9個油棕品種抗寒性的生理生化鑒定

金龍飛 楊蒙迪 周麗霞 馮美利 曹紅星

摘要：以三年生的油棕小葉為材料，研究低溫脅迫對其可溶性糖、可溶性蛋白、總酚、脯氨酸、丙二醛含量和超氧化物歧化酶、過氧化氫酶以及過氧化物酶活性的影響，采用隸屬函數(shù)法對不同油棕品種的抗寒性進行綜合評價。結(jié)果表明，9個油棕品種在低溫脅迫下的生理生化指標變化差異顯著，隸屬函數(shù)值的平均值表現(xiàn)為RYCR2>RYCR3> RYNG1> RYCR6> RYCR4> RYMY8> RYCR5> RYMY9> RYCR7。9個油棕品種中RYCR2、RYCR3、RYNG1的抗寒性較強，RYCR6、RYCR4、RYMY8次之，RYCR5、RYMY9、RYCR7最弱。

關(guān)鍵詞：油棕;低溫脅迫;抗寒性評價;隸屬函數(shù);生理生化指標

中圖分類號：S565.901文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）08-0132-05

收稿日期：2020-07-13

基金項目：中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院基本科研業(yè)務(wù)費項目（編號：1630152017008）。

作者簡介：金龍飛（1988—），男，湖北荊門人，博士，助理研究員，主要從事熱帶木本油料作物栽培研究。E-mail：jinlf@catas.cn。

通信作者：曹紅星，博士，研究員，主要從事熱帶木本油料作物種質(zhì)資源評價研究。E-mail：hongxing1976@163.com。

油棕（Elaeis guineensis）是重要的熱帶木本油料作物，產(chǎn)油效率極高，是花生的5～6倍，大豆的9～10倍。油棕原產(chǎn)于非洲幾內(nèi)亞灣的熱帶河谷地區(qū)，性喜濕熱，適宜生長的溫度為22～32 ℃。當氣溫低于20 ℃，油棕的開花結(jié)實受抑制;當溫度低于 15 ℃，生長受抑制;當溫度低于10 ℃，油棕受到嚴重的寒害[1]。油棕在我國海南、云南、廣西、雷州半島等地區(qū)種植時，冬季易受低溫寒害[2-5]。中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院椰子研究所從尼日利亞、馬來西亞、哥斯達黎加等引進了9個油棕品種進行試種，對這些品種在低溫脅迫下的抗寒性評價是引種試驗的重要內(nèi)容。在低溫脅迫下，植物會通過一系列的生理生化變化增強對低溫的耐受性，包括增加可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、游離脯氨酸（Pro）等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量;通過增強抗氧化酶活性，例如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）等;以及增強非酶類抗氧化物質(zhì)的含量，例如酚類物質(zhì)、谷胱甘肽和類黃酮等，增強對低溫引起的活性氧的清除能力[6-10]。李靜等對10個油棕品種低溫的生理生化特性進行測定，發(fā)現(xiàn)在低溫脅迫下葉片可溶性糖含量逐漸升高，脯氨酸和可溶性蛋白含量先升高后降低[2]。曹紅星等研究不同油棕資源對低溫脅迫的生理生化響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)SS、SP、Pro、丙二醛（MDA）的含量，SOD、POD、CAT、抗壞血酸過氧化物酶（APX）的活性與抗寒性密切相關(guān)，可作為油棕抗寒鑒定指標[11]。本研究從生理生化角度對9個油棕品種的抗寒性進行評價和鑒定，通過對不同低溫脅迫處理的油棕葉片的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，總酚和丙二醛的含量以及SOD、CAT、POD等抗氧化酶的活性進行測定，并采用隸屬函數(shù)對9個品種的抗寒性進行綜合評價，以期為我國油棕引種奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試油棕品種取自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院椰子研究所試驗基地（110°46′E，19°33′N），品種名依次為RYNG1、RYCR2、RYCR3、RYCR4、RYCR5、RYCR6、RYCR7、RYMY8、RYMY9。在晴天09：00，選擇長勢統(tǒng)一、生長旺盛、無病害的三年生油棕植株的第17片葉進行采樣，采樣后帶回實驗室進行低溫脅迫處理。在人工氣候箱中分別設(shè)置2個低溫梯度[15 ℃（T1）、10 ℃（T2）]，處理24 h，以25 ℃作為對照（CK），每個處理設(shè)置3次重復(fù)。試驗于2020年1—4月開展。

1.2 試驗方法

采用蒽酮比色法測定可溶性糖（SS）含量，二喹啉甲酸法測定總蛋白（SP）含量，分光光度法測定總酚（TF）含量和游離脯氨酸（Pro）含量，硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）含量;采用試劑盒（南京建成生物工程研究所）測定超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）等的活性。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0進行差異顯著性分析。采用隸屬函數(shù)值法對抗寒性進行綜合評價，計算SS、SP、TF、Pro、MDA含量以及SOD、POD、CAT活性等指標在T1、T2時的隸屬函數(shù)值。分析指標與抗寒性呈正相關(guān)，則計算公式為U（Xijk）=（Xijk-Xmin）/（Xmax-Xmin）;分析指標與抗寒性呈負相關(guān)，則計算公式為U（Xijk）=1-（Xijk-Xmin）/（Xmax-Xmin）。Xijk表示第i個品種第j個處理下的第k個指標的測定值;U（Xijk）表示第i個品種第j個處理下的第k個指標的隸屬函數(shù)值;Xmax、Xmin分別表示測定值中的最大值、最小值。先對各指標分別計算隸屬函數(shù)值，再對所有指標計算平均值，值越大表示抗寒性越強，反之則越弱。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對油棕葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

低溫脅迫處理下，9個油棕品種葉片的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量變化情況如表1所示。油棕葉片可溶性糖（SS）含量隨著溫度的降低整體呈上升趨勢，10 ℃時RYCR2葉片可溶性糖含量最高，為97.95 mg/g，顯著高于對照;10 ℃時RYCR5葉片可溶性糖含量增幅最大，是對照的4.4倍。油棕葉片可溶性蛋白（SP）含量隨著溫度的降低呈上升趨勢，10 ℃時RYCR2葉片可溶性蛋白含量最高，為4.83 mg/g，顯著高于對照;10 ℃時RYCR3葉片可溶性蛋白含量增幅最大，是對照的2.8倍。低溫脅迫下油棕葉片脯氨酸（Pro）含量隨著溫度的降低呈升高的趨勢，10 ℃ 時RYCR2葉片脯氨酸含量最高，為46.10 μg/g，顯著高于對照;增幅也最大，是對照的1.7倍。

2.2 不同低溫處理對油棕葉片總酚和丙二醛含量的影響

低溫脅迫處理下，9個油棕品種葉片TF、MDA含量變化如表2所示。低溫脅迫下油棕葉片TF含量隨著溫度的降低呈上升趨勢。15 ℃時RYNG1葉片TF含量最高，為15.19 mg/g，顯著高于對照;10 ℃時RYCR5葉片TF含量增幅最大，是對照的1.99倍。低溫脅迫下油棕葉片的丙二醛（MDA）含量隨著溫度的降低整體呈上升趨勢，10 ℃的RYMY8葉片MDA含量最高，為101.29 nmol/g，顯著高于對照;RYNG1、RYCR2葉片MDA含量增幅較小。

2.3 不同低溫處理對油棕葉片抗氧化酶活性的影響

低溫脅迫處理下，9個油棕品種葉片抗氧化酶活性變化如表3所示。油棕葉片SOD活性隨著溫度的降低呈升高的趨勢，15 ℃時RYCR3葉片SOD活性最高，為3.39 U/g，顯著高于對照;15 ℃時RYCR4葉片SOD活性增幅最大，是對照的2.5倍。油棕葉片POD活性總體隨著溫度的降低呈先升高再降低的趨勢，RYMY8、RYMY9的POD活性總體隨著溫度的降低而逐漸升高。15 ℃時RYCR5葉片POD活性最高，為126.05 U/g，顯著高于對照。油棕葉片CAT活性總體隨著溫度的降低呈逐漸升高的趨勢。10 ℃時RYCR6葉片CAT活性最高，為 37.71 U/g，顯著高于對照;RYMY8葉片CAT酶活性增幅最大，是對照的2.4倍。

2.4 不同品種油棕各指標隸屬函數(shù)值和綜合評價結(jié)果

通過對低溫脅迫下油棕葉片的可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、總酚（TF）、脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）含量和SOD、POD、CAT8酶活性等8項抗寒相關(guān)生理指標變化幅度的隸屬函數(shù)值求平均值，按其大小排序得到9個油棕抗寒性的綜合評價結(jié)果（表4），表明9個油棕的抗寒能力表現(xiàn)為RYCR2>RYCR3>RYNG1>RYCR6>RYCR4>RYMY8>RYCR5>RYMY9>RYCR7。

3 討論與結(jié)論

油棕起源于熱帶雨林，對低溫的抵御能力較弱，在長期的栽培、引種和馴化中，其抗寒性也逐漸增強[12-13]。SS、SP、Pro是植物細胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在低溫脅迫下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的增加能夠改變細胞質(zhì)濃度，提高細胞的保水能力，進而有效緩解低溫對植物細胞的傷害[14]，其含量的高低也能從一定程度上反映抗寒性的強弱[15-16]。SS與水結(jié)合形成束縛水，提高原生質(zhì)的黏度，能夠降低細胞的凝固點，植物中SS含量越高，植物的抗寒性越強[17]。9個油棕品種的SS含量在溫度逐漸降低的過程中逐漸上升，其中RYNG1、RYCR2、RYCR3的SS含量上升的幅度最大，這表明這3個品種在低溫脅迫下能夠積累大量的SS，緩解低溫造成的細胞損傷，提高抗寒性。9個油棕品種的SP含量在溫度逐漸降低的過程中逐漸上升，其中RYCR2、RYCR3、RYMY8的SP含量上升的幅度最大，這表明這3個品種在低溫脅迫下能夠積累大量的SP，增強對低溫脅迫的抗性。在一般情況下，植物細胞的Pro含量較低，在低溫脅迫下Pro迅速積累，外源噴施Pro能夠增強植物的抗寒性[18]。9個油棕品種的Pro在15、10 ℃處理下迅速積累，其中RYNG1、RYCR3、RYMY8的Pro含量上升的幅度最大，表明這3個品種在低溫脅迫下能夠積累大量的Pro，增強對低溫脅迫的抗性。

低溫脅迫下細胞內(nèi)會產(chǎn)生大量的活性氧，包括超氧陰離子自由基（O-2·）、過氧化氫（H2O2）、羥基自由基（·OH-）、一氧化氮（NO）等[19-20]。過量的活性氧積累會對蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)等生物大分子造成損傷，從而影響其正常的生理生化功能[21]。MDA是活性氧與脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應(yīng)的終產(chǎn)物，會引起蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的交聯(lián)結(jié)合，且具有細胞毒性[21]。RYNG1、RYCR2、RYCR3的MDA含量在低溫脅迫下的積累量明顯低于其他品種，表明受低溫脅迫的影響較小。酚類物質(zhì)是植物重要的非酶類抗氧化劑，在逆境脅迫下，酚類物質(zhì)的積累能夠有效清除活性氧的積累[21]。不同油棕品種在低溫脅迫下的酚類物質(zhì)變化差異較大，其中RYNG1、RYCR3、RYCR5的TF含量上升的幅度最大，表明這3個品種在低溫脅迫下能夠積累大量的酚類物質(zhì)，增強對低溫脅迫的抗性。SOD、POD、CAT是植物細胞內(nèi)重要的抗氧化酶，通過清除膜脂過氧化產(chǎn)生的活性氧來保護細胞免受傷害，減少細胞膜損傷，提高植物的抗寒能力。低溫脅迫下SOD、POD、CAT活性的高低也能在一定程度上反映植物的抗寒能力。9個油棕品種在低溫脅迫下SOD、POD、CAT活性都有不同程度的上升，其中RYCR4、RYCR6、RYNG1在低溫脅迫下SOD、POD、CAT活性上升的幅度高于其他品種，這表明RYCR4、RYCR6、RYNG1在低溫脅迫下對活性氧的清除能力較強。

由于油棕樹體高大，本研究采用油棕葉片離體低溫處理的方式模擬低溫脅迫，同時基于與抗寒性密切相關(guān)的生理生化指標的變化進行抗寒性的評估。植物抗寒性是多個因素綜合控制的，包括形態(tài)結(jié)構(gòu)、解剖結(jié)構(gòu)、生理生化指標等，全面的抗寒性評估須對這些指標進行綜合分析，同時還須結(jié)合田間調(diào)查的結(jié)果。本試驗利用隸屬函數(shù)對油棕葉片在低溫脅迫下的生理生化指標綜合分析，得出9個油棕品種的抗寒性表現(xiàn)為RYCR2> RYCR3> RYNG1> RYCR6> RYCR4> RYMY8> RYCR5> RYMY9> RYCR7。

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