低溫脅迫對狗牙根激素和碳水化合物代謝的影響

楊　勇，婁燕宏，楊知建，向佐湘，徐慶國*，胡龍興*（1.湖南涉外經(jīng)濟學院體育學院，湖南長沙41005；.湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院草業(yè)科學系，湖南長沙41018）

低溫脅迫對狗牙根激素和碳水化合物代謝的影響

楊勇1，2，婁燕宏2，楊知建2，向佐湘2，徐慶國2*，胡龍興2*
（1.湖南涉外經(jīng)濟學院體育學院，湖南長沙410205；2.湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院草業(yè)科學系，湖南長沙410128）

以雜交狗牙根品種天堂419，天堂328，老鷹草，運動百慕大和普通狗牙根品種保定狗牙根為試驗材料，分析了人工模擬晝夜溫度為適溫（30℃/25℃）、亞適溫（18℃/10℃）、冷害（8℃/4℃）和凍害（4℃/-4℃）等4種梯度降溫冷馴化條件下，低溫脅迫對狗牙根葉片細胞膜穩(wěn)定性、葉綠素含量、內(nèi)源激素（ABA、IAA，GA3和tZR）以及可溶性糖、淀粉、果聚糖、總非結構性糖等碳水化合物代謝的影響。結果表明：隨著溫度的降低，狗牙根葉片的電導率顯著升高，葉綠素含量下降，內(nèi)源激素ABA含量升高，而IAA，GA3和tZR含量均下降；碳水化合物中可溶性糖、果糖和總非結構性糖含量在5個品種中均呈不同程度的升高，但不同品種在冷馴化過程中不同溫度處理下其變化差異較大，如天堂328、老鷹草和運動百慕大的淀粉含量下降；天堂419的淀粉含量變化不大，而保定狗牙根的淀粉含量則呈上升趨勢。綜合分析各生理指標的變化，5個狗牙根品種的抗寒能力強弱為：保定狗牙根最弱，而天堂419，老鷹草、天堂328和運動百慕大耐寒能力依次較強。低溫脅迫下積累或維持較高的內(nèi)源激素ABA、GA3、IAA、t ZR和碳水化合物可溶性糖和果聚糖可能是耐寒性較強的主要原因，這些代謝物的積累或維持有助于狗牙根細胞內(nèi)滲透平衡和細胞膜穩(wěn)定性的維持，延緩葉片的枯黃衰老和誘導抗性相關基因或蛋白的表達從而提高了狗牙根品種的抗寒能力。

狗牙根；品種；低溫脅迫；內(nèi)源激素；碳水化合物

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楊勇，婁燕宏，楊知建，向佐湘，徐慶國，胡龍興.低溫脅迫對狗牙根激素和碳水化合物代謝的影響.草業(yè)學報，2016，25（2）：205-215.

YANG Yong，LOU Yan-Hong，YANG Zhi-Jian，XIANG Zuo-Xiang，XU Qing-Guo，HU Long-Xing.Effect of low temperature on phytohormones and carbohydrates metabolism in Bermuda grass.Acta Prataculturae Sinica，2016，25（2）：205-215.

狗牙根（Cynodon dactylon）是暖季型草坪草中使用最廣泛的草種之一，廣泛應用于熱帶、亞熱帶及溫帶地區(qū)的公共綠地、運動場草坪、高爾夫球場、護坡草坪的建植［1］。溫度是影響狗牙根分布和生長的重要因素，其最適生長溫度為25～32℃，當日均溫度≤12℃時，狗牙根生長緩慢，7～10℃時變?yōu)樽攸S色［2］。但由于其對低溫敏感和抗寒能力差，在我國推廣應用的狗牙根常常表現(xiàn)為南方地區(qū)綠色期較短，過渡帶地區(qū)容易受到低溫危害而出現(xiàn)大面積死亡，北方地區(qū)則不能安全越冬等問題，極大地降低了其觀賞價值，限制了狗牙根這一重要經(jīng)濟植物的廣泛推廣應用［1-4］。因此，狗牙根低溫脅迫抗性機理已成為狗牙根研究的重要內(nèi)容，也是草坪氣候過渡區(qū)狗牙根新品種選育的最重要育種目標之一。

植物內(nèi)源激素與其抗寒性關系密切，對植物抗寒能力的調(diào)控起著重要的作用。當植物受到低溫脅迫時，植物會通過體內(nèi)的激素調(diào)節(jié)來適應外界環(huán)境變化［5-7］。脫落酸（ABA）、赤霉素（GA）、生長素（IAA）和細胞分裂素（CTK）等植物激素對其耐寒性具有明顯調(diào)節(jié)作用［8］。GA能夠明顯影響植物體內(nèi)自由水和束縛水的含量，從而對植物的抗寒性產(chǎn)生影響；IAA和CTK可調(diào)控低溫脅迫下植物的衰老過程［9］；ABA是植物低溫鍛煉的促進劑，在低溫鍛煉過程中，游離態(tài)與結合態(tài)的ABA可相互轉(zhuǎn)化，誘導相關抗性基因轉(zhuǎn)錄水平的表達以及增強它們在蛋白水平上的活性從而提高其抗寒能力［7，10-11］。

碳水化合物既是植物生長發(fā)育過程中的重要能量提供者，同時也對植物抗逆性具有重要的調(diào)節(jié)作用。低溫可以誘導水解酶的活性，使淀粉水解加速，從而增加可溶性糖的含量［12］。低溫下可溶性糖的積累，提高了細胞的滲透勢，有利于細胞的滲透調(diào)節(jié)，保護膜的結構。果聚糖解聚能釋放大量可降低組織水分冰點的游離果糖，而果糖位于液泡之中，從而起到液泡滲透緩沖劑和低溫防護劑的作用［13］。

以往國內(nèi)外圍繞狗牙根抗寒性鑒定、自然低溫或?qū)嶒炇业蜏靥幚韺费栏萜嘿|(zhì)量、根形態(tài)特征、膜結構、酶活性、蛋白合成、光合和呼吸等生理生化過程的影響開展了較多的研究［3-6，14］，而對不同抗寒性狗牙根品種在低溫脅迫下內(nèi)源激素和碳水化合物的代謝差異探討較少，尤其對內(nèi)源激素和碳水化合物在低溫馴化過程中的變化與狗牙根抗寒性的關系研究則更少。本研究以多個不同優(yōu)良狗牙根品種為材料，探討其人工模擬低溫馴化處理下細胞膜透性、葉綠素含量、內(nèi)源激素和碳水化合物代謝的變化及其與狗牙根抗寒性的關系，為不同抗寒性狗牙根品種的適應區(qū)域選擇、狗牙根在寒冷區(qū)的栽培應用及其抗寒育種提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1供試材料

本研究供試材料采用了5個不同狗牙根品種，分別為天堂419（C.dactylon×C.trasvalensis cv.Tifway），天堂328（C.dacty lon×C.trasvalensis cv.Tifgreen），老鷹草（C.dacty lon×C.trasvalensis cv.Tifeagle），運動百慕大（C.dactylon×C.trasvalensis cv.Tifsport）和保定狗牙根（C.dactylon cv.Baoding）。其中，保定狗牙根引自河南農(nóng)業(yè)大學，其他4個狗牙根品種引自湖南天泉科技開發(fā)有限公司。

1.2田間試驗與盆栽溫度處理方法

供試各狗牙根品種于2014年5月分別用草莖種植于湖南農(nóng)業(yè)大學教學科研試驗基地。2014年8月，挖取成坪后的狗牙根草皮塊洗凈其根部泥土，種植于上口徑25 cm、下口徑15 cm、高20 cm的塑料盆中，栽培基質(zhì)為市售花土和河沙，按重量比1∶1混合均勻，每盆用土1.4 kg。每個品種種植4盆，共計20盆，放置于湖南農(nóng)業(yè)大學教學科研試驗基地培養(yǎng)。

將成坪后的各盆栽材料轉(zhuǎn)入人工氣候箱中分別進行梯度降溫處理：（1）適溫處理。初始溫度30℃/25℃（晝/夜）處理7 d；（2）亞適溫處理。經(jīng)初始處理材料再將氣候箱溫度降為18℃/12℃（晝/夜）處理7 d；（3）冷害處理。經(jīng)初始和亞適溫處理材料再在8℃/4℃（晝/夜）處理7 d；（4）凍害處理。經(jīng)初始、亞適溫和冷害處理材料再轉(zhuǎn)入溫度設為4/-4℃的生長箱中處理24 h。人工氣候箱相對濕度設為65%～75%，12 h光照時間和12000 lx的光強。各處理設4次重復（4盆），在各梯度降溫處理結束時，每盆取各成熟狗牙根植株功能葉片混勻，其中一部分葉樣用于測定其電導率和葉綠素含量；另一部分鮮葉樣在液氮速凍后保存于-80℃冰箱，用于內(nèi)源激素和碳水化合物的測定分析。

1.3測定項目與方法

（1）電導率：各處理分別稱取約0.1 g狗牙根葉片，用去離子水沖洗干凈，剪成1 cm的小段置于試管中，加去離子水10 m L在黑暗條件下輕微振蕩24 h后，測外滲液的電導率（E1），然后封口在高壓滅菌鍋中高溫高壓滅菌15 min，冷卻至室溫后測電導率（E2），再按下式計算：相對電導率（%）=［（E2-E1）/E2］×100。

（2）葉綠素含量：采用分光光度計法，用二甲基亞砜浸提48 h后于波長663、645和470 nm下測定吸光值［15］。

（3）內(nèi)源激素含量：樣品采用80%冷丙酮提取，提取液用20μm過濾柱去除雜質(zhì)和色素，然后用96孔固相萃取柱分步萃取分別獲得ABA，IAA，GA3和t ZR，經(jīng)流動相溶解后的樣品采用高效液相色譜質(zhì)譜（HPLC-MS）的方法測定［16］。

（4）碳水化合物：烘干至恒重的樣品經(jīng)液氮研磨過0.42 mm細篩，然后用92%的乙醇提取，上清液經(jīng)真空干燥后用流動相溶解用于測定的可溶性糖（果糖、葡萄糖和蔗糖），剩下的沉淀按Morvan-Bertrand等［17］和王正文［18］的方法利用HPLC測定果聚糖和淀粉含量?？偟姆墙Y構性糖含量用可溶性糖、淀粉和果聚糖的總和表示。

1.4數(shù)據(jù)處理

利用SAS for Window 9.0軟件進行試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計方差分析，采用單因素方差分析和Duncan多重比較檢驗不同處理間的差異（P＜0.05）。

2　結果與分析

2.1低溫對狗牙根細胞膜透性的影響

從表1可看出，隨著處理溫度的降低，5個狗牙根品種葉片細胞膜透性增加，相對電導率均顯著升高（P＜0.05）。與適溫條件下的對照相比較，狗牙根品種老鷹草在冷害和凍害溫度處理時葉片相對電導率增加幅度最小，分別為適溫對照條件下的2.2和3.4倍；而保定狗牙根增幅最大，分別增加了4.5和5.6倍。在冷害溫度處理下，保定狗牙根和天堂419的葉片相對電導率最大，其次為運動百慕大和天堂328，老鷹草的電導率最低。在凍害溫度處理下，狗牙根品種運動百慕大、天堂328和老鷹草的葉片電導率處于同一水平，顯著低于保定狗牙根和天堂419葉片的電導率。

2.2低溫脅迫對狗牙根葉綠素含量的影響

葉綠素含量的變化是葉片衰老的重要生理指標之一。從表2可知，隨著溫度的降低，5個狗牙根品種葉片均出現(xiàn)衰老，其葉綠素含量均顯著下降。在各溫度處理條件下，狗牙根品種保定狗牙根和天堂419的葉片衰老最快，葉綠素下降程度最大，在亞適溫時分別下降至適溫對照的58%和64%，在冷害溫度時分別下降至適溫對照的46%和49%，到凍害溫度，均下降至對照的34%。狗牙根品種天堂328、老鷹草和運動百慕大葉片的衰老程度均比保定狗牙根和天堂419緩慢，在亞適溫、冷害和凍害溫度時葉綠素含量分別下降至適溫對照的77%～79%、57%～62%和45%～54%。

2.3低溫脅迫對狗牙根內(nèi)源激素含量的影響

2.3.1對ABA含量的影響由表3可知，隨著溫度的降低，不同狗牙根品種葉片ABA含量顯著升高，其中運動百慕大和老鷹草增幅最大，天堂419和保定狗牙根增幅最小。與適溫對照相比，運動百慕大和老鷹草在亞適溫、冷害和凍害溫度條件下葉片ABA含量分別增至適溫對照的2.0～2.4倍、5.4～5.7倍和9.6～10.4倍，含量分別達63.1～71.8 ng/g、168.0～168.1 ng/g和280.4～321.3 ng/g鮮重。天堂328葉片ABA含量增幅居中，在亞適溫、冷害和凍害溫度條件下ABA含量分別增至對照的1.9、3.7和6.9倍。保定狗牙根和天堂419葉片ABA含量增幅最小，在亞適溫、冷害和凍害溫度條件下只增至對照的1.4～1.5倍、2.4～2.6倍和4.1～4.7倍。

表1　低溫脅迫對不同狗牙根品種葉片電導率的影響Table1　Effect of low temperature on leaf electrolyte leakage in different bermudagrass cultivars%

表2　低溫脅迫對不同狗牙根品種葉綠素含量的影響Table2　Effect of low temperature on leaf chlorophyll content in different bermudagrass cultivars mg/g

表3　低溫脅迫對不同狗牙根品種葉片脫落酸含量的影響Table3　Effect of low temperature on leaf ABA content in different bermudagrass cultivarsng/g fresh weight

2.3.2對IAA含量的影響在適溫生長條件下，5個狗牙根品種葉片IAA含量無顯著性差異（表4）。隨著溫度的降低，狗牙根各品種葉片IAA含量均呈下降趨勢，但下降程度差異較大，其中以保定狗牙根葉片IAA含量下降幅度最大，其次為天堂419，其余3個品種居于同一水平。在亞適溫條件下，運動百慕大葉片IAA含量最高，為155.3 ng/g，保定狗牙根IAA含量最低，為97.1 ng/g，其余3個狗牙根品種葉片IAA含量居中，在124.5～131.7 ng/g之間。在冷害和凍害溫度處理時，天堂419和保定狗牙根葉片IAA含量顯著低于其余3個狗牙根品種，而老鷹草和天堂328葉片IAA含量顯著高于天堂419和保定狗牙根的IAA含量，但顯著低于運動百慕大的IAA含量（P＜0.05）。

表4　低溫脅迫對不同狗牙根品種葉片生長素含量的影響Table4　Effect of low temperature on leaf auxin content in different bermudagrass cultivars ng/g fresh weight

2.3.3對GA3含量的影響由表5可知，在適溫生長條件下，狗牙根品種天堂328葉片GA3含量顯著低于其余4個狗牙根品種的GA3含量（P＜0.05）。隨著處理溫度的降低，5個狗牙根品種葉片GA3含量均呈下降趨勢，其中以保定狗牙根和天堂419的下降幅度最大。在亞適溫處理時，保定狗牙根葉片GA3含量下降至適溫對照的49%，運動百慕大下降至對照的72%，其余3個品種的GA3含量為對照的81%～83%。在冷害溫度處理下，天堂419和保定狗牙根葉片GA3含量分別下降至對照的27%和33%，而在凍害處理溫度下則分別下降至對照的9%和5%，其含量顯著低于天堂328、老鷹草和運動百慕大的含量。

表5　低溫脅迫對不同狗牙根品種葉片赤霉素含量的影響Table5　Effect of low temperature on leaf gibberellin acid content in different bermudagrass cultivars ng/g fresh weight

2.3.4對tZR含量的影響由表6可知，5個狗牙根品種葉片tZR含量均隨著處理溫度的降低而下降，其中以保定狗牙根和天堂419下降幅度最大。在適溫生長條件下5個狗牙根品種之間的葉片t ZR含量無顯著性差異。在亞適溫生長條件下，保定狗牙根的葉片tZR含量最低，僅為205.5 ng/g，而運動百慕大葉片tZR含量最高，達301.7 ng/g，天堂328、老鷹草和天堂419居中，為249.7～262.7 ng/g之間。在冷害和凍害處理溫度下，保定狗牙根和天堂419的葉片tZR含量最低，運動百慕大的tZR含量最高，其余3個品種的葉片t ZR含量居中。

表6　低溫脅迫對不同狗牙根品種葉片細胞分裂素（t ZR）含量的影響Table6　Effect of low temperature on leaf cykotinin content in different bermudagrass cultivars ng/g fresh weight

2.4低溫脅迫對狗牙根碳水化合物的影響

2.4.1對可溶性糖含量的影響可溶性糖是植物細胞中維持原生質(zhì)體和滲透平衡，保持膜穩(wěn)定性和完整的重要物質(zhì)。由表7可知，隨著溫度的降低，5個狗牙根品種葉片可溶性糖含量均呈持續(xù)增長趨勢。在亞適溫處理時，保定狗牙根和天堂419葉片可溶性糖含量增至適溫對照的1.2和1.5倍，而其余3個品種葉片的可溶性糖含量均增至對照的2倍以上。在冷害溫度處理下，保定狗牙根和天堂419葉片可溶性糖含量分別升高至對照的2.5倍左右，而老鷹草增至對照的3.2倍，天堂328和運動百慕大升高至對照的3.5倍，均顯著高于保定狗牙根和天堂419的可溶性糖含量。

表7　低溫脅迫對不同狗牙根品種葉片可溶性糖含量的影響Table7　Effect of low temperature on leaf soluble sugars content in different bermudagrass cultivars mg/g dry weight

2.4.2對淀粉含量的影響由表8可知，在適溫生長條件下，5個狗牙根品種之間的葉片淀粉含量無顯著差異（P＞0.05）。隨著處理溫度的下降，5個品種葉片淀粉含量的變化趨勢差異較大。與適溫對照相比較，保定狗牙根葉片的淀粉含量隨溫度的下降呈上升趨勢，天堂419的淀粉含量則無顯著變化，而天堂328、老鷹草和運動百慕大的葉片淀粉含量則隨溫度的下降而降低。

2.4.3對果聚糖含量的影響由表9可知，隨著處理溫度的下降，5個狗牙根品種葉片果聚糖含量均呈上升趨勢，其中保定狗牙根和天堂419上升的幅度較小，另3個品種的葉片果聚糖含量上升幅度較大。在亞適溫處理下，保定狗牙根和天堂419葉片果聚糖含量升高至適溫對照的1倍左右，而天堂328和運動百慕大升至對照的1.3倍左右，老鷹草則增加至對照的1.8倍。老鷹草、天堂328和運動百慕大的果聚糖含量在冷害溫度處理時增加至對照的1.8～2.0倍，在凍害溫度處理時增至對照的2.0～2.8倍，而天堂419和保定狗牙根的果聚糖含量在冷害溫度處理時僅增至對照的1.3～1.5倍，在凍害溫度處理時增至對照的1.7倍左右。

表8　低溫脅迫對不同狗牙根品種葉片淀粉含量的影響Table8　Effect of low temperature on leaf starch content in different bermudagrass cultivars mg/g dry weight

表9　低溫脅迫對不同狗牙根品種葉片果聚糖含量的影響Table9　Effect of low temperature on leaf fructan content in different bermudagrass cultivars mg/g dry weight

2.4.4對總非結構性糖含量的影響由表10可知，在適溫生長條件下，5個狗牙根品種之間的葉片總非結構性糖含量無顯著差異（P＞0.05）。隨著處理溫度的下降，5個品種葉片總非結構性糖含量變化均呈升高趨勢。在亞適溫處理下，保定狗牙根和天堂419葉片總非結構性糖含量顯著低于另3個狗牙根品種的總非結構性糖含量；在冷害溫度處理時僅保定狗牙根葉片總非結構性糖含量顯著低于另4個品種的總非結構性糖含量；而在凍害溫度處理下，保定狗牙根葉片總非結構性糖含量最低；其次為天堂328、老鷹草和天堂419的總非結構性糖含量；運動百慕大葉片總非結構性糖含量則最高。

表10　低溫脅迫對不同狗牙根品種葉片總非結構性糖含量的影響Table10　Effect of low temperature on leaf total nonstructural carbohydrates content in different bermudagrass cultivars mg/g dry weight

3　討論

3.1低溫對狗牙根細胞膜穩(wěn)定性和葉片衰老的影響

細胞膜是植物遭受低溫傷害和抵抗低溫傷害的關鍵組織，低溫脅迫下，膜系統(tǒng)常受到不同程度的傷害而隨之喪失選擇性，引起細胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，組織浸出液電導率增高［19-21］。因此電解質(zhì)滲透率的大小直接反映出細胞膜受低溫傷害的程度。本研究結果表明，在人工模擬低溫冷馴化條件下，供試的5個狗牙根品種電解質(zhì)滲透率均呈上升趨勢，這也與前人研究認為低溫使狗牙根葉片的電導率升高結果相一致［3，22-23］。但野生栽培種保定狗牙根葉片電導率顯著高于雜交狗牙根品種，且不同雜交狗牙根品種之間的電導率差異也較大，表明本地狗牙根和引進的雜交狗牙根品種在低溫傷害程度和耐低溫抗性存在顯著差異，其中天堂328、運動百幕大和老鷹草的低溫處理電導率低，耐低溫能力較強；而保定狗牙根和天堂419的電導率高，耐低溫能力較弱。

葉片失綠被認為是葉片衰老的最主要和最初的癥狀，因此常用葉綠素含量作為葉片衰老開始的標志。此外，葉綠素作為植物進行光合作用的主要色素，其含量還反映了葉片光合能力的強弱，是維持葉片正常光合作用和呼吸作用的關鍵［24-25］。本研究結果顯示，隨著溫度的降低，5個供試狗牙根品種葉片均出現(xiàn)枯黃失綠和衰老癥狀，表明狗牙根對低溫比較敏感；其中以保定狗牙根葉片枯黃衰老最快，而天堂419，天堂328、運動百幕大和老鷹草葉綠素含量下降相對較慢，表明對低溫較敏感的狗牙根品種在低溫來臨時枯黃衰老較快，從而綠色期會相對較短，而相對較耐低溫的品種枯黃休眠較遲，光合能力維持時間較長，綠色期也較長。這可能主要是對低溫敏感的狗牙根品種在低溫下產(chǎn)生較多的活性氧而破壞了DNA、蛋白質(zhì)和膜脂等生物大分子的結構，引起葉綠素分子的降解。

3.2低溫對狗牙根葉片內(nèi)源激素的影響

植物激素是植物正常代謝的產(chǎn)物，是在植物體內(nèi)合成的，并能從產(chǎn)生部位轉(zhuǎn)移到作用部位，其在很低的濃度下就能調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的有機小分子物質(zhì)，逆境脅迫下其含量的變化影響植物的代謝、生長發(fā)育及其抗逆性［26］。內(nèi)源激素與植物的抗逆性研究一致的結論是逆境能促使植物體內(nèi)激素含量和活性發(fā)生變化，尤其是ABA等抑制類內(nèi)源激素含量會顯著增加，而GA、IAA等促進類內(nèi)源激素含量則顯著下降從而影響其代謝生理過程和抗逆性［10］。本研究結果表明，隨著溫度的降低，5個供試狗牙根品種葉片ABA含量顯著升高，而GA、IAA和tZR含量均顯著下降。這與前人在水稻（Oryza sativa）和黃瓜（Cucumis sativus）等作物上的研究結果相一致［27-29］。

蒲高斌等［30］研究指出，冷脅迫下植物中的ABA水平與其抗冷性呈正相關，抗寒性強的植物內(nèi)源ABA含量高于抗寒性弱的，且外施ABA可以增強植物的抗冷性。本研究表明，隨著溫度的降低，狗牙根葉片ABA含量顯著上升，而耐低溫能力較強的狗牙根品種天堂328、運動百慕大和老鷹草葉片ABA含量升高程度顯著高于對低溫較敏感的保定狗牙根和天堂419，表明低溫脅迫下狗牙根葉片ABA含量與其耐低溫能力顯著相關。前人研究表明，ABA含量的升高既能提高SOD活性，減輕超氧自由基對膜的傷害［31-32］，同時還是低溫鍛煉的促進劑，在低溫鍛煉過程中誘導抗性相關基因在轉(zhuǎn)錄及蛋白水平的表達從而提高了其抗寒能力［7，10-11］。這也表明了在低溫脅迫下ABA含量的升高有助于狗牙根葉片細胞膜穩(wěn)定性的維持以及誘導抗寒性相關基因和蛋白的表達，從而提高了狗牙根適應低溫的能力［33-34］。

赤霉素能夠明顯影響植物體內(nèi)自由水和束縛水的含量，從而對植物的抗寒性產(chǎn)生影響，而生長素和細胞分裂素可調(diào)控低溫脅迫下植物的衰老過程［9］。此外，細胞分裂素還可提高SOD等膜保護酶的活性，直接或間接地清除自由基，減少脂質(zhì)過氧化及膜脂肪酸組成的比例從而保護細胞膜［35］。本研究結果顯示，隨著溫度的降低，狗牙根葉片GA3、IAA和tZR含量顯著下降，但在同一溫度條件下耐低溫能力較強的狗牙根品種天堂328、運動百慕大和老鷹草葉片GA3、IAA和tZR含量下降程度顯著低于對低溫較敏感的保定狗牙根和天堂419，表明低溫脅迫下狗牙根葉片GA3、IAA和tZR含量與其耐低溫能力相關，維持較高的GA3、IAA和tZR含量有助于降低自由水的含量，延緩葉片的枯黃衰老和維持細胞膜的穩(wěn)定性，從而提高抗寒能力。

3.3低溫對狗牙根葉片碳水化合物代謝的影響

滲透調(diào)節(jié)是植物適應逆境脅迫的基本特征。植物可通過調(diào)節(jié)其體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，改變組織細胞的滲透勢以適應逆境環(huán)境，其中可溶性糖是植物組織中所含有的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一［36］。本研究結果表明，在低溫條件下，狗牙根葉片的可溶性糖產(chǎn)生了明顯的變化，隨著溫度的降低，可溶性糖含量處于增加的趨勢，表明可溶性糖含量與狗牙根的耐寒性密切相關，但耐寒性較強的天堂328、運動百慕大和老鷹草葉片可溶性糖含量顯著高于天堂419和保定狗牙根，其含量與抗寒性成明顯正相關，這與李培英等［22］的研究結果一致?？扇苄蕴强勺鳛橐环N抗寒性保護物質(zhì)，這在其他作物的研究上也取得了相似的結果［12，37-38］，可溶性糖含量越高，則植物耐寒性越強［23］。低溫下可溶性糖的積累，提高了細胞的滲透勢，有利于細胞的滲透調(diào)節(jié)，保護膜結構的完整性和穩(wěn)定性，增強了抗寒性。

果聚糖是一類重要的可溶性碳水化合物，許多研究表明果聚糖在植物中的積累對提高植物的抗逆性具有重要作用［39］。本研究結果顯示，隨著溫度的降低，狗牙根葉片果聚糖含量顯著升高，表明低溫誘導了果聚糖的積累，但耐寒品種果聚糖含量升高的幅度更大，這與前人在小麥（Triticum aestivum）和匍匐剪股穎（Agrostis stolonifera）中的研究結果相一致［40-42］。Demel等［43］研究發(fā)現(xiàn)果聚糖與磷脂可相互作用，通過直接與膜相互作用來保護植物不受到低溫脫水的傷害。此外，果聚糖解聚能釋放大量可降低組織水分冰點的游離果糖，而果糖位于液泡之中，從而起到液泡滲透緩沖劑和低溫防護劑的作用［13］。由此可知，低溫脅迫下狗牙根葉片積累更多的果聚糖，有助于狗牙根維持細胞內(nèi)滲透平衡和細胞膜的穩(wěn)定性，從而提高對低溫的適應性和抵抗能力。

植物在低溫等逆境條件下體內(nèi)可溶性碳水化合物含量的提高不僅在于可溶性碳水化合物參與細胞的滲透調(diào)節(jié)作用，更重要的原因可能在于許多可溶性碳水化合物是植物適應環(huán)境的信號物質(zhì)［27，44-45］。本試驗的研究表明，狗牙根體內(nèi)可溶性糖的含量與其抗寒能力的強弱有明顯的關系，但是否能夠作為適應環(huán)境信號物質(zhì)還有待于進一步研究。

4　結論

通過對供試5個狗牙根品種在人工模擬低溫馴化條件下葉片細胞膜穩(wěn)定性、葉綠素含量、內(nèi)源激素ABA、GA3、IAA和tZR含量及碳水化合物的測定分析，結果表明，野生本地狗牙根品種保定狗牙根的耐寒能力最弱，而引自北美的雜交狗牙根品種天堂419，老鷹草、天堂328和運動百慕大的耐寒能力較強。低溫脅迫下積累或維持較高的內(nèi)源激素ABA、GA3、IAA、tZR和碳水化合物可溶性糖和果聚糖可能是狗牙根品種耐寒性較強的主要原因，這些代謝物的積累或維持有助于狗牙根細胞內(nèi)滲透平衡和細胞膜穩(wěn)定性的維持，延緩葉片的枯黃衰老和誘導抗性相關基因或蛋白的表達從而提高了狗牙根品種的抗寒能力。

References：

［1］Zheng Y Q，Guo Y，F(xiàn)ang S J，et al.Constructing pre-core collection of Cynodon dacty lon based on phenotypic data.Acta Prataculturae Sinica，2014，23（4）：49-60.

［2］Sun Z J，Li P Y，Jing Y J，et al.Physiological response of Bermudagrass with different cold-resistance to freezing stress. Journal of Xinjiang Agricultural University，2011，34（1）：1-5.

［3］Zheng Y H，Liu J X，Chen S Y.The low temperature tolerance variation and its laws of Cynodon dactylon（L.）Pers.in China.Journal of Plant Resources and Environment，2002，11（2）：48-52.

［4］Xun J P，Liu J X.Primary identification of the low temperature tolerance of Cynodon spp.excellant turfgrass cultivars.Journal of Plant Resources and Environment，2003，12（2）：28-32.

［5］Fan J B，Ren J，Zhu W X，et al.Antioxidant responses and gene expression in bermudagrass under cold stress.Journal of the American Society for Horticultural Sciences，2014，139（6）：399-705.

［6］Shi H，Ye T T，Zhong B，et al.Comparative proteomic and metabolomic analyses reveal mechanisms of improved cold stress tolerance in bermudagrass（Cynodon dactylon（L.）Pers.）by exogenous calcium.Journal of Integrative Plant Biology，2014，56（11）：1064-1079.

［7］Xu S C，Ding H D，Lu R，et al.Study on effects of ABA in antioxidant defense of plant cells.Journal of China Agricultural University，2008，13（2）：11-19.

［8］Ma Y H，Wang Q X，Chen S J.Research progress on physio-biochemistry and molecular genetics of chilling tolerance in maize.Journal of Maize Sciences，2013，21（3）：76-81.

［9］Hare P D，Cress W A，Staden J V，et al.The involvement of cytokinins in plant responses to environmental stress.Plant Growth Regulation，1997，23（1-2）：1-2.

［10］Zhao C J，Kang S J，Wang J H，et al.Study on relations between plant endogenous hormones and cold resistance in wheat. Acta Agricultural Boreall-Sinica，2000，15（3）：51-54.

［11］Irving R M，Lamphear F O.Regulation of cold hardness in Acer negundo.Plant Physiology，1968，43：9-13.

［12］Fan J P，Zhang X，Dong Y B，et al.Relation between carbohydrate content and cold resistance in Lilium.Journal of Northeast Agricultural University，2007，38（5）：609-613.

［13］Wang Z M.Fructans metabolism in higher plants.Plant Physiology Communication，2000，36（1）：71-76.

［14］Wang D，Xuan J P，Guo H L，et al.The dynamic changes of cold tolerance in different vegetative organs of three warm season turf grasses during the over wintering.Pratacultural Science，2010，27（3）：26-30.

［15］Hiscox T D，Israelstam G F.A method for the extraction of chlorophyll from leaf tissues without maceration.Canadian Journal of Botany，1979，57（12）：1332-1334.

［16］Ma Y N.Quantitative Analysis of 37 Phytohormones in Oryza sativa by High-performance Liquid Chromatography-mass Spectrometry［D］.Beijing：Chinese Academy of Agricultural Sciences，2011.

［17］Morvan-Bertrand A，Boucaud J，Le Saos J，et al.Roles of the fructans from leaf sheaths and from the elongating leaf bases in the regrowth following defoliation of Lolium perenne L.Planta，2001，213（1）：109-120.

［18］Wang Z W.Temporal variation of water-soluble carbohydrate in the rhizome clonal grass Leymus chinese in response to defoliation.Journal of Ecology，2007，31（4）：673-679.

［19］Wang H C.Structure and Function of Biomembrane and Osmotic Adjustment［M］.Shanghai：Shanghai Science and Technology Press，1987.

［20］Lin D B，Liu Z Q.Effect of cold acclimation and ABA on membrane stability and synthesis of membrane and protein in Citrus.Journal of Nanjing Agricultural University，1994，17（1）：1-5.

［21］Jian L C.Study on the relationship between biomembrane and cold stress tolerance.Chinese Bulletin of Botany，1983，（1）：17-23.

［22］Li P Y，Sun Z J，Abulaiti，et al.Comparative study on physiological response of cold-resistant and cold sensitive bermudagrasses under low temperature.Chinese Journal of Grassland，2014，36（2）：117-120.

［23］Lou Y H，F(xiàn)u J M，Li H Y，et al.Cold tolerance of Cynodon dactylon seedlings from different provenances.Ecological Science，2011，30（1）：32-37.

［24］Hu S Y，Guo Z F.Physiological responses of turfgrass to abiotic stresses.Acta Prataculturae Sinica，2003，12（4）：7-13.

［25］Xu S，Li J L，Zhao D H.Research advances in physiological ecological and biochemical characteristics of Festuca arundinacea.Acta Prataculturae Sinica，2004，13（1）：58-64.

［26］Fu J H，Sun X H，Wang J D，et al.Research progress on quantitative analysis of phytohormes.Chinese Science Bulletin，2010，（33）：3163-3176.

［27］Gibson S I.Plant sugar response pathway part of a complex regulatory web.Plant Physiology，2000，124：1532-1539.

［28］Wang L L，Yu X H.Effect of low soil temperature on endogenous GA3and IAA content in cucumber.Northern Horticulture，2004，（3）：44-45.

［29］Ou Y L，Hong Y H，Huang L H，et al.On changes of physiology and biochemistry and plant hormones in super rice seedlings by different stress signaling.Research of Agricultural Modernization，2007，28（1）：104-106.

［30］Pu G B，Zhang K，Zhang L Y，et al.Effect of exogenous ABA on chilling resistance and some physiological index in watermelon seedling.Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica，2011，20（1）：133-136.

［31］Huang X，Liang Y S，Yang L T，et al.Effects of abscisic acid and its biosynthesis inhibitor on the activities of antioxidant system of sugarcanes treated by cold stress.Journal of South China Agricultural University，2013，34（3）：357-361.

［32］Sun Z J，Li P Y，Abulaiti，et al.Effect of exogenous ABA on antioxidant enzyme activities in cold-resistant bermudagrass. Arid Zone Research，2013，30（3）：497-504.

［33］Zhang X Z，Wang K H，Ervin E H.Bermudagrass freezing tolerance associated with abscisic acid metabolism and dehydrin expression during cold acclimation.Journal of American Society for Horticultural Sciences，2008，133（4）：542-550.

［34］Zhang X Z，Ervin E H，Waltz C，et al.Metabolic changes during cold acclimation and deacclimation in five bermudagrass varieties：II.cytokinin and abscisic acid metabolism.Crop Science，2011，51：847-853.

［35］Wang S G.Roles of Cytokinin on stress-resistance and delaying senescence in plants.Chinese Bulletin of Botany，2000，17（2）：121-126.

［36］Patton A J，Cunningham S M，Yolenec J J，et al.Differences in freeze tolerance of zoysia grasses：II.Carbohydrate and proline accumulation.Crop Science，2007，47：2170-2181.

［37］Wang H X，Gu H M，Zhou L，et al.Relation between the frost resistance and the carbohydrate content of leaves growing in different period.Journal of Zhoukou Teachers College，2003，20（5）：51-52.

［38］Chen G，Kan Z D，Zhang L J.Effect of low temperature on physiological and biochemical characteristics in wheat.Acta Tritical Crops，1998，18（3）：42-43.

［39］Yang X H，Chen X Y.The effect of fructan on the ability of plants stress-resistance and correlative gene engineering.Acta Agriculturae Boreali-Sinica，2006，21（supplement）：6-11.

［40］Savitch L V，Harney T，Huner N P A.Sucrose metabolism in spring and winter wheat in response to high irradiance，cold stress and cold acclimation.Physiologia Plantarum，2000，108（3）：270-278.

［41］Vagujfalvi A，Kerepesi I，Galiba G，et al.Frost hardiness depending on carbohydrate changes during cold acclimation in wheat.Plant Science Limerick，1999，144（20）：85-92.

［42］Espevig T，DaCosta M，Hoffman L，et al.Freezing tolerance and carbohydrate changes of two Agrostis species during cold acclimation.Crop Science，2011，51：1188-1197.

［43］Demel R A，Dorrepaal E，Ebskamp M J M，et al.Fructans interact strongly with model membranes.Biochim Biophys Acta，1998，1375：36-42.

［44］Gaudet D A，Laroche A，Yoshida M.Low temperature-wheat-fungal interactions：A carbohydrate connection.Plant Physiology，1999，106：437-444.

［45］Gibson S I.Plant sugar response pathway part of a complex regulatory web.Plant Physiology，2000，124：1532-1539.

［1］鄭軼琦，郭琰，房淑娟，等.利用表型數(shù)據(jù)構建狗牙根初級核心種質(zhì).草業(yè)學報，2014，23（4）：49-60.

［2］孫宗玖，李培英，景艷杰，等.不同耐寒性狗牙根對凍害脅迫的生理響應.新疆農(nóng)業(yè)大學學報，2011，34（1）：1-5.

［3］鄭玉紅，劉建秀，陳樹元.中國狗牙根［Cynodon dactylon（L.）Pers.］耐寒性及其變化規(guī)律.植物資源與環(huán)境學報，2002，11（2）：48-52.

［4］宣繼萍，劉建秀.坪用狗牙根（Cynodon spp.）優(yōu)良品種（選系）的抗寒性初步鑒定.植物資源與環(huán)境學報，2003，12（2）：28-32.

［7］許樹成，丁海東，魯銳，等.ABA在植物細胞抗氧化防護過程中的作用.中國農(nóng)業(yè)大學學報，2008，13（2）：11-19.

［8］馬延華，王慶祥，陳紹江.玉米耐寒性生理生化機理與分子遺傳研究進展.玉米科學，2013，21（3）：76-81.

［10］趙春江，康書江，王紀華，等.植物內(nèi)源激含量與不同基因型小麥抗寒性關系的研究.華化農(nóng)學報，2000，15（3）：51-54.

［12］樊金萍，張興，董云波，等.百合碳水化合物含量與抗寒性的關系.東北農(nóng)業(yè)大學學報，2007，38（5）：609-613.

［13］王志敏.高等植物的果聚糖代謝.植物生理學通訊，2000，36（1）：71-76.

［14］王丹，宣繼萍，郭海林，等.暖季型草坪草不同營養(yǎng)器官耐寒力的動態(tài)變化.草業(yè)科學，2010，27（3）：26-30.

［16］馬有寧.液相串聯(lián)質(zhì)譜測定水稻37種內(nèi)源激素方法的研究［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)科學院，2011.

［18］王正文.根莖克隆植物羊草體內(nèi)可溶性碳水化合物的時間變異及其對去葉干擾的響應.植物生態(tài)學報，2007，31（4）：673-679.

［19］王洪春.生物膜結構功能和滲透調(diào)節(jié)［M］.上海：上?？茖W技術出版社，1987.

［20］林定波，劉祖祺.冷訓化和ABA對柑橘膜穩(wěn)定性的影響及膜特異性蛋白質(zhì)的誘導.南京農(nóng)業(yè)大學學報，1994，17（1）：1-5. ［21］簡令成.生物膜與植物抗寒害和抗寒性的關系.植物學通報，1983，（1）：17-23.

［22］李培英，孫宗玖，阿不來提，等.低溫下抗寒與寒敏感狗牙根生理響應的比較.中國草地學報，2014，36（2）：117-120.

［23］婁燕宏，傅金民，李惠英，等.不同地理種群狗牙根耐寒性研究.生態(tài)科學，2011，30（1）：32-37.

［24］盧少云，郭振飛.草坪草逆境生理研究進展.草業(yè)學報，2003，12（4）：7-13.

［25］徐勝，李建龍，趙德華.高羊茅的生理生態(tài)及其生化特性研究進展.草業(yè)學報，2004，13（1）：58-64.

［26］符繼紅，孫曉紅，王吉德，等.植物激素定量分析方法研究進展.科學通報，2010，（33）：3163-3176.

［28］王麗麗，于錫宏.低地溫對黃瓜幼苗內(nèi)源GA3和IAA含量的影響.北方園藝，2004，（3）：44-45.

［29］歐陽琳，洪亞輝，黃麗華，等.不同逆境脅迫信號對超級稻幼苗生理生化影響及植物激素變化的初步研究.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2007，28（1）：104-106.

［30］蒲高斌，張凱，張陸陽，等.外源ABA對西瓜幼苗抗冷性和某些生理指標的影響.西北農(nóng)業(yè)學報，2011，20（1）：133-136.

［31］黃杏，梁勇生，楊麗濤，等.低溫脅迫下脫落酸及合成抑制劑對甘蔗幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響.華南農(nóng)業(yè)大學學報，2013，34（3）：357-361.

［32］孫宗玖，李培英，阿不來提，等.外源脫落酸對抗寒性狗牙根抗氧化酶活性的影響.干旱地區(qū)研究，2013，30（3）：497-504.

［35］王三根.細胞分裂素在植物抗逆和延衰中的作用.植物學通報，2000，17（2）：121-126.

［37］王紅星，古紅梅，周琳，等.不同生長時期葉片中可溶性糖含量與抗寒性關系.周口師范學院學報，2003，20（5）：51-52.

［38］陳貴，康宗得，張立軍.低溫脅迫對小麥生理生化特性的影響.麥類作物學報，1998，18（3）：42-43.

［39］楊曉紅，陳曉陽.果聚糖對植物抗逆性的影響及相應基因工程研究進展.華北農(nóng)學報，2006，21（增刊）：6-11.

Effect of low temperature on phytohormones and carbohydrates metabolism in Bermuda grass

YANG Yong1，2，LOU Yan-Hong2，YANG Zhi-Jian2，XIANG Zuo-Xiang2，XU Qing-Guo2*，HU Long-Xing2*
1.College of Physical Education，Hunan International Economics University，Changsha 410205，China；2.Department of Turfgrass Sciences，College of Agriculture，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China

To investigate the effects of modulated cold acclimation on the leaf membrane stability，chlorophyll content，endogenous hormones（ABA，IAA，GA3，t ZR），and carbohydrate（soluble sugars，starch，fructan，total nonstructural carbohydrates）metabolism，five Bermuda grass cultivars，Tifway，Tifgreen，Tifsport，Tifeagle and Baoding were selected and treated under a range of temperatures：optimum（30℃/25℃），suboptimum（18℃/12℃），chilling（8℃/4℃）and freezing（4℃/-4℃）in growth chambers.The results demonstrated that leaf electrolyte leakage，abscisic acid（ABA）content and carbohydrates（soluble sugars，starch，fructan，total nonstructural carbohydrates）increased while chlorophyll content，endogenous hormones auxin （IAA），gibberellin（GA3）and cytokinin（tZR）content decreased with low temperature stress，but the changes varied with cultivar.Tifeagle，Tifsport and Tifgreen were ranked highest，Tifway was ranked intermediate while Baoding ranked lowest.Accumulating or maintaining relatively higher levels of phytohormones and carbohydrates，associated with cellular osmotic homeostasis and membrane stability，delayed leaf senescence. Cold resistance genes or protein induction may contribute to the higher cold tolerance in Bermuda grass under low temperature.

bermudagrass（Cynodon dactylon）；cultivars；low temperature stress；endogenous hormone；carbohydrates

10.11686/cyxb2015133

2015-03-11；改回日期：2015-06-10

長沙市科技局項目（K1403026-31），國家教育部“創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃”（IRT1239）和湖南省教育廳項目（KC2011B023）資助。

楊勇（1982-），男，湖南岳陽人，在讀博士。E-mail：yongy2014@163.com

Corresponding author.E-mail：huxu0309@aliyun.com，hulx2010@163.com