低溫脅迫對(duì)三種柑橘葉片抗性生理特性影響

蔣景龍,李 麗,趙 樺,李新生,沈季雪,徐衛(wèi)平

(1.陜西理工學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院,陜西漢中723001；2.陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院陜西漢中723001；3.陜西省資源生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西漢中723001)

低溫脅迫對(duì)三種柑橘葉片抗性生理特性影響

蔣景龍1,李 麗2,趙 樺1,李新生3,沈季雪1,徐衛(wèi)平1

(1.陜西理工學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院,陜西漢中723001；2.陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院陜西漢中723001；3.陜西省資源生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西漢中723001)

以陜南地區(qū)的3種主栽柑橘離體葉片為材料,分別以5、0、－5和－10℃進(jìn)行低溫處理,分析與耐寒性相關(guān)的生理響應(yīng),并采用隸屬函數(shù)法分析3種柑橘的抗寒能力以及通過(guò)主成分分析評(píng)價(jià)各個(gè)測(cè)定指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明:隨著處理溫度的降低,3種柑橘離體葉片均依次出現(xiàn)葉片卷曲、葉片細(xì)胞內(nèi)的水分外滲,細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰導(dǎo)致葉片僵硬和最終的葉片內(nèi)外結(jié)冰情況,葉片形態(tài)變化結(jié)果顯示3種柑橘抗寒能力強(qiáng)弱依次為日南1號(hào)>興津>泛亞特早。隨處理溫度的降低,3種柑橘離體葉片的相對(duì)電導(dǎo)率(REC)和丙二醛(MDA)均從0℃處理時(shí)呈顯著升高趨勢(shì),－10℃處理時(shí)達(dá)到最高值,同一低溫處理?xiàng)l件下REC和MDA值的大小順序均為泛亞特早>興津>日南1號(hào)。O－2?、H2O2和可溶性糖含量總體保持升高的趨勢(shì),而脯氨酸含量呈先顯著升高后降低的趨勢(shì)?？寡趸窼OD、CAT和APX的活性及抗氧化物質(zhì)ASC含量均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。REC和MDA綜合指標(biāo)的累積貢獻(xiàn)率高于85 ,具有較強(qiáng)的代表性,可作為柑橘抗寒性分析的重要指標(biāo),平均隸屬度分析結(jié)果表明3種柑橘抗寒能力依次為日南1號(hào)>興津>泛亞特早。

柑橘,低溫,相對(duì)電導(dǎo)率,隸屬函數(shù),脯氨酸

凍害是影響柑橘生長(zhǎng)發(fā)育的常發(fā)性自然災(zāi)害,極端地區(qū)甚至年年發(fā)生(Pietrini et al,2005)。陜西省柑橘種植主要分布在陜西南部的漢中、安康和商洛地區(qū),栽培歷史悠久,是陜南地區(qū)農(nóng)業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。然而,陜南地區(qū)地處亞熱帶的北緣,也是中國(guó)柑橘種植的最北緣,凍害的多發(fā)地帶。近幾年陜南柑橘連續(xù)遭受周期性大面積凍害。2012－2013年陜南地區(qū)發(fā)生三十年一遇的持續(xù)低溫天氣,柑橘受凍面積占全省柑橘總種植面積的1/4,漢中主產(chǎn)區(qū)柑橘受災(zāi)尤為嚴(yán)重(李新生等,2014)。影響柑橘凍害發(fā)生的因素有很多方面,如地理緯度、海拔高度、氣候變化等外界環(huán)境因素和柑橘品種、砧木、嫁接方式等自身因素(李新生等,2014)。低溫凍害與低溫強(qiáng)度呈指數(shù)關(guān)系,隨低溫強(qiáng)度的增大,凍害率呈增加趨勢(shì)(朱海濤等,2012)。低溫脅迫影響柑橘正常的生長(zhǎng)發(fā)育及生理生化指標(biāo),同時(shí)啟動(dòng)低溫馴化相關(guān)的基因表達(dá)和信號(hào)傳導(dǎo)途徑(陳志遠(yuǎn)等,2014)。李衛(wèi)等(1998)的研究表明離體原生質(zhì)體抗寒性與田間植株的春梢中部的正常葉片抗寒性之間有顯著的正相關(guān)。周曉音等(2010)選擇6個(gè)柑橘品種的完整植株進(jìn)行低溫處理,表明宮川和溫州蜜柑較其它柑橘品種對(duì)低溫的耐性較強(qiáng)。馬文濤和樊衛(wèi)國(guó)(2014)對(duì)貴州3個(gè)野生柑橘種類宜昌橙、酸橙、白黎檬和栽培品種默科特,進(jìn)行一系列低溫冷凍處理24 h后檢測(cè)MDA含量、可溶性糖、可溶性蛋白和POD和SOD活性等生理指標(biāo),認(rèn)為抗寒性強(qiáng)的柑橘枝條有更強(qiáng)的抗氧化脅迫能力和滲透調(diào)節(jié)能力。

柑橘葉片的原生質(zhì)體、新稍、整個(gè)植株和枝條均被用作試驗(yàn)材料進(jìn)行相關(guān)研究,而利用柑橘離體葉片進(jìn)行低溫脅迫相關(guān)研究則尚未見(jiàn)報(bào)道。葉片是植物進(jìn)行光合作用和呼吸的主要器官,同時(shí)也是凍害最容易侵襲的部位。重凍時(shí),柑橘葉片呈桶狀卷曲,很快萎凋干枯,落葉嚴(yán)重,光合作用停止,輕凍時(shí)可使柑橘葉片表皮細(xì)胞受害,蒸騰作用加強(qiáng),葉片慢慢卷縮或部分落葉,光合作用減弱。本研究以陜南地區(qū)引種的抗凍性較強(qiáng)品種日南1號(hào)和興津及本地培育并推廣種植的抗凍性相對(duì)較差品種泛亞特早的離體葉片為材料,分析5、0、－5、－10℃低溫脅迫下柑橘離體葉片中與抗寒性相關(guān)的生理指標(biāo),并采用隸屬函數(shù)法對(duì)其抗寒性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),結(jié)果表明3種柑橘抗寒能力依次為日南1號(hào)>興津>泛亞特早與生產(chǎn)實(shí)踐中抗寒能力相一致。

1 材料與方法

1.1 材料培養(yǎng)與低溫脅迫處理

本研究用興津(Okitsu)、日南1號(hào)(Nichinan 1)和泛亞特早(Fanyatezao)3個(gè)品種均由漢中泛亞綠色食品有限公司苗圃基地提供,3種柑橘苗均為1年生發(fā)育良好的嫁接苗(砧木為枸橘,穗木為3種多年生的穗條)。將3種盆栽橘苗在人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)預(yù)培養(yǎng)2周,溫度為25℃/18℃(晝/夜),空氣相對(duì)濕度為80 ,光照時(shí)間為16 h/8 h(晝/夜),光照強(qiáng)度為4 000 lx。2周后選取生長(zhǎng)一致橘苗,摘取植株中部健康且大小一致的柑橘葉片,分別置于5、0、－5、－10℃的冰箱低溫脅迫12 h,以25℃/18℃(晝/夜)人工氣候培養(yǎng)箱培養(yǎng)的柑橘離體葉片為對(duì)照(CK),處理溫度誤差為±0.5℃。處理后的樣品分別進(jìn)行各種生理指標(biāo)的測(cè)定,所有指標(biāo)均設(shè)置3個(gè)重復(fù)。將3種柑橘對(duì)照組和5、0、－5、－10℃低溫處理的離體葉片進(jìn)行拍照,比較低溫脅迫下葉片的形態(tài)變化。

1.2 生理指標(biāo)測(cè)定

相對(duì)電導(dǎo)率(REC)測(cè)定參照令凡等(2015)的方法；可溶性糖、脯氨酸、抗壞血酸(ASC)含量測(cè)定均參照李玲等(2009)的方法；丙二醛(MDA)含量測(cè)定參照Farooq et al(2009)的方法；過(guò)氧化氫(H2O2)和超氧陰離子(O－2?)含量測(cè)定均參照J(rèn)iang et al (2012,2013)的方法；SOD、CAT和APX活性的檢測(cè)均參照蔣景龍等(2014)的方法。

1.3 隸屬函數(shù)與各單項(xiàng)指標(biāo)的主成分分析

各指標(biāo)的隸屬函數(shù)分析參照孟艷瓊等(2009)和司劍華和盧素錦(2010)的方法。參考廖景容(2005)的方法,隸屬度按5級(jí)制劃分標(biāo)準(zhǔn):隸屬度≥0.7為強(qiáng)抗(Ⅰ級(jí))；隸屬度≥0.6為抗(Ⅱ級(jí))；隸屬度≥0.4為中抗(Ⅲ級(jí))；隸屬度≥0.3為弱抗(Ⅳ級(jí))；隸屬度<0.3為不抗(Ⅴ級(jí))?？购禂?shù)( )＝低溫脅迫后指標(biāo)測(cè)定值/對(duì)照組指標(biāo)測(cè)定值× 100 ,各單項(xiàng)指標(biāo)的主成分分析參照劉杜玲等(2015)的方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007、Origin7.5 SR1和SPSS16.0軟件進(jìn)行制圖和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同低溫脅迫下3種柑橘離體葉片的形態(tài)變化

如圖1所示,與對(duì)照組相比,在5℃處理時(shí),3種柑橘葉片均有些卷曲,但卷曲程度有差別,日南1號(hào)卷曲較輕,興津其次,泛亞特早卷曲嚴(yán)重(圖1:A,B,C)。當(dāng)處理溫度降為0℃處理時(shí),3種柑橘葉片均有少量水分析出,其中泛亞特早水分析出最多,日南1號(hào)最少,興津居中(圖1:G,H,I)。隨著溫度繼續(xù)下降至－5℃,葉片中細(xì)胞開(kāi)始結(jié)冰導(dǎo)致葉片僵硬,其中泛亞特早最為明顯,而興津其次,日南1號(hào)較輕(圖1:G,K,L)。在－10℃處理時(shí)3種柑橘葉片表現(xiàn)出了細(xì)胞內(nèi)外結(jié)冰情況,其中泛亞特早葉片不僅表現(xiàn)出僵硬而且葉片外面結(jié)冰嚴(yán)重,興津葉片雖然僵硬加劇但細(xì)胞外結(jié)冰相對(duì)泛亞特早較少,日南1號(hào)葉片細(xì)胞內(nèi)也嚴(yán)重結(jié)冰,但未發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外結(jié)冰情況(圖1:M,N,O)。以上3種柑橘葉片在不同低溫脅迫下的形態(tài)變化表明,日南1號(hào)抗凍性較強(qiáng),興津其次,泛亞特早最弱。

2.2 葉片REC和MDA含量的變化

由圖2可知,與對(duì)照組相比0℃處理時(shí)3種柑橘REC均顯著性升高,表明葉片細(xì)胞膜系統(tǒng)開(kāi)始受到破壞。－5℃處理時(shí),泛亞特早、興津和日南1號(hào)REC分別較對(duì)照組顯著增加58.14 、39.98 和19.27 ,表明此時(shí)膜系統(tǒng)傷害較重。－10℃處理時(shí),3種柑橘REC達(dá)到最高值,表明膜系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞。泛亞特早REC增幅較同溫度處理的興津和日南1號(hào)高,表明泛亞特早膜系統(tǒng)破壞程度較其他2個(gè)品種嚴(yán)重。3種柑橘離體葉片的MDA含量隨著溫度降低均呈逐漸增加的趨勢(shì),其中泛亞特早和興津MDA含量在0℃處理時(shí)開(kāi)始較對(duì)照組顯著增加,而日南1號(hào)MDA含量在－5℃處理時(shí)開(kāi)始較對(duì)照組顯著增加,均在－10℃處理時(shí)達(dá)最大值。從總體趨勢(shì)看,隨著處理溫度降低,3種柑橘離體葉片的REC和MDA含量均呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。

2.3 H2O2和O－2?含量的變化

圖3顯示,與對(duì)照組相比,泛亞特早的H2O2含量在5℃處理時(shí)開(kāi)始顯著升高,興津和日南1號(hào)的H2O2含量則在－5℃處理時(shí)開(kāi)始顯著升高,而且泛亞特早的H2O2含量均較同期其他2個(gè)品種H2O2含量的增加幅度大。興津和泛亞特早的O－2?含量在0℃處理時(shí)開(kāi)始顯著升高,并隨處理溫度的降低呈逐漸增加的趨勢(shì)；而日南1號(hào)的O－2?含量在－5℃處理時(shí)開(kāi)始顯著升高,－10℃處理時(shí)較－5℃處理時(shí)O－2?含量有顯著下降,但和對(duì)照組無(wú)顯著性差異。從總體趨勢(shì)看,隨著處理溫度的降低,3種柑橘離體葉片的H2O2和O－2?含量均呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。

2.4 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化

圖4顯示,5℃處理時(shí),3種柑橘離體葉片脯氨酸含量與對(duì)照組相比無(wú)顯著變化；0℃處理時(shí)日南1號(hào)和興津的脯氨酸含量明顯升高,而泛亞特早則無(wú)顯著變化；－5℃處理時(shí),3種柑橘脯氨酸含量較對(duì)照組均顯著增加,且均達(dá)到最大值。－10℃處理時(shí),日南1號(hào)和興津的脯氨酸含量較對(duì)照組顯著升高,但興津的脯氨酸較－5℃處理時(shí)顯著降低,而日南1號(hào)的脯氨酸含量較－5℃處理時(shí)無(wú)顯著差異；泛亞特早脯氨酸含量較－5℃處理時(shí)顯著降低。3種柑橘離體葉片的可溶性糖含量均在處理溫度為0℃時(shí)與對(duì)照組相比開(kāi)始顯著性升高,－10℃處理時(shí)其含量達(dá)到最高值?？傮w分析顯示,隨著處理溫度的降低,3種柑橘離體葉片的脯氨酸含量均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),而可溶性糖則呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。

2.5 抗氧化系統(tǒng)的變化

圖5顯示,與對(duì)照組相比,興津和日南1號(hào)SOD活性在5℃處理時(shí)開(kāi)始顯著升高,泛亞特早SOD活性在0℃處理時(shí)開(kāi)始顯著升高；興津和泛亞特早SOD活性在0℃處理時(shí)達(dá)到峰值,在－5℃和－10℃處理時(shí)SOD活性較0℃處理時(shí)顯著下降,但興津SOD活性較對(duì)照組差異不顯著,而泛亞特早SOD活性較對(duì)照組顯著降低；日南1號(hào)SOD活性在－10℃處理時(shí)較－5℃處理時(shí)顯著下降,但仍顯著高于對(duì)照組。隨處理溫度的降低,5℃處理時(shí)葉片的CAT活性均較對(duì)照組顯著升高；0℃處理時(shí)CAT活性均達(dá)到峰值；－5℃和－10℃處理時(shí)CAT活性均較0℃處理時(shí)顯著下降,但興津和泛亞特早CAT活性和對(duì)照組無(wú)顯著性差異,而日南1號(hào)CAT活性仍顯著高于對(duì)照組。APX活性在0℃處理時(shí)達(dá)到峰值,－5℃和－10℃處理時(shí)較0℃處理時(shí)顯著下降。與對(duì)照組相比,興津和日南1號(hào)APX活性在5℃處理時(shí)開(kāi)始顯著升高,而泛亞特早APX活性在0℃處理時(shí)開(kāi)始顯著升高；－5℃和－10℃處理時(shí),興津APX活性無(wú)顯著性差異,而日南1號(hào)APX活性仍顯著高于對(duì)照組；泛亞特早APX活性在－5℃處理時(shí)和對(duì)照組無(wú)顯著差異,但在－10℃處理時(shí)較對(duì)照組顯著降低。隨處理溫度降低,ASC含量在－5℃處理時(shí)達(dá)到峰值,－10℃處理時(shí)顯著下降,但均顯著高于對(duì)照組。興津和泛亞特早ASC含量在0℃處理時(shí)開(kāi)始顯著升高,而日南1號(hào)ASC含量在5℃處理時(shí)開(kāi)始顯著升高。從總體趨勢(shì)看,隨著處理溫度的降低,3種柑橘離體葉片的3種酶SOD、CAT、APX活性和ASC均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。尤其在研究多年生木本植物逆境條件下的生理生化變化方面。離體葉片與活體或連體葉片生理生化變化是否具有一致性方面的研究較少。曾小美等(2002)通過(guò)檢測(cè)擬南芥連體和離體葉片光合作用發(fā)現(xiàn)測(cè)得的光響應(yīng)結(jié)果是一致的。張穎等(2011)經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在人工控制條件下生長(zhǎng)部位一致、年齡相同的離體葉片葉綠素含量、膜透性和細(xì)胞生長(zhǎng)狀況等生理特性在同一基因型內(nèi)的變化很小,可以準(zhǔn)確鑒定楊樹(shù)的耐鹽潛力。而李自龍等(2014)和令凡等(2015)僅采用不同品種油橄欖的離體葉片分別研究滲透脅迫和低溫脅迫下的生理響應(yīng),但未檢測(cè)活體葉片生理變化規(guī)律。關(guān)于低溫脅迫下柑橘離體葉片與活體葉片之間生理生化變化是否具有一致性尚未見(jiàn)相關(guān)研究報(bào)道。該研究選擇抗凍性較強(qiáng)的日南1號(hào)和興津作為材料與本地早熟品種泛亞特早進(jìn)行低溫脅迫下生理生化比較。隨處理溫度的降低,3種柑橘離體葉片均依次出現(xiàn)葉片卷曲,葉片細(xì)胞內(nèi)的水分外滲,細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰導(dǎo)致葉片僵硬和最終的葉片內(nèi)外結(jié)冰情況。一般5℃和0℃處理的柑橘處于寒害階段,此時(shí)生長(zhǎng)受到抑制,代謝減弱,葉片會(huì)發(fā)生輕微卷曲,嚴(yán)重者出現(xiàn)輕微水分外

圖1 不同低溫脅迫下3種柑橘葉片形態(tài)變化 A,D,G,J,M.興津品種葉片；B,E,H,K,N.日南1號(hào)品種葉片；C,F,I,L,O.泛亞品種葉片；A,B,C.對(duì)照組葉片；D,E,F.5℃處理葉片；G,H,I.0℃處理葉片；J,K,L.－5℃處理葉片；M,N,O.－10℃處理葉片。Fig.1 Changes of morphology in detached leaves of three cultured varieties of Citrus under different low temperature stresses A,D,G,J,M.Leaves of Okitsu；B,E,H,K,N.Leaves of Nichinan 1；C,F,I,L,O.Leaves of Fanyatezao；A,B,C.Leaves of control group；D,E,F.Leaves of 5℃treated group；G,H,I.Leaves of 0℃treated group；J,K,L.Leaves of－5℃treated group；M,N,O.Leaves of－10℃treated group.

圖2 不同低溫脅迫下柑橘離體葉片REC和MDA含量的變化Fig.2 Changes of REC and MDA contents in detached leaves of Citrus under different low temperature stresses

圖3 不同低溫脅迫下柑橘離體葉片H2O2和O－2?含量的變化 不同字母表示處理溫度間在0.05水平存在顯著性差異。下同。Fig.3 Changes of H2O2and O－2?contents in detached leaves of Citrus under different low temperature stresses Different normal letters indicate significant differences among treatments with different temperatures at 0.05 level.The same below.

圖4 不同低溫脅迫下柑橘離體葉片脯氨酸和可溶性糖含量的變化Fig.4 Changes of proline and soluble sugar contents in detached leaves of Citrus under different low temperature stresses

圖5 不同低溫脅迫下柑橘離體葉片抗氧化系統(tǒng)的變化Fig.5 Effects of different low temperature stresses on proline and soluble sugar contents in detached leaves of Citrus

2.6 隸屬函數(shù)與各單項(xiàng)指標(biāo)的主成分分析

3種柑橘抗寒性生理指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合分析見(jiàn)表1。平均隸屬度反映了品種抗寒能力的大小,其值越大則抗寒性越強(qiáng),3種柑橘的抗寒性表現(xiàn)為日南1號(hào)>興津>泛亞特早。根據(jù)廖景容等(2005)的隸屬度5級(jí)制劃分標(biāo)準(zhǔn),3種柑橘抗寒性生理指標(biāo)平均隸屬度均在0.4～0.6之間,抗寒性屬于中抗等級(jí)。對(duì)3種柑橘的10項(xiàng)生理指標(biāo)的抗寒系數(shù)進(jìn)行主成分分析,相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛的綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別為74.882 和22.032 ,一般累積貢獻(xiàn)率大于85 具有較強(qiáng)的代表性,這兩個(gè)指標(biāo)基本上包括了10個(gè)生理指標(biāo)所代表的全部信息,可以用這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行柑橘的抗寒性分析。

3 討論

以離體材料(如離體葉片、枝條、新稍、原生質(zhì)體等)和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ烷_(kāi)展逆境脅迫研究的報(bào)道很多,滲,這與該研究中的結(jié)果相一致,當(dāng)溫度降低為－5℃和－10℃時(shí),柑橘則分別受到2級(jí)凍害和5級(jí)凍害,此時(shí)葉片將出現(xiàn)細(xì)胞結(jié)冰,長(zhǎng)時(shí)間凍害將導(dǎo)致葉片變黃枯萎脫落。該研究在－5℃和－10℃處理時(shí)均出現(xiàn)了葉片僵硬,葉片外結(jié)冰的情況符合凍害的特征。但在低溫處理過(guò)程中3種柑橘?gòu)娜~片形態(tài)變化上表現(xiàn)明顯的差異性,泛亞特早在受到凍害時(shí)細(xì)胞內(nèi)外均出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)冰狀況,表現(xiàn)出相對(duì)較弱的抗凍能力,而日南1號(hào)僅表現(xiàn)為細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰。根據(jù)REC增幅超過(guò)50 來(lái)確定半致死溫度分析,3種柑橘REC增幅超過(guò)50 時(shí)的溫度分別為泛亞特早－5℃,興津在－10℃,而日南1號(hào)雖顯著升高但均沒(méi)有超過(guò)50 ,表明日南1號(hào)的抗寒性較其他2個(gè)品種強(qiáng)。隨著溫度降低,3種柑橘葉片中MDA的相對(duì)增幅表現(xiàn)為日南1號(hào)<興津<泛亞特早,表明日南1號(hào)遭受低溫傷害的程度小。REC和MDA均與植物的抗寒性呈負(fù)相關(guān),大多數(shù)植物在低溫脅迫下REC和MDA含量升高(徐維杰等,2013；吳廣霞等,2008；李冬花等,2014)。低溫脅迫破壞了ROS代謝平衡導(dǎo)致ROS大量積累,較高濃度則會(huì)對(duì)植物體造成傷害(張夢(mèng)如等,2014)。隨溫度的降低,3種柑橘離體葉片的O－2?和H2O2含量一直呈逐漸增加趨勢(shì),在0℃處理時(shí)葉片細(xì)胞內(nèi)開(kāi)始積累O－2?和H2O2,當(dāng)溫度降至－5℃和－10℃時(shí)積累了過(guò)量的活性氧,加劇了膜脂過(guò)氧化作用。日南1號(hào)和興津的H2O2含量在－5℃處理時(shí)開(kāi)始顯著升高而泛亞特早在5℃處理時(shí)就開(kāi)始顯著升高且泛亞特早的H2O2含量均較同期日南1號(hào)和興津的增加幅度大,O－2?和H2O2的變化趨勢(shì)相似,這些表明低溫脅迫下日南1號(hào)和興津葉片受到的傷害較泛亞特早輕。

表1 低溫脅迫下柑橘各指標(biāo)隸屬函數(shù)值及各綜合指標(biāo)的系數(shù)及貢獻(xiàn)率Table 1 Subordinate function values and coefficient of comprehensive indexes and their contribution rates of Citrus under low temperature stress

脯氨酸和可溶性糖作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)維持膜的完整性及提高植物的抗逆性具有重要的意義(馬正華等,2009)。結(jié)果表明隨溫度的降低,3種柑橘離體葉片中脯氨酸積累均呈先升后降的趨勢(shì),而可溶性糖含量則呈現(xiàn)一直升高的趨勢(shì)。這些表明,這兩種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在抵抗柑橘的低溫脅迫過(guò)程中可能存在不同的機(jī)制。在低溫脅迫過(guò)程中,盡管3種柑橘滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化趨勢(shì)一致,但日南1號(hào)葉片中的兩種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累均明顯高于泛亞特早和興津。SOD、CAT和APX是植物體內(nèi)清除自由基的重要保護(hù)酶,能清除植物體內(nèi)的O－2?和H2O2(Matysik et al,2002)。3種柑橘離體葉片中SOD、CAT和APX活性以及ASC含量變化顯示,5℃和0℃處理導(dǎo)致了抗氧化酶活性上升,表明輕度的低溫脅迫提高了柑橘的ROS清除能力,增強(qiáng)了抗氧化酶的活性,但當(dāng)溫度降至－5℃和－10℃時(shí),嚴(yán)重的低溫脅迫超出了抗氧化系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)的范圍,抗氧化系統(tǒng)又表現(xiàn)出了明顯的下降趨勢(shì)。由圖4可以看出,日南1號(hào)和興津的抗氧化酶活性和抗氧化物質(zhì)含量始終高于泛亞特早,這表明活性氧的清除能力也是抗寒能力的重要參數(shù)。

平均隸屬度分析結(jié)果表明日南1號(hào)抗寒能力較泛亞特早和興津強(qiáng),可作為陜南地區(qū)柑橘種植的主栽品種,這也與生產(chǎn)實(shí)踐中這兩個(gè)品種具有較強(qiáng)抗凍性一致。對(duì)3種柑橘的10項(xiàng)生理指標(biāo)的抗寒系數(shù)進(jìn)行主成分分析,相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛的綜合指標(biāo)的累積貢獻(xiàn)率大于85 ,具有較強(qiáng)的代表性,可以作為柑橘的抗寒性分析的重要指標(biāo)。

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Low temperature stress affected physiological characters in three varieties of Citrus leaves

JIANG Jing-Long1,LI Li2,ZHAO Hua1,LI Xin-Sheng3,SHEN Ji-Xue1,XU Wei-Ping1

(1.School of Biological Science and Engineering,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723001,China；2.Chemical and Environmental Sciences,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723001,China；3.Shaanxi Key Laboratory of Bio-resources,Hanzhong 723001,China)

Three cultivars of Citrus planted in the southern area of Shaanxi Province were used as experimental materi-als,and their detached leaves were treated at 5℃,0℃,－5℃and－10℃to analyze the physiological responses relat-ed with cold hardiness of Citrus under low temperature stress.Meanwhile the method of subordinate function was used to compare the cold resistance abilities of Citrus and measure parameter and their contribution rate were analyzed by using principal components analysis.The results showed that three varieties of Citrus leaves in vitro were successively appear leaf curl,water leakage inside the leaf cells,intracellular freezing and eventually lead to stiff blades and external icing with the processing temperature decreases.Changes results of leaf morphology showed that the order of cold tolerance in three varieties of Citrus was Nichinan 1>Okitsu>Fanyatezao.The relative electric conductivity(REC)and malondialde- hyde(MDA)of detached leaf all increased obviously under the temperature of 0℃and reached the max value upon the temperature of－10℃in three varieties of Citrus as temperature decreased.REC and MDA value at the same low tem-perature conditions was the order of Fanyatezao>Okitsu>Nichinan 1.The content of O－2?,H2O2and soluble sugar all kept the overall rising trend and proline significantly increased after the first decreased.The activities of SOD,CAT and APX as well as the content of ASC generally increased first and then decreased.The results showed that the cumulative contribution of REC and MDA composite indicator was higher than 85 and had strong representation as citrus cold analysis of key indicators.The results identified by the average degree of membership hardiness indicated that the order of cold tolerance in three varieties of Citrus was Nichinan 1>Okitsu>Fanyatezao.

Citrus,low temperature,relative electric conductivity,subordinate function,proline

Q945.78

A

1000-3142(2016)02-0208-08

10.11931/guihaia.gxzw201507029

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2015-07-27

2015-12-07

陜西省自然科學(xué)基金(2014JQ3113)；陜西省教育廳自然科學(xué)基金(14JK1158)；陜西理工學(xué)院科研基金(SLGKY15-41)[Supported by the Natural Science Foundation Research Project of Shaanxi Province(2014JQ3113)；Natural Science Research Project in Shaanxi Province Department of Education(14JK1158)；Scientific Research Fund from Shaanxi University of Technology(SLGKY15-41)]。

蔣景龍(1980-),男,山東棗莊人,博士,講師,碩士生導(dǎo)師,主要從事逆境植物學(xué)研究,(E-mail)jiangjinglong511＠163.com。