脫落酸預處理提高橡膠樹芽接苗期抗寒性的研究

王紀坤 張盈盈 王立豐 楊川 謝貴水

摘 要 以熱研7-33-97一蓬葉穩(wěn)定的芽接苗為材料，噴施不同濃度脫落酸（ABA）溶液后，人工氣候室4 ℃低溫處理，觀察橡膠樹芽接苗期抗寒性。結(jié)果表明，噴施濃度為25-100 mg·L-1的ABA能提高橡膠芽接苗的抗冷性，有效地降低葉片相對電導率，提高葉片內(nèi)游離脯氨酸的含量、葉綠素含量、超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性；25 mg·L-1ABA預處理抗寒效果和經(jīng)濟性最好。

關鍵詞 橡膠樹 ；芽接苗 ；冷害 ；脫落酸

中圖分類號 S794.1

巴西橡膠樹（Hevea brasiliensis）是天然橡膠的重要來源[1]，為大戟科橡膠樹屬落葉喬木，原產(chǎn)巴西亞馬遜河流域，是一個典型的熱帶雨林樹種，喜高溫高濕，生長在南緯0-5°范圍內(nèi)的熱帶雨林中[2]。中國橡膠種植在廣東、廣西、福建、云南、海南等5省區(qū)，是世界上橡膠種植緯度最高的地區(qū)。冬季受北方大陸氣團所控制，溫度較低，迫使橡膠樹停止生長，落葉休眠越冬。北方南下冷空氣使溫度大幅度降低，帶來連續(xù)多天的平流低溫陰雨，或強烈輻射低溫霜凍，使中國大部分種植區(qū)的橡膠樹遭受不同程度的寒害。低溫寒害每年都會發(fā)生，嚴重影響橡膠單產(chǎn)及橡膠樹的經(jīng)濟壽命，特別是大寒入侵時橡膠生產(chǎn)往往遭受毀滅性的破壞[3-5]。低溫寒害已逐漸成為限制中國橡膠產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的主要原因[6]。加強橡膠樹抗寒性相關機制研究和抗寒栽培技術對支撐橡膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

脫落酸（Abscisic acid，ABA）是一種植物體內(nèi)存在的具有倍半萜結(jié)構(gòu)的植物內(nèi)源激素，具有控制植物生長、抑制種子萌發(fā)及促進衰老等效應。ABA對植物適應逆境起著重要的作用，是植物的抗逆誘導因子，對細胞的微管結(jié)構(gòu)有保護作用，可以使植物適應變化的環(huán)境[7]。施用外源ABA可以改變植物體內(nèi)ABA的平衡狀況，從而誘導植物抗冷基因的表達，增強植株的抗冷能力，因而被稱為植物的“脅迫激素”[8]。筆者擬采用不同濃度ABA對橡膠樹芽接苗進行處理，通過測定抗寒相關生理生化指標，探究ABA預處理橡膠樹芽接苗對低溫的響應效果，確定最佳施用濃度，為抗寒生產(chǎn)提供理論依據(jù)和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種熱研7-33-97的芽接苗取自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院橡膠研究所國家橡膠樹種質(zhì)資源圃，在日光溫室內(nèi)自然光照下進行培養(yǎng)。選用每植株株高60 cm左右、葉片數(shù)10片左右，健康狀況良好、長勢一致的植株、第一蓬葉為穩(wěn)定期的芽接苗。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

ABA噴施處理采用濃度分別為0（對照）、25、50和100 mg·L-1，每處理6株，3次重復。自然條件下連續(xù)噴施5 d后，轉(zhuǎn)入4 ℃人工氣候室，空氣相對濕度80 %，光照強度設弱光（75-100 μmol·m-2·s-1）。于處理后24、48、96和144 h選取部位相同的葉片進行各項指標的測定和幼苗耐冷性鑒定。

1.2.2 外部形態(tài)學觀察與冷害分級

記錄外部形態(tài)的變化及受害葉片數(shù)。冷害分級參照雷朝云[9]的標準進行，根據(jù)冷害級別計算冷害指數(shù)，計算公式為CI/%=∑（sini）/4N×100，公式中：CI為冷害指數(shù)，si為冷害級別，ni為相應冷害級別的植株數(shù)，i為冷害分級的各個級別；N為調(diào)查總植株數(shù)。

1.2.3 生理生化指標測定

質(zhì)膜透性測定，將經(jīng)低溫處理的幼苗葉片，稱重后按鄧令毅等[10]研究方法測定電導率，以相對電導率表示質(zhì)膜透性的大小。以葉片殺死前的電導率占殺死后（全透性）電導率的百分數(shù)表示質(zhì)膜相對透性，根據(jù)處理及對照的質(zhì)膜透性計算出傷害率。丙二醛（MDA）測定采用硫代巴比妥酸法[11]，游離脯氨酸的測定采用磺基水楊酸法[12]，超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用氮藍四唑（NBT）光化還原法[13]，過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法[14]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用IBM-SPSS 20.0單因素方差分析對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并采用OriginPro 9.0軟件進行繪圖。

2 結(jié)果分析

2.1 ABA預處理芽接苗葉片冷害指數(shù)鑒定

由表1可知，在低溫處理下，3種濃度ABA預處理橡膠樹芽接苗的冷害指數(shù)均顯著低于未經(jīng)ABA處理的芽接苗。50 mg·L-1ABA處理橡膠芽接苗冷害指數(shù)在24、48、96和144 h分別為13.21 %、14.77 %、15.24 %和16.11 %，顯著低于0、25和100 mg·L-1ABA處理的芽接苗。

2.2 低溫對ABA預處理芽接苗葉片電導率的影響

由圖1可知，低溫處理后對照葉片電導率在0-48 h內(nèi)隨脅迫時間的延長呈逐漸上升的趨勢，在96-144 h呈現(xiàn)下降趨勢；在持續(xù)低溫48 h內(nèi)，葉片電導率均隨ABA處理濃度的增加呈現(xiàn)上升的趨勢；當ABA濃度為25 mg·L-1時，其電導率最低。說明ABA處理能顯著提高芽接苗抗寒性。

2.3 低溫對ABA預處理芽接苗葉片MDA含量的影響

由圖2可見，0、25、100 mg·L-1ABA處理芽接苗葉片隨著低溫處理時間的延長，MDA含量均呈先降后升趨勢；當ABA濃度為50 mg·L-1時，MDA含量隨著時間的延長呈先降后升再降的趨勢；處理144 h時，50 mg·L-1ABA處理的持續(xù)冷害的橡膠幼苗葉片中丙二醛含量最低。

2.4 低溫對ABA預處理芽接苗葉片游離脯氨酸含量的影響

由圖3可知，對照葉片脯氨酸含量隨著脅迫時間的延長呈先下降后上升趨勢，但增長趨勢緩慢；經(jīng)ABA預處理的葉片脯氨酸含量與對照相比顯著增加，呈現(xiàn)上升趨勢。3濃度ABA處理的幼苗葉片其脯氨酸含量的第一個高峰值在冷害48 h，脯氨酸含量均在脅迫144 h達到最高，其中50 mg·L-1ABA的處理葉片游離脯氨酸含量含量最高。

2.5 低溫對ABA預處理芽接苗葉片POD和SOD活性的影響

由圖4A可知，對照葉片的SOD活性隨脅迫時間的延長變化趨勢較平緩，在低溫處理48 h后，SOD活性采開始上升；經(jīng)ABA預處理的葉片SOD活性在0-48 h活性較高，在96 h處下降，后在144 h上升；ABA預處理能夠顯著提高橡膠芽接苗葉片SOD活性，提高其抵御低溫傷害的能力。由圖4B可知，對照葉片的POD活性呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢；50 mg·L-1ABA預處理葉片的POD活性在冷害24 h下降，在48-144 h持續(xù)上升；100 mg·L-1 ABA處理的POD活性在48h內(nèi)下降，隨后上升。50和100 mg·L-1 ABA預處理葉片均在冷害時提高了POD活性，減少了氧自由基的積累，減輕了低溫傷害。

2.6 低溫對ABA預處理芽接苗葉片葉綠素含量的影響

圖5是低溫條件下橡膠幼苗葉片中葉綠素含量的變化規(guī)律。與對照相比，ABA預處理葉片的葉綠素a含量一直呈上升趨勢，葉綠素b亦呈上升趨勢。50和100 mg·L-1 ABA預處理葉片提高寒害葉片中總?cè)~綠素含量，但并不影響葉綠素a/b比值。

3 討論與結(jié)論

ABA主要在葉綠體中合成，然后轉(zhuǎn)移到其他組織中積累起來。研究發(fā)現(xiàn)不僅植物的葉片，離體的根系，特別是根尖也能合成大量的脫落酸。ABA在植物體內(nèi)主要有介導植物對環(huán)境脅迫產(chǎn)生應答和調(diào)控種子發(fā)育過程。近年來，許多研究已證實外源ABA的施用及內(nèi)源ABA含量增加能提高植物的抗寒力[15，16]。其作用機制是植物在低溫脅迫時，脫落酸是通過促進水分從根系向葉片的輸送，提高細胞膜的通透性，并且能迅速關閉氣孔以減少水分的損失。脫落酸可誘導植物滲透調(diào)劑物質(zhì)脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量增高以增加細胞膜的穩(wěn)定性。脫落酸能夠提高植物體內(nèi)保護酶的活性，降低膜脂過氧化程度，保護膜結(jié)構(gòu)的完整性，增強植物抗低溫能力[17]。

植物質(zhì)膜透性可通過植物組織相對電導率來反映逆境條件下質(zhì)膜透性的變化趨勢，電導率變化越大說明質(zhì)膜透性越大，對細胞膜受到脅迫條件的傷害越嚴重[18]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，25和50 mg·L-1濃度的外源ABA能夠降低低溫下葉片細胞膜的相對透性，減少低溫對橡膠樹葉片細胞膜的傷害，能有效地保護橡膠葉片細胞膜結(jié)構(gòu)，維持細胞膜的穩(wěn)定性和完整性，提高橡膠樹對低溫脅迫的適應性。MDA是膜脂過氧化的主要產(chǎn)物，表示細胞膜脂過氧化程度和植物對逆境條件反應的強弱[19]。植物器官在逆境條件下或衰老時，會發(fā)生膜脂過氧化作用，引起對酶和膜的嚴重損傷[20]。由于MDA含量越高，膜脂過氧化程度越大，對膜和細胞造成的傷害越大。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ABA處理葉片和對照之間MDA含量沒有差異，說明ABA主要是通過調(diào)控保護酶活性和滲透物質(zhì)的含量調(diào)控葉片抗寒性。

游離脯氨酸是植物細胞中重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可作為衡量植物抗寒性強弱的指標[21]。ABA預處理使橡膠樹芽接苗體內(nèi)游離脯氨酸的含量升高，緩解了低溫傷害，提高了幼苗的抗冷性。SOD是植物體內(nèi)第一個清除活性氧的關鍵酶，能清除低溫逆境下體內(nèi)產(chǎn)生的有害物質(zhì)，使植物本身盡快適應逆境而生存下來[22，23]。POD在保護酶系統(tǒng)中主要是起到酶促降解H2O2的作用，植物在受到低溫脅迫時，可通過提高POD活性，減少低溫脅迫產(chǎn)生超氧化物自由基的傷害[24]。筆者從相對電導率、MDA含量等變化可以發(fā)現(xiàn)，噴施25、50 mg·L-1 ABA溶液的芽接苗，在經(jīng)歷低溫脅迫后相對電導率和MDA含量保持較低水平，說明其受到的低溫傷害較?。粡腜OD和SOD活性變化可知，噴施50 mg·L-1 ABA，能在低溫處理前提高保護酶活性，盡管在低溫后其活性上升較緩慢，也說明葉片受到低溫傷害較小。再次證明ABA處理能有效提高芽接苗葉片的抗寒性。結(jié)合成本等因素，認為25 mg·L-1 ABA噴施可有效提高橡膠樹芽接苗的抗寒性。

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