低溫脅迫對(duì)不同紫羅蘭品種的生理特性影響

龔仲幸

摘要：以紫羅蘭[Matthiola incana （L.）R. Br.]品種和諧（M. incana cv. Harmony）、灰姑娘（M. incana cv. Cinderella）為試材，分別進(jìn)行15 ℃常溫、6 ℃低溫脅迫處理，比較了2個(gè)品種在2種溫度條件下葉片相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、SOD與 POD活性等指標(biāo)的變化。結(jié)果表明，在15 ℃常溫下，2個(gè)品種的各生理參數(shù)大部分差異不顯著；但隨著6 ℃低溫脅迫時(shí)間的持續(xù)，2個(gè)品種的葉片相對(duì)電導(dǎo)率快速上升，MDA含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、SOD活性大部分顯著增加，而POD活性持續(xù)下降。

關(guān)鍵詞：紫羅蘭[Matthiola incana （L.）R. Br.]；低溫脅迫；生理特性

中圖分類號(hào)：S681.2；Q948.112+.2；Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）12-2927-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.030

Physiological Characteristics of Different Cultivars of

Matthiola incana Under Chilling Stress

GONG Zhong-xing

（Hangzhou Vocational and Technical College， Hangzhou 310018， China）

Abstract： Using Matthiola incana （L.）R. Br. cv. Harmony，M. incana cv. Cinderella as the material，effects of relative electric conductivity （REC），malondialdehyde （MDA） content，soluble proteins，soluble sugar and activities of peroxidases （POD） and superoxide dismutase （SOD） under15 ℃ norml-temperature and 6 ℃ low-temperature stress. Results showed that.The difference between the 2 cultivars were notsignificant parameters under 15 ℃ norml-temperature. Under 6 ℃ low-temperature stress，REC，MDA content increased，activities of SOD，the contents of soluble proteins，soluble sugar kept significantly increased.But the activity of POD decreased.

Key words： Matthiola incana （L.）R. Br.； low temperature stress； physiological characteristics

紫羅蘭[Matthiola incana（L.）R. Br.]為十字花科（Cruciferae）紫羅蘭屬（Matthiola R. Br. corr. Spreng.）多年生草本植物，在園林綠化上一般作二年生花卉栽培，以供春節(jié)、勞動(dòng)節(jié)花壇用花。紫羅蘭花色豐富，花朵具有香味，而且花期正值季節(jié)交替、其他草花尚未開(kāi)花之時(shí)，因而是理想的冬、春季花壇用花，所以在目前的花卉市場(chǎng)中占有一定的地位。紫羅蘭的生長(zhǎng)適溫為15～18 ℃，能耐短期-5 ℃的低溫[1，2]；但在華東的杭州市、上海市等地氣溫連續(xù)較低時(shí)，其開(kāi)花和生長(zhǎng)會(huì)受到影響；雖然可以在低溫溫室、塑料大棚內(nèi)安全越冬，但增加了生產(chǎn)成本，影響了紫羅蘭的大量應(yīng)用。目前已有紫羅蘭栽培管理的報(bào)道[2]，但對(duì)紫羅蘭低溫脅迫的研究鮮見(jiàn)，為此，試驗(yàn)選擇紫羅蘭2個(gè)耐寒性稍有差異的品種進(jìn)行低溫脅迫試驗(yàn)，探討紫羅蘭耐寒性的生理機(jī)制，以期為紫羅蘭抗低溫品種的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)在杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院園藝技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地內(nèi)完成，供試品種為當(dāng)今紫羅蘭栽培中廣泛應(yīng)用的和諧（M. incana cv. Harmony）、灰姑娘（M. incana cv. Cinderella）2個(gè)品種，和諧的耐熱性稍差于灰姑娘。紫羅蘭種子從北京林業(yè)科技有限公司采購(gòu)，由杭州園林花卉有限公司培育幼苗并上盆。

1.2 處理設(shè)置

選擇生長(zhǎng)一致的紫羅蘭（花苞尚未形成時(shí)）若干盆，放置在杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院園藝基地的光照培養(yǎng)箱內(nèi)，培養(yǎng)箱光照度為200 μmol/（m2·s），光/暗周期為14 h/10 h；試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，處理1（T1）：品種灰姑娘，15 ℃常溫栽培；處理2（T2）：品種灰姑娘，6 ℃低溫脅迫栽培；處理3（T3）：品種和諧，15 ℃常溫栽培；處理4（T4）：品種和諧，6 ℃低溫脅迫栽培。每處理重復(fù)4次，每個(gè)重復(fù)T1、T3為20株（盒），T2、T4為10株（盒）。

試驗(yàn)開(kāi)始后2個(gè)品種都先在15 ℃環(huán)境中培養(yǎng)2 d，然后T1、T3每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選擇10株（盆），移到6 ℃低溫光照培養(yǎng)箱中（T2、T4），以每隔4 h降5 ℃的速率降溫到6 ℃，同時(shí)在試驗(yàn)過(guò)程中保持介質(zhì)的濕潤(rùn)，并觀察植株的受害狀態(tài)。脅迫4 d后，將植株置于15 ℃的培養(yǎng)箱內(nèi)生長(zhǎng)（恢復(fù)）2 d；T1、T3處理分別于試驗(yàn)開(kāi)始、培養(yǎng)2 d、培養(yǎng)4 d、培養(yǎng)6 d各時(shí)間段取樣測(cè)定有關(guān)的生理指標(biāo)；T2、T4處理分別于脅迫前（試驗(yàn)開(kāi)始）、脅迫2 d、脅迫4 d、恢復(fù)生長(zhǎng)2 d（15 ℃）各時(shí)間段取樣測(cè)定有關(guān)的生理指標(biāo)。

1.3 生理指標(biāo)的測(cè)定

試驗(yàn)測(cè)定的植物生理指標(biāo)分別是葉片相對(duì)電導(dǎo)率（Relative electric conductivity，REC）、丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量、可溶性糖（Soluble sugar）含量、可溶性蛋白（Soluble protein）含量、超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性、過(guò)氧化物酶（（Peroxidase，POD）活性。測(cè)定方法分別采用朱祝軍等[3]、李合生[4]、李忠光等[5]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用Microsft Office Excel 2003統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理分析，用SAS 8.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)；用SPSS 11.0軟件對(duì)紫羅蘭2個(gè)品種在6 ℃低溫脅迫后葉片相對(duì)電導(dǎo)率與其他各生理指標(biāo)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對(duì)紫羅蘭葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

試驗(yàn)測(cè)定的低溫脅迫對(duì)紫羅蘭葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響情況見(jiàn)圖1。從圖1可見(jiàn)，在15 ℃常溫下生長(zhǎng)的紫羅蘭2個(gè)品種（T1、T3處理）各試驗(yàn)時(shí)段的葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化不大，差異不顯著（P>0.05）；而在6 ℃低溫脅迫后，隨著低溫脅迫時(shí)間的持續(xù)，2個(gè)品種的葉片相對(duì)電導(dǎo)率快速上升（T2、T4處理），其中紫羅蘭品種灰姑娘的葉片相對(duì)電導(dǎo)率在脅迫2 d后比脅迫前上升了142.6%，在脅迫4 d后比脅迫前上升了117.0%，差異都顯著（P<0.05）；紫羅蘭另一品種和諧的葉片相對(duì)電導(dǎo)率在脅迫2 d后比脅迫前上升了233.5%，在脅迫4 d后比脅迫前上升了273.3%，差異也都顯著（P<0.05）。不過(guò)在15 ℃恢復(fù)生長(zhǎng)2 d后，都快速下降，其中灰姑娘與脅迫前的水平無(wú)顯著差異（P>0.05），和諧也僅比脅迫前高出了43.3%，但差異顯著（P<0.05）。

2.2 低溫脅迫對(duì)紫羅蘭葉片MDA含量的影響

試驗(yàn)測(cè)定的低溫脅迫對(duì)紫羅蘭葉片MDA含量的影響情況見(jiàn)圖2。從圖2可見(jiàn)，在15 ℃常溫下生長(zhǎng)的紫羅蘭2個(gè)品種（T1、T3處理）各試驗(yàn)時(shí)段的MDA含量無(wú)顯著差異（P>0.05）。而在6 ℃低溫脅迫后，隨著低溫脅迫時(shí)間的持續(xù)，2個(gè)品種的葉片MDA含量整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)（T2、T4處理）；其中灰姑娘在低溫脅迫2 d后比脅迫前上升了26.4%，與脅迫前的含量差異顯著（P<0.05）；可在低溫脅迫4 d后又下降到與脅迫前的含量無(wú)顯著差異（P>0.05）的水平，說(shuō)明灰姑娘的葉片細(xì)胞受傷害的程度較輕，表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)。而和諧在低溫脅迫2、4 d后顯著上升（P<0.05），分別比脅迫前上升了47.0%、53.5%。不過(guò)在15 ℃恢復(fù)生長(zhǎng)2 d后，灰姑娘的MDA含量與脅迫前無(wú)顯著差異（P>0.05），和諧的MDA含量比脅迫前上升了24.1%，與脅迫前差異顯著（P<0.05），但有所下降。

2.3 低溫脅迫對(duì)紫羅蘭葉片可溶性糖含量的影響

試驗(yàn)測(cè)定的低溫脅迫對(duì)紫羅蘭葉片可溶性糖含量的影響情況見(jiàn)圖3。從圖3可見(jiàn)，在常溫15 ℃下生長(zhǎng)的灰姑娘葉片可溶性糖含量（T1）在培養(yǎng)4 d時(shí)稍有上升，并與試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的可溶性糖含量差異顯著（P<0.05），但與培養(yǎng)2 d、培養(yǎng)6 d的葉片可溶性糖含量差異不顯著（P>0.05）；和諧的葉片可溶性糖含量（T3）在幾個(gè)時(shí)間段基本一樣，差異不顯著（P>0.05）。隨著低溫脅迫時(shí)間的進(jìn)程，2個(gè)品種葉片的可溶性糖含量總體呈上升趨勢(shì)，其中在脅迫2、4 d時(shí)，灰姑娘分別比脅迫前上升了23.2%、31.1%，與脅迫前差異顯著（P<0.05）；和諧分別比脅迫前上升了7.9%、49.8%，后者與脅迫前差異顯著（P<0.05）。不過(guò)在15 ℃恢復(fù)生長(zhǎng)2 d后，又都回返到接近于脅迫前的水平。

2.4 低溫脅迫對(duì)紫羅蘭葉片可溶性蛋白含量的影響

試驗(yàn)測(cè)定的低溫脅迫對(duì)紫羅蘭葉片可溶性蛋白含量的影響情況見(jiàn)圖4。從圖4可見(jiàn)，在15 ℃常溫下生長(zhǎng)的灰姑娘（T1）于試驗(yàn)生長(zhǎng)2、4、6 d各時(shí)段的可溶性蛋白含量比試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)都有降低，并都與試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)差異顯著（P<0.05）；而和諧（T3）各時(shí)段則基本平穩(wěn)，與試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的可溶性蛋白含量差異不顯著（P>0.05）。但在6 ℃低溫脅迫后，隨著低溫脅迫時(shí)間的持續(xù)，紫羅蘭2個(gè)品種的可溶性蛋白含量總體呈上升趨勢(shì)；其中在脅迫2、4 d時(shí)，灰姑娘（T2）比脅迫前分別上升了64.2%、22.9%，和諧（T4）比脅迫前分別上升了49.5%、85.8%。不過(guò)在15 ℃恢復(fù)生長(zhǎng)2 d后，灰姑娘的含量反而低于脅迫前的水平；和諧的含量仍高于脅迫前，比其上升了26.9%；2個(gè)品種都與脅迫前差異顯著（P<0.05）。

2.5 低溫脅迫對(duì)紫羅蘭葉片SOD活性的影響

試驗(yàn)測(cè)定的低溫脅迫對(duì)紫羅蘭葉片SOD活性的影響情況見(jiàn)圖5。從圖5可見(jiàn)，在常溫15 ℃條件下生長(zhǎng)，紫羅蘭2個(gè)品種的葉片SOD活性在各時(shí)段都變化不大，相互之間差異不顯著（P>0.05）。而在6 ℃低溫脅迫后，隨著脅迫時(shí)間的進(jìn)程，2個(gè)品種的葉片SOD活性均呈持續(xù)上升的變化趨勢(shì)，說(shuō)明低溫脅迫激活了SOD；其中在脅迫2、4 d時(shí)，灰姑娘（T2）比脅迫前分別上升了35.3%、46.4%，和諧（T4）比脅迫前分別上升了80.0%、274.1%，都與脅迫前差異顯著（P<0.05）；即使是在15 ℃恢復(fù)生長(zhǎng)2 d后，SOD活性仍高于脅迫前的水平，灰姑娘（T2）高15.9%，和諧（T4）高58.6%，仍然是都與脅迫前差異顯著（P<0.05）。

2.6 低溫脅迫對(duì)紫羅蘭葉片POD活性的影響

試驗(yàn)測(cè)定的低溫脅迫對(duì)紫羅蘭葉片POD活性的影響情況見(jiàn)圖6。從圖6可見(jiàn)，在常溫15 ℃條件下生長(zhǎng)的灰姑娘（T1）其POD活性較高，但不穩(wěn)定，在培養(yǎng)2、4 d時(shí)的POD活性比試驗(yàn)開(kāi)始和培養(yǎng)6 d時(shí)的要高，并且差異顯著（P<0.05）；而和諧（T3）各時(shí)段的POD活性雖然有差異，但差異不顯著（P>0.05）。低溫脅迫后，隨著脅迫時(shí)間的進(jìn)程，2個(gè)品種的葉片POD活性均呈持續(xù)下降的變化趨勢(shì)，其中在脅迫2、4 d時(shí)，灰姑娘（T2）較脅迫前分別下降了13.2%、18.4%，都與脅迫前差異顯著（P<0.05）；和諧（T4）較脅迫前分別下降了35.0%、48.7%，差異顯著（P<0.05）。在15 ℃恢復(fù)生長(zhǎng)2 d后，灰姑娘（T2）和和諧（T4）的POD活性都與脅迫前的水平之間差異顯著（P<0.05）；但與脅迫4 d時(shí)的無(wú)顯著差異（P>0.05）。

2.7 紫羅蘭葉片相對(duì)電導(dǎo)率與生理指標(biāo)間的相關(guān)性分析

紫羅蘭2個(gè)品種在6 ℃低溫脅迫后葉片相對(duì)電導(dǎo)率與其他各生理指標(biāo)之間的相關(guān)分析結(jié)果見(jiàn)表1，從表1分析可見(jiàn)，葉片相對(duì)電導(dǎo)率與紫羅蘭品種灰姑娘的MDA含量、可溶性蛋白含量、SOD活性均存在正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)極顯著；與可溶性糖含量存在正相關(guān)關(guān)系，與POD活性存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著。葉片相對(duì)電導(dǎo)率與紫羅蘭品種和諧的MDA含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、SOD活性均存在正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)極顯著；與POD活性存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著。

3 討論

低溫脅迫使植物葉片細(xì)胞膜的氧化傷害和膜透性增加，從而表現(xiàn)為葉片相對(duì)電導(dǎo)率的增加[6]；MDA含量表示細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的輕重程度，通常用MDA含量作為膜脂過(guò)氧化的指標(biāo)[6]。試驗(yàn)中，紫羅蘭的MDA含量與葉片相對(duì)電導(dǎo)率之間呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明MDA含量可以作為紫羅蘭植物的低溫脅迫指標(biāo)。

有研究表明，可溶性糖與可溶性蛋白在參與細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)、維持細(xì)胞內(nèi)外的滲透平衡中起著重要作用[7]。試驗(yàn)中，可溶性糖含量與可溶性蛋白含量隨著低溫脅迫時(shí)間的持續(xù)，表現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)，這與在低溫脅迫下對(duì)瓜葉菊（Pericallis hybrida B. Nord.）[8]、山櫻花（Prunus campanulata Maxim.）[9]、紅掌（Anthurium andraeanum Linden）[10]、黃瓜（Cucumis sativus L.）[11]等植物的研究結(jié)果相一致。通過(guò)相關(guān)性分析，顯示出可溶性蛋白含量與葉片電導(dǎo)率呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明可溶性蛋白的積累可使植物有較強(qiáng)的滲透調(diào)節(jié)能力，從而能抵御外界逆境對(duì)植物的傷害。

正常溫度下，植株體內(nèi)自由基的產(chǎn)生與代謝不足以造成植物受到傷害，植物自身有一套起保護(hù)作用的抗氧化酶系統(tǒng)，這套酶保護(hù)系統(tǒng)有清除活性氧的能力。但當(dāng)植物處于逆境狀態(tài)下時(shí)，體內(nèi)的活性氧大量累積，超出了抗氧化酶系統(tǒng)的清除能力，就會(huì)造成蛋白質(zhì)變性、膜脂過(guò)氧化，甚至DNA產(chǎn)生變異等一系列的不良后果，從而對(duì)植物產(chǎn)生的一定的傷害[6-11]。在試驗(yàn)中，紫羅蘭葉片細(xì)胞的SOD活性顯著增加，與葉片的相對(duì)電導(dǎo)率呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，這與在辣椒（Capsicum annuum L.）[12]、茄子（Solanum melongena L.）[13]、青榨槭（Acer davidii Franch.）[14]、過(guò)路黃（Lysimachia christinae Hance）[15]等植物上的研究結(jié)果相類似。POD的作用是清除氧代謝中所產(chǎn)生的H2O2以及由此產(chǎn)生的一些自由基，其與SOD等酶協(xié)調(diào)作用可使植物體內(nèi)的自由基保持在一定的、不至于對(duì)植物自身產(chǎn)生傷害的平衡水平上。試驗(yàn)結(jié)果表明，POD的活性隨著低溫脅迫時(shí)間的進(jìn)程呈持續(xù)下降的變化趨勢(shì)，與葉片的相對(duì)電導(dǎo)率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與孫宗玖等[16]對(duì)狗牙根[Cynodon dactylon（L.）Pers.]的冷害協(xié)迫研究結(jié)果相一致。下一步要對(duì)POD與SOD的共同作用機(jī)制作進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

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