低溫脅迫下觀賞鳳梨雜交后代的耐寒性評(píng)價(jià)

沈曉嵐，王煒勇，葛亞英，俞信英，郁永明

（浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 花卉研究開(kāi)發(fā)中心，浙江 杭州 311200）

低溫脅迫下觀賞鳳梨雜交后代的耐寒性評(píng)價(jià)

沈曉嵐，王煒勇，葛亞英，俞信英，郁永明

（浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 花卉研究開(kāi)發(fā)中心，浙江 杭州 311200）

以觀賞鳳梨雜交后代鳳粉1號(hào)及其父母本，一個(gè)屬內(nèi)對(duì)照，一個(gè)屬外對(duì)照為材料，在低溫脅迫下，通過(guò)凍害指數(shù)和恢復(fù)生長(zhǎng)指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)其耐寒性，同時(shí)研究了相對(duì)電導(dǎo)率和葉綠素?zé)晒鈪?shù)與耐寒能力的相關(guān)性。

觀賞鳳梨；光萼荷；鳳粉1號(hào)；耐寒性

文獻(xiàn)著錄格式：沈曉嵐，王煒勇，葛亞英，等.低溫脅迫下觀賞鳳梨雜交后代的耐寒性評(píng)價(jià) ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，56（12）：1979-1983.

觀賞鳳梨原產(chǎn)熱帶，總體來(lái)說(shuō)耐寒性不佳，在江浙滬及以北地區(qū)的生產(chǎn)中需要設(shè)施栽培，冬季需要大量加熱。由于不能適應(yīng)冬季冷寒氣候，現(xiàn)有的市場(chǎng)品種使用范圍和時(shí)間也倍受限制，如在冬季室內(nèi)使用時(shí)需加溫，無(wú)法在冬季室外使用等。為突破這一現(xiàn)狀，我們通過(guò)雜交育種，將光萼荷屬中耐寒性較好但觀賞性不佳的種質(zhì)與屬內(nèi)其他種質(zhì)雜交，從大量雜交后代中篩選得到觀賞性較好的雜交后代鳳粉1號(hào)［1］。

本研究選取了鳳粉1號(hào)與其父本、母本，以及一個(gè)屬內(nèi)對(duì)照，一個(gè)屬外對(duì)照作為材料，研究其在低溫脅迫下各項(xiàng)指標(biāo)的變化，通過(guò)相關(guān)性分析，對(duì)其耐寒性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，旨在為觀賞鳳梨種質(zhì)資源及雜交后代的耐寒性鑒定和評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

鳳粉1號(hào)及其父本Recurvata、母本合萼光萼荷，1個(gè)屬內(nèi)對(duì)照亮葉光萼荷與一個(gè)屬外對(duì)照丹尼斯，共5份觀賞鳳梨種質(zhì)，均來(lái)自浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究開(kāi)發(fā)中心觀賞鳳梨種質(zhì)資源圃 （表1）。

表1　觀賞鳳梨供試材料及其來(lái)源

1.2試驗(yàn)處理

試驗(yàn)于當(dāng)年11月至次年2月在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究開(kāi)發(fā)中心的溫室大棚和人工氣候室內(nèi)進(jìn)行。將試驗(yàn)苗放入溫度為0℃，光照2.9 klx的人工氣候箱中，將對(duì)照放入平均溫度15℃的大棚中。

分別在低溫脅迫處理前、處理1，3，7，13 d時(shí)測(cè)定細(xì)胞膜透性 （相對(duì)電導(dǎo)率）和葉綠素?zé)晒鈪?shù)；測(cè)定后依次將低溫脅迫處理后的幼苗取出放回大棚進(jìn)行恢復(fù)培養(yǎng)，以查看不同凍害情況下幼苗的恢復(fù)生長(zhǎng)狀況；定時(shí)觀察記錄各品種幼苗凍害出現(xiàn)的時(shí)間與癥狀及恢復(fù)培養(yǎng)后的生長(zhǎng)情況。

凍害指數(shù)=∑ ［各級(jí)單株數(shù)×相應(yīng)級(jí)數(shù)］/（調(diào)查總株數(shù)×最高分級(jí)級(jí)數(shù)）×100；

恢復(fù)指數(shù)=1-∑ ［各級(jí)單株數(shù)×相應(yīng)級(jí)數(shù)］/（調(diào)查總株數(shù)×最高分級(jí)級(jí)數(shù)）×100。

1.3細(xì)胞膜透性 （相對(duì)電導(dǎo)率）的測(cè)定

每株植物選取2～3片長(zhǎng)足葉，用自來(lái)水沖洗干凈，并用蒸餾水漂洗，用濾紙吸干后剪碎，稱取0.5 g置于小燒杯中，加50 m L蒸餾水，于24℃下靜置1 d，其間數(shù)次用玻棒攪拌。用電導(dǎo)儀 （DDS-320）測(cè)其電導(dǎo)率 E1，沸水浴30 min后自然涼至24℃，測(cè)其電導(dǎo)率 E2。

相對(duì)電導(dǎo)率（REC）/%=E1/E2×100。

1.4葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨xPAM-2500進(jìn)行測(cè)定，每株植物選第1片和第2片長(zhǎng)足葉及老葉，距葉尖5～8 cm處中間位置進(jìn)行Fv/Fm的測(cè)定。

2　結(jié)果與分析

2.1凍害表現(xiàn)

FF在0℃低溫脅迫第6天開(kāi)始表現(xiàn)出明顯凍害癥狀，具體表現(xiàn)為葉片微微卷縮，從葉片中部或葉尖部位出現(xiàn)隱約的水漬狀暗黃色斑塊，隨凍害時(shí)間的延長(zhǎng)越來(lái)越明顯。凍害癥狀最先表現(xiàn)在中部的葉子上，并漸漸涉及嫩葉和老葉 （圖1中A）?；謴?fù)生長(zhǎng)后，所有植株均存活，出現(xiàn)凍害癥狀的葉片不可恢復(fù)，并在恢復(fù)生長(zhǎng)7～10 d后，水漬狀暗黃斑塊轉(zhuǎn)變?yōu)槊黠@的黃色斑塊，但新葉生長(zhǎng)正常。

A064在0℃低溫脅迫第12天開(kāi)始表現(xiàn)出明顯凍害癥狀，具體表現(xiàn)為葉片卷縮，最先出現(xiàn)在新葉上，后老葉也慢慢開(kāi)始出現(xiàn)癥狀，直至整株葉片均卷縮 （圖1中B）?；謴?fù)生長(zhǎng)后，所有植株均存活，低溫脅迫13 d以下的植株生長(zhǎng)不受影響，脅迫處理13 d的植株恢復(fù)生長(zhǎng)較慢，生長(zhǎng)2個(gè)月后，葉片仍處于微微卷縮狀態(tài)。

A050在0℃低溫脅迫第3天開(kāi)始陸續(xù)表現(xiàn)出凍害癥狀，具體表現(xiàn)為葉色變淡，葉片中部及葉尖出現(xiàn)水漬狀暗黃色斑塊 （圖1中C）。凍害最先表現(xiàn)在中部葉子上，隨后老葉葉尖也漸漸出現(xiàn)癥狀?；謴?fù)生長(zhǎng)后，所有植株均存活，新葉生長(zhǎng)正常，出現(xiàn)凍害癥狀的葉片不可恢復(fù)，恢復(fù)生長(zhǎng)2周后，部分葉尖出現(xiàn)枯焦。

A012在0℃低溫脅迫第3天后開(kāi)始表現(xiàn)出明顯凍害癥狀，具體表現(xiàn)為葉脈兩側(cè)出現(xiàn)黃紅色斑塊，隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，斑塊慢慢轉(zhuǎn)紅、擴(kuò)大，直至整個(gè)葉片中部出現(xiàn)大面積紅色斑塊 （圖1中D），并延伸至葉尖，低溫脅迫13 d，整株植株除了葉片基部外，全部轉(zhuǎn)為深紅色?；謴?fù)生長(zhǎng)后，處理6 d以下的植株全部存活，新葉生長(zhǎng)正常，處理7～12 d的植株部分存活，但長(zhǎng)勢(shì)受影響，凍害癥狀不可恢復(fù)，新葉生長(zhǎng)緩慢，處理13 d的植株在恢復(fù)生長(zhǎng)3周后出現(xiàn)基部腐爛，并陸續(xù)死亡。

D在0℃低溫脅迫第3天后開(kāi)始表現(xiàn)出明顯凍害癥狀，具體表現(xiàn)為葉子基部微微卷縮，葉尖和葉子中部陸續(xù)出現(xiàn)隱約水漬狀斑塊，并隨著凍害時(shí)間日趨明顯 （圖1中E）。中部葉子和老葉最先出現(xiàn)癥狀，隨后新葉葉尖也出現(xiàn)癥狀?；謴?fù)生長(zhǎng)后，連續(xù)低溫處理6 d以上的植株不可恢復(fù)生長(zhǎng)，恢復(fù)培養(yǎng)2周后陸續(xù)出現(xiàn)死亡，直至45 d后全部死亡，處理5 d內(nèi)的植株均存活，新葉生長(zhǎng)正常，但是凍害癥狀不可恢復(fù)。

圖1　植株凍害情況

2.2外觀凍害指標(biāo)

2.2.1凍害指數(shù)

以A012為例，從圖2中可以看出，A植株沒(méi)有任何凍害癥狀，生長(zhǎng)正常，即凍害0級(jí)；B植株在葉片中部出現(xiàn)不明顯的黃色斑塊，其余生長(zhǎng)良好，為凍害1級(jí)；C植株在葉片中部出現(xiàn)大面積的紅色斑塊，但是生長(zhǎng)仍處于正常，為凍害2級(jí)；D植株葉片中心大部分呈現(xiàn)水漬狀紅色斑塊，生長(zhǎng)情況受到明顯干擾，為凍害3級(jí)；E植株受害程度很大，除了葉片基部外整株呈現(xiàn)紅色，新葉停止生長(zhǎng)，為凍害4級(jí)。

圖2　品種A012的各級(jí)凍害程度

從表2中可以看到，D的耐寒性最差，在第13天達(dá)到了最大值100%；A064的耐寒性最佳，在第7天之前一直是最低值0；其次是FF和A050。從凍害指數(shù)我們可以得到各品種的耐寒性為A064＞FF＞A050＞A012＞D。

表2　各處理凍害指數(shù)

2.2.2恢復(fù)指數(shù)

從表3可以看到，D和A012的凍害恢復(fù)性最差，低溫脅迫7 d以上，就出現(xiàn)了完全無(wú)法恢復(fù)生長(zhǎng)的植株；FF和A064的凍害恢復(fù)性較好，低溫脅迫3 d內(nèi)幾乎可以100%恢復(fù)生長(zhǎng)，其中FF的恢復(fù)性又優(yōu)于 A064。處理13 d后，恢復(fù)能力 FF＞A050＞A064＞A012＞D；處理7 d后，恢復(fù)能力A064＞FF＞A050＞A012=D；處理3 d后，恢復(fù)能力FF=A064＞A050＞A012=D。綜合觀察到的實(shí)際恢復(fù)情況來(lái)看，A064在沒(méi)有受到嚴(yán)重凍害前恢復(fù)能力較強(qiáng)，但是受到凍害葉子卷縮后，就較難恢復(fù)正常狀態(tài)，在恢復(fù)培養(yǎng)3個(gè)月后，卷縮的葉子仍未完全恢復(fù)平展?fàn)顟B(tài)，新葉生長(zhǎng)也較慢，而FF的恢復(fù)能力就較A064強(qiáng)一些，新葉生長(zhǎng)能較快恢復(fù)正常。因此綜合來(lái)看恢復(fù)能力FF＞A064＞A050＞A012＞D。

表3　各處理恢復(fù)指數(shù)

2.3相對(duì)電導(dǎo)率

植物膜系統(tǒng)與耐寒性緊密相關(guān)［2］，當(dāng)植物遭受低溫傷害時(shí)，細(xì)胞膜遭到破壞，膜透性增大，細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲，導(dǎo)致植物細(xì)胞浸提液的電導(dǎo)率增大［2-4］。因此，不同植物在同樣的低溫脅迫下膜透性的增大程度，可作為比較種質(zhì)資源間的耐寒性強(qiáng)弱的依據(jù)，目前在各種植物上已廣泛應(yīng)用。

從相對(duì)電導(dǎo)率的變化來(lái)看 （圖3），我們發(fā)現(xiàn)在低溫脅迫7 d后，F(xiàn)F和A050電導(dǎo)率都出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折，由下降趨勢(shì)轉(zhuǎn)向上升趨勢(shì)，結(jié)合實(shí)際觀察情況，可以認(rèn)為這兩種種質(zhì)都是在低溫脅迫7 d后，其細(xì)胞膜透性增加，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)在一定程度上被破壞了；A064則呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，結(jié)合實(shí)際觀察情況和凍害指數(shù)，可以認(rèn)為A064在低溫脅迫3 d內(nèi)幾乎沒(méi)有受到凍害，在低溫脅迫7～13 d中，其細(xì)胞膜透性下降，受到一定的凍害，可是沒(méi)有出現(xiàn)不可恢復(fù)的傷害，其耐寒性最佳；而A012和D則在低溫脅迫1～2 d后就出現(xiàn)了相對(duì)電導(dǎo)率上升的情況，可見(jiàn)其在短時(shí)間的0℃脅迫下，細(xì)胞膜已經(jīng)受到不可恢復(fù)的破壞，其耐寒性也最差。結(jié)合相對(duì)電導(dǎo)率的變化來(lái)看，耐寒性A064＞FF=A050＞A012=D，與凍害指數(shù)和恢復(fù)指數(shù)基本一致。

圖3　低溫脅迫條件對(duì)觀賞鳳梨相對(duì)電導(dǎo)率的影響

2.4葉綠素?zé)晒鈪?shù)

低溫脅迫會(huì)影響植物的光合效率，使光合速率下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生光抑制甚至光合機(jī)構(gòu)被破壞［5］。作為一種可以快速簡(jiǎn)便、無(wú)損傷的檢測(cè)植物光合作用生理狀況的技術(shù)，葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)為植物抗性生理研究提供了方便［6］，澳大利亞的Smillie和Hetherington［7］最早將葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)用于檢測(cè)桉樹(shù)的抗寒性。Frachebound等［8-10］認(rèn)為葉綠素?zé)晒鈪?shù)可作為耐寒性選擇指標(biāo)。在國(guó)內(nèi)葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)也越來(lái)越多地被用于研究植物耐寒特性，如在蔬菜、藻類、牧草、苜蓿等植物中的應(yīng)用［11-13］。

從圖4可以看出，不同時(shí)長(zhǎng)0℃低溫脅迫下最大光化學(xué)效率F v/F m的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律，F(xiàn)F，A064，A050的 F v/F m值趨于穩(wěn)定，其中又以A064的變化最小，F(xiàn) v/F m值最高，F(xiàn)F其次；A012在1～3 d有較大幅度的下降，之后又上升，到7～13 d又下降，D也有先下降后上升的趨勢(shì)，與凍害指數(shù)、恢復(fù)指數(shù)及相對(duì)電導(dǎo)率相聯(lián)系，可以發(fā)現(xiàn)其變化的幅度與耐寒性呈現(xiàn)一定的相關(guān)度。

3　小結(jié)與討論

比較凍害指數(shù)及恢復(fù)指數(shù)、相對(duì)電導(dǎo)率及葉綠素?zé)晒鈪?shù)，我們可以發(fā)現(xiàn)，與凍害指數(shù)及恢復(fù)指數(shù)有相關(guān)性的是相對(duì)電導(dǎo)率的變化及最大光化學(xué)效率F v/F m的變化。結(jié)合這些數(shù)據(jù)來(lái)看，在這5個(gè)鳳梨種質(zhì)中，耐寒性為A064＞FF＞A050＞A012＞D；恢復(fù)性FF＞A064＞A050＞A012＞D。

圖4　低溫脅迫對(duì)觀賞鳳梨最大光化學(xué)效率F v/F m的影響

從葉片特征來(lái)看，A064葉子革質(zhì)，厚，葉片細(xì)窄，兩側(cè)布有明顯尖刺，葉片背面密布鱗片，葉片正面基部同樣密布鱗片，葉尖鱗片較少；A050葉片相對(duì)較寬，軟，薄，無(wú)刺，葉片背面鱗片稀疏，葉片正面基本無(wú)鱗片分布；鳳粉1號(hào)介于A064與A050之間，葉片厚度軟度均中等，兩側(cè)布有不明顯的小刺，葉片背面密布鱗片，正面則不明顯。鳳梨葉片特征及結(jié)構(gòu)與耐寒性的強(qiáng)弱存在必然的聯(lián)系，然而究竟哪些特征有利于增強(qiáng)鳳梨的耐寒性，葉片上分布的鱗片是否與耐寒性相關(guān)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化是否與鳳梨耐寒性相關(guān)，仍有待于進(jìn)一步的試驗(yàn)論證。

［1］ 王煒勇，俞信英，沈曉嵐，等.觀賞鳳梨新品種鳳粉 1號(hào)［J］.園藝學(xué)報(bào)，2013（9）：1861-1862.

［2］ 簡(jiǎn)令成.生物膜與植物寒害和抗寒性的關(guān)系 ［J］.植物學(xué)通報(bào)，1983（1）：17-23.

［3］ Lyons J M，Raison J K.Oxidative activity of m itochondria isolated from plant tissues sensitive and resistant to chilling injury［J］.Plant Physiology，1970，45：386-389.

［4］ Lyons JM.Chilling injury in plants［J］.Annual Reviews of Plant Physiology，1973，24：445-466.

［5］ 劉鵬，孟慶偉，趙世杰.冷敏感植物的低溫光抑制及其生化保護(hù)機(jī)制［J］.植物生理學(xué)通訊，2001，37（1）：76-82.

［6］ 胡文海，喻景權(quán).低溫弱光對(duì)番茄葉片光合作用和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響 ［J］.園藝學(xué)報(bào)，2001，28（1）：41-46.

［7］ Sm illie R M，Hetherington S E.Stress tolerance and stress induced injury in crop plants measured by chlorophyll fluorescence in vivo：chilling，freezing，icecover，heat and highlight［J］.Plant Physiology，1983，（72）：1043-1050.

［8］ Frachebound Y，Haldimann P，Leipner J，et al.Chlorophyll fluorescence as a selection tool for cold tolerance of photosynthesis in maize（Zea mays L.）［J］.Journal of Experimental Botany，1999，50：1533-1540.

［9］ 胡文海，黃黎鋒，肖宜安，等.夜間低溫對(duì)2種光強(qiáng)下榕樹(shù)葉綠素?zé)晒獾挠绊?［J］.浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，22 （1）：20-23.

［10］ 高青海，徐坤，高輝遠(yuǎn)，等.不同茄子砧木幼苗抗冷性的篩選 ［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38（2）：1005-1010.

［11］ 謝紅英，郭春曉，田素波，等.溫光交叉脅迫對(duì)日本紅楓葉片葉綠素?zé)晒夂腿~黃素循環(huán)的影響 ［J］.山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（5）：14-17，36.

［12］ 徐偉紅，郭衛(wèi)華，徐飛，等.三種棗樹(shù)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的日變化 ［J］.山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（2）：29-32.

［13］ 王梅，高志奎，黃瑞虹，等.茄子離體葉片光系統(tǒng)Ⅱ的冷激脅迫效應(yīng)及熱力學(xué)分析 ［J］.園藝學(xué)報(bào)，2009，36（2）：261-266.

（責(zé)任編輯：張 韻）

S 682

A

0528-9017（2015）12-1979-04

10.16178/j.issn.0528-9017.20151221

2015-07-31

浙江省公益性技術(shù)應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目 （2012C22085）；杭州市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目 （20120232B41）

沈曉嵐 （1980-），女，浙江杭州人，助理研究員，碩士，主要從事花卉育種研究工作。E-mail：angalla@163.com。