘情深’，且在低溫脅迫的中后期(6～10 h)，二者的POD活性均差異顯著。

品種和處理2)Cultivarandtreatment2)不同脅迫時(shí)間地下莖的SOD活性/U·g-1 SODactivityinrhizomeatdifferentstresstimes0h2h4h6h8h10hTH-CK311.03±9.93cdAB346.09±14.52abAB356.43±17.26aA319.48±8.09cdB332.33±3.94bcAB298.16±8.24dATH-T318.36±13.09cA369.98±20.81abA382.80±14.99aA352.94±2.55bA355.44±18.09bA305.99±14.72cAHQ-CK278.79±20.67bcC294.45±33.97abC316.20±12.75aB251.08±7.30cD302.15±20.77abB291.41±2.55abAHQ-T288.23±7.35bBC342.57±25.35aB362.57±2.47aA293.90±4.62bC346.91±10.83aA305.93±25.56bA

1)表中數(shù)值為3次重復(fù)的平均值Datums in this table are the average of three replications. 同行中不同的小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different small letters in the same row indicate the significant difference (P<0.05)； 同列中不同的大寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different capitals in the same column indicate the significant difference (P<0.05).

2)TH: 品種‘太湖紅蓮’ Cultivar ‘Taihu Honglian’; HQ: 品種‘荷塘情深’ Cultivar ‘Hetang Qingshen’; CK: 對(duì)照，未進(jìn)行低溫鍛煉The control, without cold acclimation; T: 于5 ℃低溫鍛煉10 h Cold acclimation at 5 ℃ for 10 h.

品種和處理2)Cultivarandtreatment2)不同脅迫時(shí)間地下莖的POD活性/U·g-1·min-1 PODactivityinrhizomeatdifferentstresstimes0h2h4h6h8h10hTH-CK37.27±0.88cB45.22±1.74bA52.76±1.71aAB43.75±1.45bC43.68±1.35bC43.57±1.49bCTH-T39.87±1.95dA44.88±0.92cA57.02±1.35bA61.60±3.27aA61.78±0.95aA60.75±0.52aAHQ-CK34.66±0.44cC40.58±1.09bB46.88±0.92aB38.44±2.73bD38.12±1.98bD38.45±1.09bDHQ-T36.21±0.98cBC44.93±1.37bA49.62±8.78bAB56.39±1.13aB56.63±0.48aB56.31±3.17aB

1)表中數(shù)值為3次重復(fù)的平均值Datums in this table are the average of three replications. 同行中不同的小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different small letters in the same row indicate the significant difference (P<0.05)； 同列中不同的大寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05) Different capitals in the same column indicate the significant difference (P<0.05).

2)TH: 品種‘太湖紅蓮’ Cultivar ‘Taihu Honglian’; HQ: 品種‘荷塘情深’ Cultivar ‘Hetang Qingshen’; CK: 對(duì)照，未進(jìn)行低溫鍛煉The control, without cold acclimation; T: 于5 ℃低溫鍛煉10 h Cold acclimation at 5 ℃ for 10 h.

3 討論和結(jié)論

植物的細(xì)胞膜系統(tǒng)是植物感受低溫的重要部位，膜系統(tǒng)受到的傷害通常采用MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行評(píng)估[9-10]。低溫脅迫可使荷花地下莖的膜脂過(guò)氧化作用加劇，激發(fā)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累和抗氧化酶活性的變化，從而使荷花對(duì)低溫脅迫產(chǎn)生一系列的生理響應(yīng)。隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)(0～10 h)，荷花品種‘太湖紅蓮’和‘荷塘情深’地下莖的MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率總體上呈逐漸升高的趨勢(shì)，說(shuō)明低溫脅迫對(duì)其細(xì)胞膜造成傷害，破壞了細(xì)胞膜的正常生理功能；而經(jīng)過(guò)低溫鍛煉后，在低溫脅迫2～10 h的條件下，2個(gè)荷花品種地下莖的MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率總體上低于各自未經(jīng)低溫鍛煉(對(duì)照)的地下莖，說(shuō)明低溫鍛煉能在一定程度上減輕荷花受冷害的程度，削弱了膜脂過(guò)氧化作用，有利于荷花抵御低溫能力的提高。

脯氨酸和可溶性糖廣泛存在于高等植物細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，是典型的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物遭受低溫脅迫時(shí)大量積累，并通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓平衡，達(dá)到提高細(xì)胞膜的穩(wěn)定性、防止細(xì)胞脫水及蛋白質(zhì)變性的目的[11-12]，最終抵抗低溫對(duì)細(xì)胞的傷害。在可忍受的低溫脅迫條件下，植物細(xì)胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量與其抗寒性呈正相關(guān)[13]；而脯氨酸含量的增加除了具有維持細(xì)胞滲透勢(shì)平衡的作用，還具有增加蛋白質(zhì)可溶性的功能[14]。本研究中，經(jīng)過(guò)低溫鍛煉后荷花品種‘太湖紅蓮’和‘荷塘情深’地下莖的脯氨酸含量和可溶性糖含量在低溫脅迫0～10 h時(shí)均高于對(duì)照，表明低溫鍛煉有助于激發(fā)荷花地下莖細(xì)胞中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累,促進(jìn)其抵御低溫能力的增強(qiáng)；這一現(xiàn)象在經(jīng)過(guò)一定程度低溫鍛煉的水生植物鳶尾(IristectorumMaxim.)和菖蒲(AcoruscalamusLinn.)[14]中也存在。因而，經(jīng)過(guò)低溫鍛煉后再遭受低溫脅迫時(shí)細(xì)胞內(nèi)脯氨酸含量和可溶性糖含量升高可能是水生植物中普遍存在的現(xiàn)象。隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)低溫鍛煉的荷花品種‘太湖紅蓮’地下莖的脯氨酸含量呈逐漸升高的趨勢(shì)；而品種‘荷塘情深’地下莖的脯氨酸含量在低溫脅迫6 h時(shí)達(dá)到最高值但之后開(kāi)始下降，說(shuō)明低溫脅迫初期品種‘荷塘情深’通過(guò)提高細(xì)胞內(nèi)的脯氨酸含量增強(qiáng)其滲透調(diào)節(jié)能力，但在低溫脅迫超過(guò)其耐受能力后(6 h后)，細(xì)胞傷害加重、質(zhì)膜透性被破壞，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)含物外滲，脯氨酸含量也因此下降。此外，隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)低溫鍛煉后荷花品種‘太湖紅蓮’和‘荷塘情深’地下莖的可溶性糖含量均較對(duì)照有不同程度的升高，說(shuō)明低溫鍛煉有助于荷花地下莖細(xì)胞內(nèi)可溶性糖的積累，并參與調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓，增強(qiáng)其抗寒能力。2個(gè)品種相比較，低溫鍛煉后品種‘太湖紅蓮’地下莖的可溶性糖含量和脯氨酸含量均高于品種‘荷塘情深’，說(shuō)明品種‘太湖紅蓮’細(xì)胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量更高，對(duì)低溫傷害的緩解作用相對(duì)較強(qiáng)。

抗氧化酶活性與植物耐冷性直接相關(guān)，SOD和POD是植物體內(nèi)清除超氧陰離子自由基的重要抗氧化酶，能夠有效的清除活性氧、防止細(xì)胞膜脂過(guò)氧化[15]。隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，經(jīng)低溫鍛煉后荷花品種‘太湖紅蓮’和‘荷塘情深’地下莖的SOD活性呈“升—降—升—降”的趨勢(shì)，二者的POD活性在低溫脅迫條件下呈現(xiàn)先上升后維持微幅波動(dòng)的趨勢(shì)，且總體上高于各自對(duì)照；而李云等[6]對(duì)經(jīng)過(guò)低溫鍛煉后冷脅迫條件下菊花〔Dendranthemamorifolium(Ramat.) Tzvel.〕抗氧化酶活性變化的研究也獲得了相似的結(jié)果，說(shuō)明低溫鍛煉可激發(fā)細(xì)胞內(nèi)的抗氧化酶活性、加速膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物的分解，從而減弱低溫脅迫對(duì)細(xì)胞的傷害。此外，2個(gè)品種比較，經(jīng)過(guò)低溫鍛煉后，品種‘太湖紅蓮’的抗氧化酶活性在低溫脅迫過(guò)程均高于品種‘荷塘情深’，說(shuō)明品種‘太湖紅蓮’緩解低溫傷害的能力相對(duì)較強(qiáng)。

綜上所述，在低溫脅迫條件下，隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，荷花品種‘太湖紅蓮’和‘荷塘情深’地下莖的細(xì)胞膜系統(tǒng)遭到一定程度的破壞，表現(xiàn)為地下莖中相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量升高；而經(jīng)過(guò)低溫鍛煉后，在低溫脅迫條件下2個(gè)荷花品種地下莖受害程度減輕，表現(xiàn)為地下莖的MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率降低、細(xì)胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量提高、抗氧化酶活性增強(qiáng)。從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，荷花不同品種對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)能力有一定差異，但本實(shí)驗(yàn)對(duì)2個(gè)供試品種采用了同樣的低溫鍛煉過(guò)程，沒(méi)有考慮荷花不同品種抗寒異質(zhì)性的差異。因而，在今后的研究中應(yīng)該針對(duì)荷花不同品種的生長(zhǎng)、生理和遺傳特性，采用不同的低溫鍛煉方法，以期為荷花耐寒品種的選育提供更為詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

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(責(zé)任編輯： 張明霞)

Difference analysis on physiological responses of different cultivars ofNelumbonuciferato low temperature stress after cold acclimation

LI Xin, JIANG Jun, XU Jun, LI Jinghui, JIANG Hongwei①

(Suzhou Academy of Agricultural Sciences, Suzhou 215155, China),

J.PlantResour. &Environ., 2015, 24(4): 76-82

Taking cultivar ‘Taihu Honglian’ and ‘Hetang Qingshen’ ofNelumbonuciferaGaertn. as experimental materials, and taking MDA content, relative electrical conductivity, contents of proline and soluble sugar, and activities of SOD and POD as indexes, after cold acclimation at 5 ℃ for 10 h， difference in physiological response of rhizome of two cultivars to low temperature stress at 0 ℃ for 0, 2, 4, 6, 8 and 10 h was analyzed, and effect of cold acclimation on cold resistance of two cultivars was compared. The results show that under low temperature stress， MDA content and relative electrical conductivity of rhizome of cultivar ‘Taihu Honglian’ and ‘Hetang Qingshen’ after cold acclimation totally appear gradually increasing trend with prolonging of low temperature time (0-10 h), their soluble sugar contents appear the “increasing-decreasing-increasing” trend, SOD activities basically appear the “increasing-decreasing-increasing-decreasing” trend, while POD activities appear the trend of firstly increasing and then slightly fluctuating; there is a certain difference in change trend of proline content of two cultivars, in which, proline content of cultivar ‘Taihu Honglian’ increases gradually, while that of cultivar ‘Hetang Qingshen’ increases firstly and then decreases. After cold acclimation, there is a certain difference in six physiological indexes of twoN.nuciferacultivars under low temperature stress with those of the control group (without cold acclimation), in which, both MDA content and relative electrical conductivity of rhizome of cultivar ‘Taihu Honglian’ under low temperature stress for 4-10 h are significantly lower than those of the control group, relative electrical conductivity of rhizome of cultivar ‘Hetang Qingshen’ under low temperature stress for 2-8 h is significantly lower than that of the control group and its MDA content has no significant difference with that of the control group; contents of proline and soluble sugar in rhizome of two cultivars are totally significantly higher than those of the control group, and their SOD and POD activities are totally higher than those of the control group. The comprehensive result shows that cold acclimation is benefit to relieve damage to membrane system of rhizome ofN.nucifera, increase osmoregulation substance content and enhance antioxidant enzyme activity, therefore, cold resistance ofN.nuciferacan be enhanced at a certain degree. And increasing range of cold resistance of cultivar ‘Taihu Honglian’ is higher than that of cultivar ‘Hetang Qingshen’ after cold acclimation.

NelumbonuciferaGaertn.; cold acclimation; cold resistance; membrane system; osmoregulation substance; antioxidant enzyme activity

2015-01-08

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目〔cx(13)3018〕; 蘇州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(SYN201325); 江蘇省林業(yè)三新項(xiàng)目〔LYSX(2015)45〕

李 欣(1982—)，女，黑龍江鶴崗人，碩士，助理研究員，主要從事觀賞植物種質(zhì)資源抗逆性評(píng)價(jià)研究。

①通信作者 E-mail： sacjhw@163.com

Q945.78; S682.32

A

1674-7895(2015)04-0076-07

10.3969/j.issn.1674-7895.2015.04.10