低溫脅迫對(duì)‘熱研1號(hào)’檳榔新品種生理特性的影響

黃麗云　劉立云　李艷　周煥起　嚴(yán)玉超

摘 要 為進(jìn)一步完善‘熱研1號(hào)檳榔新品種的生物學(xué)特性，以1年幼苗為材料，在26、20、14、8 ℃的溫度梯度下，分別生長(zhǎng)0，10，20和30 d后，測(cè)定植株的相對(duì)含水量、電導(dǎo)率、葉綠素、脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）、過(guò)氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）等生理指標(biāo)的變化，探討供試材料在低溫脅迫下的耐受性。結(jié)果表明：在26 ℃/10 d、26 ℃/20 d、26 ℃/30 d處理?xiàng)l件下各指標(biāo)表現(xiàn)正常；20 ℃/10 d、20 ℃/20 d低溫處理時(shí)各指標(biāo)數(shù)值開(kāi)始出現(xiàn)小幅度變化，但在20 ℃/30 d條件下變化明顯，表現(xiàn)為多個(gè)指標(biāo)數(shù)值差異顯著；當(dāng)處理溫度在14、8 ℃條件下，處理時(shí)間為10 d時(shí)各指標(biāo)數(shù)值間差異達(dá)顯著水平，特別是隨著低溫脅迫程度的加強(qiáng)，在8℃/30d時(shí)脯氨酸、丙二醛、POD、SOD活性均出現(xiàn)了持續(xù)上升后再下降的趨勢(shì)，結(jié)合植株瀕臨死亡的外觀癥狀，證明了在8 ℃/30 d條件下幼苗嚴(yán)重受損直至死亡。

關(guān)鍵詞 熱研1號(hào)；低溫脅迫；生理指標(biāo)

中圖分類(lèi)號(hào) S543.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Abstract To improve the studies of biological characteristics of‘Reyan No.1， one year old seedlings were used as experimental materials to measure the effects of chilling stress on the physiological characteristics. The seedlings were grown under 26， 20， 14， 8 ℃ for 0， 10， 20， 30 d respectively. The results showed that indices were normal under 26 ℃/10 d， 26 ℃/20 d， 26 ℃/30 d and had a small change under 20 ℃/10 d and 20 ℃/20 d. But there were obvious changes at 20 ℃/30 d and even significant under 14 ℃/10 d and 8 ℃/10 d. Especially with prolong of the treatment at 8 ℃/30 d， Pro， MDA， POD and SOD first gradually increased and then decreased. Combined with the severe injury symptom， 8 ℃/30 d is the lethal temperature for“Reyan No.1”.

Key words Reyan No.1； Chilling tress； Physiological indices

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.11.015

檳榔（Areca catechu L.）是檳榔屬中唯一的栽培種[1]，也是海南省極為重要的熱帶經(jīng)濟(jì)作物。檳榔是熱帶亞熱帶作物，適宜的溫度范圍為24～28 ℃，在中國(guó)僅有海南、臺(tái)灣及云南部分地區(qū)適宜栽種。海南種植檳榔有2 000多年的栽培歷史，長(zhǎng)期的自然環(huán)境和人工選擇逐漸形成了豐富的資源多樣性，其中不乏具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗寒等性狀的優(yōu)異資源。在經(jīng)過(guò)多年多點(diǎn)生產(chǎn)性試驗(yàn)后，中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所選育了‘熱研1號(hào)檳榔新品種[2]，并于2014年6月通過(guò)全國(guó)熱帶作物品種審定委員會(huì)審定，該品種具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，品質(zhì)優(yōu)異，適宜加工等的優(yōu)良特性。但由于受氣候條件的限制，未進(jìn)行規(guī)范的抗寒性試驗(yàn)。

低溫是影響熱帶作物生長(zhǎng)的限制因子，臨界低溫會(huì)對(duì)作物造成損傷并極大影響其正常生長(zhǎng)。植物的生理指標(biāo)是反映植物抗逆性敏感程度的重要參數(shù)，單一指標(biāo)不能全面地反映出植物的生理變化。已有研究結(jié)果表明，在低溫條件下植物的生理指標(biāo)會(huì)產(chǎn)生規(guī)律性的變化，如植物細(xì)胞含水量與耐寒力[3]；原生質(zhì)膜與相對(duì)電導(dǎo)率及丙二醛[4-6]；光合作用與葉綠素[7-8]，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如脯氨酸[9]，保護(hù)性酶POD、SOD[7，9]等；因此，多個(gè)生理指標(biāo)的結(jié)合才能綜合反映出植物對(duì)低溫影響的反應(yīng)變化[10]。2014年本研究組已對(duì)該品種的植物學(xué)特性、品質(zhì)性狀及鮮果質(zhì)構(gòu)等進(jìn)行了分析測(cè)試[11]。其他研究者也開(kāi)展了本地種檳榔的寒害調(diào)查及生理生化分析[12-14]。但對(duì)于新品種‘熱研1號(hào)耐冷性的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本文以‘熱研1號(hào)檳榔品種1 a幼苗為材料，進(jìn)行低溫脅迫實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定相對(duì)含水量、電導(dǎo)率、葉綠素、Pro、MDA、POD、SOD活性等指標(biāo)，探討隨溫度降低和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)幼苗生理變化的影響，該研究結(jié)果可為品種適應(yīng)性栽培區(qū)域的界定奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用檳榔于2013年4月28日播種，6月25日出芽率達(dá)90%，2014年7月6日取12株1年幼苗開(kāi)展低溫脅迫試驗(yàn)。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 設(shè)置4個(gè)溫度處理，分別為CK（室內(nèi)常溫26 ℃）、20、14、8 ℃，每個(gè)處理3次重復(fù)。采用PGX-250C智能光照培養(yǎng)箱進(jìn)行溫控，空氣濕度66%～70%，光照強(qiáng)度7 000 SI。分別于0、10、20、30 d采集植株葉片定量進(jìn)行生理指標(biāo)測(cè)定。

1.2.2 測(cè)定方法 葉片相對(duì)含水量（RWC）采用稱(chēng)重法；細(xì)胞膜透性采用電導(dǎo)法[15]（電導(dǎo)儀DDS-11A）；葉綠素測(cè)定采用葉綠素儀（型號(hào)SPAD-502）；脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）均采用南京建成生物工程研究所提供的試劑盒進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定方法按照試劑盒內(nèi)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用SPSS軟件（SPSS statistics 17.0）與Excel office相結(jié)合進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 相對(duì)含水量的變化

溫度的變化對(duì)植株相對(duì)含水量有著顯著的影響。由表1可知，隨著溫度的下降，幼苗葉片相對(duì)含水量也逐漸下降。處理時(shí)間相同的條件下，8 ℃生長(zhǎng)的檳榔幼苗葉片含水量均顯著低于其他溫度處理（p<0.05），8 ℃/10 d、8 ℃/20 d、8 ℃/30 d分別比對(duì)應(yīng)時(shí)間CK處理降低了29.23%、47.07%、34.45%。另外隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，CK、20 ℃、14 ℃各處理含水量均呈緩慢下降的趨勢(shì)，而8 ℃條件下表現(xiàn)為先下降后上升的態(tài)勢(shì)。此外，不同脅迫時(shí)間處理下，CK的平均含水量為75.74%，無(wú)顯著差異，但從20 ℃開(kāi)始，不同處理時(shí)間含水量之間差異顯著，直至8 ℃平均含水量?jī)H達(dá)47.78%，總體下降明顯。

2.2 相對(duì)電導(dǎo)率的變化

相對(duì)電導(dǎo)率可作為衡量質(zhì)膜透性大小的指標(biāo)，可反映植物膜系統(tǒng)受損傷的程度。由表1可知，隨著溫度的降低，植株相對(duì)電導(dǎo)率也逐漸上升，8 ℃時(shí)急劇上升。幼苗葉片在不同低溫處理脅迫20 d后，各處理相對(duì)電導(dǎo)率差異均達(dá)顯著（p<0.05）水平。此外，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，20 ℃和14 ℃時(shí)相對(duì)電導(dǎo)率均表現(xiàn)為緩慢上升，但在8 ℃條件下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，相對(duì)電導(dǎo)率呈現(xiàn)出先急劇后緩慢的整體上升趨勢(shì)。

2.3 葉綠素含量的變化

低溫脅迫下，植物細(xì)胞色素系統(tǒng)易遭到破壞，導(dǎo)致葉綠素含量降低。由表1可知，隨著溫度的降低，葉綠素含量也逐漸降低。當(dāng)處理時(shí)間為20、30 d時(shí)，不同溫度條件下葉綠素含量均達(dá)顯著差異（p<0.05）。8 ℃處理30 d相對(duì)10 d時(shí)下降的比例最大，為51.2%，是20（9.2%）、14℃（8.4%）處理的5～6倍。

2.4 脯氨酸含量的變化

脯氨酸是植物體中主要參與細(xì)胞水平滲透作用的調(diào)節(jié)劑。由表1可知，隨著溫度的降低，Pro含量逐漸增加，CK處理檳榔葉片的Pro含量顯著低于其它處理。20、14 ℃處理時(shí)不同溫度間差異不顯著，8 ℃時(shí)Pro含量與其他處理差異顯著。相同溫度不同時(shí)間條件下，除CK外，各處理間Pro含量均達(dá)顯著差異（p<0.05）。CK、20 ℃、14 ℃時(shí)Pro含量整體逐漸增加，8 ℃時(shí)Pro含量表現(xiàn)為先急劇上升后下降的趨勢(shì)。

2.5 丙二醛含量的變化

丙二醛含量的高低可作為考察細(xì)胞所受脅迫程度大小的指標(biāo)。由表1可知，隨著溫度的降低，MDA含量逐漸增加，在低溫處理20～30 d時(shí)，MDA含量在14 ℃與20 ℃不同溫度下無(wú)顯著差異，其他處理間差異均達(dá)顯著水平（p<0.05）。相對(duì)于其他溫度MDA含量呈緩慢上升的態(tài)勢(shì)，8 ℃時(shí)隨低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)MDA含量表現(xiàn)為先上升后下降的態(tài)勢(shì)。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，MDA含量逐漸降低，特別是在14、8 ℃時(shí)各處理時(shí)間MDA含量差異達(dá)顯著水平（p<0.05）。

2.6 POD、SOD活性的變化

SOD、POD是植物細(xì)胞內(nèi)重要的保護(hù)酶，是體現(xiàn)植物生理狀況的重要指標(biāo)。由表1可知，POD和SOD的整體變化規(guī)律較為一致，處理10 d時(shí)各溫度間2種酶表現(xiàn)為先小幅度上升后下降再上升的趨勢(shì)，處理間POD活性差異顯著。處理20 d時(shí)不同溫度條件下2種酶表現(xiàn)為先下降后上升再下降的趨勢(shì)，POD活性在各溫度處理間亦差異顯著。處理30 d時(shí)各溫度間2種酶表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì)。而相同溫度不同時(shí)間條件下，CK處理時(shí)2種酶活性差異不明顯，20、14、8 ℃處理時(shí)POD活性在不同時(shí)間內(nèi)差異顯著；20、14 ℃處理時(shí)SOD活性在不同時(shí)間內(nèi)差異顯著。

3 討論與結(jié)論

植物細(xì)胞內(nèi)水分含量對(duì)植物抗寒能力的強(qiáng)弱有明顯的指示作用[3]。本研究中，隨著低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，幼苗葉片相對(duì)含水量不斷降低。在8 ℃低溫條件下，隨著低溫時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片含水量表現(xiàn)為先下降后上升，這與葛亞英[16]的研究中低溫處理?xiàng)l件下口紅花葉片含水量的變化趨勢(shì)一致。這有可能是低溫時(shí)期植物細(xì)胞自由水含量降低，束縛水含量增加的緣故。該變化有利于降低檳榔體內(nèi)細(xì)胞代謝活性，增強(qiáng)細(xì)胞原生質(zhì)膠體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步提高檳榔對(duì)低溫脅迫的耐受性，增強(qiáng)幼苗對(duì)低溫脅迫的抵抗力。

細(xì)胞膜是活細(xì)胞和環(huán)境之間的界面和屏障，其完整性和通透性與植株的耐寒性密切相關(guān)[4]。逆境脅迫下，相對(duì)電導(dǎo)率值的高低可表明植物細(xì)胞膜受損傷的程度；MDA是細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物[5-6]，其含量的變化也反映了膜脂被過(guò)氧化的程度。因此，相對(duì)電導(dǎo)率和MDA是衡量低溫傷害較直接的鑒定指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，相對(duì)電導(dǎo)率和MDA變化趨勢(shì)一致，均隨著脅迫程度的加強(qiáng)而不斷升高。但對(duì)較低溫度的反映靈敏度不同，質(zhì)膜相對(duì)透性在低溫脅迫下一直持續(xù)上升，但幅度不大。而丙二醛含量在8 ℃/20 d時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。這與李靜[17]等以油棕為材料的研究結(jié)果相似。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，在光合作用的光吸收中起核心作用，作物光合作用的強(qiáng)弱直接受其含量多少的影響。本研究中，葉綠素含量隨著脅迫程度的增加不斷下降，在8 ℃時(shí)最低含量?jī)H達(dá)7.9 mg/L，下降的比例是其它溫度處理葉綠素含量的5～6倍。植物體在持續(xù)的低溫脅迫下，葉綠素降解加快，合成亦受到限制，導(dǎo)致含量持續(xù)降低[7-8]。

Pro作為植物體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其主要參與細(xì)胞水平上的滲透調(diào)節(jié)，在植物的抗寒反應(yīng)中起到重要的作用。在低溫脅迫下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，Pro含量逐漸上升，當(dāng)達(dá)到一定脅迫程度，則呈下降趨勢(shì)。8 ℃是Pro含量變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這與李靜[17]、楊華庚[9]等的研究結(jié)果一致。

保護(hù)性酶可以保護(hù)植物體免受自由基和活性氧強(qiáng)氧化作用的傷害。逆境脅迫下，植物對(duì)氧的利用能力下降，致使體內(nèi)的自由基和活性氧增加，保護(hù)性酶的含量和活性也會(huì)相應(yīng)的增加。大量研究表明，植物體隨著低溫脅迫的加強(qiáng)，體內(nèi)的保護(hù)酶活性逐漸升高[18-19]。本研究中，POD和SOD酶活性整體變化規(guī)律較為一致，起始階段均表現(xiàn)為先小幅上升后緩慢下降再上升，至試驗(yàn)后期又持續(xù)下降。適度的低溫脅迫可以啟動(dòng)植物細(xì)胞中酶促防御系統(tǒng)中重要的保護(hù)酶，清除超氧自由基，保證細(xì)胞內(nèi)活性氧與防御系統(tǒng)之間的平衡。隨著低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，酶活性含量波動(dòng)小幅上升。這說(shuō)明植物能夠適應(yīng)低溫環(huán)境，細(xì)胞內(nèi)的活性氧與防御系統(tǒng)之間保持著平衡狀態(tài)。但隨著低溫脅迫程度的加深和時(shí)間得延長(zhǎng)，在8 ℃低溫條件下，這2種酶活性先大幅上升后出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，這表明了隨脅迫程度的加強(qiáng)出現(xiàn)代謝紊亂，細(xì)胞內(nèi)自由基產(chǎn)生和防御系統(tǒng)遭到破壞，導(dǎo)致細(xì)胞正常功能喪失，這與陳代慧的研究結(jié)果相似[20]。

綜上所述，低溫脅迫下檳榔幼苗會(huì)出現(xiàn)含水量降低，電導(dǎo)率、MDA和Pro含量升高等現(xiàn)象，說(shuō)明葉片在低溫條件下受到明顯的損傷。在輕度脅迫下，該品種均能通過(guò)調(diào)節(jié)滲透物質(zhì)的積累來(lái)防止細(xì)胞膜脂被過(guò)氧化，保證細(xì)胞膜脂各項(xiàng)生理生化反應(yīng)正常進(jìn)行，活性酶含量也在一定幅度范圍內(nèi)波動(dòng)以調(diào)節(jié)適應(yīng)溫度的變化。但在重度低溫時(shí)植物本身的防御機(jī)制受到破壞，使得植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能受到嚴(yán)重影響，如Pro、MDA、POD、SOD活性都出現(xiàn)了先上升后下降的趨勢(shì)，結(jié)合植株瀕臨死亡的外觀癥狀，證明了該品種1年齡苗在8 ℃/30 d的條件下受損嚴(yán)重甚至死亡。

海南是中國(guó)檳榔的主產(chǎn)區(qū)，冬季極易遭受低溫陰雨天氣的影響，較為典型的是2008年1～2月海南省遭遇了50年不遇的持續(xù)低溫陰雨天氣，9～10 ℃持續(xù)近1個(gè)月[21]，但調(diào)查表明，此次寒害對(duì)海南檳榔當(dāng)年的產(chǎn)量會(huì)產(chǎn)生一定的不利影響，但影響不會(huì)很大[14]。本試驗(yàn)結(jié)論表明該品種可適宜在海南全省范圍內(nèi)種植。

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